Оценка содержания газов и влаги на поверхности деталей из

ВИАМ/1982-198606
Оценка содержания газов и влаги
на поверхности деталей из алюминиевых
сплавов перед сваркой
А.И. Савостиков
В.И. Рязанцев
кандидат технических наук
В.А. Федосеев
С.В. Рыжова
Май 1982
Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП
«ВИАМ» ГНЦ РФ) – крупнейшее российское государственное
материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет
разрабатывающее и производящее материалы, определяющие
облик современной авиационно-космической техники. 1700
сотрудников ВИАМ трудятся в более чем 30 научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных
цехах и испытательном центре, а также в 4 филиалах
института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку
металлических и неметаллических материалов, покрытий,
технологических процессов и оборудования, методов защиты
от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов,
полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по
государственным программам РФ, так и по заказам ведущих
предприятий авиационно-космического комплекса России и
мира.
В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного
научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный.
За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233
сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных
государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены
наградами на выставках и международных салонах в Женеве и
Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3
бронзовыми медалями, получено 15 дипломов.
Возглавляет институт лауреат государственных премий
СССР и РФ, академик РАН, профессор Е.Н. Каблов.
Статья подготовлена для опубликования в журнале «Сварочное
производство», № 11, 1982 г.
Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public
Оценка содержания газов и влаги на поверхности деталей
из алюминиевых сплавов перед сваркой
А.И. Савостиков, В.И. Рязанцев, В.А. Федосеев,
С.В. Рыжова
Для получения качественных сварных соединений необходимо иметь
точные качественные и количественные данные о содержании газов и влаги
на поверхности свариваемых деталей. Это связано с тем, что газы и влага,
адсорбированные
на
поверхности
алюминиевых
сплавов,
вносят
существенный вклад в газосодержание сварных соединений [1]. Кроме того,
большое практическое значение имеет изучение кинетики изменения
содержания газов и влаги на поверхности свариваемых деталей в процессе
хранения их перед сваркой.
Для исследования содержания газов и влаги на поверхности была создана
специальная
установка,
которая
состоит
из
вакуумной
стойки,
экстракционной камеры, масс-спектрометра и оптического квантового
генератора. В конструкцию вакуумной стойки входят: механический
вакуумный насос ВН-461, парортутный насос Н-50Р с азотной ловушкой и
блоки высоковакуумных вентилей.
С целью снижения остаточного фона при вакуумировании осуществляли
прогрев датчика и магистралей до температуры 150°С.
Экстракционная камера, внутренняя поверхность которой обработана с
низким параметром шероховатости, изготовлена из нержавеющей стали. Для
ввода луча лазера использовали иллюминатор из плоскопараллельного
оптического
стекла
толщиной
8
мм.
Высоковакуумное
уплотнение
иллюминатора выполнено в виде индиевой прокладки.
Масс-спектрометр МХ7301 позволяет производить запись масс-спектра
как в автоматическом режиме в заданном диапазоне масс, так и при
настройке
на
определенную
массу.
Для
обеспечения
равномерного
распределения энергии в сечении светового луча с помощью диафрагмы
диаметром 3,5 мм из пучка выделяли луч с наиболее равномерной
плотностью энергии в сечении.
Исследовали образцы размеров 30×18×2 мм (из типичных алюминиевых
сплавов АМг6, Д16Т и 1420) с различной подготовкой поверхности: в
состоянии поставки; обезжиренные в спирте и эфире; травленные в щелочи и
осветленные в азотной кислоте [2].
Применили
три
режима
хранения
образцов
после
подготовки
поверхности до определения содержания влаги и газов на поверхности при
20±2°C: на воздухе, относительная влажность 70% (условно обозначили
через А); в сухой атмосфере, в эксикаторе с влагопоглотителем (Б); при
относительной влажности 99% (В).
Результаты анализа состава поверхностных газов и влаги приведены в
таблице.
Сплав
АМг6
Д16Т
1420
Подготовка
поверхности
Травление
-«Обезжиривание
Состояние поставки
То же
-«Травление
-«Обезжиривание
Состояние поставки
То же
-«Травление
-«Обезжиривание
Состояние поставки
То же
-«-
Режим хранения
Б
В
А
А
Б
В
Б
В
А
А
Б
В
Б
В
А
А
Б
В
Содержание газов, см3/м2
водород
окись углерода
–
–
–
0,1
2,0
1,6
1,4
1,1
1,4
0,6
5,8
1,3
0,1
–
0,1
–
3,3
2,4
3,3
1,2
4,4
2,1
6,7
3,8
0,2
0,1
0,9
0,3
11,4
5,3
9,8
6,7
18,2
7,0
13,5
7,9
Как следует из полученных результатов, наиболее газонасыщенной
оказалась поверхность сплава 1420 после хранения во влажной атмосфере без
предварительного травления поверхности.
При облучении поверхности нетравленых образцов, хранившихся в сухой
атмосфере, в основном выделялись окись и двуокись углерода, пары воды и
метан. Содержание водорода и окиси углерода на поверхности после
хранения во влажной атмосфере в несколько раз выше, чем у образцов,
хранившихся в сухой атмосфере.
Травление поверхности привело к значительному снижению количества
выделяющихся при облучении газов для всех трех сплавов как после
хранения во влажной атмосфере, так и в сухой.
После травления на поверхности сплава Д16Т обнаружен только водород,
содержание
остальных
компонентов ниже предела чувствительности
прибора.
После хранения во влажной атмосфере значительно возросло выделение
двуокиси углерода. Это связано с тем, что образование окиси и двуокиси
углерода
происходит
в
результате
взаимодействия
углерод-
и
кислородсодержащих соединений, находящихся на поверхности образца.
Если считать, что содержание углерода на ней более или менее постоянно и
не зависит от условий хранения, то при увеличении кислородсодержащих
соединений на поверхности образцов (в результате ее облучения) будет
происходить образование двуокиси углерода. Обезжиривание поверхности
спиртом и эфиром приводит к увеличению выделения углеводородных
соединений.
Выводы
Разработан метод определения количества газов на поверхности
свариваемых
деталей
и
создана установка,
содержащая
оптический
квантовый генератор и однополярный масс-спектрометр.
Показано, что в состав поверхностных газов входят водород, окись и
двуокись углерода, влага и метан. Содержание водорода и окиси углерода на
поверхности после хранения во влажной атмосфере в несколько раз выше,
чем в сухой, и зависит от предварительной подготовки поверхности.
Список литературы:
1. Никифоров Г.Д. Металлургия сварки плавлением алюминиевых сплавов. – М.:
Машиностроение, 1972. 264 с.
2. Рязанцев В.И. и др. Некоторые вопросы подготовки поверхности алюминиевых
сплавов под контактную сварку. – Сварочное производство, 1975, №7, с. 22–24.