Способ исследования процесса растекания расплавов по поверхности твердого тела Советский патент 1985 года по МПК G01N13/00 

СП

ел

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для изучения и контроля процессов смачивания и растекания на системах металл-расплав легкоплавкого металла, а также для управления процессами пайки, контроля работоспособности изделий с легкоплавкими покрытиями при повышенных температурах.

Известен способ исследования процесса растекания, заключающийся в нанесении вещества на пластину кварцевого резонатора, нагреве пластины до требуемой температуры, нанесении на ту же пластину в зоне нечувствительности резонатора другого вещества, растекание которого необходимо исследовать и измерении зависимости частоты резонатора от времени,по которой судят о параметрах процесса растекания Cl3.

Однако этот способ требует специальной подготовки объекта и применим только для лабораторных исследований. Кроме того, непрерывный контроль процесса растекания возможен при растекании иленок очень малой толпрны из-за значительных энергетических потерь возбуждаемого сигнала в жидкой фазе.

Известен способ изучения растекания , заключакш91йся в приведении вертикальной пластины из исследуемого материала в контакт с жидкостью и непрерьюном измерении силы действующей на пластину со стороны жидкости 23,

Недостаток этого способа - невозможность изучения растекания по горизонтальной поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к щ)едпагаемому является способ исследования процесса растекания расплавов по поверхности твердого тела, заключакхссийся в нанесении навески легкоплавного материала на поверхность твердого тела и нагреве твердого тела с навеской. В щ оцессе нагрева до заданной температуры проводят киносъемку процесса растекания капли расплава СЗ 3.

Недостаток такого способа его неосуществимость в случае,когда невозможно визуальное наблюдение, например, при растекании вещества в закрытой полости. При

59112

исследовании процессов растекания расплава легкоплавкого металла по поверхности более тугоплавкого металла не обеспечивается высоJ кая точность регистрации момента .смачивания расплавом поверхности металла вследствие того, что взаимодействие начинается под каплей расплава.

0 Цель изобретения - расширение области применения способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу исследования процесса растекания расплавов

5 по поверхности твердого тела,заключающемуся в нанесении навески легкоплавкого, материала на поверхность твердого тела и нагреве твердого тела с навеской, в гфоQ цессе нагрева регистрируют акустические колебания в твердом теле, по изменению интенсивности которых во времени определяют начало процесса растекания и его длительность.

5 В основе способа лежит связь меяду возникновением акустических колебаний при смачивании металла расплавом и последующем взаимодействии металла и расплава.

jj Изменение параметров акустической эмиссии отражает этапы взаимодействия металл-расплав следующим образом. Возникновение сигналов свидетельствует о смачивании металла расплавом. Процесс растекания,т.е. смачивания расплавом новой поверхности металла, характеризуется высокюш амплитудами всех параметров акустической эмиссии. О завершении растекания можно судить по значительному (не менее, чем на порядок величины) ослаблению сигналов акустической эмиссии. При кристаллизации расплава сигналы исчезают. В качестве параметра акустической эмиссии удобнее всего использовать интенсивность акустических колебаний.

На фиг.1 приведена блок-схема 0 аппаратуры, необходимой для осуществления способа; на фиг.2 - запись изменения интенсивности акустической эмиссии с температурой в процессе нагрева.

5 Способ осуществляют следующим образом.

На исследуемый образец 1 помещают легкоплавкий металл и при не3

об:;одимости флюс. Затем в любом удобном месте к объекту прикрепляю пьезоэлектрический преобразователь 2. В случае высокотемпературных исследований пьезоэлектрический преобразователь можно крепить к вьшеденному из зоны нагрева концу звуковода, например стальной проволоки, соединенной с объектом сваркой или прижатой к нему с помощью струбцины. Затем начинают нагревать объект и включают аппаратуру, регистрирующую сигналы акустической эмиссии. При смачивании объекта расплавом в нем возникают сигналы акустической эмиссии, которые воспринимаются пьезоэлектрическим преобразователем. Возникающие на гранях преобразователя электрические сигналы усиливаются предусилителем 3 и усилителем 4 анализатора волн напряжений. Анализатор волн напряжений преобразует сигналы в параметры акустической эмиссии, в частности, интенсивность, которая записьгоается самописцем 5. Другой канал этого самописца записывает показания термопары, прикрепленной к образцу.

Одновременно можно наблюдать за изменением интенсивности с помощью осциллографа 6. Возникновение акустической эмиссии соответствует началу процесса растекания, а ее исчезновение - прекращению растекания. По получейньм зависимостям интенсивности эмиссии и температуры образца от времени можно определить температуру, соответствующую началу растекания, а также время растекания .

Пример 1. Исследуют температуру смачивания железа индием в вакууме 6,5 МПа. Испытания проводят в вакуумном посте ВУП-Д. Образцом .служит фольга из армкожелеза размерами ,2 мм. К фольге с помощью струбцины прижимают стальную проволоку, которая служит звуководом. к противоположному концу звуковода, выведенному за пределы вакуумной камеры, крепят пьезоэлектрический преобразователь анализатора волн напряжений АВН. На фольгу помещают индий и приваривают термопару. Затем откачивают вакуумную камеру и разогревают фольгу.Одновременно с началом нагрева включают

559114

аппаратуру,, регистрирующую сигналы акустической эмиссии.

Анализатор волн напряжений работает ч следующем режиме: усиление 50 дБ, частота 160-250 кГц, порог 0,3. Записывают интенсивность сигналов акустической эмиссии с помощью двухкоординатного самопишущего потенциометра ПДС-021 К клеммам координаты у подключают выход анализатора волн напряжений, к клеммам координаты х - термопару. На фиг.2 приведена запись изменения интенсивности акустической f5 эмиссии N, которая представляет собой число зарегистрированных в единицу времени сигналов акустической эмиссии и пропорциональна интенсивности акустических колебаний в образце в зависимости от температуры нагрева Т. Эта запись в наглядной и удобной форме дает информацию о температуре начала растекания (температура Т,соответствующая появлению сигнала) индия по железу в данных условиях опыта.

Пример 2. Исследуют влияние кремния на растекание индия по железу. Образцы из железа и его

30 сплавов с 1,7 и 3% кремния размерами 40П X. 1 5 . 1 мм отжигают в вакууме 6,7 МПа и электролитически полируют. Индий прокатьтают в фольгу толщиной 150 мкм и вырезают пластинки 10 200 мм. На поверхность образцов наносят флюс: 40 г ZnCI, 5 г Cf, , 0,5 г CuCEj , 5 г нее и 50 г , помещают пластинку индия и приваривают термопару. К противоположному

Q концу образца крепят пьезоэлектрический преобразователь. Участок образца с помеп|енным на него индием нагревают на воздухе до 600 С. Запись параметров акустической эмис 5 сии проводят с начала нагрева до достижения требуемой температуры. Используют анализатор волн напряжения АВН-3, которьш работает в режиме: усиление 50 дБ, частота. 160JQ 250 кГц, порог 0,2. Анализатор преобразует поступающие сигналы в интенсивность акустической эмиссии,

которая записьшается с помощью многоканального самописца Н338-6П. К 55 . одному из каналов этого самописца подключена термопара, приваренная к образцу. Влияние содержания кремния в сплавах железа на растекание 5 индия по поверхности образцов выявляют путем сравнения записей, сдела ных на образцах с различным содержанием кремния. Обработка полученных результатов показьшает, что скорость растекания индия, характеризуемая амплитудой огибающей интенсивности акустической эмиссии, уменьшается с ростом содержания кремния. Использование предлагаемого способа исследования процесса растекания обеспечивает по сравнению со 1 способом киносъемки следующие преимущества: более точное фиксирование момента начала растекания; позволяет проводить исследования при растекании расплава в закрытых полостях, например, в узких щелях, . при пропитке расплавом пористых материалов, информация о npoqeice записьгоается в более удобной для последующей обработки опытных данных форме исключаются операции обработки и просмотра киноматериалов, сокращается время исследований.

250

200

т

BOD Фиг.2

800

WOO