Способ определения остаточных газов в сварных швах

.Д.Басиев, и А.Н.Синя ордена Друж ический инс ород и и сва удост дство. Трудыолитехничесс .3-6.(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ РАЗОВ В САРНЫ 111 ВАХ, заключающийся в. размещении исследуемого образца в вакууме с последующим анализом. выделяющихся газов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения за счет полного выделения остаточных газов, сварной шов образца подвергают термодеформации при 270- 300 С и выдерживают при этой температуре 1,5-2 чИзобретение относится к областисварки металлов и сплавов и можетбыть использовано для определенияостаточных газов в сварных соединениях.Известен способ карандашнойспиртовой пробы, заключающийся втом, что наплавляют образец-карандаш 1 овального сечения, помещают его в специальную пробирку (эвдиометр) со спиртом. Пробирку. с образцом плотно закрывают пробкой сотверстиями и переворачивают в емкость со спиртом, Выделяющийся водород собирается в верхней частипробирки, вытесняя из нее спирт вемкость, В таком положении пробиркувыдерживают 1-3 сут. Испытывают неменее трех образцов и результатыусредняют Г 13.Указанный способ характеризуетсядлительностью эксперимента, а такженизкой достоверностью получаемыхрезультатов вследствие того, что выделяющаяся в пробирке газовая смесьсостоит из водорода, окиси углеродаи других газов, в том числе и паровспирта. Кроме того, спирт может растерять определенное количество водорода. Поэтому описанный способ может дать только относительную оценкусодержания водорода в сварном шве.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ определения остаточных газов в сварных швах, заключающийся в том, что образец, изготовленный наплавкой валика на пластину,помещают в колбу, присоединенную кстеклянной вакуумной системе. В системе создается вакуум (2,б 5 Па),1 после чего колба изолируется от ва- .куумной системы, и образец выдерживается в вакууме 5 сут. Объем выделившегося водорода определимы водавлению манометра, присоединенномук колбе Г 23.Недостатками данного способадлительность эксперимента, частыйвыход из. строя элементов, стекляннойвакуумной системы, а также влияниена точность получаемых результатовпотерь вакуума в результате утечек.Общим недостатком перечисленныхспособов является то, что они основаны на свободном выделении иэ сварного шва только одного иэ компонентов остаточных газов-водорода.Содержание остаточных газов в сварных соединениях способствует понижению прочностных свойств и увеличивает вероятность разрушения конструкции.Водород, азот и углеродсодержащие газы в металле сварного соединения с течением времени локализуются в местах наименьшей плотности электронного облака, Такими местами могут быть междуузлия или различные5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 дефекты в кристаллическом твердомтеле-вакансии, микротрещины, межзеренные границы и пустоты. Сток .внедренных атомов к таким местам приводит к образованию в сварных соединениях газовых пузырей, которые уменьшают поверхностную энергию, инициируют рост микротрещин и, как правило,приводят к разрушению конструкции,Поведение микропузырей инертных газов (аргон, гелий) в сварных соединениях не похоже, на поведение обычных газовых включений. Иикропузыриинертного газа перемещаются по объему тела, как единое целое. Наибольшуюопасность для некоторых типов электровакуумных приборов представляютинертные газы, которые выделяются изсварных соединений и ухудшают рабочиехарактеристики прибора.Таким образом, определение в сварных швах только диффузионно-подвижного водорода и применение технологических мероприятий по его снижениюв металле швов не может гарантироватьвысокое качество и надежность сварных соединений, так как при этом неучитывается влияние других компонентов остаточных газов, в частностиазота, углеродсодержащих и инертныхгазов.Цель изобретения - повышение точности определения остаточных газов всварных в;нах,Указанная цель достигается тем,что согласно способу, заключающемусяв размещении исследуемого образцав вакууме с последующим анализомвыделяющихся газов, сварной шов образца подвергают термодеформации при270-300 фС и выдерживают при этойтемпературе 1,5-2 ч.Протекание деформаций удлинениявызывает. резкое увеличение концентрации вакансий, а также направленное движение дислокаций в объемекристаллической решетки металла шва,что в свою очередь обуслаВливаетинтенсификацию процесса газовыделения из шва. Кроме того, перераспределение и движение вакансий и дислокаций дает возможность выделитьсягазам, сконцентрированным в дефектах кристаллической решетки. Наибольшая эффективность локальногонагрева проявляется при температурах, вызывающих максимальное удлинение металла шва.Деформации удлинения, обуславливающие интенсивное выделение остаточных газов, должны поддерживатьсядо тех пор, пока газовыделение изшва не закончится,Для широкого класса сталей диапазон температур локального нагреваопределяется в пределах 270-300 С,а время выдержки при этой температуре, обеспечивающее полное протекание деформаций удлинения, равно 1,5-2 ч.Дальнейшее увеличение температуры локального нагрева приводит к переходу упругих деформаций удлинения в пластические деформации укорочения 5 вследствие того, что в сварном шве напряжения сжатия превзойдут предел. текучести материала. Пластические деформации укорочения приводят к обратным явлениям в кристаллической ре шетке металла шва, когда концентрация вакансий снижается, а подвижность дислокаций уменьшается, что в свою. очередь приводит к уменьшению выделения остаточных газов из сварного шва.Таким образом, температура локального нагрева, определенная в диапазоне 270-300 С, является предельной, и осуществление нагрева выше или ниже этой температуры не способствует максимальному выделению остаточных газов.На фиг.1 изображено устройство для реализации способа определения остаточйых газов в сварных соединениях; на фиг.2 - узел 1 на фиг.1; на фиг.3 - спектр остаточных газов в сварном шве для стали Э 12; на фиг.4 - кривые выделения аргона из сварного соединения стали Э 12 при общем и локальном нагреве сварного шва.Устройство для определения остаточных газов в сварных соединениях образца сварного соединения 1 с ис следуемым сварным швом 2, вакуум- плотного кольцевого шва 3, служащего для присоединения образца сварного соединения 1 с помощью фланцевого соединения 4 к омегатрону 5, фланце О вого соединения 4, служащего для возможности замены исследуемых образцов. Металлокерамический омега- трон 5 вместе с анализатором газов(не показан) предназначен для регист 45 рации выделяющихся остаточных газов из сварного шва 2. Устройство .также состоит из датчика давления 6, контролирующего вакуум в системе, патрубков 7, 8 и 9, служащих для присоеди нения всех частей устройства к откачной системе (не показана) .На фиг.2 в увеличенном масштабе отдельно изображен образец сварного соединения 1 с элементами устройства, создающего локальный нагрев. Сюда входят электронагреватель 10, прилегающий ко дну образца 1 против периметра сварного шва 2, медное охлаждаемое водой съемное кольцо 11, плотно охватывающее поверхность образца сварного соединения 1.Пример конкретного выполнения предлагаемого способа.Изготавливают образец сварного соединения 1 из стали Э 12 в виде по 65 лого стакана (фиг.1,2) со сварным швом 2. Сварной шов получают онлавлением металла дуговой сваркой в среде аргона по внутреннему диаметру дна стакана. Изготовленный сварной образец со швом тщательно зачищают от загрязнений и приваривают наружным кольцевым вакуум-плотным швом 3 к патрубку 7, который с помощью фланцевого соединения 4 присоединяется к омегатрону 5. Такая схема сборки исследуемого образца с вакуумной системой позволяет после проведения эксперимента срезать данный образец сварного соединения 1 по месту приварки его к патрубку 7 для присоединения следующего образца.Собранное устройство с исследуемым образцом сварного соединения 1 подвергается в процессе откачки обеэгаживанию путем нагрева до 200 С, при этом сварной шов 2 образца сварного соединения не нагревается эа счет применения медного охлаждаемого водой съемного кольца (не показано). При достижении в системе стабильного вакуума не ниже б,б 10Па, который регистрируется датчиком давления 6, обезгаживание прекращают и дают воэможность системе охладиться до температуры окружающей среды, после чего приступают к непосредственному определению остаточных газов в образ це сварного соединения 1. Для этого сварной шов 2 подвергают локальному нагреву до 270 С, не допуская при этом нагрева остальной части образца сварного соединения 1, для чего от вершины шва на расстоянии 8 мм устанавливают съемное медное охлаждаемое водой кольцо 11. Последнее защищает от недопустимого нагрева остальную часть образца и позволяет регулировать в требуемом направлении распределение температуры в процессео газовыделения. Температура Т=270 С обеспечивает максимальные деформации Удлинения сварного шва. Превышение температуры 270 С вызывает переход упругих деформаций удлинения в пластические деформации укорочения. Нагрев осуществляется путем контакта электронагревательного устройства 10 по внешнему диаметру дна образца сварного соединения 1.Достижение температуры локального нагрева 270 С осуществляется путем плавного подъема температуры. Высокая скорость нагрева может привести к общему падению вакуума в Сис" теме ниже допустимого 1,3-10 ф Па, в результате чего измерительный прибор не сможет регистрировать выделяющиеся газы, так как диапазон его работы находится в пределах 1,3 .10ф10 ф ПаВ качестве измерительного прибораприменен металлокерамический омегатрон 5 типа РМОи анализатор газов типа ИПДО( измеритель парциальных давлений омегатронный),При достижении температуры 270 фС,которое осуществляется за 2,5 ч,производятвыдержку в течение 2-х ч,В процессе нагрева и выдержки засчет протекания деформаций удлинения происходит интенсивное выделение остаточных газов из сварногошва, которое регистрируется измерительным прибором.Время выдержки 2 чобеспечивает завершение процессагазовыделения из сварного образца 15стали Э 12, после чего измерение прекращают.На фиг.3 изображен спектр остаточных газовв сварном шве, выполненномв образце из стали Э 12 дуговой свар-кой в среде аргона. Приведенныйспектр остаточных газов соответству"ет.моменту достижения температурыв шве 270 С. Анализ спектра свидетельствует о том, что в "остав выделяющейся газовой смеси входят азот,водород, аргон и углеродсодержащиегазы в .СО, СО,4 На фиг 4 йзображены кривые выделения аргона из сварного шва при об-, щем (3) и локальном (2) нагреве.Кривая 1 показывает характер изменения температуры нагрева шва во времени. Кривые выделения аргона свидетельствуют о том, что деформации удлинения в зоне сварного шва вследствиелокального нагрева интенсифицируют газовыделение более, чем в 2,3 раза по сравнению с газовыцелением при общем нагреве.Деформации удлинения таким же образом интенсифицируют гаэовыделениеи других компонентов остаточных газов. Следовательно, локальный нагрев способствует более полному выделению остаточных газов из шва.ТакиМ образом, предлагаемый способ определения остаточных газов в сварных соединениях позволяет оперативно воздействовать на технологический процесс сварки для снижения содержания тех или иных компонентов остаточных газов, что обеспечивает качество и надежность сварных соединений.ИУ ЪЗО ал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул.Проектн ИО