Способ а. м. апасова исследования трещинообразования в процессе сварки изделий из однородных металлов

(51)4 С 0 4 Гг ,у,Я САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 3 13 ю сигнало изобретести соотскои эмис мис)х1981,ВАНИЯ ВАРКИ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Патент Швеции В 376084, кл. С 01 И 29/04, 1974.Иванов В.И. и др, Акустикосионный контроль сварки и свар соединений. М.: Машиностроение с. 99.(54) СПОСОБ А,М.АПАСОВА ИССЛЕДО ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ С ИЗДЕЛИЙ ИЗ ОДНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к н рушающему контролю и может быт пользовано при контроле трещин разования изделии с помо акустической эмиссии, Це ния - повышение достовер ветствия сигналов акусти сии параметрам трещинообразования.Способ исследования трещинообразования заключается в том, что присварке иэделий в них создаются полятермоупругих напряжений, релаксациякоторых приводит к образованию трещин с испусканием сигналов акустической эмиссии. Предварительное охлаждение свариваемых кромок позволяет получать трещины требуемой длины в процессе формирования сварногошва, а зарегистрированные при этомсигналы акустической эмиссии достоверно определяют ее параметры. 2 ил,Т = Т где Ь йх М йс. 55 Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при контроле трещинообразования изделий с помощью сигналов акус 5 тической эмиссии (АЭ).Цель изобретения - повышение достоверности сигналов акустической эмиссии параметрам трещинообразования, 10На фиг.1 представлена схема кристаллизации металла в сечении сварного шва; на фиг.2 - схема поперечного сечения сварного шва.Способ исследования трещинообра зования заключается в том, что при сварке изделий в них создаются поля термоупругих напряжений, релаксация которых приводит к образованию трещин с испусканием сигналов акусти ческой эмиссии. Термоупругие напряжения создают путем предварительного охлаждения свариваемых кромок перед началом сварки, Температуру охлаждения выбирают из соотношения: заданная длина образующейся трещины вдоль осевойлинии поперечного сеченияшва, м;угол наклона линии сплавления к осевой линии поперечного сечения шва, град; З 5 Ъ - коэффициент теплопроводВт ности ф моС фвремя кристаллизации, с Т- температура кристаллиэации металла сварного шва,С;Т - температура на границесплавления с основным меоталлом, С; 45Р- теплота кристаллизации металла сварного шваДжкгкгплотность кристаллита - -мз .50 Способ осуществляется следующим образом.Перед началом сварки свариваемые кромки деталей глубоко охлаждают, например, жидким азотом. В первый момент после начала сварки имеет место резкий температурный скачок: от температуры жидкого металла в канале сварки до температуры охлажденных кромок деталей. Затем околошовные зоны нагреваются, расплавленный же металл в зоне сплавления 1 (фиг1) интенсивно охлаждается, в результатечего возникают беспорядочно ориентированные центры кристаллизации, которые образуют сплошной слой. Эти центры начинают расти внутрь расплаваметалла сварйого шва. Так как теплопроводность монокристаллов различнапо различным направлениям, то очевидно, что из всех центров, появившихсяв охлаждаемой околошовной зоне, быстрее всего растут те кристаллы, у которых направление наибольшей теплопроводности совпадает с максимальным температурным градиентом, т.е. перпендикулярно к плоскости зоны сплавления. Эти кристаллы операжают своих соседей, заглушают их и распространяются в расплав в виде столбцов.В зоне соприкосновения противоположно растущих столбчатых кристаллов 2 (фиг.1) образуются неплотности в виде пор, слияние которых под действием релаксации термоупругих напряжений приводит к образованию трещины, которая начинает подрастать вкорне шва, постепенно распространяясьвдоль осевой линии поперечного сечения сварного шва, так как интен- сивность охлаждения в корне сварного шва больше, чем на его поверхности. Определим математическую зависимость линейных размеров трещины от параметров процесса кристаллизации сварного шва.Возьмем грань кристалла с площадью Б (фиг,1) на границе зоны сплавления, проведем ось Х перпендикулярно к этой грани и обозначим через ч скорость роста этой грани. В течение малого промежутка времени Йс на грани нарастает слой толщиной Йх, причем: Обозначим черезтеплоту кристаллизации,- плотность кристалла, В течение промежутка времени Й ь из жидкого состояния при температуре кристаллизации перейдет в твердое состояние объем дч = Ых или масса дМ =йч =Бйх.Вследствие такого перехода выделяется количество теплоты плавления и затвердевания, равное(7)Р дх Отсюда следует 40 Ф(10) Й =ЯЯчдКристаллизация, при которойвыделяется теплота, может происходить только в случае, если эта теплота отводится от грани кристаллачерез кристалл и затем через зонусплавления в основной металл. Еслиобозначим через 5 коэффициент теплопроводности кристалла по направлению,перпендикулярному к растущей грани,дТа через --- температурный градиент,Йх 15то согласно уравнению Фурье количество отводимой вследствие теплопроводности теплоты равно Так как необходимым условиемкристаллизации со скоростью являетсяс 1 Я,= йЦ , то из (3) и (4) ЙТо 5 чЫ = Я- с 1 о,ЙхЙТоткуда чЯ дх При условии постоянства времени кристаллизации, равного= к, формулу (6) можно представить в следующем виде (см,фиг.2) 1 Ъхссах =йТ (8)о кр Роили1ахс 1 х = -- , с 1 Т, (9)о РЮгде 1 - длина кристаллов, м;Т - температура на границе сплаовления с основным металлом,С;Т - температура кристаллизации,"РОкончательно получим 50 Тогда температура охлаждения можетбыть определена из соотношения(11)снР где ( - угол наклона линии сплавления к осевой линии поперечного сечения сварного шва, град,Таким образом полученная математическая зависимость наиболее полно и достоверно описывает механизм возникновения трещины в процессе формировайия сварного шва. Формула изобретения Способ исследования трещинообразования в процессе сварки изделий из однородных металлов, по которому регистрируют сигналы акустической эмиссии, вызванные образованием трещин от релаксаций термоупругих напряжений при сварке, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности соответствия сигналов акустической эмиссии параметрам трещинообразования, перед началом сварки заданную зону охлаждают, а температуру охлаждения выбирают из соот- ношения2Ь РУ зп сРТ То кр 2 як1где Ь - заданная длина образующейсятрещины вдоль осевой линии поперечного сечения шва, м;угол наклона линии сплавления к осевой линии поперечного сечения шва, град; коэффициент теплопроводности, вт моС ф время кристаллизации, с; температура кристаллиза.ции металла сварного шва,С;температура на границе сплавления с основным металлом, С;теплота кристаллизацииДж металла сварного шва,ф кг плотность кристаллита,кгмроизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектна 0 Тираж 847 ИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушска Подписнота СССРрытий