Способ получения образца с дефектами сварки Советский патент 1990 года по МПК B23K28/00 

Изобретение относится к способам получения дефектов в сварных швах преимущественно легких сплавов, со стороны проплава, для исследования их влияния на рабочие характеристики сварных конструкций и может быть использовано в исследовательской работе в области сварки и металлургии.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем обеспечения возможности получения дефектов типа наплывов со стороны корня шва при сварке легких сплавов, повышение точности и стабильности результатов.

Собирают образец из двух пластин. При сборке свариваемого стыка образуют зазор между подкладкой и пластиной толщиной 30-100% толщины свариваемых пластин. Линию стыка смещают от оси формирующей канавки в сторону получаемого дефекта на 10-35% ее ширины. При сварке электрод

располагают по центру канавки: последующую сварку с присадкой ведут с превышением оптимального сварочного тока на 15-40%. Для увеличения получаемого зазора между нижней поверхностью свариваемой пластины и наплывом на поверхности пластины формируют толстую окисную пленку шириной не менее ширины требуемого наплыва, С этой же целью к нижней поверхности пластины поджимают фольгу толщиной 0,1-0,3 мм, удаляемую после сварки. Для увеличения ширины наплыва на фольгу с нижний стороны наносят слой фто- ридного очищающего флюса шириной не менее 2,5 Свариваемых толщин.

Сущность способа заключается в выдавливании и затекании расплавленного металла сварного шва проплава в созданный зазор требуемых размеров за счет сил давления дуги, гравитационных и капиллярных

О

ел

li

ил, превышающих противостоящую им сиу поверхностного натяжения, Увеличение азора между нижней поверхностью платины и металла наплыва основано на ухудшении смачивания расплавленного металла нерасплавленной пластины, а увеличение ширины наплыва, наоборот, связано с улучшением смачиваемости и снижением сил поверхностного натяжения на границе расплав - твердый металл за счет фторидного очищающего флюса.

Опытно-экспериментальным путем установлено, что оптимальная величина зазора между подкладкой и пластиной для получения наплыва составляет 30-100% толщины свариваемых пластин. При уменьшении этой величины менее 30% равнодействующая капиллярных и сил поверхностного, натяжения не позволяет расплаву затекать в зазор. Увеличение смещения кромок более чем на 100% приводит к нарушению стабильности горения дуги, получению двух несмачиваемых между собой объемов расплавленного металла обеих кромок и, следовательно, получению некачественного сварного шва - с несплавлени- ямииокисными пленками. Смещениелинии стыка от оси канавки позволяет увеличить в области щели удельный объем расплавляе- мого металла, создать избыточное давление столба жидкого металла в районе зазора и увеличить в нем конвективные потоки. Смещение на величину менее 10% от ширины канавки не оказывает заметного изменения характера премещения расплава в жидкой ванне, а больше 35% приводит к появлению несплавления и окисных пленок в сварном шве из-за сильного ослабления катодного распыления свариваемых кромок. Электрод располагается по центру канавки с целью создания в области щели избыточного давления расплава и увеличения конвективных потоков в нем. Также опытно-экспериментальным путем установлено, что увеличение сварочного тока более чем на 40% приводит к чрезмерному увеличению давления столба дуги, выдавливанию сварочной ванны, нарушению ее сплошности и появлению прожогов. Увеличение тока менее 15% не позволяет получить объем расплавленного металла, достаточный для затекания в свободные полости и образования наплывов. Толстая окисная пленка на пластине, в отличие от тонкой, резко снижает смачиваемость расплавом твердого металла, а следовательно, увеличивается зазор между наплывом и пластиной. Процесс формирования толстой окисной пленки может быть различным в зависимости от толщины получаемого зазора: щелочное травление +

выдержка; щелочное травление + нагрев; щелочное травление + анодирование; щелочное травление + кипячение. Ширина зоны выращенной окисной пленки должна

превышать размеры требуемого наплыва. При подготовке к сварке такой пластины для получения качественного сварного шва без окисных пленок и несплавлений торец и край нижней ее поверхности шириной не

0 более половины толщины должны быть за- шабрены. Поджим к нижней поверхности свариваемой пластины фольги перед сваркой и удаление ее после сварки позволяют еще более увеличить зазор между наплывом

5 и пластиной за счет полного устранения их контакта. Так как фольга значительно уменьшает смачиваемость и увеличивает силы поверхностного натяжения расплава, то ее толщина не должна заметно умень0 шать толщину щели и не превышать 10% от нее.

Нанесение фторидного очищающего флюса позволяет снизить силы поверхностного натяжения, увеличить угол смачивания,

5 снизить величину выталкивающих капиллярных сил, в результате чего ширина наплыва значительно увеличивается. Так как практически получить наплыв шириной более 2,5 мм невозможно, то эта величина

0 принимается максимальной при нанесении флюса.

Пример. Необходимо получить дефект типа наплыва в корне шва при сварк§ пластин сплава АМгб толщиной 5 4 мм,

5 Размер канавки на съемной подкладке 0,8x10 мм. Оптимальный режим сварки: 1св 250-260 А, VCB 18 м/ч. Присадочная проволока св. АМгб 02 мм.

Для подбора режима сварки, обеспечи0 вающего получение требуемого дефекта, были установлены: смещение кромок с в6- разованием зазора тол щиной 2,5 мм (62 % от 4 мм), смещение стыка от оси канавки на 2 мм. Сварку осуществляли от источнику

5 питания ТРС-500.

Данные по выбору режима сварки приведены в табл.1.

Таким образом, при сварочном токе на 15-40% выше оптимального поставленная

0 задача реализуется.

Для уточнения размеров смещения стыка и образуемого зазора сварку проводили в дальнейшем на режиме: 1св 320 А, VCB 18 м/ч.

5 Данные по выбору размеров смещения стыка и щели приведены в табл. 2.

На основании результатов можно отметить, что стабильно получить дефект типа наплыва со стороны проплава можно при смещении стыка отцентра канавки на 1-3,5 мм

и смещении кромок на 1,5-4 мм, что соответствует указанным пределам.

Данные по использованию выращенной окисной пленки приведены в табл. 3.

Полученная щель между наплывом и нижней поверхностью пластины, равная 0,01-0,1 мм, при использовании пластины с выращенной окисной пленкой позволяет проводить исследования по влиянию окружающей среды на свойства соединений.

Для получения зазора между наплывом в проплаве и нижней поверхностью пластины до толщины 0,1-0,5 мм была использована фольга сплава ВТ4 толщиной 0,1-0,5 мм, плотно прижимаемая к одной из пластин со стороны корня шва. Край фольги располагается по краю формирующей канавки. Увеличение толщины фольги свыше 0,5 мм уменьшает толщину зазора между подклад- кой и пластиной, препятствуя затеканию расплавленного металла из-за увеличения сил поверхностного натяжения и ухудшения смачиваемости.

Использование фторидного очищающе- го флюса, наносимого на нижнюю сторону фольги, позволило более чем в 1,5 раза увеличить ширину наплыва. Данные приведены в табл. 4.

Ширина наносимого слоя флюса на ос- новании результатов экспериментов не должна превышать 2,5а, так как невозможно достигнуть ширину наплыва более зтой величины: для толщины 3 мм максимальная ширина его составляла 6,5 мм, а для 4 мм - 8 мм.

Предлагаемый способ позволяет гарантированно получить дефект типа наплыва со стороны проплава по всей длине сварного шва или на заданных участках. Способ по- зволяет значительно (до 3 раз) снизить за0

5

траты на материалы, электроэнергию и трудозатраты в исследовательской работе. Формуле изобретения 1. Способ получения образца с дефектами сварки, при котором образец сваривают из двух пластин, которые собирают встык на подкладке с формирующей канавкой, и выполняют сварку неплавящимся электродом с присадкой, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических воз- можностей путем обеспечения возможности получения дефектов типа наплывов со стороны корня шва при сварке легких сплавов, ,ровышения точности и стабильности результатов, пластины располагают на подкладке с зазором, равным 30-100% толщины пластин, и со смещением линии стыка от оси симметрии формирующей канавки, равным 10-35% ширины формирующей канав- ки, сварочный электрод располагают по оси ск мметрии формирующей канавки и сварку ведут на токе, большем на 15-40% оптимального сварочного тока для данного материала и толщины.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью облегчения условий получения зазора между пластинами и металлом наплыва, на поверхности пластины, обращенной к подкладке, формируют окисную пленку шириной, не превышающей ширину требуемого наплыва сварного шва.

3.Способ по п. 1,отличающийся тем, что между пластинами и подкладкой располагают фольгу толщиной не более 0,5 мм, которую удаляют после сварки.

4.Способ по п.З, отличающийся тем, что, с целью увеличения ширины наплыва сварного шва, на поверхность фольги со стороны подкладки наносят слой фторидного очищающего флюса на ширину не менее 2,5 толщины пластин.

Таблица 1

Изобретение относится к сварке, в частности к способам получения образцов с дефектами сварки, и найдет применение в машиностроении для исследования рабочих характеристик сварных конструкций. Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем получения дефектов типа наплыв со стороны корня шва при сварке легких сплавов. Сваривают образец из двух частей на подложке с формирующей канавкой, сварку ведут на заданном режиме. Между пластинами и подкладкой образуют зазор. Стык смещают в сторону от оси канавки, а электрод располагают по оси канавки. Для увеличения зазора между металлом наплыва и нижней поверхностью кромки свариваемой детали, на последней формируется окисная пленка или укладывается фольга. Указанная последовательность позволяет получить дефекты типа наплыв со стороны корня шва по всей длине шва, снизить затраты на материалы, электроэнергию и т.д. 3 з.п. ф-лы, 4 табл.

Ток сварки, А

250

280 (12% прироста) 300(18%) 335(32%) 350(41%)

Вид сварного шва

Усиление удовлетворительное, в проплаве затекание расплавленного металла в щель не наблюдается

Усиление удовлетворительное, широкий проплав, в некоторых местах появляется нестабильный наплыв

Усиление удовлетворительное, наплыв небольшой, но стабильный

Усиление удовлетворительное, проплав широкий ,наплыв стабильный

Усиление волнистое, в некоторых местах прожог, проплав широкий, наплыв стабильный

Вид сварного шва

ворительное, в про еталла в щель не н

Сборка стыка

По изобретению

Все плоскости пластины зашабрены

На нижней плоскости пластины выращена толстая окисная пленка

Таблица 2

Таблица 3

Примечание

Наплыв стабильный, ровный, прилегает к основному металлу

Наплыв ровный, стабильный, щель между наплывом и нижней плоскостью пластины 0,010,1 мм

Таблица 4