Способ определения направления движения жидкого металла в сварочной ванне
Изобретение относится к области сварки, а именно к способам исследования гидродинамических процессов в сварочной ванне с помощью образца - иммитатора. В образце изготавливают углубление, имитирующее сварочную ванну с кратером. С обратной стороны образца внутрь переплавляемой впоследствии стенки фронта плавления помещают вольфрамовый порошок, заглушая отверстие пробкой. В зоне имитатора создают температурное поле предварительно заданной структуры. Выставив электрод относительно фронта плавления имитатора, воздействуют одиночным импульсом сварочной дуги реального режима. После кристаллизации выявляют расположение вольфрамовых включений и по нему судят о движении металла и его связи с тепловой асимметрией сварочной ванны. Для имитации условий сварки однородных металлов одинаковой толщины предварительно создают тепловое поле путем воздействия точечного источника на хвостовую часть имитатора. Для имитации условий сварки разнородных и разнотолщинных металлов используют линейный источник, который располагают сбоку от имитатора параллельно его продольной оси. Способ позволяет выявить влияние тепловой асимметрии сварочной ванны на движение жидкого металла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
СОЮЗ СОНЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИК
РЕСПУБЛИН
I (д 4 В 23 K 9/16
ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ
>, 1-е гI
>
С::
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ГИРИ ГННТ СССР (21) 4070306/25-27 (22) 06,03.86 (46) 07.04.89, Бюл. Я> 13 (72) К.Е.Пономарев (53) 62-1 ° 791 ° 75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 1269940, кл. В 23 К 9/ 16, 11:.06.85.
Авторское свидетельство СССР
ff> 1323286, кл. В 23 К 9/16, 29.0f86. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ
ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В СВАРОЧНОЙ ВАННЕ (57) Изобретение относится к области сварки, а именно к способам исследования гидродинамических процессов в сварочной ванне с пЬмощью образца имитатора. В образце изготавливают углубление, имитирующее сварочную ванну с кратером. C обратной стороны образца внутрь переплавляемой впоследствии стенки фронта плавле. ния помещают вольфрамовый порошок, заглушая отверстие пробкой. В зоне
Изобретение относится к области сварки, а именно к способам исследования гидродинамических процессов в сварочной ванне.
Цель изобретения — приближение модели к реальным условиям сварки.
Исследования проводятся на образце, на котором моделируются условия сварки.
Для проведения исследований на образце выполняют углубление — имитатор формы сварочной машины. Со стороны корневой части шва выполняют глухое имитатора создают температурное поле предварительно заданной структуры. Выставив электрод относите льна фронта плавления имитатора, воздействуют одиночным импульсом сварочной дуги реального режима. После кристаллизации выявляют расположение вольфрамовых включений и по нему судят о движении металла и его связи с тепловой асимметрией сварочной ванны. Для имитации условий сварки однородных металлов одинаковой толщи-; ны предварительно создают тепловое поле путем воздействия точечного источника на хвостовую часть имитатора. Для имитации условий сварки разнородных и раэнотолщинных металлов используют линейный источник, который располагают сбоку от имитатора параллельно его продольной осн. Способ позволяет выявить влияние тепловой асимметрии сварочной ванны на движение жидкого металла. 2 э.п.- ф-лы, 3 ил. отверстие, заполняют его вольфрамо.вым порошком н заглушают пробкой, после чего переплавляют неподвижным источником в зоне отверстия,.По сле кристаллизации F>GHHbl по расположению части вольфра>>а н расплаве судят о процессах, происходящих в ванне.
Для приближения ;> певи к реальным условиям перед неpf l >.II>îì. â объеме металла создают I p;I!>I>;>.ит температур
Для этого на IID>l> ихны<.ть углубления воздействуют и т,:»и» ом нагрева
1470478 в зоне, не совпадающей с зоной воздействия сварочного импульса, беэ расплавления поверхности, Для имитации процесса сварки однородных металлов одинаковой толщины воздействуют точечным источником нагрева на хвостовую часть имитатора.
Для имитации процесса сварки разнородных и. раэнотолщинных материал: в воздействуют линейным источником нагрева на боковую. часть имитатора параллельно его продольной оси, На фиг.1 изображен имитатор сва-. рочной ванны с нанесенными кривыми распределения температур,-продольное сечение; на фиг.2 - образец с имитатором сварочной ванны и односторонним подводом дополнительного тепла, вид сверху; на фиг.З вЂ” кривые изменения температурных полей вдоль криволинейной оси Х„ (па периферии кратера).
Обозначения, принятые на фиг.1-3:
Т,, Т вЂ” кривые распределения температур предварительно до воздействия импульсов созданных полей (соответственно в двух экспериментах);
Т, кривая распределения темпе-, ратур в импгаторе от воздействия энергии импульса;
Т ; вЂ, 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 линий результирующих полей различен (grad Т (grad Т, a grad T„) .
X X
Сварочный электрод 1 расположен симметрично относительна боковых . стенок имитатора. 2. Дополнительный. тепловой поток от линейного источника Э направлен нормально осевой плоскости имитатора 2 в сторону имитатора с образовавнием по оси X( температурного поля Т, которое йри воздействии сварочного импульса суммируется с его полем Т„, образуя поле Т . При этом в имитаторе 2 образу. ется несимметричное относительно его осевой плоскости температурное поле, распределения которого по асям Х, и Х .не равны: по оси Х, распределение по кривой Т, а по Х - по .кривой Т„, поскольку дополнительное поле на него не аказывает .влияния., Изменяя тепловую асимметрию сва рачной ванны от испытания к испытанию, в том числе увеличивая или
5 уменьшая ее, по характеру распределения вольфрамового парашка 4, выявляют проявляющиеся изменения в движении жидкого металла, такие как изменение длины и направления его пути и др. Познайие характера влияния тепловой асимметрии сварочной ванны на движение жидкого металла позволяет расширить технологические возможности управления формообразованием швов при сварке. Температурное поле в имитаторе может быть равномерным и неравномерным. Равномерное температурное поле с увеличением температуры. уменьшает градиент температур в имитаторе при воздействии импульса. Оно легко создается предварительным общим нагревом образца.
Однако общий нагрев образца приводит к изменению объема металла, расплавляемаго импульсом энеРгии, что несколько искажает картину исследуемого движения металла. Неравномерное температурное поле дает больший эффект, позволяя достичь требующейся тепловой асимметрии в имитаторе сварочной ванны бе" увеличения объема расплавляемого сварочным импульсом металла..Для этого в зоне непасредственнога.воздействия сварочного импульса неравномерное темнературное поле должно иметь значение температуры окружающей среды.
Наиболее часто реальные температурные поля в сварочной ванне.имеют максимум на фронте плавления и убывают до температуры плавления металла на фронте кристаллизации.
Поэтому как вариант выполнения спо саба, отвечающий наиболее часто встречающейся B практике тепловой асимметрии сварочной ванны, воздействуют точечным источником нагрева ! на хвостовую часть имитатора сварочной ванны.
При этом не происходит нарушения
5О составляющих силового воздействия
,импульсов, поскольку его параметры
t и расположение в сварочной ванне постоянны, не происходит изменения расплавленной массы, так как температурное поле убывает в сторону фрон, та плавления и при достижении зоны действия импульса уже становится . незначительным. Таким образом иэ-! !
147<)478 меняется лишь температурное поле в хвостовой части имитатора за пределами эоны действия импульса и только оно ответственно за возникающие изменения в движении жидкого металла.это позволяет выявить непосредственное влияние тепловой асимметрии сварочной ванны на движение жидкого металла.
Пример 1. Определялось влияние градиента температур по дли- . не сварочной ванны на перенос металла с фронта плавления на фронт кристаллизации при импульсно-дуговой сварке неплавящимся электродом. Параметры сварочного режима: угол за<> точки вольфрамового электрода 45 ток импульса 320 А, ток дежурной дуги 20 А, фронт нарастания импульса.
0,02 с, длительность импульса 0,24 с, длительность паузы О, 1S с; скорость сварки 20 м/ч, длина дуги 2,0 мм.
В титановых образцах толщиной 6 мм изготовили имитаторы сварочной ванны путем сварки в этом режиме, мгновенного прерывания-дуги во время паузы и ускоренной кристаллизации ванны.
Затем в образцах со стороны корневой части в осевой плоскости кратера на расстоянии 1,5 мм от края фронта плавления имитатора просверлили глухое отверстие диаметром
1,0 мм, вершина которого располагалась на глубине О, 1-0,2 мм от поверхности кратера. В эти отверстия поместили вольфрамовый порошок и заглушили их титановой пробкой. После этого расположили образцы в нижнем положении. Над хвостовой частью кратера одного из образцов установили неподвижно сварочный электрод, а сзади образца — упор, обеспечивающий при упоре в него образца расположение электрода над головной частью имитатора на расстоянии 1,5 мм от края фронта плавления, т.е. над отверстием с вольфрамовым порошком.
Включили сварочную дугу и после воздействия одного полного импульса сварочного тока на хвостовую часть имитатора во время паузы образец передвинули до контакта с упором, а после воздействия следующего импульса на фронт плавления имитатора дугу прервали во время паузы. Во время воздействия импульса на фронт плавления имитатора градиент температур в направлении хвостовой части имитатора составил 770 С/мм..
II;1 «тоI>ot»браэне во >
/мм. Во время действия импульса при реальной сварке по приведенному режиму градиент температур в направлении хвостовой части сварочной ван<> ны .составляет 530 С/мм.
На третьем образце действием двух импульсов с паузой между ними 1,0 мин о создали градиент температур 530 С/мм.
Последующим рентгенированием по расположению частиц вольфрама относи- . тельно отверстия на планках было определено расстояние переноса жидкого металла: при градиенте температур
770 С/мм 10 мм при градиенте темс ператур 970 С/ttfftf 5 tfta.
При 530" С/мм (сварной шов)
14 мм, что оказалось равным расстоянию переноса. жидкого металла в естественной сварочной ваине при сварке гго приведенному режиму. Следовательно, изменение градиента температур в сварочной ванне приводит к изменению переноса металла с фронта
30 плавления на фронт кристаллизации.
Предложенный способ позволяет, имитируя различные тепловые поля в сварочной ванне, соответствующие как реально существующим в сварочных процессах, так и перспективных с точки зрения управления формированием сварных швов, выполнять физическое исследование приро;гы массопереноса в сварочной ванне.
40 Hp и м е р 2, Материал и форма имитатора, параметры основного импульса сварочной дуги идентичны приведенным в примере 1. На имитатор предварительно воздействуют продоль45 ным, параллельным оси имитатора, источником тепловой энергии, расположенным на расстоянии 1 мм от границы имитатора. В качестве такого источника тепла использован медный, о
50 предварительно нагретый до 600 С брусок размером 15х20х100 мм, который укладывался узкой стороной íà об разец. Спустя 5 с ffc!c.л . этог o граница распространяя ще гося неравномерного температурногп ff<>>fsf достигает осевой липин пмитат<>р.f. Нри этом на другой половине нмп > <> г ра T
2. о (градиент температуры 970 С/мм), а. по криволинейной оси Х, - кривой 15
Т (градиент температуры 650 С/мм).
После этого выявляли застывшие струи жидкого металла.Их длина окаэалаСь неодинаковой: со стороны дополнитель, ного нагрева она была больше и сос- 20 тавила 7 мм, а с другой стороны она составила 5 мм. Граница расплавленного фронта плавления сместилась на 0,8 мм в подогретую сторону (в сторону мень- 25
mего теплооТвода). Этот. результат свидетельствует о том, что в случае сварки разнотолщинных кромок или кромок с разными теплофизическими свойствами сварочная ванна стремится ори- 30 ентироваться под некоторым углом к линии стыка так, что фронт плавле- ния смещается на кромку меньшей толщины или с меньшей теплопроводностью (на подогретую), что обусловливает смещение вершины усиления в сторону кромки с. большим теплоотводом (боль шей толщины ипи иэ материала с большей теплопроводностью).
Таким образом, введение предварительного подогрева имитатора точечным или линейным источником нагрева
/ позволяет значительно увеличить объем информации, .которую можно получить . в результате исследования, и выявить влияние 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,отличающийся тем, что, с целью приближения модели к реальным условиям сва ки, перед переплавом в объеме имитатора создают температурное поле, отличное от равномерного температурного поля окружающей среды, для чего на поверхности углубления воздействуют источником 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 аю шийся тем, что, с целью имитации процесса сварки однородных материалов одинаковой толщины, воздействуют точечным источником нагрева на хвостовую часть имитатора сварочной ванны.
3 Способ по п.1, о т л и ч аю шийся, 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.
i ?() 78
14 1()4 78
Составитель Е.Сомова
Техред И.Ходайич
Корректор М.Демчик
Редактор В.Данко
Заказ 14 17/ 14 Тираж 892 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета цо изобретениям и открьгиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, И-35, Раушская: наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101
