Способ создания искусственного дефекта в сварном соединении Советский патент 1992 года по МПК B23K31/12 

Изобретение относится к металлургии, в частности к сварке и способам получения дефектов в сварных швах преимущественно легких сплавов, для исследования их поведения и влияния на рабочие характеристики сварных конструкций. Изобретение может быть использовано при установлении норм дефектов в нормативно-технической документации.

Известен способ получения искусственного дефекта типа вольфрамовое включение в сварных швах легких сплавов, в котором с целью повышения надежности, точности и стабильности включение получают путем сбрасывания капли вольфрама с торца электрода при сварке за счет формирования вблизи заданного места сварного шва капли на торце электрода и механического сбрасывания ее другим вольфрамовым прутком. Однако за счет сил поверхностного натяжения, тяжести и смачиваемости жидкой капли вольфрама, вольфрамовое включение получается только правильной сферической формы. Получение включения любой заданной формы (в том числе и сферической), с острыми гранями и углами, на которых происходит резкое увеличение внутренних напряжений металла сварного шва, данном способом невозможно. Также происходит местное искажение геометрии сварного шва вследствие нарушения стабильности процесса сварки при сбрасывании капли.

Наиболее близким к предлагаемому является способ создания искусственного дефекта в сварном соединении, при котором изготавливают из исследуемого материала образец-вставку (пластинку) заданных размеров и формы, в пластине подготавливают площадку - ответный паз на заданной глубине помещают образец-вставку (пластинГ-w

О

Ј

О

ку) в паз и приваривают его к пластине, а далее производят сборку и сварку пластин.

Приварка образца-вставки производится с целью его фиксации в пазу и, что основное, соединения его с пластиной, т. е. создания монолитности и металлической связи, которая при дальнейшей сварке пластин препятствует выталкиванию образца-вставки на поверхность шва конвективными потоками и фронтом направлен- ной кристаллизации.

Однако этим способом невозможно получить в металле шва дефекты типа вольфрамовое включение в легких сплавах, поскольку невозможно приварить образец- ставку из вольфрама к пластине из-за того, что данные металлы разнородны и имеют существенные различия в температуре плавления и свойствах. Вследствие отсутствия металлической связи и плохого смачива- ния жидким металлом (пластины) неприваренный твердый образец-вставка из вольфрама выталкивается на поверхность шва конвективными потоками сварочной ванны и фронтом направленной кристаллизации металла шва. Такое явление имеет место при преднамеренном введении кусочка твердого вольфрама в кромку пластины и в расплав сварочной ванны сплава АМгб, а также при введении твердо- го куска серебра в алюминиевую сварочную ванну. В данном способе происходит также и изменение исходной (первоначальной) геометрической формы и структуры образца- вставки (пластинки) при ее расплавлении в процессе сварки вследствие неоднородности вставки и пластины, т. е. образуются дефекты, существенно или полностью отличающиеся по форме и структуре от первоначальных.

Целью изобретения является обеспечение получения дефекта типа вольфрамовое включение заданной (любой) формы в металле сварных швов, преимущественно легких сплавов,

Сущность способа заключается в изготовлении образца-вставки из вольфрама необходимой геометрической объемной формы и размеров, выполнении в свариваемых кромках пластин паза на высоте не боле 2/3 толщины кромок от нижней поверхности пластины, по форме близкой к выбранному образцу-вставке из вольфрама, нанесении тонкого (толщиной до 70 мкм) слоя очищающего флюса на поверхности вольфрама и паза, помещении и фиксировании вольфрама в пазу, сборки и сварки на длине дуги на 50-200% выше оптимальной сварочной для данной свариваемой толщины.

Поставленная цель достигается путем обеспечения смачивания расплавом сварочной ванны твердого вольфрамового образца-вставки (вольфрамового включения), снижения сил поверхностного натяжения на границе твердый вольфрам-расплав, седиментации, превышающей направленную кристаллизацию металла шва, отсутствия существенных конвективных потоков и перемешивания в сварочной ванне.

Образец-вставка из твердого вольфрама не меняет своей первоначальной геометрической формы, размеров и структуры в процессе сварки. Выполнение паза по форме вольфрама и покрытие его поверхности флюсом необходимо для обеспечения контакта расплава металла с вольфрамом и обеспечения отсутствия вокруг вольфрама в сварном шве других дефектов - включений окисных плен, пор и др. Нанесение флюса на поверхность вольфрама объясняется необходимостью снижения сил поверхностного натяжения и обеспечения смачиваемости и седиментации вольфрама в расплавленном металле шва. Толщина слоя флюса не более 70 мкм выбрана исходя из того, что при крупности частиц флюса более 70 мкм эффективность флюса резко снижается (в 2 и более раза, так как они неравномерно покрывают поверхность и осыпаются). Минимум слоя ограничивается дисперсностью порошка флюса ( 20 мкм).

Высота расположения паза в пластине выбрана опытно-экспериментальным путем не выше 2/3 толщины свариваемых кромок от нижней поверхности, чтобы в процессе сварки вольфрам не достигал дна кратера.

Длина дуги на 50-200 % выше оптимальной сварочной выбрана из необходимости снижения удельного давления сварочной дуги на поверхность расплава, уменьшения конвективных потоков и перемешивания металла сварочной ванны особенно при наличии полного проплавления, обеспечения ровного усиления и качества сварного соединения. Если длина дуги увеличена менее чем на 50 % от оптимальной, то в результате воздействия существенных конвективных потоков и давления сварочной дуги, заложенный вольфрам перемещается в металле сварочной ванны и, в крайнем случае, может вынести его на поверхность усиления или проплава. Если дли- на дуги более чем на 200% выше оптимальной сварочной, то получают очень широкий сварной шов, металл се жого швз прогревается, образуя микроне-: ошности и другие дефекты, при также or . кают- ся свойства сварного соедупенмя.

Получение дефекта данного типа возможно не только при сварке двух пластин встык, но и при наплавке на одну пластину. При этом паз выполняется в верхней и (или) нижней поверхности пластины, а вольфрамовый образец-вставка фиксируется пробкой из металла, идентичного по составу металлу пластины, причем для устранения дефектов типа включений окисных плен (ВОП), несплавлений и пор пробка также покрывается слоем очищающего флюса. Использование пробки объясняется необходимостью исключить выпадание вольфрама, расположенного со стороны проплава при сборке и сварке, а также прямого воздействия сварочной дуги на вольфрам, расположенный со стороны усиления.

Необходимо получить дефект типа вольфрамовое включение заданной формы (куб, тетраэдр со стороной 1,5 мм, диск ф1 мм, толщиной 1 мм) в сварном шве на расстоянии 40 ±1 мм друг от друга: при сварке пластин сплава АМгб толщиной 4 мм; при наплавке на пластинах сплава АМгб толщиной 4 мм.

Оптимальный режим сварки ±5 А; м/ч, мм.

Присадочная проволока сплава АМгб 2 мм.

В табл. 1 приведет.-/ результаты контроля, где A; м/ч; мм.

В табл. 2 приведены результаты анализа, где ±5 A; м/ч; мм.

В табл. 3 приведены результаты рентге- ноконтроля (дефект - тетраэдр),

В табл.4 приведены результаты контроля (дефект-тетраэдр, покрытый слоем флюса толщиной до 70 мкм).

Таким образом, результаты, приведенные в табл. 1-4, подтверждают правильность выбора условий получения дефекта типа вольфрамовое включение при сварке.

0

5

0

5

0

5

0

5

В табл. 5 приведены результаты контроля (получение дефекта при наплавке).

Результаты табл. 5 подтверждают правильность выбора условий получения дефектов типа вольфрамовое включение при наплавке.

Предлагаемый способ позволяет гарантированно создать в металле шва дефект типа вольфрамовое включение заданной геометрической объемной формы в определенном месте. Способ позволяет до более 10 раз повысить точность получения дефектов требуемой формы, а также экономить электроэнергию, материалы и трудозатраты.

Формула изобретения

1.Способ создания искусственного дефекта в сварном соединении, при котором изготавливают заданных размеров и формы образец-вставку, в пластине на заданной глубине выполняют ответный паз, помещают в него образец-вставку, фиксируют его и осуществляют сварку, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем обеспечения возможности получения дефекта типа вольфрамовое включение в легких сплавах за счет использования образца-вставки из вольфрама, перед помещением образца- вставки в паз его поверхность и поверхность стенок паза покрывают слоем флюса, а сварку ведут на длине дуги на 50-200% выше оптимальной сварочной дуги для данной свариваемой толщины.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что при получении дефекта в стыковом сварном соединении паз выполняют на торцовой поверхности кромки по крайней мере одной из свариваемых пластин.

3.Способ по п. 1,отличающийся тем, что при получении дефекта при наплавке паз выполняют на поверхности пластины подвергаемой наплавке.

Таблица 1

Таблица 2

Использование: в исследовательских работах по сварке для изучения поведения сварных соединений с дефектами в шве Сущность изобретения: способ получения искусственных дефектов необходимой формы заключается в подготовке образца-вкладыша, свариваемых пластин, сборке и сварке. Поверхность изготовленных необходимой геометрической объемной формы и размеров обрззца-вставки из вольфрама и паза покрываю1 слоем флюса. Помеща С покрытый вольфрамовый образец-вставку в паз и фиксируют его. Сварку ведут гадли:- дуги на5о- 00% выше оптимальной сваре-. ной для данной свариваемой толщины 2 з п. ф-лы. 5 табл.

Толщина

слоя флюса,

мкм

Результаты ренггенокоитроля металлографии

ВОП и пор нет на усилении участками шлак

ВОП и пор нет, на усилении шлак Поры (Ј до 2 ,ha ВОП I 1 3 мм

Длина дуги,

Результаты контроля(визуального рентгемм

новского металлографии)

W на поверхности усиления, других дефектов нет W частично выходит на поверхносто

усиления, других дефектов нет W в металле сварного шва других дефектов

нет W в металле сварного шва, других дефектов

нет W в металле сварного шва, других дефектов

нет

W в металле сварного шва, в шве микро- несплошности, поры до 0 15 w

Примечание НТД - нормативно-техническая документация (ГОСТ 14806-80 OCTS2 1114-80)

расположение паза

Нальние пробки

верхней поверхности пластины

с нижней поверхности пластин

С пробкой без флюса С пробкой с флюсов

Без пробки С пробкой без флюоа

С Проб КО-/ t. Б ,3 npOLK:

Таблица 3

Таблица 4

L

Соответствие шва НТД по дзнчым вчзуалогюго кон rjp jл я Не э ве. сгвует

Г же

Соответс вуе1 То кв Го же

Не COOT ветссзует (по ширине

Т а б п :/ ц а 5

Результз - ы контроля J;

N в сварном шве сопровожден порами и ВОП W в шве других дефектов нет А , & пиверхности сварного

ива

W в сварном шве сопсовсжден горами до

(I 0,3 h-r., л ВСП VV в CBPpHOi/, иче i их f .фектов

в ропаке i j г.,

СТИ