Способ имитации процесса существования сварочной ванны

 

Изобретение относится к технологии сварки плавлением, в частности под флюсом, и может быть использовано при отработке режимов сварки, при изучении различных свойств металлов и сплавов в жидком состоянии, а также металла шва и при физико-химических исследованиях. Цель изобретения - экономия времени и дефицитных материалов при исследовании физико-химических и металлургических процессов, происходящих в ванне, а также свойств металла реальных швов при сварке под флюсом. Образец-имитатор выбирают с массой M, рассчитываемой из условия равенства площадей поверхности расплавленного в каплю образца и имитируемой ванны по формуле M=4,18γ[√B/32+B/8φ(L-B/2)] 3 (г), где B - ширина сварочной ванны, мм

L - длина сварочной ванны, мм

γ - удельный вес металла шва, г/мм 3. Плавление образца осуществляют в электромагнитном поле в соответствии с термическим циклом сварки точки, лежащей на оси моделируемого сварного шва, а подачу флюса на расплавленный в каплю образец начинают в момент полного его расплавления. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (У1)5 В 23 K 28/00

;/ -,I1P./,(1 ;. ;.. °,г1 М (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А BTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)э!

m=4, 18 у где В

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbtTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4391175/25-27 (22) 14.03.88 (46) 07.09.90. Бюл. Р 33 (71) Институт электросварки им. E Î.Ïàòîíà (72) К.А.Ющенко, Г.М.Григоренко, Н.П.Казеннов, IOË.Ïoìàðèí, А.M.Ñîëoxa, и Н.Н.Калинюк (53) 621.791.65(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1479247, кл. В 23 К 28/00, 1987. (54) СПОСОБ ИМИТАЦИИ ПРОЦЕССА СУЩЕСТ-

ВОВАНИЯ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ (57) Изобретение относится к технологии сварки плавлением, в частности под флюсом, и может быть использовано при отработке режимов сварки, при изучении различных свойств металлов и сплавов в жидком состоянии, а также металла шва и при физико-химических исследованиях. Цель изобретения— экономия времени и дефицитных матеИзобретение относится к технологии сварки плавлением, в частности под флюсом, и может быть использовано при отработке режимов сварки, изучении различных свойств металлов и сплавов в жидком состоянии, а также металла шва и при физико-химических исследованиях взаимодействия металлов со шлаком при сварке под флюсом. .Цель изобретения — экономия времени и дефицитных материалов при исследовании физико-химических и металлургических процессов, происходящих в ванне, а также свойств метал„„SU „„1590287, А 1

2 риалов при исследовании физико-химических и металлургических процессов, происходящих в ванне, а также свойств металла реальных швов при сварке под флюсом. Образец-имитатор выбирают с массой m рассчитываемой из условия равенства площадей поверхности расплавленного в каплю образца и имитируемой ванны по формуле т = 4, 18уДВ/32 + B/ßßÜ вЂ” В/2)),г, где  — ширина сварочной ванны, мм;

L — длина сварочной ванны, мм; у— удельный вес металла шва, г/мм, Плавление образца осуществляют в электромагнитном поле в соответствии с термическим циклом сварки точки, лежащей на оси моделируемого сварного шва, а подачу флюса на расплавленный в каплю образец начинают в

Ф момент полного его расплавления.

2 ил. ла реальных швов при сварке под флюсом.

Образец-имитатор для исследований процессов, происходящих в металле шва при сварке под флюсом, выбирают с массой m, равной ширина сварочной ванны, мм; длина сварочной ванны, мм; удельный вес металла шва, г/мм, 3

1590?87 мм. массу где уV— ((4,18, тогда ш = 4,18) лавление образца-имитатора осушестляют в электромагнитном поле в соотетствии с термическим циклом свари точки, лежащей на оси моделируемого сварного шва, а подачу флюса на расплавленный образец начинают в момент полного его расплавления.

При сварке под флюсом все металг((ургические процессы, происходящие в сварочной ванне, определяются площадью зеркала ванны, находящейся в епосредственном контакте с расплавенным флюсом.

Упрощенно площадь зеркала сварочой ванны может быть представлена в нае суммы полукруга (гопоаная часть

C: анны) и треугольника с высотой, равной разности длины сварочной ванны L половины ширины В !

Й В 2 В В

S (-) + — (L — -), мм, (1) м. 6«((нй 2 2 2 2 где  — ширина сварочной ванны, мм;

L — - длина сварочной ванны, мм.

Расплавленный образец под дейст1

1 ием поверхностного натяжения принимает форму шара. Площадь поверхности .шара равна

S 4 ((К,, мм;. (2) Приравнивая площадь ванны (1) к площади шара (2) находим радиус капли ((В В В

4ГК = — — + -(L — -) R

8 2 2

Зная объем расплавленного образ4,- 3

oa U = — lI R легко вычислить его

m=gV, r, 3. удельный вес металла, г/мм объем расплавленного образца, мм, 4 В В В (я

- 7(((-- + — (L — -))

0 3 32 8и 2

При выборе образцов с меньшей массой образцы разрушаются при на5

55 греве, а при выборе образцов с большей массой они имеют свищи и множест-, венные поры и дальнейшее исследование металла затруднено.

Пример. Способ применяют для исследования кинетики деазотации металла при сварке под флюсом сталей со сверхравновестным содержанием азота.

Процесс порообразования и качество швов в таких сталях во многом определяются временем пребывания металла сварочной ванны в жидком состоянии и зависит от режимов сварки.

Предварительно выполненные замеры и расчеты площади поверхности ванны при сварке под флюсом стали

06Х18АГ12 показали, что площадь зеркала чаще всего составляет около

200 мм для имитации сварочной ван1 ны режима: сварочный ток 300 А, напряжение на дуге 30 В при длине сварочной ванны 37 мм, ширине 16 мм необходимы образцы массой 0,7 г. Такие образцы обеспечивают адекватность термодинамических и физикохимических процессов на границе жидкий металл-шлак при плавке в электромагнитноМ поле процессам реальной сварочной ванны.

Предложенная методика использована при изучении кинетики дегазации расплавленного металла 06Х18АГ12 в условиях, имитирующих автоматическую сварку под керамическим флюсом.

Образцы-имитаторы сварочной ванны массой 0,7 r изготовлены из листового проката. Исходное содержание азота 0,3-0,77. Время выдержки образцов в расплавленном состоянии изменяют дискретно в интервале 2-15 с.

Эксперименты проводят на установке для плавки образцов во взвешенном состоянии в электромагнитном поле (фиг. 1).

Установка состоит из реакционной камеры, блока очистки газа, блока контроля расхода газа и вариантов мощности. Питание установки осуществляется от высокочастотного лампового генератора типа И060.012. Реакционная камера 1 выполнена из толстостенной кварцевой трубки диаметром

18 мм, длиной 180 мм. Сверху кварцевая трубка герметизируется при помощи специального текстолитового фланца 2, на котором смонтирован шнековый транспортер 3 и бункер 4 для подачи флюса. Такая конструкция

5 159 реакционной камеры позволяет вести визуальные наблюдения за положением образца жидкого металла в реакционной камере, поведением расплавленного шлака, а также регистрировать температуру металла и контролировать подачу флюса на висящую каплю.

Подвижный кристаллизатор, состоящий из латунного стакана 5 с медной изложницей 6 имеет два фиксированных положения, первое — под нижним срезом реакционной камеры, как показано на фиг. 1, для мгновенной закачки расплавленной капли 7; второе — за рабочей площадью установки, во время загрузки и плавки образцов. Изложница служит для мгновенной закалки образца расположенного металла. Она выполнена разъемной по вертикальной оси и позволяет мгновенно охладить клиновидный образец с углом клина

7 . Масса изложницы в 200 раз превышает массу металлического образца, что позволяет производить мгновенную закалку висячей капли.

Используют следующую методику плавки. Перед каждой серией опытов газовые магистрали установки продувают азотом не менее 5 мин с тем, чтобы удалить кислород. Затем в реакционной камере расплавляют "холостой" образец в зоне действия индуктора для удаления имеющейся в камере влаги. После этого в камеру на кварцевой ножке вводят образец исследуемого металла и производят его расплавление. Одновременно с расплавлением образца его поверхности шнековым транспортером подают флюс для наведения шлаковой ванны. После фиксированной выдержки в расплавленном состоянии отключают питание индуктора и расплавленный образец металла сбрасывается в изложницу. На каждой выдержке расплавляют по пять образцов. Температуру металла измеряют бесконтактным методом цветовым электронным пирометром ЦЗПИР-010 и регистрируют на диаграмме выносного самопишущего потенциометра. Общая ошибка измерений температуры не превышает 1Х. от измеряемой величины. В процессе плавок максимальная температура капли 1450 — 1620 С в зао висимос ги от времени выдержки. Температура перегрева капли на всех стадиях плавления не превышает 150200 С выше точки плавления, что со0287 6 ответствует реальной температуре сварочной ванны.

Навески для определения азота методом восстановительного плавления в потоке гелия подготавливают механически, разделяя каждую закаленную каплю на части весом О, 3-0,4 r„ Концентрацию азота определяют на анализаторе TN-1 14.

Результаты исследования плавки под различными флюсами (фиг. 2) позволяют сделать выводы: наибольшее количество легирующего азота в металле сварных швов обеспечивает флюс марки АНК-. 67; для получения качественных швов при сварке под флюсом сталей со сверхравновесной концентрацией азота необходимо обеспечить существование расплавленной ванны более

4-6 с.

Технологические режимы автоматической сварки под флюсом стали типа 06Х18А712 толщиной 12 мм, выбра .<ные с учетом кинетики деазотации расплавленного металла образцов-имитаторов сварочной ванны, позволяют получить качественные сварные соединения стали ОЗХ18Г20АФ с концентра30 цией азота 0,9Х.

Предложенным способом также возможно моделировать, регистрировать и исследовать различные физические, химические, металлургические и термодинамические процессы в сварочной ванне, жидком шлаКе и на их границе: изменение химического состава расплавов (перераспределение легирую.щих элементов между металлом и шла40 ком, науглероживание, изменение содержания вредных примесей); изменение структуры (например, увеличение количества магнитной фазы в зависимости от времени выдержки); исследо45 вание термодинамики и кинетики растворения и десорбции любых активных . газов (О, Н, СН 4 и т.д.) в расплавах заданного состава; решение задач прикладного характера, например

5р рациональный подбор сварочных материалов для обеспечения максимального (минимального) содержания азота в металле шва.

Кроме того, после плавки образецимитатор является копией металла конкретного сварного шва, поэтому возможно проведение всего комплекса испытаний и исследований обычно проI водящихся на металле швов:.измене1590287 ние твердости и микротвердости под действием ТЦС; определение парамет ра кристаллической решетки и т.д.

Формула изобретения

Способ имитации процесса существования сварочной ванны, при котором ппавление образца осуществляют в электромагнитном поле в соответствии с термическим циклом сварки точки, лежащей на оси моделируемого сварного шва, а размеры образца выбирают1в,эависимости от параметров сварочной ванны, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью экономии времени и дефицитных материалов при исследовании физико-химических и металлургических процессов, происходящих в ванне, а также свойств металла реальных швов прн сварке под флюсом, массу образца-имитатора m выбирают иэ условия равенства площадей поверхности расплавленного в каплю образца и имитируемой ванны по формуле ш=4,1

I где у — удельный вес металла шва, г/мм

 — ширина сварочной ванны, мм

Ь - длина сварочной ванны, мм, а подачу флюса на расплавлвнный образец начинают в момент полного его расплавления.

1590287

О 7 2 3 9 5 6 7 8 3 10 11 12 13 И 15

Фиг.2

Составитель С.Мезенцева

Редактор С.Патрушева Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шевкун

Заказ 2603 Тираж 634 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

- а

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101