Способ удаления дефектов металла

09) (И) шзвйеюане 125 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОР ДЕТЕЛЬСТ В ИЕгии распола и ведут фекта эменя ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(54)(57) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ДЕФЕКТОТАЯЛА, при котором источник энергают па оси залегания дерасплавление металла, и р 4 В 23 К 28/00, В 23 Р 6/00 плотность энергии и давления на поверхность жидкого металла, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюобеспечения удаления дефектов с плотностью, близкой к плотности металла,снижения энергозатрат и остаточныхсварочных деформаций и повъавения производительности процесса, экстремумыполей энергии и давления на поверхности жидкого металла располагают наоси залегания дефекта, экстремальныезначения и градиенты полей энергиисначала увеличивают в радиальных поотношению к оси залегания дефектанаправлениях, образуя течение расплавляющегося металла со дна сварочной ванны на .ее поверхность, расплавление дефекта и вынос его на поверхность металла, а затем уменьшают,заполняя при этом образовавшееся углубление жидким металлом.12341 50 55 Изобретение относится к сварке, в частности к способам исправления дефектов металла, пластмасс, стекла и их сварных швов, и может быть использовано в машиностроении,.в энергетической, строительной, металлургической и ряде других отраслей промышленности.Цель изобретения - обеспечение удаления дефектов с плотностью близ кой плотности металла, снижение энергозатрат и остаточных сварочных деформаций, и повышение производительности процесса.На фиг. представлены диаграммы 15 зависимостей изменения значений полей энергии Я (Вт) и давления Р (Па) от удаления г (мм) от оси залегания дефекта, нормальной к поверхности материала; на фиг.2 - схема последо вателькости проплавления и образования течения жидкого металла со дна сварочной ванны на ее поверхность, где на горизонтальной координатной оси обозначены значения соответству ющие расстоянию до оси залегания де-, фекта, ка вертикальной - значения глубины сварочной вакны Н (мм) и величина газового углубления в жидком металле Ь (мм), измеряемые от поверхности материала; на фиг.З - схема принудительного удаления дефектов; ка фиг.4 - схема, демонстрирующая варианты экспериментального определения существования течения жидкого ме 35 талла со дна сварочной ванны на ее поверхность, для определения технологических режимов, обеспечивающих получение необходимых законов изменения распределений полей энергии и давления.Способ осуществляют следующим образом.Обнаруживают дефектный участок, Фиксируют источник энергии по оси залегания дефекта и осуществляют расплавление металла с измейением плотности энергии, мощности ее источника к давления на поверхность жидкого металла, при этом изменение мощности источника энергии, плотности энергии и давления ка расплавленную поверхность осуществляют так, что экстремумы полей энергии и давления устанавливаются ка оси залегания дефекта, их значения и неравномерность полей вначале увеличивают до .образования течения расплавляющегося металла со дна .сварочной ванны на ее по 25 1Герхность, сохраняющегося вплоть дорасплавления дефектного участка,ивыносящего дефект на поверхность, азатем уменьшают до нуля с достижением заполнения образовавшегося углубления жидким металлом.Изменение мощности источника энер-.гии, плотности энергии и давленияна расплавленную поверхность с расположением экстремумов полей энергиии давления на оси залегания дефектаи увеличение их значений и неравномерность полей вызывает образованиевсе увеличивающегося углубления врасплавленном металле. При достижении дном этого углубления твердогометалла на дне сварочной машикы-ванны на поверхность материала по боковьщ стенкам углубления. Это течениепринудительно вызывается высокимдавлением в центре углубления и значительным градиентом давления в радиальных сечениях поля давления, обусловленным градиентом неравномерностью этого поляПри дальнейшем увеличении значенийи неравномерности полей энергии идавления увеличение глубины сварочнойванны и.углубление в расплавленномматериале .происходит.с равной скоростью, так как углубление в расплавленном металле постоянно обнажаеттвердый плавящийся металл на днесварочной ванны. При этом с повышением давления и его неравкомерностипроисходит повышение скорости жидкого металла, движущегося со дна сварочной ванны на ее поверхность.При достижении дном сварочной ванны дефекта в случае, если это газоваяполость или рыхлота, он вскрываетсяи непосредственно смешивается с атмосферой в углублении. В случае, когда дефект представляет включениятвердых частиц, он, расплавляясь илив твердом состоякии, потоком расплавляющегося основного металла принудительно переносится на периферию поверхности сварочной ванны.Процесс удаления дефекта осуществляют принудительно. Это позволяетзначительно интенсифицировать процессудаления дефектов, т.е. ускорять его,что уменьшает размеры сварочной ванныи удалять частицы с удельным весом,значительно большим удельного весаосновного металла,Последующее уменьшение значений инеравномерности полей энергии и дав1234ления способствует заполнению образовавшегося углубления жидким металлом.Твердые инородные частицы остаютсяпри этом на быстро кристаллизующейсяпериферии поверхности сварочной ванны.На фиг.1 цифрами 1-3 обозначеныкривые распределения энергии Я. (Вт)и 4-6 давления Р (Па) на поверхностижидкого металла в диаметральных сечениях сварочной ванны при их нараста Онии в моменты времени Е С , С (С,с,(,).По истечении времени экстремальные значения и неравномерность распределений полей увеличивают, т.е. 15их значения на оси залегания дефектаувеличиваются быстрее, чем значенияна их периферийных зонах,При дуговых методах сварки это может быть выполнено известными методами например изменением скорости на)растания тока (чем быстрее нарастание тока, тем быстрее нарастает давление на жидкий металл и увеличивается неравномерность полей энергии и 25давления), вдуванием в сварочную ванну газовой струи через отверстие вэлектроде, скорость которой увели.чивают.При лазерной сварке это осуществляется изменением Фокусировки лучаи вдувом газовой струи, скоростькоторой увеличивают.В случае удаления дефектов в плавящихся неметаллах в качестве генера 35тора полей энергии давления можетбыть использована струя нагретогогаза, изменяя температуру, величинусечения и скорость истечения которойсоздают необходимое изменение полей40энергии и давления,В начальный период при распределениях полей энергии и давления по кривым 1 и 4 сварочная ванна 7 в материале 8 имеет малую глубину Н (мм), величина Ь (мм) углубления 9 в жидкомметалле 10 незначительна (Фиг.2).При увеличении полей энергии давления, а также неравномерности их распределения (Фиг. 1 кривые 2 и 5) О увеличивается глубина Н (мм) сварочной ванны 11 в материале 8 ив еще большей степени величина Ь (мм) углубления 12 в жидком металле 13.При достижении распределений полей 3 энергии и давления, соответствующих кривым 3 и 6 (Фиг.1), глубина Н (мм) сварочной ванны 14 еще увеличивается,125 4величина Ь (мм) углубления 15 в жидком материале 16 достигает дна сварочной ванны 14, при этом обнажаетсяучасток 17 твердого металла на днесварочной ванны 14 и возникает тече.ние расплавляющегося на этом участкеметалла со дна сварочной ванны наее поверхность.Течение жидкого металла показанострелками. При достижении обнаженнымдном 17 сварочной ванны 14 дефекта18 (фиг.3) происходит вскрытие дефекта 18 в случае, если он газообразный,и удаление газа в окружающую атмосферу, расплавление дефекта 18, если эторасплавляющаяся частица, и струйныйвынос его совместно с расплавленнымосновным материалом на периферийнуючасть поверхности расплавленного металла, если дефект 18 нерасплавляемая тугоплавкая частица, то она увле-.кается потоком жидкого металла со днасварочной ванны в направлении преиму,щественного движения жидкого металлав зоне дефекта, также преимущественного движения жидкого металла на периферию поверхности сварочной ванны.Стрелками показано движение дефектапри его принудительном удалении изматериала.Режимы для удаления дефектов, расположенных в разных материалах и наразной глубине, значительно отличаются и они определяются для каждогоматериала для разной глубины залегания дефекта индивидуально,Наличие течения жидкого материаласо дна сварочной ванны на.поверхностьможет быть определено экспериментально различными путями. Например, еслипри наличии такого течения произвести ускоренное охлаждение, то жидкийматериал не успевает заполнить доннуючасть сварочной ванны и остается газовая полость 19, наблюдаемая в сечении сварной точки или методами неразрушающего контроля (Фиг.4),Если на глубине залегания дефекта материала поместить вещество-индикатор 20 с иной плотностью, чем основной материал, например порошок вольФрама (фиг.4), то после выполненияспособа при течении жидкого материала со дна сварочной ванны этот индикатор 2 О обнаруживается рентгенографированием на поверхности сварочнойванны 21.Если течение жидкого материала содна сварочной ванны. не наблюдается, 1234125увеличивают скорость нарастания полеиэнергии и давления, а также неравномерность их распределения до образования такого течения. Затем, установивисточник энергии так, чтобы экстремальные значения полей энергии и давления располагались на оси залеганиядефекта, включают его. Расплавлениепроизводят до полного удаления дефекта по режиму, определенному описанными выше методами экспериментально. Затем производят уменьшение полей энергии, давления и неравномерности ихраспределения, необходимое для полного заполнения образовавшегося углубления жидким материалом, определяемое также предварительным экспериментом,П р и м е р 1. В пластине из титакового сплава ОТтолщиной 8 ммна глубине 4 мм искусственным путемсоздавали дефект металла, внутрь помещали порашины вольфрама (удельныйвес вольфрама более чем в четыре раза превышает удельный вес титана).На поверхности пластины делалиОтметку расположения оси залеганиядефекта. Реальный дефект обнаруживаютнеразрушающими методами контроля, 30например рентгенографией, и отмечаютрасположение оси его залегания наповерхности материала. В качестве источника энергии использовали сварочную дуГу прямОи полярности Горящуюс вольфрамового лантанированногоэлектрода, заточенного на конус с углом при вершине 45 , в аргоне. Электрод закрепляли по оси залегания дефекта. Затем зажигали сварочную дугу, 40Выполнение электрода симметричнымобеспечивало расположение экстремумов полей энергии и давления на осизалегания дефекта,45Увеличение значений и неравномерности полей энергии и давления до образования течения жидкого металла со дна сварочной ванны на поверхность и до выноса им дефекта, а также последующее их уменьшение с достижением заполнения образовавшегося углубления жидким металлом обеспечивали изменением сварочного тока: нарастанием сварочного тока в течение 0,2 с до 500 А и последующйм уменьшением егов течение 0,3 с.Последующее рентгенографированиевыявило отсутствие вольфрама в глубинепластины и его наличие в утолщениипо периферии образовавшейся сварнойточки.После механического удаления наплавленного утолщения рентгенографиросванием не обнаружено наличие вольфрама в металле,Для удаления дефекта не потребовалась предварительная механическая разделка зоны залегания дефекта в материале. Расплавление длилось всего0,5 с (в известном 14 с), что, уменьшая объем высоконагретой зоны металла в сравнении с известным при одинаковой глубине залегания дефекта, уменьшает остаточные сварочные деформации,повышая этим качество деталей.П р и м е р 2. В пластине из стали 12 Х 18 Н 10 Т толщиной 15 мм на глубине6 мм искусственным путем создавалидефект металла - цилиндрическую пору ф 2 мм. На поверхности пластины пооси залегания дефекта делали отметкукернением. Реальный дефект обнаруживают неразрушающими методами контроляи отмечают на поверхности материаларасположение оси его залегания. В качестве источника энергии использовали сварочную дугу прямой полярности,горящую аналогично дуге, использованной в примере 1. Режимы, обеспечивающие необходимое изменение полей энергии и давления, Определявшиеся экспериментально, представляют собой нарастание сварочного тока в течение0,5 с до 600 А и последующее уменьшение его в течение 1 с.Последующий рентгеноконтроль в металле не обнаружил поры. Процесс расплавления длился 1,5 с, что значитель.но меньше времени, которое потребовалось бы при удалении поры известнымспособом.При этом значительно уменьшаетсяобъем высоконагретой зоны металла,т.е. Уменьшаются сварочные деформациии повышается качество детали. Использование способа позволяет повыситьпроизводительность процесса удалениядефекта и качество деталей.ваКорректор А,Обручар Редактор М.Недол о аказ роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Тираж 1001 НИИПИ Государственного по делаи изобретений 13035, Москва, Ж, Р