способ контроля размеров сварных соединений
Классы МПК: | G01N27/84 с применением магнитного порошка или магнитного красителя типа чернил |
Автор(ы): | Зуев О.В., Царьков Г.П., Гусаков С.А., Троянов И.М., Серегин М.Д., Чакалев А.А., Ландышев В.Ю., Юрин О.Г. |
Патентообладатель(и): | Научно-производственное объединение им.С.А.Лавочкина, Московский авиационно-технологический институт им.К.Э.Циолковского |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-06-28 публикация патента:
30.07.1994 |
Изобретение относится к контактной точечной и шовной сварке деталей, преимущественно из металлокомпозиционных материалов, и может быть использовано в машиностроении для контроля размеров сварных соединений. Способ состоит в том, что между деталями до сварки помещают материал-индикатор в виде фольги, проводят сварку, из полученных соединений изготавливают макрошлифы и выполняют контроль размеров сварных соединений. С целью повышения точности и расширения технологических возможностей способа, контроль соединения проводят методом спектрального анализа поверхности шлифа, в качестве материала-индикатора используют фольгу, близкую по химическому составу матрице свариваемого материала и содержащую по крайней мере один дополнительный легирующий элемент, а о размерах сварного соединения судят по размерам зоны, содержащей дополнительный легирующий элемент. 2 ил, 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, выполненных контактной точечной и шовной сваркой, преимущественно из металлокомпозиционных материалов, заключающийся в том, что до сварки между деталями внахлест помещают материал-индикатор в виде фольги, проводят сварку, из полученных соединений изготавливают поперечные макрошлифы и выполняют контроль размеров сварных соединений по различию химического состава литого ядра и основного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения технологических возможностей способа, контроль размеров сварных соединений проводят методом спектрального анализа поверхности шлифа, фольгу выбирают близкой по химическому составу матрице свариваемого материала с содержанием по крайней мере одного дополнительного легирующего элемента, минимальную толщину![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017020/948.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017020/948.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017060/8805.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-13t.gif)
где S - толщина одной детали, мм;
A - проплавление деталей, %;
Kmax - максимальная чувствительность измерительной аппаратуры, %;
Kл.ф - содержание дополнительного легирующего элемента в материале-индикаторе, %;
а размеры сварного соединения определяют по размерам зоны, содержащей дополнительный легирующий элемент.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к контактной точечной и шовной сварке деталей преимущественно из металлокомпозиционных материалов и может быть использовано в машиностроении для контроля размеров сварных соединений. Известен способ разрушающего контроля размеров точечных и шовных соединений, включающий изготовление поперечного макрошлифа из сварного соединения, травление исследуемой поверхности химическими реактивами и последующую визуальную оценку размеров сварного шва по размерам выраженной границы между литой структурой металла ядра и деформированной структурой основного металла. Недостатком известного способа является относительно низкая точность и узкая область применения, связанные с отсутствием возможности гарантированного определения частичного или полного непроваров (например, при отсутствии перемешивания металла ядра в процессе сварки), а также с отсутствием ярко выраженной границы между литым ядром и основным металлом при сварке ряда металлокомпозиционных материалов, в частности системы алюминий- бор (АМг6-В). Известен способ разрушающего контроля соединений контактной сварки, при котором до сварки внахлестку между деталями помещают материал-индикатор (МИ), затем проводят сварку, изготовление макрошлифов, химическое травление и визуальную оценку характера перемешивания металла ядра с растворенным в нем МИ и размеров литого ядра по границам распределения в нем материала-индикатора. Недостатками указанного способа являются низкая точность и узкая область применения контроля, обусловленные металлургической несовместимостью МИ и основного металла, приводящей к изменению кинетики роста и размеров литого ядра, а также к ухудшению перемешивания металла ядра, что недопустимо при сварке металлокомпозиционных материалов. Целью изобретения является повышение точности и расширение технологических возможностей контроля размеров сварных соединений. Способ контроля размеров сварных соединений, выполненных контактной точечной и шовной сваркой, преимущественно из металлокомпозиционных материалов, заключается в том, что до сварки между деталями внахлест помещают материал-индикатор в виде фольги, проводят сварку, из полученных соединений изготавливают поперечные макрошлифы и выполняют контроль размеров сварных соединений по различию химического состава литого ядра и основного материала, причем контроль размеров сварных соединений проводят методом спектрального анализа поверхности шлифа, а фольгу выбирают близкой по химическому составу матрице свариваемого материала с содержанием по крайней мере одного дополнительного легирующего элемента, минимальную толщину (![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017020/948.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017020/948.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017060/8805.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147t.gif)
А - проплавление деталей, %;
Кmах - максимальная чувствительность измерительной аппаратуры, %;
Клф - содержание дополнительного легирующего элемента в материале-индикаторе, %, а размеры сварного соединения определяют по размерам зоны, содержащей дополнительный легирующий элемент. При сварке металлокомпозиционных материалов так же, как и при сварке других металлов и сплавов, в процессе нагрева деталей проходящим током образуется зона взаимного расплавления и перемешивания жидкого металла - литое ядро, которое после выключения импульса тока кристаллизуется. В процессе перемешивания жидкого металла происходит исчезновение границы раздела между деталями, удаление из зоны соединения различных включений и оксидных пленок и их растворение или перераспределение в объеме жидкого металла. Прочность такого соединения определяется размерами литого ядра, т.е. диаметром (dя) и проплавлением (А, %). При введении в зону сварки фольги ее часть, ограниченная диаметром ядра, расплавляется и за счет перемешивания металла распределяется по всему объему ядра. Исходя из предположения, что объем ядра (Vя) определяется объемом цилиндра с диаметром, равным dя, и высотой, зависящей от проплавления двух деталей (А, %), имеем:
Vя=
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-2t.gif)
A - проплавление деталей, %, тогда объем расплавленного материала-индикатора в виде фольги (Vф) можно представить в виде цилиндра с диаметром dя и высотой, равной толщине фольги (
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017020/948.gif)
Vф=
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-3t.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017038/183.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017020/948.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017020/948.gif)
Кми=
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-4t.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017038/183.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-5t.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017038/183.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-6t.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017038/183.gif)
Тогда содержание дополнительного легирующего элемента в объеме литого ядра (Клм, %) составит:
Клм=Кми
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017038/183.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017038/183.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-7t.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017038/183.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017038/183.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017038/183.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-8t.gif)
Клм
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017060/8805.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017020/948.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017060/8805.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-9t.gif)
Максимально допустимая толщина фольги будет в свою очередь зависеть от максимально допустимого содержания легирующего элемента в объеме ядра, что связано с возможным воздействием отдельных легирующих элементов на прочностные свойства соединений. П р и м е р. Проводили контактную точечную сварку на машине постоянного тока МТВ-80.02 образцов из металлокомпозиционного материала АМг6-В (матрица из сплава АМг6 и наполнитель - волокна бора) сочетанием толщин 1,4+1,4 мм. На сваренных образцах диаметр литого ядра составлял:
dя.непр=5,7 мм; dя.ном=7 мм; dя.кр=8,4 мм. В качестве материала-индикатора использовали фольгу из сплава Д16, в которой в качестве дополнительного легирующего элемента по сравнению с матрицей композита является медь (Клф-3,5...4,5%). Фольгу помещали внахлестку свариваемых деталей. Исходя из максимальной чувствительности измерительной аппаратуры (Кмах
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017060/8805.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017060/8805.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017020/948.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017060/8805.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-10t.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-11t.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017060/8805.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017020/948.gif)
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017009/8776.gif)
A=
![способ контроля размеров сварных соединений, патент № 2017147](/images/patents/456/2017147/2017147-12t.gif)
Класс G01N27/84 с применением магнитного порошка или магнитного красителя типа чернил