Способ испытания металла шва на стойкость против образования горячих трещин при сварке

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик.09.82. Бюллетеньния описания 28.09.82 обретеннытин делам Дата опубли(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛ НА СТОЛКОСТЬ ПРОТИВ ОБРАЗОВАНИ ТРЕЩИН ПРИ СВАРКЕст- шва Изобности кна стойтрещинзованоти метачих тресвариваматериацессов. ячих поль- йкос- горятавачныхпроИзвестен на стойкость трещин, при ки сопротив ванию горяч кая скорость формации ме сталлизации, зование горя металла шва ния горячих ерием оценшва образося критичесоперечной де ессе его кринается обраспособ испытанияпротив образовакотором крит ляемости металла их трещин являет принудительной п талла шва в проц при которой начи чей трещины в ш двух аты нием зцы поногоретение относится к сварке, в способам испытания металла кость против образования гор при сварке, и может быть ис при количественной оценке сто лла щва против образования щин в зависимости от химсос емых сталей и сплавов, сваро лов, а также технологических В процессе сварки стыкового шваплоских образцов, помещаемых в захмашины со ступенчатым регулироваскорости перемещения захватов, обрперемещают относительно друг друга сстоянной скоростью. Скорость взаим перемещения образцов изменяется от испытания к испытанию, Та минимальная скорость деформации, при которой впервые возникают горячие трещины, является критерием стойкости металла шва против образования горячих трещин при сварке 11.Способ отличается высокой достоверностью оценки, но при этом отличавтся значительной трудоемкостью и материалоемкостью. Известен также способ определения стойкости сварных швов против образования горячих трещин при сварке, при котором сварной шов укладывается на плоский образец, имеющий ширину, равную длине сварочной ванны, и одновременно деформируется изгибом вдоль направления шва, а за критерий стойкости против образования горячих трещин при сварке принимают критическую скорость деформации, при которой образуется трещина 12.Однако неравномерность деформации по толщине шва снижает достоверность получаемой оценки.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ, при котором два листовых образца сваривают в лодочку с постоянной скоростью, один образец при этом жестко закреплен, а второй вращают при этом с постоянной угловой скоростью вокруг оси, перпендикулярной его плоскости и проходящей через линию шва, и находящейся впереди сварочной дуги. При достижении заранее установленной величины напряжения, необходимого для поперечной деформации закристаллизовавшегося металла шва, фиксируют момент прекращения развития трещины. Критерий стойкости образованию горячих трещин - критическая скорость принудительной деформации металла шва в процессе его кристаллизации, при которой прекращается развитие 1 О трещины, образующейся вслед за сварочной ванной, и которая элементарно рассчитывается по моменту прекращения развития трещины, Способ отличают высокая оперативность, низкая трудоемкость и материалоемкость. Достоверность оценки выше, чем у предшествующего способа, поскольку устраняется неравномерность деформации шва по толщине З.Однако достоверность полученной оценки недостаточна, что обусловлено различием характеристик критической скорости деформации, при которой прекращается образо 20 рости деформации, при которой начинаетсяобразование горячей трещины. Целью изобретения является повышение точности испытаний.Эта цель достигается тем, что согласно способу испытания металла шва на стойкость против образования горячих трещин 30 при сварке, при котором осуществляют сварку двух пластин при вращении одной из них с постоянной угловой скоростью вокруг оси, перпендикулярной к линии шва, и определяют критерий стойкости против образования горячих трещин, сварку ведут в направлении от оси вращения и фиксируют момент начала образования горячей трещины по прекращению прироста крутящего момента, а за критерий стойкости против образования горячих трещин принимают скорость принудительной 35 40 деформации металла шва в процессе его кристаллизации, при которой начинается образование горячей трещины.45На фиг, 1 изображена схема испытания таврового соединения; на фиг. 2 - диаграмма, изображающая характер изменения величины крутящего момента по времени испытания.Способ осуществляется следующим об разом.Два плоских образца сваривают угловым швом (тавровое или нахлесточное соединение) с постоянной скоростью при одновременном вращении одного из образцов с постоянной угловой скоростью вокруг оси, перпендикулярной линии шва, при этом сварку ведут в направлении удаления от :оси вращения и за критерий стойкости меванне горячей трещины и критической ско талла шва данного соединения против образования горячих трещин принимают критическую скорость принудительной деформации, при которой начинается образование горячей трещины, а фиксирование моментаначала образования горячей трещины производят цо прекращению прироста момента сопротивления шва деформированию. Свариваемое тавровое или нахлесточное соединение имеет прямолинейный шов. За счет перемещения вращаемого образца относительно неподвижного происходит деформация шва, в том числе и кристаллизующегося металла сварочной ванны, Скорость деформации линейно зависит от расстояния деформируемого участка до оси вращения и пропорциональна угловой скорости вращения образцов, Поскольку сварка ведется в направлении удаления от оси вращения, то кристаллизующийся металл сварочной ванны подвергается в процесе испытания деформации с линейно увеличивающейся скоростью деформирования А (мм/мин) от минимальной скорости в начале шва до максимальной в конце шва. Размер образцов и скорость вращения выбирают таким образом, чтобы скорость деформации в начале шва была гарантировано меньшая, а в конце шва - гарантировано большая, чем ожидаемая критическая. Поэтому в процессе испытания при достижении критической скорости деформи ров ания кристаллизующегося металла шва.Ар, возникает горячая трещина. Металл шва оказывает сопротивление деформированию, которое увеличивается с увеличением длины шва, причем одинаковое приращение длины шва с увеличением удаления от оси вращения дает увеличивающееся приращение крутящего момента, необходимого для сохранения постоянной скорости вращения. Поэтому, даже в случае разрушения металла шва в момент накопления максимально возможной деформации приращение момента сопротивления за счет увеличения длины шва превышает уменьшение сопротивления разрушенных участков, т.е. наблюдается постоянное увеличение крутящего момента до достижения критической скорости деформирования кристаллизующегося металла шва, При достижении критической скорости деформирования в кристаллизующемся металле шва образуется горячая трещина, которая распространяется вслед за движением сварочной ванны. С момента образования трещины приращение длины шва дает резко уменьшенное приращение крутящего момента (которое становится равным нулю при разрыве жидкого металла сварочной ванны), в результате которого дальнейшее увеличение крутящего момента не наблюдается. Регистрируя (например, самопишущим прибором) величину крутящего момента по достижению экстремума, можно определитьвремя образования горячей трещины (1.р ) после начала испытания, которое, в свою очередь, определяется на диаграмме Крутящий момент-Время прекращением прироста момента.Расстояние (Ь) от начала сварного шва до начала образования горячей трещины равно, мм1 - свкргде Кв-скорость сварки, мм/с;Скр-время образования горячей тре Ощины, с.Критическая скорость деформированияАкр определяетсяАкр= 2К,15где ц) -скорость вращения образца,об/мин;удаление места начала образования горячей трещины от оси вращения, мм.К=Ко+5,20где-расстояние начала сварного шваот оси вращения.Известно, что скорость деформированиякристалл изующегося металла шва пропорциональна темпу деформации, который и является объективной причиной образования 25горячих трещин.Таким образом, благодаря выбору в качестве критерия стойкости проТив образования горячих трещин скорости принудительного деформирования металла шва, прикоторой начинается образование горячейтрещины, изменение направления сварки, посравнению с известным способом, на противоположное и фиксирование момента началаобразования горячей трещины по нрекращению прироста крутящего момента удается достичь повышения точности оценки металла шва.при сохранении высокой оперативности и низких трудоемкости и материалоемкости испытаний.При достижении скоростью деформирования критической величины Акр= Й Кр 4 ообразуется горячая трещина, которая в дальнейшем развивается по всему вновь кристаллизующемуся шву (фиг. 1),Диаграмма изменения, величины крутящего момента (фиг. 2) состоит из трех участков:1 участок - момент нарастает по кривой, близкой к параболической до моментавремени , когда образуется горячаятрещина;11 участок - образуется горячая трещина и хотя длина шва увеличивается, прироста крутящего момента не наблюдается;111 участок - трещина распространяется и на часть шва, закристаллизовавшуюсядо образования горячей трещины,По величине кр можно определить 55величину критического радиуса К,Рассмотрим конкретное выполнение способа. Подвижный и неподвижный образец закрепляют в специальном приспособлениитак, что они образуют тавровое соединение.Подвижный образец может вращаться спостоянной скоростью вместе с закреплением, Вращение передается приспособлениюот вращателя через динамометр, с которогоможно записывать величину крутящего момента регистрирующим прибором,При испытании с целью получения оценки материалов, режим сварки должен назначаться таким, который обеспечивает получение сварного соединения, по геометрическим характеристикам удовлетворяющего требованиям технической документации. Прииспытаниях с целью получения оценки технологического процесса режим сварки должен назначаться аналогичным или подобным режиму технологического процесса.Могут быть испытаны любые материалы,способы дуговой сварки плавящимся и неплавящимся электродом в среде защитныхгазов и под флюсом с различным составомприсадочной проволоки.Последовательность выполнения испытаний рассмотрим на примере испытаний сплава АМГ 6 М. Образцы имеют размер ЗОхЗОххЗ мм. Назначают режим аргонно-дуговойсварки на переменном токе.источник питания ИПК в 3; присадоч.ная проволока АМГ - 6 диаметром 2 мм;сварочный ток 1 в 200 В; напряжение надуге Ч 10 В; скорость сварки Чвв 15 м/ч =250 мм/мин.Тензодатчики с силового элемента подключают к самопишущему прибору, которыйзаписывает изменение сигнала во времени,например, к шлейфовому осциллографуН 117,Сварку начинают на технологйческойпластине с одновременным включением вращения подвижного образца. Поскольку технологическая пластина не прикреплена кнеподвижным элементам, сопротивлениевращению, а следовательно, и сигнал с тензодатчика возникает только при переходесварочной ванны на соединение образцов.Скорость деформирования на первомэтапе (приближенная оценка) испытанийназначается в пределах от О до максимально возможной для испытуемых материалов.Для сплава АМГ 6 М пределы деформирования 0 - 15 мм/мин. Для образцов указан.ного размера этому деформированию соответствует скорость вращения И= - об/мин 0,5 рад/мин.Расчет скорости вращения выполняетсяобщеизвестным способом.Контрольный шов начинают в точке прохождения оси вращения. В момент приближения сварочной ванны к стыку образцоввключают вращение подвижного образца изапись сигнала с тензодатчика. При переходе варочной ванны на стык образцов возникает момент сопротивления вращению исигнал с тензодатчика Г 1 о окончании испытания расшифровывается записанная диаграмма сигнала с тензодатчика. Испытанияпроизводят на нескольких контрольных швахПерелом кривой нарастания момента сопротивления вращению наступит, например,после начала сварки стыка в среднем через3,3 с. Критическую скоростьпринудительной деформации определяют поформулеА кр 2 Ъ крд 1 мй) 1Акр.ср = 6,95 мм/мйн.Предлагаемый способ позволяет повысить достоверность оценки стойкости сварных швов и всего соединения против образования горячих трещин при сварке, Он может быть использован в исследовательскойпрактике как для определения стойкости кгорячим трещинам основного и сварочногоматериалов, так и для разработки технологических процессов сварки, оптимальных постойкости сварных швов к образованию горячих трещин,Применение предлагаемого способа внародном хозяйстве позволит снизить бракза счет уменьшения горячих трещин присварке и расширит возможность сварки трудносвариваемых, не обладающих высокимиэксплуатационными характеристиками, материалов. Формула изобретенияСпособ испытания металла шва на стойкость против образования горячих трещин при сварке, при котором осуществляют сварку двух пластин при вращении одной из них с постоянной угловой скоростью относительно оси, перпендикулярной к линии шва и определяют критерий стойкости против образования горячих трещин, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний, сварку ведут в направлении от оси вращения и фиксируют момент начала образования горячей трещины по прекращению прироста крутящего момента, а за критерий стойкости против образования горячих трещин принимают скорость принудительной деформации металла шва в процессе его кристаллизации, при которой начинается образование горячей трещины.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР86053, кл. В 23 К 37/00, 1949,2. Шоршоров М. и др, Горячие трещины при сварке жаропрочных сплавов. М.,1973, с. 139, метод ИМет - 2,3. Авторское свидетельство СССР277349, кл, В 23 К 28/ОО, 1969 1 прототип),959957 ФЕсек ф О оставитель Лхред И. Вересраж 153дарственногоизобретенииЖ - 35, Раунт, г, Ужго актор Л. Гратилло Т аз 6827/16Т ВНИИПИ Гос по делам 113035, Москва,филиал ППП Пэт