IMG
53

Pierwiastki stopowe dodawane do ciekłej stali zmieniają rozpuszczalność wodoru. Takie pierwiastki jak tytan i niob oraz w mniejszym stopniu mangan i chrom zwiększają rozpuszczalność wodoru, natomiast węgiel, krzem i aluminium zmniejszają. Zawartość wodoru w stalach jest na ogół mała, na przykład w niskowęglowych stalach mieści się w granicach 3-^8 cm³/100g stali. W spoinach zawartość wodoru może się natomiast znacznie wahać w zależności od materiałów, jakich użyto do spawania. Na przykład spoiny wykonane elektrodami celulozowymi zawierają do 40 cm³/100 g stopiwa. Tak duża ilość wodoru jest wynikiem składu chemicznego gazów, które powstają podczas spalania celulozy zawartej w otulinie. Gazy te zawierają: 41% H₂,40% CO, 16% H₂0 i 3% C0₂. Spoiny wykonane elektrodami niskowodorowymi o otulinie zasadowej zawierają poniżej 5 cm⁵ wodoru na 100 g stopiwa.

Otulina tych elektrod zawiera dużo CaC0₃, który rozkłada się podczas spawania, wytwarzając gazy osłonowe ubogie w wodór, na przykład 77% CO, 19% C0₂, 2% H, i 2% H_:0. Ilość wodoru w spoinie zależy więc od metody spawania i stosowanych materiałów spawalniczych. Pokazano to na rysunku 4.19.

Szczególnie wrażliwe na porowatość wodorową są spoiny aluminiowe. Jest to związane z dużą zmianą rozpuszczalności wodoru w momencie krzepnięcia (zagadnienie to zostało

f

omówione w rozdziale 4.2.3). Źródłem wodoru w aluminium, podobnie jak w stali, jest wilgoć z powietrza, smar na powierzchni i wilgoć w gazie osłonowym. Szczególnie wrażliwe na porowatość wodorową spoin są stopy Al-Li. Można ją ograniczyć przez oczyszczenie powierzchni na drodze obróbki mechanicznej (frezowanie, szlifowanie) oraz odgazowanie próżniowe w celu usunięcia wodoru w postaci wodorków (np. LiH) lub uwodnionych tlenków. Znaczne ograniczenie zawartości wodoru w spoinach aluminiowych uzyskuje się przez zastosowanie dodatku freonu do gazu osłonowego. Aby zwiększyć intensywność odgazowania jeziorka spawalniczego, stosuje się magnetyczne mieszanie kąpieli w jeziorku.

Istotne znaczenie dla obniżenia porowatości ma również metoda spawania. Spawanie plazmowe (PAW) prądem przemiennym powoduje czyszczenie katodowe powierzchni i w ten sposób usunięte zostają z powierzchni uwodnione tlenki i wodorki. Ważnym problemem w wypadku spawania aluminium i jego stopów jest usuwanie tlenków z ciekłej kąpieli. Wynika to z małej różnicy gęstości tlenku AI,0, i ciekłego aluminium. Problem ten można zminimalizować przez spawanie metodą PAW z kanałem parowym w jeziorku (keyhole). Obecność kanału w jeziorku ułatwia usuwanie tlenków z kąpieli metalowej, umożliwiając wyjście zanieczyszczeń do strumienia łuku.

4.6.2. Kruchość wodorowa

Drugim ważnym negatywnym zjawiskiem związanym z wpływem wodoru na właściwości materiałów spawanych jest tzw. kruchość wodorowa. Wodór rozpuszczony w stalach konstrukcyjnych i wielu innych stopach na bazie metali przejściowych powoduje wyraźne pogorszenie właściwości plastycznych, nie wpływając istotnie na właściwości sprężyste. Kruchość spowodowana obecnością wodoru występuje tylko w pewnym zakresie temperatur. to znaczy od -100°C do +60°C. Poza tym zakresem temperatur wodoru nie wpływa na plastyczność. Wzrost temperatury powyżej temperatury pokojowej powoduje stopniowy zanik kruchości. Dzieje się tak przede wszystkim dlatego, że zwiększa się szybkość dyfuzji

163