Способ определения склонности металлов к образованию горячих трещин

(51)4 В 23 К 2 ОП НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к сварочному производству.и может применяться в различных областях машиностроения для исследовательских иопытно-промышленных работ, Цель изоб"ретения - повышение точности испытаний. Для этого используются небольшие образцы прямоугольной формы.В начале производится остановка источника нагрева на определенномя для приведения поля темперасостояние, подобное квазистационарному, В качестве критерия склонностик образованию горячих трещин принимается критический темп раскрытияусловной трещины. При примененииспособа увеличивается точность и о е вретур в,8)нологическаяв процессеаллургия,достоверно металла шв ю горя алло емк иэготов м осто ляет о х СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Ордена Ленина и ордена ТрудовоКрасного Знамени институт электросварки им. Е, О, Патона(56) Прохоров Н, Н, Техпрочность сварных швовкристаллизации. М.; Мет1979, с. 226,Мазш 1 а Ри 1 сиЬдза апй На 1 сага КагоЬ 1 го. А печ Тези Ярес 1 шеп ЕогЯе 1 Г-Кезгга 1 пг, Бо 1 дйИ 1 са 1 оп Сгас 1 сЯивзерг,1 Ь 11 дгу Тези ой Е 1 есггоп"Веаш Ие 1 Й 1 п 8 Веай, - ТгоЕ 1 МК 0,У 11, В 2, 1982. 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИТАПЛОВ К ОБРАЗОВАНИЮ ГОРЯЧИХ.ТРЕН ть результатов испытанийна склонность к образоих трещин, уменьшается сть образцов и затраты ение последних, Увеличерности, в свою очередь, вбежать появления горя- в реальных иэделиях,4 ил12748 20 Для обеспечения минимальной возможности появления горячих трещинстремятся, чтобы выполнялось условиеБс3 , где 3 - темп раскрытия условной трещины при жестком эакреп- . 5ленин реального сварного соединения,который находят, например, иэ уравнения 8 =ВЫ, где В - средняя ширинашва, м; о 6 - коэффициент линейногорасширения,Требование наличия трещины в более узком образце, чем критический,обусловлено тем,.что вероятность образования трещин, начиная с некоторойширины, при уменьшении последнего 5резко падает, Это обусловлено равномерным нагревом образца по ширинеи, следовательно, незначительнымипоперечными деформациями вблизи;входной кромки малой ширины,Важным является вопрос пространственной ориентировки образцов, пучка электронов, а также, направлениясварки. В случае сварки сверху внизгоризонтальным пучком (фиг, 2) навходной кромке возникают наиболеежесткие условия, способствующие возникновению горячих трещин, При этомпрактически исключается возможностьзапечивания образовавшейся трещины 30случайными выплесками металла, обеспечивается симметричность металлопереноса в зону образования горячих трещин, Последнее обстоятельствогарантирует высокую повторяемостьрезультатов. испытаний, Кроме того,отпадает необходимость в специальныхфиксирующих приспособлениях,П р и м е р 1. Предлагаемый способ определения склонности к образованию горячих трещин при электрон-но-лучевой сварке реализован на установке Упутем проплавления образцов иэ высокопрочной легированнойстали. Для испытаний использовалось 45серийное электронно-лучевое оборудование с ускоряющим напряжением60 кВ мощностью 60 кВт, Размеры самого узкого образца - 100 х 40 х 10,самого широкого - 100 х 40 х 40, Первый 50этап испытаний проводился горизонтальным пучком с шагом измерения ширины1 О мм в следующем режиме: скоростьсварки 5,83 мм/с (21 м/ч); токпучка 400 мА; ускоряющее напряжение 5560 кВ; параметр а 6=1.Р/1,р =0,93,где 1. - расстояние от среза пушкиРдо поверхности образца,р - рас 87 4стояние от среза пушки до фокальнойплоскости,Образцы закреплялись в специальном приспособлении. Ток пучка и скорость сварки выводились на заданныйуровень до входа в образец. Визуально во время сварки в вакуумной камере контролизовать появление трещиноказалось сложно, поэтому последовательно были проплавлены четыре образца, После выравнивания температуры( 0,5 ч) камеру развакуумировалии выяснили, что в образцах шириной.10 мм и 20 мм трещины образовались,а в образцах шириной 30 мм и 40 ммдаже ультразвуковым дефектоскопом трещины выявлены не были, Затем, для повьппения точности испытаний был исследован диапазон ширин от 20 до 30 ммс шагом 2 мм. Минимальная ширинаобразца без трещины оказалась равной 24 мм, причем, в образце шириной 22 мм была обнаружена трещина,Затем по известным зависимостям иалгоритмам были найдены поперечныеперемещения условно свободных кромокна этапе охлаждения. Распределениятемпературы и перемещений в плоскости симметрии образца показаны нафиг, 2.Темп перемещений вычислен по форЫ 3 125015003уле с Т, он оказался равным Ьс = 0,58 см/К, В качестве контрольных испытаний былисварены натурные образцы в условияхжесткой заделки. Изменение тепла перемещений задавалось варьированиемширины шва за счет различной развертки, Предельно допустимый темп, который еще не вызывает образования горячей трещины в шве на.натурном об- .разце оказался равен 0,68 см/К. Таким4образом, относительная погрешностьпредлагаемого способа составила14,77,П р и м е р 2. Были воспроизведены режимы и приемы, описанные в примере 1, кроме условия непрерывногопоступательного перемещения пучкаотносительно образца, а именно, в теле образца на расстоянии от входнойкромки Х = 4 мм пучок остановили навремя , рассчитанное по формуле длякаждого образца, Так, в образце шириной 20 мм= 1,0 с. Затем продвижение пучка продолжили со скоростью21 м/ч, При этих условиях минималь 52748 ная ширина образца.без трещины оказ алась равной 22 мм, а темп перемещений, соответствующий такой ширине, Ос =0,655 см/К, Следовательно, погрешность способа составила 575Таким образом, предлагаемый способ прост и нетрудоемок по выполнению, он позволяет быстро определить возможность сварки любого материала и предельно допустимые параметры режима, при которых вероятность образования продольных горячих трещин минимальна. Если вместо расчета перемещений или их определения экспериментальным путем использовать диаграммы, построен ные заранее и связывающие ширину образца и темп поперечных перемещений условно свободных кромок при различ- ных теплофизических свойствах н скоростях сварки, то способ может быть 2 б применен в.заводских условиях специалистами, не имеющими математической подготовки, и при отсутствии вычислительной техники.Формула изобретения25Способ определения склонности металлов к образованию горячих трещин преимущественно при электронно-лучевой сварке, при котором проплавляют электронным пучком образцы из исследуемого материала и по ним судят о технологической прочности, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения склонности металлов к образованию горячих трещин в швах с глубоким проплавлением, образцы выполняют в виде параллелепипедов различной ширины, одинаковой длины и одинаковой толщины, измеряют их ширины и цроплавля 87 ьют каждый образец в плоскости симметрии на глубину, равную толщине образца при этом продвижение пучка, введенного с заданной скоростью в тело образца на расстояние от входной кромки, равное длине хвоста ванны ра.сплавленного металла, останавливают на времях +ш Г с 7 ДК чт где х - расстояние от кромки образца до точки остановки пучка, равное длине хвостовой части ванны расплавленного металла, м; у - полуширнна образца, м; а - коэффициент температуропрогводности, м /с; С - теплоемкость, Дж/кг К;- плотность, кг/м; Ч - скорость сварки в квазистационарном режиме, м/с; 3 - коэффициент теплопроводности, Дж/и с К, необходимое для йрйведения поля температур в состояние, подобное квази- стационарному, после этого продолжают продвижение пучка с наперед заданной скоростью вплоть до окончания сварки, затем находят самый узкий образец беэ трешины, предшествующий более узкому образцу с трещиной, отмечают его ширину и расчитывают, исходя из режима сварки, теплофизических свойств и- отмеченной ширины, образца, или измеряют непосредственно в процессе сварки темп раскрытия условной трещины, который принимают эа критерий склонности металла к образованию горячих трещин.1274887 Риг. 2 Я 075 Составитель 3 ХаустоТехред Л.Сердюкова Редакто Корректор,Л.Пилипенко горо каз 6520/13 Тираж 1001 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.