Способ создания искусственного дефекта биметаллических соединений стали с различными сплавами

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 959958 Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликУД К 621.791011(088.8) Опубликовано 23.09.82. Бюллетень35 по делам лзобретений и открытийата опубликования описания 28.09.82) Авторы изобретен Сагиров и В. В, Кал 71) Заявител(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ДЕФЕКТ БИМЕТАЛ,ЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ СТА,ЛИ С РАЗЛИЧНЫМИ СП,ЛАВАМИИзобретение относится к машиностроению и может найти применение при оценке качества биметаллических соединений различных металлов и сплавов со сталью.Известны способы создания искусственных дефектов в сварных и паяных биметаллических соединениях разнородных металлов механическим путем (сверлением, фрезерованием и т.п.), которые имитируют различные дефекты металлургического характера 1, 2 и 3.Данные способы позволяют создавать искусственные (эталонные) дефекты, с помощью которых производится оценка качества биметаллических соединений неразрушающими методами контроля (ультразвуком, рентгеном и т.п.),Известен также способ создания искусственного дефекта путем сверления в образце плоскодонного цилиндрического отверстия на заданной глубине и заданного диаметра с последующим оплавлением донной части отверстия плавящим электродом.Данный способ создания дефекта позволяет имитировать дефекты сварки и исследовать влияние характера дефекта на прочностные характеристики образцов-имитаторов, по которым производится оценка качества сварных соединений 4.Недостатком известных способов является то, что они ие полностью имитируют дефекты металлургического характера, возникающих в биметаллических сварных и паяных соединениях различных металлов и сплавов со сталью, получаемых сваркой и пайкой и твердом состоянии с подогревом.Основными дефектами биметаллических сварных и паяных соединений являются дефекты типа расслоений (непроваров и непропаев) между составляющими пакета.В биметаллических соединениях разнородных металлов, в частности, стали с тугоплавкими металлами,. расслоения в большинстве случаев возникают между стальной составляющей и прилежащей к ней прослойкой.Так, при прокатке в вакууме биметалла титан-сталь с промежуточными прослойками ниобий-медь из-за некачественной подготовки свариваемых поверхностей (наличие на поверхности масляных пятен и других местных загрязнений) в процессе нагрева под прокатку образуются значительные окисные плены, которые очень термостойки на сталь959953 ной составляющей из-за большого содержания в ней хрома и полностью не разрушаются в процессе прокатки.Наличие окисных плен препятствует возникновению металлической связи между соединяемыми металлами и приводит к образованию дефекта в виде непровара представляющего собой плоскую вакуумную полость размером от 0,3 мм и более и толщиной в несколько микрон.Оценка качества биметаллических плит осуществляется механическими испытаниями образцов, вырезаемых из углов плиты, испытаниями образцов металлографическими методами и проведением контроля плит неразрушающими методами контроля.Недостатком механических испытаний и 15 металлографического исследования образцов, вырезаемых из плиты, является то, что эти методы контроля не обеспечивают 100% контроль качества биметалла по всей биметаллической границе.2 ОИзвестен также способ, основными моде лями дефектов которого, используемых при проведении неразрушающего контроля качества сварных и паяных соединений, являются глухие цилиндрические отверстия с плоским дном, боковые цилиндрические от верстия, сегментные и угловые отражатели, создаваемые в контролируемом изделии 5,Наиболее близким к изобретению по тех нической сущности является способ создания искусственного дефекта, имитирующего металлургический дефект в биметаллических соединениях стали с различными сплавами,стороны сплава выполняют цилиндрическое плоскодонное отверстие заданного диаметра до границы раздела между сплавом и сталью 16.Недостатком известного способа изготовления искусственных дефектов в биметаллах является то, что он не обеспечивает полную имитацию дефектов металлографического характера, возникающих в сварных и 40 паяных биметаллических соединениях. 50 сталью,После образования окисных плен образцы охлаждают, закрывают отверстия метал 55 при котором в образце из биметалла со Неполная имитация дефектов сварных и паяных соединении различных металлов со сталью приводит к тому, что при контроле качества биметаллических соединений не- разрушающими методами, происходит недобраковка границы раздела между биметаллическими составляющими, из-за чего снижается качество и надежность работы изделий. Целью изобретения является повышение точности эталонирования дефекта путемболее полного его воспроизведения. Это позволит более объективнее и качественнее определять размеры и месторасположения дефектов на границе раздела между биметаллическим составляющими. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу создания искусственногодефекта, в биметаллических соединениях стали с различными сплавами, при котором в образце из биметалла со стороны сплава выполняют цилиндрическое плоскодонное отверстие заданного диаметра на глубину, равную толщине сплава, образец с отверстием нагревают на воздухе до окислениян доннои поверхности отверстия, а затем производят вакуумирование и герметизациюотверстия. На чертеже изображен общий вид биметаллического образца титан-сталь с искусственным дефектом, разрез,Биметаллический образец состоит из титанового сплава 1, который через промежуточные прослойки ниобия 2 и меди 3 соединен со стальной составляющей 4.В биметаллическом образце со стороны титанового сплава механическим путем(сверлением, фрезерованием и т.п,) изготовлено плоскодонное цилиндрическое отверстие 5 до границы раздела титана со стальной составляющей б,на донной поверхности которого создана окисная пленка 7.Полость отверстия вакуумирования закрыта металлической крышкой 8 и герметизирована обычным способом, например сваркой 9. Способ осуществляется следующим образом,Из качественной биметаллической плиты, проверенной известными способами, вырезаются образцы диаметром 50 мм, толщиной, равной толщине деталей, которые подвергаются в последующем неразрушающему контролю,Со стороны металла 4 или сплава 1, граничащего со стальной составляющей, механическим путем изготавливаются плоскодонные цилиндрические отверстия 5 диаметромот 0,3 мм и более. Образцы с плоскодонными отверстиямио подвергают нагреву в воздушнои среде до500 - 900 С и выдерживают при этой температуре в течение 2 - 5 мин. В процессе нагрева стальная составляющая 4 биметаллического пакета окисляется и на ее внешней поверхности и донной поверхности отверстия образуются окисные пленки 7 определенной толщины, зависящей от температуры и времени выдержки.Размеры окисных плен определяются диаметром отверстий, просверленных со стороны металла или сплава, граничающего со лическими крышками 8 и помещают их ь камеру электронно-лучевой установки,После создания в камере вакуума нужной степени, соответствующего вакууму при прокатке биметалла, крышки приваривают электронно-лучевой сваркой к основному металлу, обеспечивая герметизацию отверстий,959953 5 Формула изобретения Толщина окисных плен определяется на внешней поверхности стальной составляющей металлографическим методом.После определения толщины окисных плен они снимаются с внешней поверхности стали обычными способами.Наличие окисной плены на донной поверхности и вакуума в отверстии заданного диаметра позволяет более полно имитировать дефекты металлургического характера и объективнее проводить эталонирование и контроль качества биметаллических соединений.Искусственные плоскодонные дефекты с окисной пленой в донной части отверстий были изготовлены в биметаллических соединениях титан (ВТ - 14)-сталь(Х 18 Н 10 Т) с 15 прослойками из ниобия (5 ВМП) и меди (М 1), алюминий (АМг - 6) -сталь (Х 18 Н 10 ТНД) с прослойкой из алюминия марки АД 1, ниобий (5 ВМЦ) -сталь (Х 18 Н 10 Т - ВД) с промежуточными прослойками титан-ванадий-палладий-никель.Из каждой биметаллической плиты было изготовлено по десять образцов с искус- стенными дефектами, созданных известным способом.В результате проведения экспериментов было определено, что точность эталонирования чувствительности ультразвукового контроля при имитации дефектов возрастаетна 20 - 30%.Увеличение чувствительности контроля позволяет определять более мелкие точеч- ЗО ные дефекты в биметаллах и их размеры и точнее определять границы дефектных зон.Проверка биметаллических плит титан- сталь в количестве 20 шт. ультразвуковым методом позволила выявить дефектЫ типа35 расслоений на шести плитах.При оценке качества плит с применением известного способа эталонирования дефектов происходила недобраковка биметалла. Отдельные точечные дефекты типа рас О слоений с окисными пленами не выявлялись, а границы дефектных зон и размеры точечных дефектов определялись с большой погрешностью.Дефектные зоны, определенные эталонированием по отверстиям без окисных плен, 45 были меньше по протяженности на 4 - 6 мм, чем реально существующие.Это было вызвано тем, что между явным непроваром и зоной качественного металлического соединения металлов существует переходная зона, в которой металлическая связь металлов осуществляется по отдельным мостикам череез разрывы в окисной пленке.При определении точечных дефектов путем проведения эталонирования по отверс тиям диаметром 0,3 и 0,8 мм (площадь 0,2 6и 0,5 мм) определялись дефекты площадью, равной соответственно 0,4 - 0,6 мм и 0,7 - 1,0 мм, т.е. эталонирование по отверстиям из окисных плен в донной части не соответствовало площади реально существующих в биметалле дефектов.При оценке качества плит с применением предлагаемого способа имитации дефектов определялись непровары точечного характера размером от 0,2 мм и более, а границы непроваров определялись с точностью + 5 мм.Размеры точечных дефектов при этом соответствовали размерам искусственных дефектов с окисными пленами, по которым проводилось эталонирование.Размеры точечных дефектов и границы дефектных зон определялись металлографическими исследованиями дефектных биметаллических плит путем проведения послойного шлифования дефектных участков через 0,2 мм.Металлографические исследования показали, что при эталонировании дефектов предлагаемым способом повышается точность и надежность контроля, а следовательно, и качество готовой продукции., Способ создания искусственного дефектабиметаллических соединений стали с различными сплавами, при котором в образцеиз биметалла со стороны сплава выполняютцилиндрическое плоскодонное отверстие заданного диаметра на глубину, равную толщине сплава, отличающийся тем, что, с целью повышения точности эталонирования дефекта путем более полного его воспроизведения, образец с отверстием нагревают навоздухе до окисления донной поверхностиотверстия, а затем производят вакуумирование и герметизацию отверстия,Источники информации,принятые,во внимание при экспертизе1. Швы сварных соединений. Методыультразвуковой дефектоскопии ГОСТ14782 - 75, с. 3 - 5.2. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод.ГОСТ 14782 - 75, с. 2 - 7:3. Неразрушающий контроль металлов иизделий. Справочник под ред, Г. С. Самойловича, М., Машиностроение, 1976, с. 309 -311.4. Авторское свидетельство СССР667349, кл. В 23 К 9/00, 1977.5. Гурвич А, К. и др. Ультразвуковойконтроль сварных швов Киев, Техника,1972, с. 115 - 117.6. Биметаллические плиты титан-сталь.ТУ Ж0031,012, с. 22 - 25 (прототип).Составитель Л. Назарова Редактор Л. Гратилло Техред И. Верес Корректор Г. Огар Заказ 6827/16 Тираж 1153 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4