Способ исследования свойств сварного соединения

(19 51)5 В 23 К 31/ ТЕН Я СВО сварке, в часания свойств мущественно и может ис- иностроении ил,ван рке, вчасия свойств ущественно ЭШС), и мо- ашиностроательских и ледованияпреимущести с которыми ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологическихпроцессов при МГТУ им. Н.Э.Баумана(56) Авторское свидетельство СССРКв 285747, кл. В 23 К 25/00, 1971.Авторское свидетельство СССРМ 421910, кл. В 23 К 25/00, 1974.Авторское свидетельство СССРМ 697281, кл. В 23 К 25/00, 1979.Авторское свидетельство СССРМ. 747658, кл. В 23 К 25/00, 1980,Авторское свидетельство СССРМ 238051, кл, В 23 К 25/00, 1969,(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНСВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ(57) Изобретение относится ктности к способам исследовсварного соединения преипри электрошлаковой сваркепользоваться в тяжелом маш Изобретение относится к с тности к способам исследова сварного соединения, преим при электрошлаковой сварке жет использоваться втяжелом ении при проведении исследо опытно-промышленных работ,Известны способы ис свойств сварного соединения,венно при ЭШС, в соответствипри проведении исследовательских и опытно-промышленных работ. Цель изобретения - повышение точности результатов испытаний и уменьшение величины внешних сил, необходимых для принудительного деформирования металла в исследуемой зоне, за счет исключения влияния участков шва, примыкающих к водоохлаждаемым формирующим ползунам и уменьшения сечения деформируемого металла. Способ заключается в исследовании свойств сварного соединения при испытании специальных образцов. Образец, состоящий из двух частей, в процессе сварки нагружают внешними силами, направленными поперек шва, Условия, приводящие к образованию в сварном соединении трещин-надрывов, моделируют путем приложения сжимающих сил на уровне металлической ванны и растягивающих сил выше уровня металлической ванны. Новым в способе является то,что каждую из частей образца выполняют в виде набора покрайней мере трех пластин и в процессе сварки внешние сжимающие и растягивающие силы прикладывают к средним пластинам каждой части образца, 2й осуществляют испытания специальных об разцов, Образцы для таких испытаний св стоят из двух частей (заготовок), к которым в процессе ЭШС прикладывают внешние силы, направленные поперек шва. Внешние силы обеспечивают принудительное деформирование исследуемой зоны сварного соединения с наперед заданной. скоростью, Сравнительно-количественным показателем сопротивляемости металла сварного соединения образованию трещин при этих испытаниях обычно является критическая скорость принудительной деформации, при которой происходит образование трещин, 5Недостатком известных споСобов является то, что они не позволяют получать информацию,о стойкости свариваемого металла против образования трещин-надрывов в околошовной зоне сварного соеди нения. Используемые конструкции образцов для испытаний на стойкость против образования горячих трещин в процессе ЭШС требуют применения специальных приемов, необходимых для снижения вели чины внешних сил, или для повышения точности получаемых результатов. Газовая , резка в процессе ЭШС, трудоемкая механическая обработка, нетехнологичное ломаное отверстие, угол излома которого 20 выбирают эмпирически, повышают трудоемкость и,увеличивают затраты на подготовку и проведение исследова.ний, отрицательно сказываются на точности получаемых результатов, 25В процессе ЭШС крупных изделий создаются такие условия, когда завариваемый шов, претерпевающий деформацию усадки, образует жесткое соединение. В то же время в результате нагрева еще не заваренных 30 кромок происходит,их поворот относительно уровня металлической ванны. Поворот кромок сопровождается изгибом, причем максимальное значение изгибающего момента создается в участках околошовной зоны на уровне металлической ванны. Поэтому в околошовной зоне (на участках сплавления основного и электродного металлов) образуются продольные растягивающие напряжения, которые способствуют образованию трещин. надрывов в кристалл изующемся металле.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ исследования свойств сварного соединения, преимущественно при ЭШС, по которому образец в процессе сварки подвергают воздействиювнешних сжимающих сил на уровне металлической ванны и внешних растягивающихсил, приложенных выше уровня металлической ванны. Этот способ позволяет определять стойкость кристаллизующегося металла против образования трещин-надрывов на участках сплавления основного иэлектродного материалов,Одним из основных факторов, существенноо влияющих на стойкость металла сварного соединения против образования горячих трещин, является схема кристалли 3540 455055 зации, При ЭШС характер роста крисгаллитов изменяется по толщине свариваемых заготовок. Кристаллиты растут перпендикулярно к криволинейной границе сплавления в направлении, обратном отводу теплоты. При ЭШС вблизи водоохлаждаемых медных формирующих ползунов отвод теплоты путем теплопроводности осуществляется как в свариваемые заготовки, так и в сами ползуны, В середине же соединения отвод тепла осуществляется в свариваемые заготовки. Это приводит к тому, что схема кристаллизации вблизи ползунов приобретает ярко выраженный объемный характер, тогда как в середине сварного соединения она близка к плоской. Этим объясняется неодинаковая стойкость различных участков сварного соединения против образования горячих трещин. Как правило, сопротивляемость участков с объемной схемой кристалллизации выше, чем участков, где схема кристаллизации близка к плоской. Испытания образцов малой толщины не позволяют получать результаты требуемой точности вследствие несоответствия схем кристаллизации в образце и в изделии. Испытания образцов большой толщины требуют дорогого и громоздкого оборудования, позволяющего развивать достаточные для принудительного деформи рован ия исследуемой эоны усилия, что является недостатком известного способа исследователя,В промышленности применяют способ сварки осесимметричных цилиндрических швов, в соответствии с которым схема кристаллизации одинакова по всему сечению свариваемого шва, В этом случае известный способ исследования стойкости сварного соединения против образования трещин- надрывов не обеспечивает требуемой точности получаемых результатов.Целью изобретения является повышение точности результатов испытаний и уменьшение величины внешних сил, необходимых для принудительного деформирования металла в исследуемой зоне, за счет исключения влияния участков шва, примыкающих к водоохлаждаемым формирующим ползунам, и уменьшения сечения деформируемого материала.Цель достигается тем, что каждуюиз двух, частей свариваемого образца изготавливают составной в виде набора по крайней мере трех пластин из материала изделия. Конкретные размеры каждой из пластин определяются особенностчми сварного соединения, условия закрепления которого хотят моделировать в процессе сварки образца, и возможностями имеющегося в наличии исструбцин и осуществляли нагружение сред 5 них пластин внешними силами с целью ус 10 15 20 25 30 35 45. тике при ЭШС реальных изделий 50 55 пытательного оборудования, Перед сваркой каждую часть образца собирают из пластин в виде пакета при помощи струбцин илина прихватках.В процессе ЭШС внешние сжимающиеи растягивающие силы прикладывают ксредним пластинам каждой половины испытуемого образца. Благодаря этому исключается деформирование участков,примыкающихк водоохлаждаемым формирующим ползунам, где схема кристаллиза=ции имеет объемный характер,Уменьшается величина внешних сил, необходимая для принудительного деформирования с наперед заданной скоростьюисследуемой зоны сварного соединения,поскольку деформируются лишь пластины,а не все сечение испытуемого образца,Внешние сжимающие силы прикладывают кпластинам на уровне металлической ванны,а растягивающие силы прикладывают к темже пластинам. выше уровня металлическойванны,На фиг.1 показан образец для исследований по предлагаемому способу в процессе сварки и схема приложения внешних сил;на фиг,2 - испытуемый образец и схема приложения внешних нагрузок, сечение.Требовалось установить, образуются литрещины-надрывы при электрошлаковой,сварке двух плит из стали 25 ГС.по штатнойзаводской технологии.Из материала изделия (стали 25 ГС) изготавливали образец 1. Каждая половинаобразца имела размеры 300 х 200 х 100 мм исостояла из пластин 2-4. Боковые пластины2 и 4 имели толщину 30 мм каждая, а толщина средней пластины 3 равнялась 40 мм.Пластины 2-4 собирали в виде пакета и стягивали двумя струбцинами, Половины образца 1 устанавливали под сварку сзазором 40 мм. Использовали способ электрошлаковой сварки плавящимся мундштуком. Мундштук 5 из стали 10 ХСНД имелсечение 60 х 10 мм и располагался посередине сварочного зазора. К-плавящемуся мундштуку 5 прихватывались ручной дуговойсваркой две направляющие трубки 6 из стали 10 ХСНД с наружным диаметром 10 мм ивнутренним диаметром 5 мм. В процессеЭШС в каждуюиз направляющих трубок 6подавалась электродная лроволока маркиСв.08 ХН 2 М диаметром 3 мм. Использовалисварочный флюс марки АН. Сварку осуществляли сварочным током 900 А; напряжение сварки - 40 - 41 В, скорость подачипроволоки - 118 м/ч.Сварку наяиналив медном водоохлаж.даемом кокиле 7. Для принудительнего формирования шва 8 использовали медные водоохлаждаемые ползуны 9. После заварки 50 мм шва 8 свариваемые заготовки.освобождали от действия стягивающих их тановления стойкости сварного соединения против образования трещин-надрывов 10, К средним пластинам 3 одновременно прикладывались сжимающие усилия на уровне металлической ванны 11 (точки А и В) и растягивающие силы выше уровня металлической ванны (точки С и О).За счет приложения внешних нагрузок к средним пластинам 3 составного образца 1 необходимая Йличина внешних сил снизилась на 60;4, В соответствии с требованиями-ГОСТ 26389 - 84 образец деформировали в течение 25 с, что превышало время пребывания исследуемого материала в температурном интервале хрупкости в 1,5 раза. Скорость деформации составляла 1,9 х 10 м/с, что соответствовало превышейию скорости деформации в реальном изделии, полученной рас;етным путем, в 1,2 раза. Коэффициент 1,2 вводился для учета возможных отклонений параметров режима в процессе ЭШС ог заданных.По завершении исследований ЭШС образца прекращали. Образец остывал на воздухе до температуры окружающей среды,после чего был подвергнут ультразвуковому контролю с целью выявления наличия в нем трещин. По результатам контроля было дано заключение об отсутствии в исследуемом образце трещин-надрывов. Следовательно,принятая скорость принудительного деформирования металла в температурном интервале хрупкости была ниже критической величины,В результате проведенных исследований было установлено, что при ЭШС плит из стали 25 ГС по штатной заводской технологии трещины-нЬдрывы образовываться не будут, Этот вывод подтверждался на пракИспользование предлагаемого способа исследования свойств сварного соединения, преимущественно при ЭШС, обеспечивает по сравнению с существующими способами исследования ряд преимуществ. Повышается точность результатов исследования, так как исключается влияние зон сварного соединения, прилегающих к водоохлаждаемым медным формирующим ползунам, где схема кристаллизации имеет объемный характер, Такие зоны обладают, как правило, повышенной стойкостью против образования горячих трещин по равнению с зонами, где схема кристаллизации близка к плоской. Неучет этого обстоятельства приводит к завышенным оценкам трещиностойкости сварного соединения и, как следствие, к дефектам при ЭШС реальных изделий,Использование составного образца взамен цельного позволяет уменьшить необходимую для принудительного деформирования исследуемой зоны сварного соединения величину внешних сил, и, следовательно, для нагружения образца может быть использован более простой и компактный механизм,Формула изобретения Способ исследования свойств сварного соединения, при котором испытываемый/образец, выполненный из двух частей, в процессе электрошлаковой сварки подвергают воздействию внешних сжимающих сил в направлении, поперек шва, которые при кладывают на уровне металлической ванны,и растягивающих сил, которые прикладывают выше уровня металлической ванны, о тл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности. результатов. испытаний и 10 уменьшения величины внешних сил, каждую часть образца изготавливают в виде набора по крайней мере трех пластин, и сжимающие и растягивающие силы прикладывают к средним пластинам каждой части 15 образца.