Пористость в металле, наплавленном открытой дугой проволокой БрКМц3-1

Рассматривается образование пор в металле, наплавленном ручной и механизированной наплавкой открытой дугой проволокой марки БрКМц3-1. Для исследования образования пор производилась наплавка отдельных и уширенных (с колебаниями) валиков без подогрева и с подогревом пластины из стали Ст3 до 200 °С. Режимы наплавки и результаты исследования пористости приведены в табл. 1.

Из табл. 1 следует, что при наплавке одиночных и уширенных валиков без подогрева и с подогревом образцов до 200 °С образуются крупные поры, которые располагаются у наружной поверхности наплавленного валика. При подогреве об- разца перед наплавкой количество пор в наплавленном металле уменьшается.

При наплавке открытой дугой в газовой фазе дуги присутствуют пары воды. Пары воды в зоне дуги диссоциируют с образованием водорода и кислорода. Известно [1–3 и др.], что при сварке меди и ее сплавов образование пористости в наплавленном металле связывают с водородом и кислородом. При этом, как отмечается в работах [1, 2 и др.], каждый газ в отдельности не вызывает пористости, а только их совместное действие.

Для определения возможности образования пор за счет совместного взаимодействия кислорода и водорода при наплавке открытой дугой про-

Таблица 1

Пористость в наплавленном металле при наплавке открытой дугой проволокой БрКМц3-1

Способ наплавки	d э , мм	Тип валика	Температура подогрева образца, °С	Наличие пор
Ручной	4,0	Одиночный	Без подогрева	У наружной поверхности
Ручной	4,0	Уширенный	Без подогрева	У наружной поверхности
Ручной	4,0	Одиночный	200	У наружной поверхности
Ручной	4,0	Уширенный	200	У наружной поверхности
Механизированный	1,8	Одиночный	Без подогрева	У наружной поверхности
Механизированный	1,8	Уширенный	Без подогрева	У наружной поверхности
Механизированный	1,8	Одиночный	200	У наружной поверхности
Механизированный	1,8	Уширенный	200	У наружной поверхности

Примечание. Режим наплавки: I _д = 100…210 А, U _д = 24…25 В; V _н = 0,3 см/с.

Осипов А.М., Норин П.А.

Пористость в металле, наплавленном открытой дугой проволокой БрКМц3-1

Таблица 2

Содержание остаточного водорода в металле при наплавке открытой дугой проволокой марки БрКМц3-1

Способ наплавки	d э , мм	Тип валика	Содержание водорода, см3/100 г
Ручной	4,0	Одиночный	4,1
Ручной	4,0	Уширенный	3,8
Механизированный	1,8	Одиночный	4,5
Механизированный	1,8	Уширенный	4,3

Примечание. Режим наплавки: I _д = 100^250 А, U _д = 23^25 В; V н = 0,3 см/с, без подогрева.

волокой марки БрКМц3-1 и в атмосфере рассмотрим реакцию

2Н + О = Н2О (пар).(1)

Для этой реакции [3]

lg Рн2о = 21g Cm + 1g C[O] - 0,26 +13 460,(2)

где C[Н] , C[O] – атомные проценты водорода и кислорода в металле.

Для реакции [1]:

2Н2(газ) = [Н]Си(ж);(3)

lg C[H] = 21g P2 —1,29 - —

Для реакции [3]:

2 02(газ) = [0]Си(ж); 13953

lgC[O] = 21gP02 -1,46 + —(5)

Для перехода от атомных процентов к весо- вым процентам:

c[h] = [H%] A^;(6)

c[o] = [O%] AJ'

С учетом А _Си = 63,54

21g C[H] = 21g[H%] -0,394;(8)

C[O] = 1g[O%] - 0,197.(9)

Подставляя значения lgC[H] и lgC[О] в урав- нение (2), получим уравнение для определения равновесных концентраций водорода и кислорода для реакции (2):

1g P h ₂ o = 21g[H%] + 1g[O%] - 0,851 + 13 T 4⁶⁰. (10)

Для определения равновесных концентраций водорода и кислорода необходимо определить насыщенную влажность при температуре воздуха Т = 298 К.

Для реакции [3]:

Н 2 О (ж) = Н 2 О (пар);                     (11)

AHho

1g p нас = —H 2 ⁰ + c .                  (12)

^H2O 4,575 T

При температуре воздуха 218 К А Н Н^с ₂ п ₀ = = 539 кал/г (9700 кал/моль). Тогда

1g Р нн 2 а0 =

2 2 + с . 4,575 T

Постоянную интегрирования определим из граничных условий при температуре воздуха Т = 373 К и P _H 2 ₀ = 1 атм. Тогда C = 5,68. При температуре воздуха Т = 298 К 1g P _H 2 ₀ = -1,434 и P _H 2 ₀ = 0,037 = 0,04 атм.

Равновесное содержание кислорода и водорода в меди при Т = 1473 К и P H 2 O = 0,04 атм

На рисунке приведены расчетные равновесные концентрации водорода и кислорода в жидкой меди (бронзе) при Т = 1473 К (10). Сравнивая концентрацию кислорода в меди (бронзе) при наплавке открытой дугой [О] = 0,01 с содержанием остаточного водорода, определенного методом вакуум-плавки на эскалографе ЕА-1 (табл. 2), видно, что концентрация водорода при содержании кислорода в наплавленном металле 0,01 % находится выше равновесного значения. Следовательно, будет происходить выделение водорода из расплавленного металла и образование пористости.