СПОСОБ ОЦЕНКИ СТОЙКОСТИ К ОБРАЗОВАНИЮ ГОРЯЧИХ ТРЕЩИН ТОНКОЛИСТОВЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2015 года по МПК B23K31/12 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для оценки стойкости жаропрочных материалов к образованию горячих трещин при выборе сплава для сварных конструкций из тонколистовых материалов с толщиной менее 1,5 мм.

Известен способ определения склонности материалов к образованию горячих трещин, при котором изготавливают образец с выполненными в нем переменными по глубине и ширине канавками, заполняют их наплавленным металлом и выявляют в них наличие трещин, по суммарной длине которых оценивают трещиностойкость материала (SU 1731545 Α1, В23К 31/12, 07.05.1992). Недостатком известного способа является достаточно трудоемкий процесс подготовки образца и невозможность использования способа для тонколистовых материалов.

Известен способ испытания на склонность к образованию горячих трещин для тонколистовых никелевых сплавов, включающий изготовление образца с выполненными в нем поперечными прорезями определенных размеров, выполнение на образце сварного шва и оценку трещиностойкости материала по расстоянию от сварного шва до соответствующей прорези, где трещины еще не образуются (SU 1616010 Α1, В23К 31/12, 07.12.1991). Недостатком данного способа также является трудоемкий процесс подготовки образца и его ориентированность на оценку трещиностойкости в околошовной зоне.

Известен также способ оценки стойкости к образованию горячих трещин, в том числе и тонколистовых материалов, принятый за прототип, при котором изготавливают образцы в форме прямоугольных листов, закрепляют их по одной из длинных сторон и выполняют на каждом из образцов сварной шов под определенным углом к незакрепленной длинной стороне, при этом угол может меняться в диапазоне от 0 до 60°. Оценку трещиностойкости осуществляют по длине горячих трещин, образующихся в сварном шве (DE 102007007901 А1, В23К 31/12, 08.05.2008). Недостатком данного способа является довольно большой расход материала для изготовления образцов (каждый лист имеет размеры порядка 25×15 см), а также усложненный режим испытаний, поскольку необходимо выдерживать заданный угол расположения сварного шва относительно сторон листа.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа оценки стойкости к образованию горячих трещин, который был бы пригоден для испытаний материалов с малыми толщинами и при этом был бы экономичным по расходованию исследуемых сплавов, а также простым в осуществлении.

Получаемый при этом технический результат заключается в снижении трудоемкости и затрат на проведение исследований материала с обеспечением при этом высокой точности оценки трещиностойкости.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе оценки стойкости к образованию горячих трещин, включающем изготовление образцов из исследуемых материалов, их проплавление и определение наличия горячих трещин в сварных швах, проплавление образцов производят на сварочных токах различной силы при одинаковых напряжении и скорости сварки с получением сварных швов с разной шириной и кратером в конце швов, при этом определение наличия горячих трещин осуществляют в кратере сварных швов, а за критерий стойкости к образованию горячих трещин принимают ширину сварного шва, в кратере которого отсутствуют горячие трещины, причем чем больше указанная ширина, тем выше стойкость материала к образованию горячих трещин.

Способ реализуется следующим образом.

Изготавливают образцы из исследуемых материалов, при этом возможно использование образцов с размерами (порядка 2,5×5 см) существенно меньшими, чем в упомянутых аналогах. Выполняют проплавление образцов, которое осуществляют при одинаковых напряжении и скорости сварки, последовательно изменяя при этом силу тока (от большей величины к меньшей или наоборот) и фиксируя состояние кратера. В кратере сварочного шва при его остывании после выключения сварочной дуги имеет место жесткое объемное деформационное поле, приводящее к возникновению горячих трещин. В качестве критерия оценки стойкости материала к образованию горячих трещин используют максимальную ширину проплавления, при которой в кратере сварочного шва исчезают горячие трещины, что может быть определено, например, при визуальном осмотре. При этом чем больше ширина проплавления, при которой исчезают трещины (критическая ширина), тем устойчивее материал к образованию горячих трещин.

По данному способу была проведена оценка стойкости к образованию горячих трещин для возможности использования в сварных конструкциях из листа толщиной 0,8 мм следующих сплавов: ЭП 708 - в состоянии после двойного старения, ВЖ 171 - обычный и ВЖ 171 -упрочненный посредством азотирования.

Выполняли проплавление образцов со скоростью сварки 7,0 м/час, последовательно уменьшая силу тока на каждом последующем образце и фиксируя состояние кратера на предмет наличия горячих трещин.

Сплав ЭП 708:

- №1. Ток 50А. В кратере интенсивное растрескивание, трещины разноориентированные.

- №2. Ток 40А. В кратере трещины, в основном продольные, как со стороны проплавления, так и с внешней стороны.

- №3. Ток 35А. В кратере единичные трещины с обеих сторон.

- №4. Ток 30А. В кратере единичные трещины только с внешней стороны.

- №5. Ток 28А. В кратере трещин нет.

Измеренная ширина проплавления в образе №5 (критическая ширина) равна 1,95 мм.

Аналогичным образом (или в обратном направлении, переходя от меньших токов к большим) определяли значение критической ширины для сплава ВЖ 171 в обоих состояниях. Полученные результаты значений критической ширины показаны в таблице:

Марка сплава Критическая ширина проплавления, мм Сплав ЭП 708 в состоянии после двойного старения 1,95 Сплав ВЖ 171 в обычном состоянии 4,40 Сплав ВЖ 171 в азотированном состоянии 3,0

Таким образом, в отношении стойкости против образования горячих трещин лучшим из рассматриваемых является сплав ВЖ 171 в обычном состоянии, который существенно превосходит по этому показателю сплав ЭП 708.

Использование предлагаемого способа позволяет снизить трудоемкость и затраты на проведение исследований материалов при их выборе для тонколистовых сварных конструкций с обеспечением высокой точности оценки стойкости материалов против образования горячих трещин.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для определения стойкости жаропрочных материалов к образованию горячих трещин при выборе сплава для сварных конструкций из тонколистовых материалов с толщиной менее 1,5 мм. Изготавливают образцы из исследуемых материалов и выполняют их проплавление, которое осуществляют при одинаковых напряжении и скорости сварки, последовательно изменяя при этом силу тока (от большей величины к меньшей или наоборот) и фиксируя состояние кратера. В кратере сварочного шва при его остывании после выключения сварочной дуги имеет место жесткое объемное деформационное поле, приводящее к возникновению горячих трещин. В качестве критерия оценки стойкости материала к образованию горячих трещин используют максимальную ширину проплавления, при которой в кратере сварочного шва исчезают горячие трещины. При этом чем больше ширина проплавления, при которой исчезают трещины - критическая ширина, тем устойчивее материал к образованию горячих трещин. Использование предлагаемого способа позволяет снизить трудоемкость и затраты на проведение исследований материалов при их выборе для тонколистовых сварных конструкций с обеспечением высокой точности определения стойкости материалов против образования горячих трещин. 1 табл.

Способ определения стойкости тонколистовых жаропрочных материалов к образованию горячих трещин, включающий изготовление образцов из исследуемых материалов, проплавление упомянутых образцов и определение наличия горячих трещин в сварном шве, отличающийся тем, что проплавление образцов производят на сварочных токах различной силы при одинаковых напряжении и скорости сварки с получением сварных швов с разной шириной и кратером в конце швов, при этом наличие горячих трещин определяют в кратере сварного шва и в качестве критерия стойкости к образованию горячих трещин принимают ширину сварного шва, в кратере которого отсутствуют горячие трещины, причем чем больше указанная ширина, тем устойчивее материал к образованию горячих трещин.