Способ исследования процесса проплавления металла Советский патент 1991 года по МПК B23K28/00 

Изобретение относится к сварке, резке и термической обработке металла, а именно к способам исследования теплового воздействия на обрабатываемый металл, и может быть использовано для определения зоны обрабатываемого металла, подвергшейся непосредственному воздействию концентрированного источника нагрева.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов путем выявления зоны обрабатываемого металла,

подвергшейся непосредственному воздействию концентрированного источника на- грева.

На фиг.1 показана зона проплавления образца, продольное сечение по траектории перемещения источника нагрева; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.З - исследуемый образец, вид сверху; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.З.

Способ осуществляется следующим образом.

В исследуемом образце 1 намечают траекторию 2 предлагаемого перемещения источника нагрева и засверливают отверстия 3 так, чтобы охватить половину предполагаемой зоны 4 проплавления (вторая полови- на симметрична). В отверстия вставляют стержни 5. Расстояние между отверстиями выбирают равным или большим, чем длина сварочной ванны 6. Осуществляют обработку образца путем перемещения источника нагрева по намеченной траектории. В качестве источника нагрева может быть использована электрическая дуга, пламя газовой горелки, электронный луч и др. Материал стержня выбирают так, чтобы температура его плавления равнялась 0,8-1,2 температуры кипения исследуемого металла. Например, при исследовании образцов из низкоуглеродистой стали и меди целесообразно использовать стержни из молибдена, при исследовании образцов из алюминия и титана стержни изготавливают из гафния и вольфрама соответственно. Охлаждают образец, производят рентгечопросвечивание и (или) изготавливают макрошлифы. По оп- лавившимся торцам стержней определяют форму зоны обрабатываемого металла, подвергавшуюся непосредственному воздейст- вию концентрированного источника нагрева.

Наличие стержней на предполагаемой траектории перемещения источника нагрева, длина которых превышает зону проплавления обрабатываемого металла, позволяет определить толщину существовавшей жид- кой прослойки. Под воздействием источника нагрева происходит перегрев жидкой прослойки, а плавление металла,не контактирующего непосредственно с источником нагрева, происходит путем передачи тепла от перегретой жидкой прослойки. Следовательно, стержни, закрепленные одним концом в нерасплавившемся металле, расплавляются на другом конце, на который воздействует источник нагрева, а часть стержня, проходящего через жидкую прослойку, остается твердой. Таким образом, на рентгенограмме или на макрошлифе можно установить толщину жидкой прослойки как разницу между длиной всей не- расплавившейся части стержня и длиной части стержня, находящейся в твердом металле.

Расположение стержней в плоскостях, перпендикулярных предполагаемой траек- тории движения источника, позволяет определить форму зоны обрабатываемого металла, непосредственно подвергшейся тепловому воздействию источника нагрева, путем сопоставления рентгенограмм или

макрошлифов, выполненных перпендикулярно траектории движения источника нагрева.

Выбор расстояния между стержнями равного или большего, чем длина ванны расплавленного металла, позволяет исключить изменение теплового баланса, установившегося в системе источник нагрева - ванна - твердый металл.

Температура жидкой прослойки изменяется от температуры кипения в месте контактирования с источником нагрева до температуры плавления в месте контакта с твердым металлом. Если при этом стержень изготовлен из материала, температура плавления которого менее 0,8 температуры кипения обрабатываемого металла, то часть стержня, не подверженная непосредственному воздействию источника нагрева, расплавляется за счет тепла перегретой прослойки обрабатываемого металла, что искажает реальную картину плавления. Если температура плавления стержня более 1,2 температуры кипения обрабатываемого металла, то часть стержня, выступающая за границу жидкой прослойки, не полностью расплавляется под воздействием источника нагрева. Как показали проведенные исследования, при выходе температуры плавления стержня за указанные пределы погрешность измерений превышает 10-20%.

П р и м е р, В соответствии с предлагаемым способом были проведены исследования проплавляющей способности сжатой газовым потоком дуги при плазменной сварке.

Стыковые соединения пластин алюми- ниево-магниевых сплавов толщиной 10 мм выполняли за один приход при следующих параметрах режима: ток сварки 320 А, напряжение на дуге 28 В, скорость сварки 16 м/ ч, расход плазмообразующего газа (Аг) 2 л/мин.

Предварительно в торце одной из двух стыкуемых пластин сверлили отверстия ф 1,6 мм, глубиной 20 мм так, что расстояние от верхней кромки до их оси равнялось 3,5 и8 мм. Расстояние между отверстиями 30 мм. В отверстия вставляли стержни из гафниевой проволоки 0 1,5 мм и длиной 20 мм.

Положение расплавившихся участков стержней определяли по ренгенограммам.

Использование способа исследования позволяет получить достоверные результаты о форме зоны основного металла, непос- редственно взаимодействующей с источником нагрева, размерах прослойки жидкого металла, что необходимо для создания уточненной модели процессов, происходящих в ванне жидкого металла, для разработки тепловой модели передачи тепла от источника нагрева к обрабатываемому металлу.

Формула изобретения 1. Способ исследования процесса про- плавления металла преимущественно при воздействии концентрированного источника нагрева, при котором в образец в зону обработки помещают индикаторы с физико- химическими свойствами, отличающимися от свойств исследуемого металла, выполняют проплавление образца и затем с помощью рентгенопросвечивания или металлографических исследований определяют область воздействия концентрированного источника нагрева на обрабатываемый металл, отличающий- с я тем, что. с целью повышения достоверности результатов путем выявления зоны обрабатываемого металла,, подвергшейся непосредственному воздействию концентрированного источника нагрева, в образце на предполагаемой траектории перемещения источника нагрева выполняют отверстия длиной, превышающей зону плавления

обрабатываемого металла, по одну сторону от траектории в количестве не менеет трех и располагают их в плоскостях, перпендикулярных траектории перемещения источника нагрева, с расстоянием между плоскостями

0 не менее длины ванны расплавленного обрабатываемого металла, на разных уровнях по глубине или на, разных расстояних от траектории, индикаторы изготавливают в виде стержней и помещают их в полученные

5 отверстия.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения толщины жидкой прослойки под источником нагрева, материал стержня

0 выбирают в соответствии с температурой кипения обрабатываемого металла из условия, что температура плавления стержня равна 0,8-1,2 температуры кипения обрабатываемого металла.

Изобретение относится к способам исследования процессов, в частности к способам исследования тепловых процессов при сварке, резке и наплавке, и может быть использовано для исследования процесса пропла вления металла при воздействии концентрированного источника нагрева. Цель изобретения - повышение точности результатов путем выявления зоны обрабатываемого металла, подвергшейся непосредственному воздействию концентрированного источника нагрева. В образец в зону обработки помещают индикаторы с физико-химическими свойст- вами. отличающимися от свойств исследуемого матеоиала. После проплавлечия с помощью речтгенопросвечивания или металлографических исследований определяют область воздействия концентрированного источника нагрева на обрабатываемый металл. Индикаторы изготавливают в виде стержней. На образце выполняют отверстия на предполагаемой траектории перемещения источника нагрева. С одной стороны траектории устанавливают стержни, например, в предварительно засверленные отверстия, длина которых превышает зону плавлений обрабатываемого металла.Стержни устанавливают в количестве не менее трех штук и располагают в плоскостях, перпендикулярных предполагаемой траекто рии перемещения источника нагрева, с расстоянием-между плоскостями не менее длины сварочной ванны рзсплавного металла на разных уровнях по глубине про- плавления или на разных расстояних от траектории. Материал стержня выбирают в соответствии с температурой кипения обрабатываемого металла из условия, что температура плавления стержня равна 0,8-1,2 температуры кипения обрабатываемого металла. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. сл С о го сл ( ю ю

Фиг

А-А

5 4

Vua2

фиг. J

5 Д

Фиг. 4