26.7. Определение содержания диффузионного водорода в наплавленном металле и металле шва при сварке

Стандарт (ГОСТ 23338-91) устанавливает хроматографический и вакуумный методы определения содержания диффузионного водорода в наплавленном металле и металле шва и распространяется на покрытые электроды, порошковую проволоку, стальную сварочную проволоку, предназначенные для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Хроматографический метод предназначен для определения содержания диффузионного водорода в образцах швов, выполненных покрытыми электродами, порошковой и стальной сварочной проволоками.

Вакуумный метод предназначен для определения содержания водорода в образцах швов, выполненных покрытыми электродами диаметром от 3 до 6 мм.

Подробно описаны аппаратура и материалы, применяемые при хроматографическом и вакуумном методах, даны схемы приборов для хроматографического и вакуумного методов анализа, порядок подготовки к испытаниям, изготовления образцов с наплавками для проведения испытаний, схемы приспособлений для наплавки образцов, последовательность проведения испытаний и обработка результатов.

В стандарте указаны условия наплавки шва для классификации и контроля партий сварочных материалов.

Измерение содержания диффузионного водорода в наплавленном металле выполняется хроматографическим методом с относительной погрешностью 7 % и вакуумным методом с относительной погрешностью  5 %.

Тема 27. Контроль свойств паяных соединений

27.1. Общие положения

Паяное соединение образовано из материалов с разными физическими и химическими свойствами. Оно состоит из паяемого материала и припоя. На контактных поверхностях образцов при пайке протекают диффузионные процессы с образованием новых сплавов в соединении. В процессе пайки на границе раздела паяемых материалов при нагреве происходят физико-химические процессы, которые могут приводить как к образованию дефектов в паяных соединениях, так и к разупрочнению паяемых материалов.

Паяемость металлов прежде всего определяется прочностью связей между припоем и паяемым материалом, которая зависит от смачивания соединяемых поверхностей припоем.

На смачиваемость припоя основного металла влияют:

- химический состав и физические свойства;

- механические свойства (прочность, пластичность и т.д.);

- металлургические характеристики (тип структуры, величина зерна, морфология частиц фаз, включений и т.д.);

- технологические факторы (состояние поверхности паяемых изделий, шероховатость и т.д.).

Прочность паяного соединения отличается от прочности паяемых материалов, припоев и зависит от различных факторов. Испытания на определение прочности паяных соединений необходимо проводить, принимая во внимание:

- химический состав и прочность паяемого материала и припоя и флюса;

- форму образца, геометрию и вид поверхности соединения;

- технологию низкотемпературной (мягкой) или высокотемпературной (твёрдой) пайки (вид источника нагрева, зазор между паяемыми деталями, скорость нагрева, температура пайки, время выдержки при температуре пайки и т.д.);

- количество образцов для испытаний;

- методы представления результатов;

- характер и размер дефектов на поверхности излома.

В процессе подготовки деталей под пайку конструкций выборочному контролю подвергаются:

- величина зерна – она должна соответствовать требованиям ГОСТ (требуемая величина зерна и стабильность структуры достигаются посредством термической обработки на стадии, предшествующей пайке; испытания образцов проводятся из металла или паяной конструкции);

- толщина покрытия;

- шероховатость поверхности и т.д.

Традиционно детали перед пайкой (в заготовках или после черновой механической обработки) подвергают термической обработке для обеспечения требуемых механических свойств. Обычно это относится к материалам, малочувствительным к последующему нагреву, или к случаям, когда температура пайки не превышает критических значений, при которых могут быть объемные изменения. Такая термообработка нередко включает в себя закалку с охлаждением на воздухе (нормализация). Вместе с тем в современном машиностроении широко применяются жаропрочные дисперсионно-твердеющие сплавы и высокопрочные высоколегированные материалы, чувствительные к последующему нагреву.

В процессе изготовления деталей из указанных материалов заготовки обычно также подвергают термообработке. Причем последняя может быть неоднократной, а иногда частично совмещенной с пайкой. Режим термической обработки назначают в соответствии с критическими точками и диаграммами изотермического превращения. Он позволяет обеспечить однородную структуру и заданные прочностные характеристики в соответствии с технической документацией.

Для упрочняющихся закалкой сплавов режим термообработки состоит из закалки, охлаждения на воздухе или закалки с последующим высокотемпературным старением либо низким отпуском.

Закалка позволяет обеспечить однородный твердый раствор и некоторое упрочнение материала, старение – стабилизировать структуру сплавов за счет коагуляции упрочняющих фаз. Получение гетерогенной структуры с определенной степенью дисперсности фаз кроме упрочнения позволяет повысить жаропрочность сплавов и их длительную прочность, необходимые в процессе работы паяных конструкций в составе изделия. Обработка холодом сталей, кроме аустенитных, позволяет повысить их прочность за счет уменьшения содержания остаточного аустенита, а отпуск снимает внутренние напряжения.

Жесткий температурный регламент термообработки вынуждает совмещать температуру закалки с температурой пайки. Поэтому пайку конструкций, например из сталей, проводят, как правило, в интервале температур, не превышающих 1000–1100 С.

После окончания выдержки при температуре пайки конструкцию быстро охлаждают (со скоростью 50 С/мин) до полной кристаллизации припоя. Такой режим охлаждения позволяет сохранить плотный контакт между паяемыми поверхностями и обеспечить однородную структуру металла, а также исключить появление в паяном шве пор и рыхлот. Быстрое охлаждение конструкции за счет разницы температур (наружная деталь скорее охлаждается, чем внутренняя) позволяет сохранить плотный контакт, сформированный между паяемыми деталями, и обеспечить высококачественную пайку.

Вместе с тем ускоренное охлаждение с температуры пайки существенно снижает прочностные свойства, например, дисперсионно-твердеющих сплавов. Происходит это вследствие неполного выделения упрочняющих фаз из твёрдого раствора. Для компенсации указанной потери прочности рекомендуется увеличить продолжительность старения сплавов.

С целью предотвращения отрыва внутренней детали от наружной в процессе старения или отпуска следует создавать избыточное давление, препятствующее их разъединению и таким образом сохраняющее паяный шов, сформированный в процессе пайки конструкции.

Качество подготовки паяемых деталей (трещины, поверхностные повреждения и др. дефекты) выявляют с помощью лупы и микроскопов различных типов.

Качество очистки поверхности определяется визуально и люминесцентным контролем. Учитываются толщина покрытий, нанесенных на паяемые материалы, их равномерность, прочность сцепления покрытий с подложкой, состояние поверхности покрытий, пористость покрытий, наличие вмятин, рисок, других дефектов. Плохое сцепление покрытий может быть из-за непропаев, возникающих вследствие окисления на границе раздела покрытие – подложка. Неудовлетворительное состояние поверхности покрытия (шелушение, вздутия, растрескивание) может приводить к различного вида дефектам как в паяном шве, так и на границе раздела металл – покрытие.

Пористость также может вызвать несплошность в паяном шве и привести к негерметичности изделия.