Способ получения образца с дефектами сварки

(51) 5 НИЕ 2 чевскии пытания метал .: Металлургия ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ПОЛФЕКТАМИ СВАРКИ(57) 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 технологичеУЧЕНИЯ ОБРАЗЦА С ДЕ Изобретение относится к способам получения дефектов в сварных швах преимущественно легких сплавов, со стороны проплава,для исследования их влияния на рабочиехарактеристики сварных конструкций и может быть использовано в исследовательской работе в области сварки и металлургии,Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем обеспечения возможности получения дефектов типанаплывов со стороны корня шва при сваркелегких сплавов, повышение точности и стабильности результатов,Собирают образец из двух пластин, Присборке свариваемого стыка образуют зазормежду подкладкой и пластиной толщиной30-100 толщины свариваемых пластин,Линию стыка смещают от оси формирующейканавки в сторону получаемого дефекта на10-35 ее ширины. При сварке электрод ских возможностеи путем получения дефектов типа наплывов 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. Укаэанная последовательность позволяет получить дефекты типа наплывов со стороны корня шва по всей длине шва, снизить затраты на материалы, электро-, энергию и т,д, 3 з,п. ф-лы,табл. располагают по центру канавки; последующую сварку с присадкой ведут с превышением оптимального сварочного тока на 15 - 400. 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 йоверхности пластины поджимают фольгу толщиной 0,1 - 0,3 мм, удаляемую после сварки, Для увеличения ширины наплыва на фольгу с нижней стороны наносят слой фторидного 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 капиллярныхсил, превышающих противостоящую им силу поверхностного натяжения. Увеличение зазора между нижней поверхностью пластины и металла наплыва основано на ухудшении смачивания расплавленного металла и 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 отолщины 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 оприводит к нарушению стабильности горения дуги, получению двух несмачиваемых между собой объемов расплавленного металла обеих . кромок и, следовательно, получению некачественного сварного шва - с несплавлениями и окисными пленками. Смещение линии 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 оприводит к чрезмерному увеличению давления столба дуги, выдавливанию сварочной ванны, нарушению ее сплошности и появлению прожогов. Увеличение тока менее 15 оне 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+ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 более половины толщины должны быть зашабрены. Поджим к нижней поверхности свариваемой пластины фольги перед сваркой и удаление ее после сварки позволяют еще более увеличить зазор между наплывом 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 уменьшать толщину щели и не превышать 10 оот нее.Нанесение фторидного очищающего флюса позволяет снизить силы поверхностного натяжения, увеличить угол смачивания, снизить величину выталкивающих капиллярных сил, в результате чего ширина наплыва значительно увеличивается. Так как практически получить наплыв шириной более 2,5 мм невозможно, то зта величина принимается максимальной при нанесении флюса.П р и м е р. Необходимо получить дефект типа наплыва в корне шва при сварка пластин сплава АМгб толщиной Я = 4 мм, Размер канавки на съемной подкладке 0,8 х 10 мм. Оптимальный режим сваркр: св = 250 - 260 А, Чсв = 18 м/ч. Присадоцная проволока св, АМгб ф 2 мм.Для подбора режима сварки, обеспечивающего получение требуемого дефекта, были установлены: смещение кромок с образованием зазора толщиной 2,5 мм(620 вт 4 мм), смещение стыка от оси канавки на 2 мм. Сварку осуществляли от источника питания ТРС - 500.Данные по выбору режима сварки при. ведены в табл, 1.Таким образом, при сварочном токе на 15 - 40 выше оптимального поставленная задача реализуется.Для уточнения размеров смещения стыка и образуемого зазора сварку проводили в дальнейшем на режиме: 1 св = 320 А, Чсв = =18 м/ч.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 от центра канавки на 1 - 3 5 мм1611654 Таблица 1 Ток сва ки, А Ви сва ного шва 250 Усиление удовлетворительное, в проплаве затеканиерасплавленного металла в щель не наблюдается 280 (12 оирироста ) Усиление удовлетворительное, широкий проплав, внекоторых местах появляется нестабильный наплыв 300 (18 О ) 335 (32%) 350 (41 о ) Усиление удовлетворительное, наплыв небольшой, ностабильный Усиление удовлетворительное, проплав широкий,наплыв стабильный Усиление волнистое, в некоторых местах прожог, проплав широкий, наплыв стабильный 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 ВТ 4 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 подкладкой и пластиной, препятствуя затеканию расплавленного металла из-за увеличения сил поверхностного натяжения и ухудшения смачиваемости,Использование фторидного очищающего 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 основании результатов экспериментов не должна превышать 2,5 о, так как невозможно достигнуть ширину наплыва более этой 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 позволяет значительно (до 3 раз) снизить затраты на материалы, электроэнергию и тру-:дозатраты в исследовательской работе.Формула изобретения1. Способ получения образца с дефекта 5 ми сварки, при котором образец свариваютиз двух пластин, которые собирают встык наподкладке с формирующей канавкой, и выполня 1 от сварку неплавящимся электродомс присадкой, о тл и ч а ю щи й с я темчто,10 с целью расширения технологических воз-можностей путем обеспечения возможности получения дефектов типа наплывов состороны корня шва при сварке легких сплавов, повышения точности и стабильности15 результатов, пластины располагают на подкладке с зазором, равным 30 - 100 толщины пластин, и со смещением линии стыка отоси симметрии формирующей канавки, равным 10 - 35% ширины формирующей канав 20 ки, сварочный электрод располагают по осисимметрии формирующей канавки и сваркуведут на токе, большем на 15 - 40 ооптимального сварочного тока для данного материала и толщины.25 2. Способ по п.1, отл ич а ю щи йс ятем, что, с целью облегчения условий получения зазора между пластинами и металломнаплыва, на поверхности пластины, обращенной к подкладке, формируют окисную30 пленку шириной, не превышающей ширинутребуемого наплыва сварного шва,3, Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи й с ятем, что между пластинами и подкладкойрасполагают фольгу толщиной не более35 0,5 мм, которую удаляют после сварки.4. Способпоп,3,отличающийсятем, что, с целью увеличения ширины наплыва сварного шва, на поверхность фольгисо стороны подкладки наносят слой фторид 40 ного очищающего флюса на ширину не менее 2,5 толщины пластин.1611654 Таблица 2 Сме ение стыка от оси канавки, мм 1 - 2,5 2,5-3,5 До 1 Более 3,5 Наплывов нет Наплывов нет Наплывов нет Наплывов нет и и и и 1,5 и и и и 2,5 И И и и И и и Несплавления Несплавления Несплавления Несплавления Таблица 3 Сборка стык изобретен и Все плоскости пластины зашабре ижней плоскости пластиная окисная пленка Таблица 4 ез фл нан Составитель Л. Назароваовецкая Техред М,Моргентэл Корректор Т, Палий едакто каз 3799 Тираж 630 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 Зазор смещения кромок, ммНаплывы участками по 3-5 мм Наплыв нестабильный, участками по 10-35 ммНестабильноеформированиешва Наплывы участками по 3-7 мм Наплыв нестабильный, несплавления