Способ определения направления движения жидкого металла в сварочной ванне

(59 4 В 23 К 9/1 АНИЕ ИЗ ТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВ СНО(21) (22) (46) (72) 5-2 4070306/206.03.8607,04.89.К.Е.Понома621.791,75Авторское9940, кл.торское св3286, кл. 3 ев088вид23 о СССР11:.06.85СССР29.01. 86. 8) тельст К 9/16 льство К 9(16,(56) 1( 2 идет В 23 ПРЕДЕЛЕНИЯ НОГО МЕТАЛЛА В АПРАВЛЕНИЯ СВАРОЧобластсслецессовбразца авливаютрочнуюй сторояемой лавлел орошок, В зоне ческих процессо дования гидродина в сварочной ваннеЦель изобретен- приближение ловиям сварки. я модел и к реальны ледования и тором модел бразце, ия сварроводятся н руются усл а проведения выполняют сварочной разц формъ кори ой части ш ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНР 1:(ТИЯГИ И ГННТ СССР(54) СПОСОБ 0 ДВИЖЕНИЯ ИИДКНОИ ВАННЕ, (57) Изобретение относится сварки, а именно к способам дования гидродинамических и в сварочной ванне с пЬмощьюимитатора. В образце иэгот углубление, имитирующее сва ванну с кратером. С обратно ны образца внутрь переплавл впоследствии стенки фронта, ния помещают вольфрамовый п заглушая отверстие пробкой. 1 Изобретение относится к област арки, а именно к способам исслеисследований на об глубление - имитато машины. Со стороны а выполняют глухое имитатора создают температурное поле предварительно заданной структуры. Выставив электрод отностельнафронта плавления имитатора, воздействуют одиночным импульсом сварочнодуги реального режима. После кристаллизации выявляют расположениевольфрамовых включений и по нему судят о движении металла и его связис тепловой асимметрией сварочнойванны. Для имитации условий сваркиоднородных металлов одинаковой толщны предварительно создают тепловоеполе путем воздействия точечного источника на хвостовую часть нмитато"ра. Для имитации условий сварки разнородных и раэнотолщцнных металловиспользуют линейный источник, которыйрасполагают сбоку от имитатора пароллельно его продольной оси. Способпозволяет выявить влияние тепловойасимметрии сварочной ванны на движение жидкого металла, 2 э,п. ф- ы,отверстие, заполняют его вольфрамовым порошком н заглушают пробкой, после чего переплавляют неподвижным источником в зоне отверстия,.По сле кристаллизации ванны по расположению части воль 1 див расплаве судят о процессах, росходяцих в ванне.Для риближел; певи к реальным условиям перед пере.в объеме металла создают Грал;.т температур.Для этого на иавха.ь углубления воэдействют и ,)агревав зоне, не совпадающей с зоной воздействия сварочного импульса, беэрасплавления поверхности,Для имитации процесса сварки однородных металлов одинаковой толщинывоздействуют точечным источником нагрева на хвостовую часть имитатора.Для имитации процесса сварки разнородных и. раэнотолщинных материалввоздействуют линейным источником нагрева на боковую. часть имитаторапараллельно его продольной оси,На фиг.1 изображен имитатор сва-.рочной ванны с нанесенными кривымираспределения температур,-продольноесечение; на фиг.2 - образец с имитатором сварочной ванны и односторонним подводом дополнительного тепла,вид сверху; на фиг.З - кривые изменения температурных полей вдолькриволинейной оси Х (па перифериикратера).Обозначения, принятые на фиг.1-3: .Т Т - кривые распределениятемператур предварительна да воздействия импульсов созданных полей соответственно в двух экспериментах);Т,кривая распределения темпе-,ратур в импгаторе от воздействия .энергии импульса;Т-, Т - примерное распределение. результирующего температурного поля;Тз - кривая распределения темпе. ратур в имитаторе от дополнительного теплового потока, созданного линейным источником.Как видно из фиг.1, наклон линийрезультирующих полей различен.(драй Тягай Т,якай Т) .Х ХСварочный электрод 1 расположенсимметрична относительна боковыхстенок имитатора. 2. Дополнительныйтепловой поток от линейного источ"ника Э направлен нормально осевойплоскости имитатора 2 в сторону имитатора с образовавнием по оси Х температурного поля Т, которое йри воздействии сварочного импульса суммируется с его полем Т, образуя пале Т , При этом в имитаторе 2 образу. ется несимметричное относительно его осевой плоскости температурное поле, распределения которого па асям Х, и Х .не равны: по оси Х, распреде-, ление по кривой Т, а па Х - по ,кривой Т, поскольку дополнительноепале на него не оказывает .влияния.,Изменяя тепловую асимметрию сварачной ванны от испытания к испытанию, в том числе увеличивая или 5уменьшая ее, по характеру распределения вольфрамового парашка 4, выявляют проявляющиеся изменения в движении жидкого металла, такие какизменение длины и направления егопути и др. Познание характера влияния тепловой асимметрии сварочйайванны на движение жидкого металлапозволяет расширить технологическиевозможности управления формообразованием швов при сварке. Температурноеполе в имитаторе может быть равномерным и неравномерным. Равномерноетемпературное поле с увеличениемтемпературы. уменьшает градиент температур в имитаторе при воздействииимпульса, Она легко создается предварительным общим нагревом образца,Однако общий нагрев образца приводит к изменению объема металла,расплавляемага импульсом энеогии,что несколько искажает картину исследуемого движения металла. Неравномерное температурное поле даетбольший эффект, позволяя достичьтребующейся тепловой асимметрии в имитаторе сварочной ванны бе" увеличения объема расплавляемога сварочным импульсом металлаДля этого взоне непасредственнога.воздействиясварочного импульса неравномерноетемпературное поле должно иметь значениетемпературы окружающей среды.Наиболее часто реальные температурные поля в сварочной ванне.имеют максимум на фронте плавления и 4 О убывают до температуры плавленияметалла на фронте кристаллизации.Поэтому как вариант выполнения спосаба, отвечающий наиболее частовстречающейся в практике тепловойасимметрии сварочной ванны, воздействуют точечным источником нагревана хвостовую часть имитатора сварочной ванны.При этом не происходит нарушения5 О составляющих силового воздействия,импульсов, поскольку его параметрыи расположение в сварочной ваннепостоянны, не происходит изменениярасплавленной массы, так как температурное поле убывает в сторону фрон, та плавления и при достижении зоныдействия импульса уже становится .незначительным. Таким образом иэменяется лишь темперлтрное лоле нхвостовой части имитатора за пределами эоны действия импульса и только оно ответственно за возникающиеизменения в движении жидкого металла.Это позволяет выявить непосредственное влияние тепловой асимметрии сварочной ванны ца движениежидкого металла,П р и м е р 1, Определялосьвлияние градиента температур по дли- .не сварочной ванны на перенос металла с фронта плавления на фронт кристаллизации при импульсно-дуговойсварке неплавящимся электродом. Параметры сварочного режима: угол эаоточки вольфрамового электрода 45ток импульса 320 А, ток дежурной дуги 20 А, фронт нарастания импульса.0,02 с, длительность импульса 0,24 с,длительность паузы О, 1 В с; скоростьсварки 20 м/ч, длина дуги 2,0 мм.В титановых образцах толщиной 6 ммизготовили имитаторы сварочной ванныпутем сварки н этом режиме, мгновенного прерывания дуги во время паузыи ускоренной кристаллизации ванны.Затем в образцах со стороны корневой части в осевой плоскости кратера на расстоянии 1,5 мм от краяфронта плавления имитатора просверлили глухое отверстие диаметром1,0 мм, вершина которого располагалась на глубине О, 1-0,2 мм от поверхности кратера. В эти отверстияпоместили вольфрамовый порошок изаглушили их титановой пробкой. После этого расположили образцы в нижнем положении. Над хвостовой частьюкратера одного из образцов установили неподвижно сварочный электрод,а сзади образца - упор, обеспечивающий при упоре в него образца расположение электрода над головной частьюимитатора на расстоянии 1,5 мм открая фронта плавления, т.е, над отнерстием с вольфрамовым порошком.Включили сварочную дугу и послевоздействия одного полного импульсасварочного тока на хвостовую частьимитатора во время паузы образец передвинули до контакта с упором, апосле воздействия следующего импульсана фронт плавления имитатора дугупрервали во время паузы. Во .времявоздействия импульса на фронт пдавления имитатора градиент температурв направлении хвостовой части имитатора составил 770 С/мм.,Н;1 то а 1 е но1 е 1 т 1 Вал 1ОЛН 1 М ИМУЛЬ СОМ ТК а Т 1 Л ън Ц а фРОЦ Тплавления имитатора, при этом градиент температур н направлении хносотовой части имитатора достиг 970 С//мм. Во время действия импульса приреальцой сварке по приведенномурежиму градиент температур в направлении хвостовой части сварочной ванОны .составляет 530 С/мм.На третьем образце действием двухимпульсов спаузой между ними 1,0 миносоздали градиент температур 530 С/мм,Последующим рентгенированием по расположению частиц вольфрама относи- .тельно отверстия на планках было определено расстояцие переноса жидкого металла: при градиенте температур 20770 С/мм 10 мм при градиенте темсператур 970 С/мпц 5 мм.При 530"С/мм (сварной шов)14 мм, что оказалось равным расстоянио переноса жидкого металла в естественной сварочной наине при сварке по приведенному режиму. Следовательно, изменение градиента температур в сварочной наине приводит кизменецию переноса металла с фронта 30 плавления на фронт кристаллизации.Предложенный способ позволяет, имитируя различные тепловые поля н сварочной ванне, соответствующие какреально существующим н сварочныхпроцессах, так и перспективных сточки зрения управления формированием сварных швов, выполнять физическое исследование природы массопереноса в сварочной нацце.40 П р и м е р 2, Материал и формаимитатора, параметры основного импульса сварочной дуги идентичны приведенным н примере 1, На имитаторпредварительно воздействуот продоль ным, параллельным оси имитатора, источником тепловой энергии, расположенным на расстоянии 1 мм от границы имитатора, В качестве такого источника тепла использован медный,спредварительно нагретый до 600 Сбрусок размером 15 х 20 х 100 мм, кото"рый укладывался узкой стороной на образец. Спустя 5 с келе этого гра"ница распространяющегося неравномерного температур 10 1 л 1 достигаетосевой лицин пмцтатр,.При этом надругой половице 11111 1: Г ра темературцое поле оста т р,ломерцым стемпературой, ра 11, 1111 ратуре ок 1470478ружающей среды (+20 С). Соответст. -венно изменение температурь 1 вдолькриволинейной оси Х, (фиг.2 а) имеетформу, приведенную на фиг.2 б (Т ),максимум которой был равен 400 С, Вэтот момент на стенку фронта плавле. ния воздействовали одним полнымимпульсом сварочной дуги. Б результате этого в образце было создано О . несимметричное. температурное поле,распределение которого по криволинейной оси Х соответствовало Т2.а(градиент температуры 970 С/мм), а.по криволинейной оси Х, - кривой 5Т (градиент температуры 650 С/мм).После этого выявляли застывшие струижидкого металла.Их длина окаэалаСьнеодинаковой: со стороны дополнитель, ного нагрева она была больше и составила 7 мм, а с другой стороны онасоставила 5 мм.Граница расплавленного фронтаплавления сместилась на 0,8 мм вподогретую сторону (в сторону меньщего теплооТвода). Этот. результатсвидетельствует о том, что в случаесварки разнотолщинных кромок или кромок с разными теплофизическими свойствами сварочная ванна стремится ори" 30ентироваться под некоторым углом клинии стыка так, что фронт плавле-ния смещается на кромку меньшей толщины или с меньшей теплопроводностью(на подогретую), что обусловливаетсмещение вершины усиления в сторонукромки с. большим теплоотводом (боль- шей толщины ипи иэ материала с большей теплопроводностью).Таким образом, введение предварительного подогрева имитатора точеч"ным или линейным источником нагрева/позволяет значительно увеличить объеминформации, .которую можно получить,в результате исследования, и выявитьвлияние тепловой. асимметрии сварочной ванны на движение, жидкого металла. Формула изобретения 1. Способ определения направления движения жидкого металла в сварочной ванне, преимущественно при импульсной сварке, при котором пред варительно изготавливают имитатор формы сварочной ванны в виде углубления на поверхности образца, выполняют глухое отверстие со стороны корневой части шва, симметричное стенкам углубления, заполняют отверстие вольфрамовым порошком и заглушают пробкой, после чего осуществляют переплав имитатора в зоне отверстия неподвижным источником сварочной энергии, ускоренно кристаллизуют расплав и выявляют расположение частиц вольфрама в закристаллизовавшемся металле,о т л и ч а ю щ и й с я . тем, что, с целью приближения модели к реальным условиям сваки, перед переплавом в объеме имитатора создают температурное поле, отличное от равномерного температурного поля окружающей среды, для чего на поверхности углубления воздействуют ис" точником нагрева в зоне, не совпадающей с зоной воздействия сварочного импульса, беэ изменения геометрии поверхности углубления.2, Способ по п.1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью имитации процесса сварки однородных материалов одинаковой. толщины, воздействуют точечным источником нагрева на хвостовую часть имитатора свароч" ной ванны.3, Способ по п.1, о т л и ч аю щ и й с я, тем, что, с целью имитации процесса сварки разнотолщинных материалов и материалов с различными теплофизическими свойствами, воздействуют линейным поверхностным источником нагрева на боковую часть имитатора сварочной ванны параллельЙо его продольной оси.Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ ССь РЙУщская нМ ., д. 45