Способ определения поверхностного натяжения металлического расплава Советский патент 1990 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение при измерении поверхностного натяжения расплавленных металлов в условиях дуговой сварки плавлением или плазменно-дугового переплава металла.

Целью изобретения является упрощение способа.

На чертеже приведена схема устройства для реализации способа.

Устройство состоит из печи внутри которой расположен тигель 2 с и с- ледуемым металлом. Через стенку печи 1 через уплотнитель 3 пропущен электрододержатель с неплавящимся электродом 4, снабженный микровинтом. В электрическую цепь между неплавящимся электродом 4 и тиглем 2 с исследуемым металлом включен амперметр 5, источник 6 питания электрической дуги, осциллограф 7, а также осциллятор 8. Устройство снабжено также пирометром 9 для измерения температуры расплава, оптическим окном 10 для наблюдения и источником 11 питания печи 1.

Способ осуществляют следующим образом.

В рабочее пространство печи 1 под неплавяцимся электродом 4 помещается тигель 2 с предварительно переплавленным исследуемым металлом. После этого неплавящийся электрод 4 диаметром 2...3 мм опускается до соприкосновения с поверхностью твердого металлического образца и с помощью микровинта поднимается на высоту Н„, величина которой фиксируется с точностью до сотых долей миллиметра и

сл

00 СХЭ

1

со оз

находится в пределах 3...4 мм. Затем начинается продувка рабочего пространства печи I аргоном или другим защитным газом, расход которого в процессе опыта остается постоянным, После создания в рабочем пространстве печи 1 заданной защитной газовой среды с помощью осциллятора 8 возбуждается дуга между твердым металлом, находящимся в тигле 2, и е- плавящимся электродом 4. Спустя 0,1 с, когда величина напряжения дуге устанавливается постоянной, z помощью осциллографа 7 фиксируете значение напряжения U0 на дуге при данной силе тока дуги. При этом величина тока дуги не должна превышать 200 А электрода диаметром 2 мм и 250 А для электрода диаметром 3 мм, Затем отключается ток и дуга преИз

U0 соотношения ---

Но

определяется величина падения напряжения на единицу длины дуги. После этого включается источник 11 питания печи 1 и температура в печи 1 поднимается до температуры плавления исследуемого металла плюс 10,,.20°С, Для выравнивания температуры в метал лическом расплаве система выдерживается при данной температуре в течение 30...60 с. Затем при том же значении Н0 между неплавящимся электродом 4 и расплавом с помощью осциллятора 8 возбуждается дуга. При этом силу тока дуги поддерживают той же, что и в случае возбуждения дуги между неплавящимся электродом 4 и твердым металлом. За счет давления дуги, величина которого зависит от установленной величины силы тока дуги, в расплаве образуется след, глубина которого связана с поверхностным на- тямением металлического расплава,

Измеряют напряжение U, на дуге в этом случае. Определяют глубину следа с помощью выражения

Н„ (

Ui

По

- о,

()

h - глубина следа, м; Н0 - расстояние от неплавящегося электрода до поверхности металлического расплава, м;

U, -напряжение на дуге в случае жидкого расплава, В;

U0 - напряжение на дуге в случае

твердого расплава,В, Поверхностное натяжение металли- | ческого расплава рассчитывают с помощью выражения

6 i2Ј.)ЈL

2h

(2)

5

0

5 Q

5

0

5

0

5

где 6 Р„ г поверхностное натяжение, Н/м;

давление дуги, определяемое по току дуги, Н/м ; плотность металлического расплава, кг/мэ; ускорение свободного падения, м/с2;

радиус анодного пятна на поверхности металлического расплава, определяемого по току дуги, м.

Пример. В печь 1 под электродом помещают корундовый тигель 2 с предварительно переплавленным в среде аргона армко-железом. В качестве неплавящегося электрода 4 используют вольфрамовый электрод марки ЭВИ-3 диаметром 2 мм. После установки тигля 2 электрод 4 с помощью микровинта опускают до соприкосновения с поверхностью твердого металла, а затем поднимают на высоту 4 мм. Затем в печь 1 подают аргон, расход которого составляет 10-12 л/мин. Через 4 мин, что обеспечивает создание в печи 1 атмосферы аргона между электродом 4 и металлом, с помощью осциллятора 8 возбуждают дугу. Спустя 0,1 с величина напряжения на дуге, которую фиксируют с помощью осциллографа 7, устанавливается постоянной и при силе тока 200 А равна 12,2 В. После этого дугу прерывают. Затем включают источник 11 питания печи 1 и температуру в ней поднимают до 1550 С, Данную температуру замеряют с помощью термопары ВР-5/20 и поддерживают во время всего опыта постоянной. После выдержки системы в течение 60 с между расплавленным металлом и электродом 4 возбуждают дугу также с помощью осциллятора 8. Силу тока поддерживают равной 200 А, Спустя 3 с после начала горения дуги величина напряжения на дуге становится равной 12,7 В.

По выражению (1) определяют вели чину h 0,62 мм. Радиус анодного

51583793

пятна гй определяется током дуги иго это воздействие, отличаю

при токе 200 А равен 1,55 мм. При токе дуги в аргоне 200 А, расстоянии от электрода 4 до поверхности распла- с ва Н0 - 4 мм и диаметре неплавяще- гося электрода 2 мм давление дуги равно РЙ 3,1 Н/мм2.

Подставляя эти значения, а также

щ и и с я тем, что, с целью упроще ния способа, на поверхность металли ческого расплава воздействуют сосре доточенным давлением электрического дугового разряда между поверхностью металлического расплава и неплавящимся электродом, расположенным над IQ поверхностью металлического расплава, измеряют напряжение и ток элек рического дугового разряда,дополнительно измеряют напряжение электрического дугового разряда после ох

плотность расплава, в расчетное выражение (2) получим 6 322 мДж/м ,

Формула изобретения

го это воздействие, отличаю

щ и и с я тем, что, с целью упрощения способа, на поверхность металли ческого расплава воздействуют сосре доточенным давлением электрического дугового разряда между поверхностью металлического расплава и неплавящимся электродом, расположенным над Q поверхностью металлического расплава, измеряют напряжение и ток электрического дугового разряда,дополнительно измеряют напряжение электрического дугового разряда после ох

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение при измерении поверхностного натяжения расплавленных металлов в условиях дуговой сварки. Целью изобретения является упрощение способа путем исключения необходимости измерения высоты кратера в металлическом расплаве. Для этого на поверхность расплава воздействуют электрической дугой и измеряют ток и напряжение дуги. Дополнительно измеряют напряжение дуги после охлаждения расплава до затвердевания при том же значении тока. Поверхностное натяжение рассчитывают по измеренным величинам. 1 ил.

Способ определения поверхностно- 15 лаждения металлического расплава до

его затвердевания при том же значении тока электрического дугового разряда, а поверхностное натяжение ме- таллического расплава рассчитывают

го натяжения металлического расплава, заключающийся в воздействии сосредоточенного давления на поверхность металлического расплава в жидком состоянии, обеспечивающего формирование 20 по разнице измеренных значений нап- кратера в металлическом расплаве,ряжения электрического дугового разизмерении параметра, характеризующе-ряда.

5-1. . .g:v/g У.-У.-. ::-ТЛ-:Д.-:

$

/

V&

«

«Q