Способ определения склонности металлов к образованию горячих трещин

 

Изобретение относится к сварочному производству.и может применяться в различных областях машиностроения для исследовательских и опытно-промьшшенных работ. Цель изобретения - повышение точности испытаний . Для этого используются небольшие образцы прямоугольной формы. В начале производится-остановка точника нагрева на определенное время для приведения поля температур в состояние, подобное квазистационарному . В качестве критерия склонности к образованию горячих трещин принимается критический темп раскрытия условной трепщны. При применении способа уведшчивается точность и достоверность результатов испытаний металла шва на склонность к образованию горячих трещин, уменьшается металлоемкость образцов и затраты на изготовление последних. Увеличение достоверности, в свою очередь, |Ю позволяет избежать появления горя1 чих тоешин в реальных изделиях.4 ил. 1 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 23 К 28 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

33j

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3916469/25-27 (22) 03.07.85 (46) 07, 12. 86, Бюл. Ф 45 (71) Ордена Ленина и ордена Трудового

Красного Знамени институт электросв арки им. Е, О, Патон а (72) Ю. В, Кошелев, С, Н. Ковбасенко, О, К. Назаренко, Н,.И, Пивторак, Г. А. Шилов, В. И. Загорников и Ю, В. Орса (53) 621.791.75.011(088,8) (56) Прохоров Н, Н. Технологическая прочность сварных швов в процессе кристаллизации. М.: Металлургия, 1979, с. 226, Natsuda Pukuhisa and Nakata Kazuhiro. А new Test Specimen for

Self-Restraint Solidification Crack

Susseptibility Test of ElectronBeam Melding Bead, — Trof IMRD, У 11, В 2, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИ

META31JI0B К ОБРАЗОВАНИЮ ГОРЯЧИХ.ТРЕЩИН

„,SU„„12?488? А 1 (57) Изобретение относится к сварочному производству.и может применяться в различных областях машиностроения для исследовательских и опытно-промышленных работ, Цель изобретения — повышение точности испытаний. Для этого используются небольшие образцы прямоугольной формы.

В начале производится .остановка ис-. точника нагрева на определенное время для приведения поля температур в

coстояние, подобное квазистационарному, В качестве критерия склонности к образованию горячих трещин принимается критический темп раскрытия условной трещины. При применении способа увеличивается точность и достоверность результатов испытаний металла шва на склонность к образованию горячих трещин, уменьшается металлоемкость образцов и затраты на изготовление последних, Увеличение достоверности, в свою очередь, позволяет избежать появления горячих трещин в реальных иэделиях, 4 ил.

12? 4887

Изобретение относится к области сварки толстолистовьтх материалов и может быть использовано для исследовательских и опытно-промьппленных работ В машиностроительных отраслях промьппленности, Целью изобретения является повышение точности определения склонности металлов к образованию горячих трещин в швах с глубоким проплавлением.

На фиг. 1 изображена схема испытания одного иэ образцов, где Р,.„ поперечные растягивающие усилия, возникающие иэ-за градиента температуры по ширине образца; Р„,„ - растягиваюшие усадочные усилия, обусловленные охлаждением шва с большой скоростью, чем околошовной зоны, и повыDtpHHbtH коэффициентом линейного расширения в шве, поскольку металл последнего имеет более высокую температуру; на фиг. 2 — пример пространственного расположения образцов и пучка электронов при сварке образцов сверху вниз, где V, — направление движения пучка электронов от входной кромки; на фиг, 3 — распределение температуры Т в образце критической ширины в плоскости симметрии шва и соответствующее этому полю температур распределение накопленного перемещения свариваемых кромок, условно считающихся свободными в окрестностях парогазового канала, где а Б = 1,64 10 см/с — поперечное перемещение условно свободных кромок при охлаждении металла шва на линии пересечения плоскости симметрии шва и входной кромки от 1500 до 1250 С; на фиг, 4 - схема образ" ца в продольном сечении вдоль плоскости Х-Y где 1 — характерные точки, геометрическое место которых находится на линиях пересечения входных и свободных (Y + Н) кромок;

2 — изотерма от быстродвижущегося источника на этапе теплонасыщения в начале образца; 3 — изотерма от быстродвижущегося источника в квазистационарном режиме; 4 — изотерма от остановившегося на время.t и на расстоянии Х от входной кромки линейного источника тепла; 5 — сечение парогазового канала; 6 — прослойка кристаллизирующего металла, находящегося в твердожидком состоянии, Способ осуществляют следующим образом.

Образцы для испытаний -выполняют в виде параллелепипедов одинаковой

5 длины, одинаковой толщины и различной ширины. Перед сваркой измеряют поперечные размеры образцов, Затем каждый из них проплавляют в плоскости симметрии электронным пучком так, чтобы глубина шва совпадала с

I толщиной образца.

Электронный пучок останавливают в теле образца на расстоянии Х

I от входной кромки, чтобы температура в точках, лежащих на пересечении входной и свободной боковой кромки, была равна температуре тех же точек в кваэистационарном поле линейного быстродвижущегося источника, на время t которое определяют из уравнения

2 7 х +

4а 1n - --= + - ! х! 7т

4 х — расстояние кромка образца— точка остановки пучка (рав" но длине хвостовой части ванны расплавленного металла), м; полуширина образца, м; — коэффициент температуропроводности, м /с;

- теплоемкость, Дк/кг К; — плотность, кг/мэ; — скорость сварки.в квазистационарном режиме, м/с; — коэффициент теплопроводностн, Дж/м с ° К; где х

35

После остановки продол;кают перемещение пучка относительно образца с заданной скоростью Ч, вплоть до выводной кромки, затем визуально или с помощью ультразвукового дефектоско45 па находят самый узкий образец без трещины н отмечают ширину последнего при условии, что в более узком образце трещину обнаружили. В качест- . ве критерия склонности металла к об5О раэованию горячих трещин принимают темп раскрытия условной трещины в температурном интервале хрупкости (8 ), рассчитанный, исходя из режима сварки, теплофизических свойств

55 и отмеченной ширины образца, или из- . меренный непосредственно в процессе проплавления последне го.

12748

Для обеспечения минимальной возможности появления горячих трещин стремятся, чтобы выполнялось условие

I 1

8С > S где 3 — темп раскрытия условной трещины при жестком эакреп- . 5 ленин реального сварного соединения, который находят, например, иэ уравнения В =BoL где  — средняя ширина шва, м; Π— коэффициент линейного расширения, Требование наличия трещины в более узком образце, чем критический, обусловлено тем,.что вероятность образования трещин, начиная с некоторой ширины, при уменьшении последнего 5 резко падает, Это обусловлено равномерным нагревом образца по ширине и, следовательно, незначительными поперечными деформациями вблизи; входной кромки малой ширины, Важным является вопрос пространственной ориентировки образцов, пучка электронов, а также, направления сварки. В случае сварки сверху вниз горизонтальным пучком (фиг, 2) на входной кромке возникают наиболее жесткие условия, способствующие возникновению горячих трещин, При этом практически исключается возможность запечивания образовавшейся трещины 30 случайными выплесками металла, обеспечивается симметричность металлопереноса в зону образования горячих трещин, Последнее обстоятельство гарантирует высокую повторяемость результатов. испытаний. Кроме тоro отпадает необходимость в специальных фиксирующих приспособлениях, Пример 1. Предлагаемый способ определения склонности к обра- 40 зованию горячих трещин при электрон- но-лучевой сварке реализован на установке У-570 путем проплавления образцов .иэ высокопрочной легированной стали. Для испытаний использовалось 45 серийное электронно-лучевое оборудование с ускоряющим напряжением

60 кВ мощностью 60 кВт, Размеры самого узкого образца — 100х40х10, самого широкого — 100х40х40, Первый 50 этап испытаний проводился горизонтальным пучком с шагом измерения ширины

10 мм в следующем режиме: скорость сварки 5,83 мм/с (21 м/ч); ток пучка 400 мА; ускоряющее напряжение 55

60 кВ; параметр à =L /?<Р =0,93, где L — расстояние от среза пушки

Р до поверхности образца, L — рас87 4 стояние от среза пушки до фокальной плоскости, Образцы закреплялись в специальном приспособлении. Ток пучка и скорость сварки выводились на заданный уровень до входа в образец. Визуально во время сварки в вакуумной камере контролизовать появление трещин оказалось сложно, поэтому последовательно были проплавлены четыре образца. После выравнивания температуры (0,5 ч) камеру развакуумировали и выяснили, что в образцах шириной.

10 мм и 20 мм трещины образовались, а в образцах шириной 30 мм и 40 мм даже ультразвуковым дефектоскопом трещины выявлены не были. Затем, для повьппения точности испытаний был исследован диапазон ширин от 20 до 30 мм с шагом 2 мм. Минимальная ширина образца без трещины оказалась равной 24 мм, причем, в образце шириной 22 мм была обнаружена трещина.

Затем по известным зависимостям и алгоритмам были найдены поперечные перемещения условно свободных кромок на этапе охлаждения. Распределения температуры и перемещений в плоскости симметрии образца показаны на фиг, 2.

Темп перемещений вычислен по форAU (1250...15003

8с Он окас зался равным Ьс = 0,58 см/К, В качестве контрольных испытаний были сварены натурные образцы в условиях жесткой заделки. Изменение тепла перемещений задавалось варьированием ширины 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. Таким и

М образом, относительная погрешность предлагаемого способа составила

14,.7Х, Пример 2. Были воспроизведены режимы и приемы, описанные в примере 1, кроме условия непрерывного поступательного перемещения пучка относительно образца, а именно, в теле образца на расстоянии от входной кромки Х = 4 мм пучок остановили на время t, рассчитанное по формуле для каждого образца, Так, в образце шириной 20 мм t = 1,0 с. Затем продвижение пучка продолжили со скоростью

21 м/ч, При этих условиях минималь5 2748 ,ная ширина образца без трещины оказ алась равной 22 мм, а темп перемещений, I соответствующий такой ширине, ос

=О, 655 см/К, Следовательно, по грешность способа составила 57..

Таким 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- 15 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 2б применен в заводских условиях специалистами, не имеющими математической.подготовки, и при отсутствии вычислительной техники.

Формула изобретения

Способ 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 шийся 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 ь ют 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 расплавленного металла, останавливают на время г 2 х +

Г 4П 1%1/Ю *1! где х — расстояние от кромки образца до точки остановки пучка, равное длине хвостовой части ванны расплавленного металла, м; у — полуширнна образца, м; а — коэффициент температуропрог водности, м /с;

С вЂ” теплоемкость, Дж/хг К; — плотность, кг/м ;

V — скорость сварки в квазистационарном режиме, м/с; h — - коэффициент теплопроводности, Дж/иаэс К, необходимое для йрйведения поля температур в состояние, подобное квазистационарному, после этого продолжают продвижение пучка с наперед заданг ной 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.

Ргу

1274887

«Риг. 2

V,w фИ7

Составитель 3, Хаустова

Редактор Н. Егорова Техред Л.Сердюкова

Корректор,Л.Пилипенко

Заказ 6520/13 Тираж 1001

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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