Способ имитации процессов, происходящих в сварочной ванне при сварке плавлением

Способ имитации процессов, происходящих в сварочной ванне при сварке плавлением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к сварке и может быть использовано при изучении физических, химических, металлургических и термодинамических процессов, происходящих в сварочной ванне. Цель изобретениярасширение возможностей изучения процессов, происходящих в сварочной ванне и упрощение исследований. Для имитации и изучения процессов, происходящих в сварочной ванне, образцы, равные по массе расплавленному металлу моделируемой сварочной ванны и идентичные ей по химсоставу, расплавляют во взвешенном состоянии в электромагнитном поле. Расплавление ведут при температурах, соответствующих термическому циклу сварки, в газовой среде, идентичной реальной газовой среде, в которой находится сварочная ванна.Объем сварочной ванны определяют теоретически или экспериментально. Способ позволяет изучать содержание азота в шве, изменение химсостава расплава, изменение структуры, твердости, микротвердости металла и т.д. Приведен пример изучения деазотации металла шва в специальной камере. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 23 К 28/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К А BTOPCH0IVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4271294/31-27 (22)"30.06.87 (46) 15.05.89. Бюл. В 18 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) К.А.Ющенко, Г.М.Григоренко, Н.П.Казеннов, А.И.Солоха и Ю.М.Помарин (53) 621. 731. 75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1269940, кл. В 23 К 9/16, 1986. (54) СПОСОБ ИМИТАЦИИ ПРОЦЕССОВ ПРОИСХОДЯЩИХ В СВАРОЧНОЙ ВАННЕ ПРИ

СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к сварке и может быть использовано при излучении физических, химических, металлургических и термодинамических процессов, происходящих в сварочной ванне. Цель изобретения — расширение

Изобретение относится к сварке, может быть использовано при изучении процессов, происходящих в сварочной ванне и позволяет имитировать условия существования жидкого металла сварочной ванны и изучать физические, химические, металлургические и термодинамические процессы сварочной ванны.

Цель изобретения — расширение информативности и упрощение исследований при изучении различных химических и физических характеристик ванны.

Способ заключается в том, что для имитации процессов, идущих к ван- не, образцы, равные по массе расÄÄSUÄÄ 1479247 А1 возможностей изучения процессов, происходящих в сварочной ванне, и упрощение исследований, Для имитации и изучения процессов, происходящих в сварочной ванне, образцы, равные по массе расплавленному металлу моделируемой сварочной ванны и идентичные ей по химсоставу, расплавляют во взвешенном состоянии в электромагнитном поле. Расплавление ведут при температурах, соответствующих термическому циклу сварки, в газовой среде, идентичной реальной газовой среде, в которой находится сварочная ванна. Объем сварочной ванны определяют теоретически или экспериментально. Способ позволяет изучать содержание азота в шве, изменение химсостава расплава, изменение структуры, твердости, микротвердости метал— ла и т.д. 3 ил.

2 плавленному металлу моделируемой сварочной ванны, из металла, идентичного по химическому составу металлу сварочной ванны, расплавляют во взвешенном состоянии в электромагнитном поле. Расплавление ведут при температурах, соответствующих термическому циклу реального технологического процесса, при этом защитная среда при плавлении соответствует среде, в которой находится реальная ванна. Объем сварочной ванны определяют экспериментально или расчетным путем.

Способ позволяет изучать, например, содержание азота, изменение химического состава расплава (пе1479247 рераспределение и угар легирующих элементов, няуглероживяние, изменение содер>кяния вредных примесей), изменение структуры и структурных составляющих ме алла (например, увеличение количества магнитной фазы в зависимости от времени выдержки и температуры), изменение твердости и микротвердости металла под действие 1 ТЦС (термического цикла сварк л)., исследовать термодинамику и кинетику растворения и десорбции любых активных газов (О, Н, CH < и т.д.) в рясплявах заданного состава и т.д.

Плявление образцов осуществляют

)Io термическому циклу фиксированной точки сварного швя, находящейся на его оеи, где максимальны градиенты емперятуры и максимально время пребывания метялля при Т ) Т „ .

Ня фиг, i изображена реакционная кямеря,, в которой производят плавку ня фиг.2 " сравнительные термичес- 25 кие цикль. в реяльных условиях сварки при плавлении в реакционной камере, ня фиг,3 — изменение содержания азотя и пготности образцов из стали

06Хl8A1 2 в зависимости от времени выдержк1л металла в интервале температур l500--l700 С.

Реакционная камера содержит текстолитовый фланец 1, болт 2, оптическое стекло 3,. уплотнительную прокладку 4,. толсгостенную кварцевую трубку

5 >18 мм, индуктор б, расплавленный образец 7,. нгвкние фланцы 8, втулку нижней опоры 9, стакан 10 и изложницъ 11 .

Такая конструкция реакционной камеры позволяет вести визуальные наблюдения за положением образца жидкого металла в реакционной камере, а также регистрировать температуру ме"ялля

Подвижный кристаллизатор, состоящий из латунного стакана 10 с медной глзложницей 11, имеет два фиксированных положения: первое — под нижним срезом реакционной камеры (как пока- 50 зяно на фиг. 1) для мгновенной закалки г асплавленной капли; второе — за рабочей площадью установки для загрузки образцов. Изложница 11 служит для мгновенной закалки образца расплав- 55 ленного металла. Оня выполнена разьемной IIo вертикальной оси и позволяет мгновенно охлаждать клиновидный образец с углом клина 7". Масса изложницы в 200 раз превышает массу

1 металлического образца, что позволяет производить мгновенную закалку висячей капли.

Перед каждой серией опытов газовые магистрали установки продувают аргоном не менее 5 мин д тем, чтобы удалить кислород. Затем в реакционной камере расплавляют холостой образец в зоне действия индуктора для удаления имеющейся в камере влаги,. Пос.ле этого в камеру на кварцевой ножке вводят прямоугольный образец исследуемого металла и производят его ,расплавление. Процесс плавления снимают скоростной кинокамерой СКС-1МС экспозицией 260 кадров в секунду.

Одновременно стакан 10 с изложницей

i1 перемещают под нижний торец реакционной камеры. Необходимый состав газовой защиты контролируют по показаниям ротаметров, установленных на пульте управления. После фиксированной выдержки в расплавленном состоянии отключают питание индуктора и расплавленный образец металла сбрасывают в изложницу. Температуру металла измеряют бесконтактным методом цветовым электро ным пирометром ЦЭПИР-010 и регистрируют на диаграмме выносного самопишущего потенциометра. Общая ошибка измерений температуры не превышает 1Х от измеряемой величины. В процессе плавок максимальная температура капли колеблется от 1450 до

1580ОС в зависимости от геометрии оплавления образца и времени в расплавленном состоянии. Результаты пред. ставлены в виде диаграммы на фиг.2.

Для сравнения показана диаграмма ТЦС точки на оси шва при аргонодуговой сварке стали 18-10 на режиме: I =

250 А, U ==30 В,,V „= 5. ìì/ñ. Температура нагрева капли выше точки плавления на всех стадиях плавления

О не превышает 150-200 С, что соответствует реальной температуре сварочной ванны.

Индукционное перемешивание металла капли, сходное с конвективным процессом в сварочной ванне, выравнивает температуру расплава и ускоряет процесс плавления. Навески для определения азота методом восстановительного плавления в потоке гелия подготав-. ливают механически разделяя каждую закаленную каплю на мелкие части ве-.

1479247 сом до О, 2-0, 4 r Концентрацию азотаа определяют на анализаторе TN-114.

Результаты исследования плавки в среде аргона позволяют сделать вывод о том, что для получения качественных швов при сварке сталей со сверхравновесным содержанием азота необходимо обеспечить существование расплавленной ванны более 4 с.

Технологические режимы аргонодуговой сварки стали 06Х18АГ12 толщиной 2-4 мм, выбранные с учетом кинетики деазотации расплавленного металла в интервале температур 15001700 С, позволяют получить качественные сварные соединения для концентраций азота в основном металле до 0,77.

Способ применен для исследования кинетики деаэотации металла при сварке сталей со сверхравновесным содержанием азота.

С целью воспроизведения условий, приближенных к действительности и имитирующих расплавленную ванну при аргонодуговой сварке встык пластин стали 06Х18АГ12 толщиной 2 мм, проведена плавка образцов в магнитном поле во взвешенном состоянии.

Предварительно выполненные замеры и расчеты объема ванны наплавок и швов при аргонодуговой сварке неплавящимся вольфрамовым электродом показали, что масса расплавленного металла чаще всего составляет около

1 r. В этих условиях малая площадь поперечного сечения швов затрудняет отбор корректных проб для газового анализа из-за возможного попадания основного металла. В реальных условиях сварки затруднена также точная вьдержка металла в расплавленном сос— тоянии продолжительностью до i c.

Образцы-имитаторы сварочной ванны

-5 весом 0 8-1 0 г изготовлены иэ лис—

Э тового проката толщиной 2-7 мм. Исходное содержание азота составляет

0,3-0,75Х. Время выдержки образцов в расплавленном состоянии изменяют дискретно в интервале .1-5 и 15 с.

Эксперименты проводили на установке для плавки образцов во взвешенном состоянии в магнитном поле. Результаты по исследованию содержания азота в зависимости от времени существования расплава представлены в виде графика на фиг.З.

Предлагаемый способ позволяет изучать разнообразные процессы, имеющие место в сварочной ванне, используя при этом минимальные объемы материалов для исследований. Простота способа сокращает сроки исследования.

25 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ имитации процессов, происходящих в сварочной ванне при сварке плавлением, при котором исследуют закристаллизовавшийся металл, обработанный в соответствии с термическим циклом сварки, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения информативности и упрощения исследований физико-химических

35 и металлургических процессов в сварочной ванне, а также свойств металла сварных швов, исследование проводят на отдельном объеме металла,который расплавляют во взвешенном сос40 тоянии в электромагнитном поле, рав.ном объему сварочйой ванны для исследуемого процесса.

1479?47

1479247 цоа

О,Ч

Составитель Е.Сомова

Редактор M.Ïåòðoâà Техред JI. Ñåðäþêîâà Корректор И.Муска

Заказ 2484/12 Тираж 895 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101