Определение концентрации диффузионного
Лекции.Орг

Поиск:


Определение концентрации диффузионного

Методические указания

По выполнению лабораторной работы №1

По курсу «Теория сварочных процессов.

Раздел. Физические процессы в металлах при сварке»

Определение концентрации диффузионного

водорода в наплавленном металле

Автор: проф., д.т.н. Э. Л. Макаров

 

Москва

Цель работы – изучение методики и оборудования для количественного определения исходной концентрации диффузионного водорода в наплавленном металле различных электродных материалов.

Содержание работы

Одним из факторов, обусловливающих образование холодных трещин при сварке углеродистых и легированных сталей, является диффузионный водород.

Различают следующие формы существования водорода в металле в зависимости от его состояния, положения в металле:

1) атомарный (или ионизированный) – растворенный в кристаллической решетке до предела растворимости (равновесный), растворенный сверх предела растворимости (неравновесный), связанный с дефектами решетки (скопившийся в субмикроскопических «ловушках»);

2) молекулярный – скопившийся в микро- и макропорах («коллекторах»);

и подвижности в металле:

1) диффузионно-подвижный Нд – способный к диффузионному перемещению в решетке при появлении градиентов концентраций, температур, напряжений, растворимости (в случае разнородных металлов); к этой форме относится атомарный водород, растворенный в решетке;

2) закрепленный – не способный к диффузии в металле при данных условиях; к этой форме может относиться атомарный водород в ловушках и молекулярный в коллекторах (его также называют «связанный», «остаточный», «металлургический»).

Все формы водорода находятся в термодинамическом равновесии, зависящем от температуры. При повышении температуры свыше определенного уровня начинается заметный переход одних его форм в другие: молекулярный – в атомарный, растворимый неравновесный – в равновесный, связанный в ловушках – в растворимый.

Поскольку всегда на поверхности ограниченного тела существует градиент концентрации водорода, происходит непрерывный выход (десорбция) Нд в атмосферу. Через определенный промежуток времени практически весь водород должен десорбироваться из металла, учитывая переход от одной формы существования водорода к другой. При нормальной температуре относительно быстро десорбируется из металла основная часть Нд, причем переход закрепленного водорода в Нд развивается чрезвычайно медленно, т. е. закрепленный водород остается в металле практически неограниченное время. В сумме концентрации закрепленного водорода и неуспевшего выделиться к данному моменту Нд составляют концентрацию остаточного водорода Но.

Распределение Нд по объему сварного соединения и его концентрацию в любой заданной точке определяют экспериментально-расчетным способом. Способ состоит в экспериментальном определении исходной концентрации диффузионного водорода в металле шва НШ.0, установлении зависимости коэффициента диффузии водорода Dн, от температуры для шва, ЗТВ и основного металла и параметров перехода остаточного (металлургического) водорода Но в основном металле в Нд и обратно при сварочном нагреве и охлаждении. Расчетная часть заключается в решении тепловой задачи для заданных типа сварного соединения и параметров режима сварки и решения диффузионной задачи.

Одно из главных начальных условий для решения – учет достоверного значения Нш.о. Для определения Нш.о в сварочной практике применяют ряд методов: «карандашную» спиртовую или глицериновую пробы, вакуумный (методы ЛПИ и МИС) и хроматографический (метод ИЭС). Наиболее простая «карандашная» проба заключается в наплавке в медную охлаждаемую водой изложницу образца размером 8 х 12 х 50 мм, немедленной закалке в воду и помещении его в специальную пробирку (эвдиометр) со спиртом (или глицерином, подогретым до 40...70 °С) (рис.1).

 

Рис. 1. Карандашная проба для оценки Нш(0) (а) и кинетика выделения Нд из образца (б): 1-пробка, 2-спирт, 3-водород, 4-эвдиометр, 5-образец

 

Весь выделившийся в эвдиометре Нд принимают за Нш.о. Полное время выделения Нд составляет 5 суток. Часто фиксируют объём Нд выделившийся за 1 сутки и условно принимают его за Н’ш.о.

Наиболее точный хроматографический метод предусматривает наплавку валика на поверхность пластинчатого образца 8 х 7,5 х 25 мм, его немедленную закалку и помещение в герметичную камеру. По мере выделения водорода через камеру периодически пропускаются газ-носитель (аргон), смесь которого с водородом анализируют хроматографом. Камеру устанавливают в печь с температурой 150 °C, при которой существенно ускоряется выход Нд, но еще не происходит перехода остаточного водорода в Нд. В результате подогрева образца время испытания сокращается с 5 сут. до 2 ч. Значения Нш.о, полученные хроматографическим методом, примерно в 2 раза превышают полученные карандашной спиртовой пробой. Расчет диффузионного перераспределения Нд выполняют относительно принятого Нш.о, определенного тем или иным методом.

 

Порядок проведения работы

1. Подготовить медное приспособление к наплавке образцов - «карандашей». Зачистить наплавочные канавки. Засыпать на поверхность канавок слой мелкого флюса толщиной около 1 мм. Подключить охлажденную систему к водопроводу.

2. Наплавить последовательно образцы различными электродами: низкоуглеродистым с рутиловым покрытием, низколегированным с основным покрытием, аустенитным с основным покрытием. Размер образца 8 х 12 х 50 мм.

3. Непосредственно после наплавки каждого образца закалить его струей воды. Очистить поверхность образца от шлака и окалины.

4. Поместить образец в эвдиометр, повернутый на 1800, залить запирающей жидкостью. Проследить за полным заполнением жидкостью измерительной части эвдиометра. Закрыть эвдиометр пробкой. Перевернуть в рабочее положение и поместить его в контейнер наполовину наполненный запирающей жидкостью.

5. Установить контейнеры с эвдиометрами на стенде. В течение первых 15-20 мин произвести наблюдение за выделением мелких пузырьков водорода и выход их в измерительную часть эвдиометров.

6. Зафиксировать объем выделившегося диффузионного водорода из каждого образца через 1 сутки. Извлечь образцы из эвдиометров, взвесить каждый образец, определить исходную концентрацию диффузионного водорода в наплавленном металле НШ.О.:

 

Н¢Ш.О.=VH/P [см3/100г]

 

где VH - объем выделенного водорода, см3;

P - масса образца, г.


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
RESONANCE IN OSCILLATORY CIRCUIT | СВОЙСТВА И СОСТАВ СТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Дата добавления: 2016-12-06; просмотров: 669 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов


Читайте также:

Рекомендуемый контект:


Поиск на сайте:



© 2015-2020 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.005 с.