CC BY
34
УДК 548.4.001:621.791.052.08:620.179.16
МЕХАНИЗМ ЗАРОЖДЕНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ И ДИАГНОСТИКА НЕПРОВАРА В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ. Ч. 3
А.М. Апасов, А.А. Апасов
Юргинский технологический институт Томского политехнического университета E-mail: adm@ud.tpu.edu.ru
Приведены результаты модельных и экспериментальных исследований механизма зарождения, формирования и развития непровара в процессе сварки. Данные модели позволили в последствие одновременно осуществлять регистрацию непровара в реальном масштабе времени и формировать управляющие сигналы для коррекции параметров режимов сварки.
В данной статье опубликованы материалы, в которых на основе проведенных многочисленных экспериментальных исследований впервые получены положительные результаты по регистрации источников зарождения непровара в процессе сварки на основе сигналов акустической эмиссии (АЭ). Для подтверждения непровара качество сварных соединений устанавливалось методами рентгенографии и цветной капиллярной дефектоскопии.
Уровень амплитуды зарегистрированных сигналов АЭ от нестабильности горения дуги в моменты её зажигания составил 23...25 дБ. Данные помехи могут создавать сигналы АЭ достаточно большой амплитуды, но регистрируются как одиночные импульсы и по своему характеру резко отличаются от полезных сигналов. Отсюда следует, что оптимальное ослабление входного сигнала, которое обеспечивает практически полное подавление помех, сопровождающих процесс сварки, составляет 25 дБ.
Процесс трещинообразования в результате охлаждения околошовной зоны жидким азотом при сварке характеризуется резким увеличением числа импульсов АЭ в 70-80 каналах амплитудного анализатора, рис. 1. Максимальное число импульсов АЭ N¡=606 приходится на 73 канал, амплитуда которых
N1
1000
равна 356,24 мВ [1]. На рис. 2 представлено амплитудное распределение сигналов АЭ от трещинообра-зования при сварке, инициированное добавлением титана в сварной шов. Амплитуда сигналов в обоих случаях трещинообразования соответствовала 52.54 дБ. Наличие трещин в сварном шве подтверждено металлографическими исследованиями [1, 2].
С целью регистрации непровара одна из свариваемых трубок устанавливалась в приспособлении для крепления, зажималась установочным винтом с усилием, позволяющим в последствии иметь закрепляемой трубке небольшое перемещение по вертикальной оси. Другая свариваемая трубка вместе с закреплённой на ней неподвижно сварочной головкой ГНС-70М крепилась в приспособлении жёстко. В процессе сварки установлено, что при работе на режимах, которые ведут к непровару, число импульсов АЭ, зарегистрированных в 73 канале, существенно меньше, чем при трещинообразова-нии, и составило 335 (рис. 3).
Фотографии процесса сварки трубопроводов представлены на рис. 4, 5.
Для того, чтобы произвести селектирование сигналов АЭ при сварке от электромагнитных помех, шума от истечения защитного газа из горелки,
Пг
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81
Номер канала
Амплитудное распределение сигналов АЭ от трещинообразования при сварке в результате охлаждения околошовной зоны жидким азотом. Время цикла 55,5 с (2 об.). 1т=240 мм, 1=40 А
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Рис. 1.
N
ппп,"
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81
Номер канала
Рис. 2. Амплитудное распределение сигналов АЭ от трещинообразования при сварке, инициированное добавлением титана.
Время цикла 55,5 с (2 об.). 1^=240 мм, !в=40 А
N
х
1000
900
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81
Номер канала
Рис. 3. Амплитудное распределение сигналов АЭ от непровара, возникающего в процессе сварки. Время цикла 12 с (1/2 об.), 1-дат=240 мм, 1=40 А
шумов от механического движения сварочной головки, процессов плавления и кристаллизации металла шва, зарождения и развития трещин параметры режима сварки были максимально унифицированы: датчик АЭ устанавливался на расстоянии 240 мм от шва, время цикла составило 55,5 с (2 оборота сварочной головки ГНС-70М). При этих равных условиях выяснилось, что разделение сигналов АЭ при сварке от сопровождающих помех, шумов, процессов плавления, кристаллизации и дефекто-
образования осуществляется по амплитудному признаку, причём разделение сигналов АЭ от процессов формирования непровара и трещинообра-зования, зарегистрированных в одном и том же канале анализатора, производится по числу импульсов АЭ [3]. Регистрация параметров сигналов АЭ на ИАС-4 проводилась в диапазоне частот от 0,1 до 1,0 МГц с порогом дискриминации на уровне собственных шумов аппаратуры. Скорость протяжки ленты соответствовала 2,5 м/с.
0
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Рис. 4. АЭ-контроль процесса сварки трубопроводов 020x2 мм из стали 08Х18Н10Т с помощью модернизированной головки типа ГНС-70М: 1) вкладыш из стали для крепления трубы; 2) блок крепления АЭ-пьезопреоб-разователя; 3) барабан для намотки кабеля, питающего сварочную головку. Внизу - после окончания сварки
Рис. 5. Микроструктура металла с непроваром в корне сварного шва: сталь 08Х18Н10Т; х50; микроскоп фирмы «REICHERT»
Рис. 6. Микроструктура металла с непроваром в корне сварного шва: сталь 08Х18Н10Т; х200; микроскоп фирмы «REICHERT»
Рис. 7. Микроструктура металла с непроваром в корне сварного шва: сталь 08Х18Н10Т; х500; микроскоп фирмы «REICHERT»
Рис. 8. Микроструктура металла с непроваром в корне сварного шва: сталь 08Х18Н10Т; х1800 в режиме с модуляцией; микроскоп РЭМ-200
%
Рис. 9. Микроструктура металла с непроваром в корне сварного шва: сталь 08Х18Н10Т; х2000 в режиме с модуляцией; микроскоп РЭМ-200
Следует отметить, что параллельно сигнал со входа ИАС-4 поступал на анализатор спектра К4-59, с экрана которого осуществлялась скоростная киносъёмка видеосигнала с помощью регистрирующей фотокамеры РФК-5 со скоростью 9 кадров/с [1]. Из анализа кинограмм видеоимпульсов следует, что наиболее вероятный диапазон частот сигналов АЭ от возникающих трещин лежит в интервале частот 400.. .700 кГц.
Наличие непроваров и трещин подтверждено металлографическими исследованиями. На рис. 5-7 представлены фотографии микроструктуры металла с непроваром в корне сварного шва при различном увеличении, выполненных с экрана австрийского микроскопа фирмы «REICHERT», а на рис. 8 и 9 -фотографии того же непровара, наблюдаемого в растровом электронном микроскопе РЭМ-200. Фотографии микроструктур металла с трещинами в сварном соединении представлены в [1, 2].
Выводы
1. Разделение сигналов АЭ при автоматической ар-гонодуговой сварке изделий из аустенитной стали осуществляется по амплитудному признаку.
2. Оптимальное ослабление входного сигнала акустической эмиссии, обеспечивающее практически полное подавление помех, сопровождающих процесс сварки, составляет 25 дБ.
3. Частотный диапазон импульсов акустической эмиссии от возникающих трещин при сварке изделий из аустенитной стали находится в интервале 400...700 кГц.
4. При импульсной аргонодуговой сварке аусте-нитной стали и интенсивном охлаждении околошовной зоны (по границе сплавления) в металле при кристаллизации возникают кратковременные сжимающие и растягивающие напряжения, которые суммируются с напряжениями в устье непровара, что приводит к разрыву межатомных связей и испусканию упругой механической волны, интерпретируемой как акт АЭ.
5. Определено, что разделение сигналов АЭ от процессов зарождения, формирования и развития непровара и процесса трещинообразова-ния, зарегистрированных в одном и том же канале амплитудного анализатора, производится по числу импульсов АЭ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Апасов А.М. Анализ разрушения сварных соединений в процессе сварки // Дефектоскопия. - 1996. - № 10. - С. 24-30.
2. Апасов А.М. Моделирование разрушения сварных соединений при сварке с использованием явления акустической эмиссии
// Неразрушающий контроль и диагностика: Тез. докл. 15 Росс. научно-техн. конф. - М.: 1999. - Т. 2. - С. 114.
3. Пат. 2212030 РФ. Способ обнаружения непровара / А.М. Апасов, А.А. Апасов. - Бюлл. Изобр., 2003, № 25. - С. 564.
УДК 621.791.763
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА ТОЧЕЧНОЙ МИКРОСВАРКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ ИЗ СПЛАВА Э110
С.Ф. Гнюсов, А.С. Киселев, М.С. Слободян, Б.Ф. Советченко, М.М. Нехода*, А.В. Струков*, П.М. Юрин*
Томский политехнический университет * Новосибирский завод химических концентратов E-mail: s.m.s@ngs.ru
Получена зависимость влияния скорости ввода энергии на прочность и микроструктуру сварных точек. Оценено влияние термической обработки точечных сварных соединений на их физические свойства. Определен интервал скоростей ввода энергии, обеспечивающий высокую прочность сварной точке.
Точечная микросварка находит широкое применение при изготовлении изделий ответственного назначения. К таким изделиям относят дистанцио-нирующие решетки (ДР) тепловыделяющих сборок, работающих в активной зоне атомных реакторов. Особенностью конструкции ДР является то, что она состоит из набора тонкостенных ячеек сложной формы, каждая из которых соединена с соседней двумя сварными точками. В процессе сварки ячеек между собой проявляется множество возмущающих факторов, нарушающих стабильность начальных
условий, что отрицательно отражается на качественных показателях каждой последующей сварной точки и предъявляет дополнительные требования к программируемым параметрам режима сварки. В частности, при точечной микросварке наиболее целесообразно использовать одиночные униполярные импульсы тока, скорость нарастания которого не должна превышать критического значения, которое определяется свойствами металла [1-4].
В [2-4] сделаны первые попытки установления связи между энерговложением W при точечной ми-
