Способ имитации процессов, происходящих в сварочной ванне при сварке плавлением

(56) У 12 ПРОЦЕССОВ ПРОКИ ВАННЕ ПРИ варке излу- метал руктуметал -прй рение уемойиденаву меплавленному ме сварочной ванн к сварке,ри изучении св арочнойаллу моделириз ме таллческому сосванны, расостоянии вРасплавлен тичного по химиталлу сварочноиво взвешенном ать усл авляют ектро- ведут кого металла ать физичесаллургическиеоцессы сварочания жи ыииз вия существ сварочной ва кие, химичес агнитном п ие, метческие при темп ратомуго х, соответ клу реальн вующихо технотермодинамиой ванны.Цель изоб ермиче с огическ процесса, при еда при плавлении еде, в которой на ванна. Объем свар ом з сширение етенияти и уп щитна вет ение исслезличных хи- арактеристик информатив дований при мических и ванны. Способ для имита не, образцьствует среальная одитс изучениифизически нои ва определяют эсчетным путем Способ позво кспериментально или чт заключается в томции процессов, иду равные по масс хкв мер хими одержани ского со ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОРСКОМУ СВИДЕ(57) Изобретение относится ки может быть использовано причении физических, химических,лургических и термодинамическцессов, происходящих в сварочванне. Цель изобретения - рас Изобретение относитожет быть использован процессов, происходящих ванне и позволяет имити аяЯО 0 в 1479247 А 1 возможностеи изучения процессов,происходящих в сварочной ванне, иупрощение исследований, Для имитации и изучения процессов, происходящих в сварочной ванне, образцы, равные по массе расплавленному металлумоделируемой сварочной ванны и идентичные ей по химсоставу, расплавляют во взвешенном состоянии в электромагнитном поле. Расплавление ведутпри температурах, соответствующихтермическому циклу сварки, в газовойсреде, идентичной реальной газовойсреде, в которой находится сварочнаяванна. Объем сварочной ванны определяют теоретически или экспериментально. Способ позволяет изучать содержание азота в шве, изменение химсостава расплава, изменение ст ры, твердости, микротвердосла и т.д, 3 ил,ляет изучать, напри азота, изменение тава расплава (перераспределение и угар легирующихэлементов, науглероживание, изменение содержания вредных примесей),изменение структуры и структурныхсоставляющих меьалла (например, увеличение количества магнитной фазы взависимости от времени выдержки итемпературы), изменение твердостии микротвердости металла под действие:1 ТЦС (термического цикла сваркл) исследовать термодинамику икинетику растворения и десорбции любых активных газов (О , Н , СНит.д.) в расплавах заданного, составаи т.д,Плавление образцов осуществляютпо термическому циклу фиксированнойточки сварного шва, находящейся наего оеи, где максимальны градиенты.емператур 1 и максимально время пребывания металла при Т ) Т д.На фкг,1 изображена реакционнаякамера в которой производят плавку,на фиг.2 " сравнительные термические циклы в реальных условиях сваркипри плавлении в реакционной камере;на фиг,3 - изменение содержания азота и пготности образцов из стали06 Х 18 АГ 12 в зависимости от временивыдержки металла в интервале температур 15001700 С.Реакционная камера содержит текстолитовый фланец 1, болт 2, оптическое стекло 3,. уплотнительную прокладку 4 толсгостенную кварцевую трубку 5 18 мм, индуктор б, расплавленный образец 7,. нгвкние фланцы 8, втулку нижней опоры 9, стакан 10 и изложницу 11.Такая конструкция реакционной камеры позволяет вести визуальные наблюдения за положением образца жидкого металла в реакционной камере, а также регистрировать температуру ме"алла45Подвижный кристаллизатор, состоящий из латунного стакана 10 с медной глзложницей 11, имеет два фиксированных положения; первое - под нижним срезом реакционной камеры (как пока вано на фиг. 1) для мгновенной закалки расплавленной капли, второе - за рабочей площадью установки для загрузки образцов. Изложница 11 служит для мгновенной закалки образца расплав ленного металла. Она выполнена разьемной по вертикальной оси и позволяет мгновенно охлаждать клиновидный образец с углом клина 7". Масса изложницы в 200 раз превышает массу1металлического образца, что позволяет производить мгновенную закалкувисячей капли,Перед каждой серией опытов газовыемагистрали установки продувают аргоном не менее 5 мин д тем, чтобы удалить кислород. Затем в реакционнойкамере расплавляют холостой образецв зоне действия индуктора для удаления имеющейся в камере влаги,. Пос.ле этого в камеру на кварцевой ножкевводят прямоугольный образец исследуемого металла и производят его,расплавление, Процесс плавления снимают скоростной кинокамерой СКСМСэкспозицией 260 кадров в секунду.Одновременно стакан 10 с изложницей11 перемещают под нижний торец реакционной камеры. Необходимый составгазовой защиты контролируют по показаниям ротаметров, установленных напульте управления. После фиксированной выдержки в расплавленном состоянии отключают питание индуктора ирасплавленный образец металла сбрасывают в изложницу. Температуру металлаизмеряют бесконтактным методом цветовым электронным пирометром ЦЭПИР и регистрируют на диаграмме выносного самопишущего потенциометра. Общаяошибка измерений температуры не превышает 1 Е от измеряемой величины. Впроцессе плавок максимальная температура капли колеблется от 1450 до1580 ОС в зависимости от геометрииоплавления образца и времени в расплавленном состоянии. Результаты представлены в виде диаграммы на фиг.2Для сравнения показана диаграмма ТЦСточки на оси шва при аргонодуговойсварке стали 18-10 на режиме: 1 =250 А, У = 30 В, Ч= 5 мм/с, Температура нагрева капли выше точкиплавления на всех стадиях плавления0не превышает 150-200 С, что соответствует реальной температуре сварочной ванны,Индукционное перемешивание металла капли, сходное с конвективным процессом в сварочной ванне, выравниваеттемпературу расплава и ускоряет процесс плавления. Навески для определения азота методом восстановительногоплавления в потоке гелия подготав-,ливают механически разделяя каждуюзакаленную каплю на мелкие части ве-.сом до 0,2-0,4 г. Концентрацию азота определяют на анализаторе ТИ. Результаты исследования плавки в среде аргона позволяют сделать вывод о том, что для получения качественных швов при сварке сталей со сверхравновесным содержанием азота необходимо обеспечить существование расплавленной ванны более 4 с.Технологические режимы аргонодуговой сварки стали 06 Х 18 АГ 12 толщиной 2-4 мм, выбраннье с учетом кинетики деазотации расплавленного металла в интервале температур 1500- 1700 С, позволяют получить качественные сварные соединения для концентраций азота в основном металле до 0,77.Способ применен для исследования кинетики деаэотации металла при сварке сталей со сверхравновесным содержанием азота.С целью воспроизведения условий, приближенных к действительности и имитирующих расплавленную ванну при аргонодуговой сварке встык пластин стали 06 Х 18 АГ 12 толщиной 2 мм, проведена плавка образцов в магнитном поле во взвешенном состоянии.Предварительно выполненные замеры и расчеты объема ванны наплавок и швов при аргонодуговой сварке не- плавящимся вольфрамовым электродом показали, что масса расплавленного металла чаще всего составляет около 1 г. В этих условиях малая площадь поперечного сечения швов затрудняет отбор корректных проб для газового анализа из-за возможного попадания основного металла. В реальных условиях сварки затруднена также точная вь 1 держка металла в расплавленном сос -тоянии продолжительностью до 1 с,Образцы-имитаторы сварочной ванны 5весом 0 8-1 0 г изготовлены иэ лис -тового проката толщиной 2-7 мм. Исходное содержание азота составляет0,3-0,75 Е. Время выдержки образцовв расплавленном состоянии изменяютдискретно в интервале .1-5 и 15 с.Эксперименты проводили на установке для плавки образцов во взвешенномсостоянии в магнитном поле, Результаты по исследованию содержания азота в зависимости от времени существованиярасплава представлены в видеграфика на фиг.З.Предлагаемый способ позволяетизучать разнообразные процессы, имеющие место в сварочной ванне, используя при этом минимальные объемы материалов для исследований. Простотаспособа сокращает сроки исследования. 25 формула изобретенияСпособ имитации процессов, происходящих в сварочной ванне присварке плавлением, при котором исследуют закристаллизовавшийся металл, обработанный в соответствии стермическим циклом сварки, о т л и -чающий с я тем, что, с цельюрасширения информативности и упрощения исследований физико-химических 35и металлургических процессов в сварочной ванне, а также свойств металла сварных швов, исследование проводят на отдельном объеме металла,который расплавляют во взвешенном состоянии в электромагнитном поле, рав.ном объему сварочйой ванны для исследуемого процесса.Заказ 2484/12 Тираж 895 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/ при ГКНТ ССС Гагарина, 10 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород