Способ удаления дефектов металла

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

„SUÄÄ1234125

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ЛЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3708477/25-27. (22) 11.03.84 (46) 30.05.86. Вюл. В 20 (72) К.Е.Пономарев (53) 621.791.75(088.8) (56) Справочник по сварке/ Под ред.

А.Акулова; т. 4 М., 1971, с.184.

Авторское свидетельство СССР

У 406669, кл. В 23 К 28/00, 1972.

Аснис А. и др. Опыт применения аргоно-дуговой обработки сварных швов в вагоностроении. — Автоматическая сварка, 1975, У 11, с.67-68.

Патент США В 4050958, кл. 148-95, 1977.

Авторское свидетельство СССР .Р 804335, кл. В 23 Р 6/00, 1981. (54)(57) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ МЕТАЛЛА, при котором источник энергии располагают по оси залегания дефекта и ведут расплавление металла, изменяя (5р 4 В 23 К 28/00, В 23 P 6/00 плотность энергии и давления на поверхность жидкого металла, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения удаления дефектов с плотностью, близкой к плотности металла, снижения энергозатрат и остаточных сварочных деформаций и повышения производительности процесса, экстремумы полей энергии и давления на поверхности жидкого металла располагают на оси залегания дефекта, экстремальные значения и градиенты полей энергии сначала увеличивают в радиальных по отношению к оси залегания дефекта направлениях, 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

55

Изобретение относится к сварке, в частности к способам исправления дефектов металла, пластмасс, стекла и их сварных швов, и может быть ucHoJIbsoBGHo в машиностроении,.в энергетической, строительной, металлургической и ряде других отраслей промышленности.

Цель изобретения — обеспечение удаления дефектов с плотностью близ- 10 кой плотности металла, снижение энергозатрат и остаточных сварочных деформаций, и повышение производительности процесса.

На фиг.! представлены диаграммы 15 зависимостей изменения значений полей энергии q (Вт) и давления Р (Па) от удаления r (мм) от оси залегания дефекта, нормальной к поверхности материала; на фиг.2 — схема последо- 20 вателькости проплавления и образования течения жидкого металла со дна сварочной ванны на ее поверхность, где на горизонтальной координатной оси обозначены значения соответствующие 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.3 — схема принудительного удаления дефектов; ка фиг.4 — схема, демонстрирующая варианты экспериментального определения существования течения жидкого ме35 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 экстремумь1 полей энергии и давления устанавливаются на оси залегания дефекта, их значения и неравномерность полей вначале увеличивают до .образования течения расплавляющегося металла со дна .сварочной ванны на ее по25 1 верхность, сохраняющегося вплоть до расплавления дефектного участка,и выносящего дефект на поверхность, а затем уменьшают до нуля с достижением заполнения образовавшегося углубления жидким металлом.

Изменение мощности источника энер-. гии, плотности энергии и давления на расплавленную поверхность с расположением экстремумов полей энергии и давления на оси залегания дефекта и увеличение их значений и неравномерность полей вызывает образование все увеличивающегося углубления в расплавленном металле. При достижении дном этого углубления твердого металла на дне сварочной машины-ванны на поверхность материала по боковым стенкам углубления. Это течение принудительно вызывается высоким давлением в центре углубления и эначителькым градиентом давления в радиальных сечениях поля давления, обусловленным градиентом неравномерностью этого поля °

При дальнейшем увеличении значений и неравномерности полей энергии и давления увеличение глубины сварочной ванны и.углубление в расплавленном материале .происходит.с равной скоростью, так как углубление в расплавленном металле постоянно обнажает твердый плавящийся металл на дне сварочной ванны. При этом с повышением давления и его неравкомерности происходит повышение скорости жидкого металла, движущегося со дна сварочной ванны на ее поверхность.

При достижении дном сварочной ванны дефекта в случае, если это газовая полость или рыхлота, он вскрывается и непосредственно смешивается с атмосферой в углублении. В случае, когда дефект представляет включения твердых частиц, он, расплавляясь или в твердом состоякии, потоком расплавляющегося основного металла принудительно переносится на периферию поверхности сварочной ванны.

Процесс удаления дефекта осуществляют принудительно. Это позволяет значительно интенсифицировать процесс удаления дефектов, т.е. ускорять его, что уменьшает размеры сварочной ванны и удалять частицы с улельным весом, значительно большим удельного веса основного металла, Последующее уменьшение значений и неравномерности полей энергии и дав1234 ления способствует заполнению образовавшегося углубления жидким металлом.

Твердые инородные частицы остаются при этом на быстро кристаллизующейся периферии поверхности сварочной ванны.

На фиг.1 цифрами 1-3 обозначены кривые распределения энергии Q. (Вт) и 4-6 давления Р (Па) на поверхности жидкого металла в диаметральных сечениях сварочной ванны при их нараста- 1О .нии в моменты времени t,,, t3(t

С2(t>)

По истечении времени экстремальные значения и неравномерность распределений полей увеличивают, т.е. их значения на оси залегания дефекта увеличиваются быстрее, чем значения на их периферийных зонах, При дуговых методах сварки это может быть выполнено известными метода- 20 ми например изменением скорости на) растания тока (чем быстрее нарастание тока, тем быстрее нарастает давление на.жидкий металл и увеличивается неравномерность полей энергии и давления), вдуванием в сварочную ванну газовой струи через отверстие в электроде, скорость которой увели.чивают.

При лазерной сварке это осуществляется изменением фокусировки луча и вдувом газовой струи, скорость которой увеличивают.

В случае удаления дефектов в плавящихся неметаллах в качестве генера35 тора полей энергии давления может быть использована струя нагретого газа, изменяя температуру, величину сечения и скорость истечения которой создают необходимое изменение полей

40 энергии 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 h (мм) углубления 9 в жидком металле 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 и в еще большей степени величина h (мм) углубления 12 в жидком металле 13.

При достижении распределений полей 5 энергии и давления, соответствующих кривым 3 и 6 (фиг.1), глубина Н (мм) сварочной ванны 14 еще увеличивается, 125 4 величина h (мм) углубления 15 в жидком материале 16 достигает дна сварочной ванны 14, при этом обнажается участок 17 твердого металла на дне сварочной ванны 14 и возникает тече.ние расплавляющегося на этом участке металла со дна сварочной ванны на ее поверхность.

Течение жидкого металла показано стрелками. При достижении обнаженным дном 17 сварочной ванны 14 дефекта

18 (фиг.3) происходит вскрытие дефекта 18 в случае, если он газообразный, и удаление газа в окружающую атмосферу, расплавление дефекта 18, если это расплавляющаяся частица, и струйный вынос его совместно с расплавленным основным материалом на периферийную часть поверхности расплавленного металла, если дефект 18 нерасплавляемая тугоплавкая частица, то она увле-. кается потоком жидкого металла со дна сварочной ванны в направлении преиму.щественного движения жидкого металла в зоне дефекта, также преимущественного движения жидкого металла на периферию поверхности сварочной ванны.

Стрелками показано движение дефекта при его принудительном удалении из материала.

Режимы для удаления дефектов, расположенных в разных материалах и на разной глубине, значительно отличаются и они определяются для каждого материала для разной глубины залегания дефекта индивидуально.

Наличие течения жидкого материала со дна сварочной ванны на.поверхность может быть определено экспериментально различными путями. Например, если при наличии такого течения произвести ускоренное охлаждение, то жидкий материал не успевает заполнить донную часть сварочной ванны и остается газовая полость 19, наблюдаемая в сечении сваркой 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 выполнения способа при течении жидкого материала со дна сварочной ванны этот индикатор 2О обнаруживается рентгенографированием на поверхности сварочной ванны 21.

Если течение жидкого материала со дна сварочной ванны. не наблюдается, 1234125 увеличивают скорость нарастания полеи энергии и давления, а также неравномерность их распределения до образования такого течения. Затем, установив источник энергии так, чтобы экстремальные значения полей энергии и давления располагались на оси залегания дефекта, включают его. Расплавление производят до полного удаления дефек- 10 та по режиму, определенному описанными выше методами экспериментально. Затем производят уменьшение полей энергии, давления и неравномерности их распределения, необходимое для полно- 15 го заполнения образовавшегося углубления жидким материалом, определяемое также предварительным экспериментом.

Пример 1. В пластине из ти- 20 такового сплава ОТ-4 толщиной 8 мм на глубине 4 мм искусственным путем создавали дефект металла, внутрь помещали порашины вольфрама (удельный вес вольфрама более чем в четыре ра- 25 за превышает удельный вес титана}.

На поверхности пластины делали отметку расположения оси залегания дефекта. Реальный дефект обнаруживают неразрушающими методами контроля, 30 например рентгенографией, и отмечают расположение оси его залегания на поверхности материала. В качестве источника энергии использовали сварочную дугу прямои полярности, горящую 35 с вольфрамового лантанированного электрода, заточенного на конус с углом при вершине 45, в аргоне. Электрод закрепляли по оси залегания дефекта. Затем зажигали сварочную дугу, 40

Выполнение электрода симметричным обеспечивало расположение экстремумов полей энергии и давления на оси залегания дефекта.

Увеличение 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 s течение 0,2 с до

500 А и последующйм уменьшением его в течение 0,3 с.

Последующее рентгенографирование выявило отсутствие вольфрама в глубине пластины и его наличие в утолщении по периферии образовавшейся сварной точки.

После механического удаления наплавленного утолщения рентгенографирос ванием не обнаружено наличие вольфрама в металле.

Для удаления дефекта не потребовалась предварительная механическая разделка зоны залегания дефекта в материале. Расплавление длилось всего

0,5 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.

Hp и м е р 2. В пластине из стали 12Х18Н10Т толщиной 15 мм на глубине

6 мм искусственным путем создавали дефект металла — цилиндрическую пору ф2 мм. На поверхности пластины по оси залегания дефекта делали отметку кернением. Реальный дефект обнаруживают неразрушающими методами контроля и отмечают на поверхности материала расположение 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 течение

0,5 с до 600 А и последующее уменьшение его в течение t с.

Последующий рентгеноконтроль в металле не обнаружил поры. Процесс расплавления длился 1,5 с, что значительно меньше времени, которое потребовалось бы при удалении поры известным способом.

При этом значительно уменьшается объем высоконагретой зоны металла, т.е. уменьшаются сварочные деформации и повышается качество детали. Использование способа позволяет повысить производительность процесса удаления дефекта и качество деталей.

I234I25 е 7 9 ИВ И 1г а и

1В Ó7

Составитель Л.Назарова

Техред И,Гайдощ Корректор А.Обручар

Редактор N.Håäoëóæåíêî

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 293б/16 Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

g$