Способ А.М.Апасова исследования трещинообразования в процессе сварки изделий из однородных металлов Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

00 4

to

со

113

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при контроле трещинообразова- ния изделий с помощью сигналов акус- тической эмиссии (АЭ).

Цель изобретения - повышение достоверности сигналов акустической эмиссии параметрам трещинообразова- ния,

На фиг,1 представлена схема кристаллизации металла в сечении сварного шва; на фиг,2 - схема поперечного сечения сварного шва.

Способ исследования трещинообра- зования заключается в том, что при сварке изделий в них создаются поля термоупругих напряжений, релаксация которых приводит к образованию трещин с испусканием сигналов акусти- ческой эмиссии. Термоупругие напряжения создают путем предварительного охлаждения свариваемых кромок перед началом сварки. Температуру охлаждения выбирают из соотношения:

т т о Чр

L.jC.

Чр

де L - заданная длина образующейся трещины вдоль осевой 30 линии поперечного сечения шва, м;

Ср - угол наклона линии сплавления к осевой линии поперечного сечения шва, град; 35 Л - коэффициент теплопроводВтности, ---о- ;

ир время кристаллизации, с ;

Т - температура кристаллиза- 40

г

ции металла сварного шва,

. °С; Тд - температура на границе

сплавления с основным металлом, °С;45 р - теплота кристаллизации металла сварного шва

Д .

кг

кг

у - плотность кристаллита -3

М

50

Способ осуществляется следующим образом.

Перед началом сварки свариваемые кромки деталей глубоко охлаждают, например, жидким азотом. В первый момент после начала сварки имеет место резкий температурный скачок: от температуры жидкого металла в канале

0

5 0

5

0

5

0

5

0

5

232

сварки до температуры охлажденных кромок деталей. Затем околошовные зоны нагреваются, расплавленньй же металл в зоне сплавления 1 (фиг.1) интенсивно охлаждается, в результате чего возникают беспорядочно ориентированные центры кристаллизации, которые образуют сплошной слой. Эти центры начинают расти внутрь расплава металла сварного шва. Так как теплопроводность монокристаллов различна по различным направлениям, то очевидно, что из всех центров, появившихся в охлаждаемой околошовной зоне, быстрее всего растут те кристаллы, у которых направление наибольшей теплопроводности совпадает с максимальным температурным градиентом, т.е. перпендикулярно к плоскости зоны сплавления . Эти кристаллы операжают своих соседей, заглушают их и распространяются в расплав в виде столбцов.

В зоне соприкосновения противоположно растущих столбчатых кристаллов 2 (фиг.1) образуются неплотности в виде пор, слияние которых под действием релаксации термоупругих напряжений приводит к образованию трещины, которая начинает подрастать в корне шва, постепенно распространяясь вдоль осевой линии поперечного сечения сварного шва, так как интенсивность охлаждения в корне сварного

шва больше, чем на его поверхности. Определим математическую зависимость линейных размеров трещины от параметров процесса кристаллизации сварного шва.

Возьмем грань кристалла с площадью S (фиг.1) на границе зоны сплавления, проведем ось X перпендикулярно к этой грани и обозначим через V скорость роста этой грани. В течение малого промежутка времени dT на грани нарастает слой толщиной dx, причем:

dx dv.d S-.(1)

Обозначим через р теплоту кристаллизации, у - плотность кристалла. Б течение промежутка времени dT из жидкого состояния при температуре кристаллизации перейдет в твердое состояние объем dv Sdx или масса dM jfdv ySdx.

Вследствие такого перехода выделяется количество теплоты плавления и затвердевания, равное

dQ, pdM pySdx(2)

™ dQ, .(3) .

Кристаллизация, при которой выделяется теплота, может происходить только в случае, если эта теплота отводится от грани кристалла через кристалл и затем через зону сплавления в основной металл. Если обозначим через Д коэффициент теплопроводности кристалла по направлению, перпендикулярному к растущей грани,

dT а через --- - температурный градиент,

то согласно уравнению Фурье количество отводимой вследствие теплопроводности теплоты равно

dQ S -g- d.

Так как необходимым условием кристаллизации-со скоростью является d Q, dQ, то из (3) и (4)

pySvdi; S dr,

71 dT откуда V -у- -5--

При условии постоянства времени кристаллизации, равного € Фор- мулу (6) можно представить в следующем виде (см.фиг.2)

(5) (6)

Л dT

П

dx

. (7)

Отсюда следует

- xdx dT -кр РУ

t

{ xdx -}- . dT, (9)

оI 3 о

длина кристаллов, м;

температура на границе спла- 45

вления с основным металлом,

°С;

TIJ - температура кристаллизации,

с,

Окончательно получим

1. .i. (Т -т ). -.р 2 РУ Р °

Отсюда следует,что 1

,.„ т ) СЮ)

- - Р °

j ю ,

,

20

25

Тогда температура охлалчцения может быть определена из соотношения

Т т - (п)

о р

где Cj) - угол наклона линии сплавления к осевой линии поперечного сечения сварного шва, град.

Таким образом полученная математическая зависимость наиболее полно и достоверно описывает механизм возникновения трещины в процессе формирования сварного шва.

Формула изобретения

Способ исследования трещинообра- зования в процессе сварки изделий из однородных металлов, по которому регистрируют сигналы акустической эмиссии, вызванные образованием трещин от релаксаций термоупругих напряжений при сварке, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности соответствия сигналов акустической эмиссии параметрам тре- щинообразования, перед началом сварки заданную зону охлаждают, а температуру охлаждения выбирают из соотношения

Т т - b- i-5is y -

л . Л п

Z-Tif

кр

8)

35

40

9)

спла- 45

лом,

ции,

50

где L - заданная длина образующейся трещины вдоль осевой линии поперечного сечения шва, м; Ч - угол наклона линии сплавления к осевой линии поперечного сечения шва, град;

- коэффициент теплопроводности, вт

м°С

кр - время кристаллизации, с; Т - температура кристаллизации металла сварного шва, °С; Tjj - температура на границе

сплавления с основным ме- о,..

таллом.

С;

р - теплота кристаллизации

Дж . металла сварного шва, ;

К i

J - плотность кристаллита,

кг

м

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при контроле трещинообразования изделий с помощью сигналов акустической эмиссии. Цель изобретения - повышение достоверности соответствия сигналов акустической эмиссии параметрам трещинообразования. Способ исследования трещинообразования заключается в том, что при сварке изделий в них создаются поля термоупругих напряжений, релаксация которых приводит к образованию трещин с испусканием сигналов акустической эмиссии. Предварительное охлаждение свариваемых кромок позволяет получать трещины требуемой дли- ны в процессе формирования сварного шва, а зарегистрированные при этом сигналы акустической эмиссии достоверно определяют ве параметры. 2 ил. (С (Л

(Л /

Фиг. 2