RU2017147C1 - Method of inspecting sizes of welded joints - Google Patents

Abstract

FIELD: welding. SUBSTANCE: material-indicated is placed among the articles before welding; material-indicator is made in form of a foil. Then welding is carried out, and macrosections are made from produced compounds; inspection of sizes of welded joints is performed. Joint is inspected by method of spectral analysis. Foil is used as material-indicator being almost the same in chemical composition to array of welded material and has at least single doping element. Sizes of welded joint are judged from sizes of zone which has additional doping element. EFFECT: improved precision; widened technological capabilities of the method. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к контактной точечной и шовной сварке деталей преимущественно из металлокомпозиционных материалов и может быть использовано в машиностроении для контроля размеров сварных соединений. The invention relates to contact spot and seam welding of parts primarily from metal composite materials and can be used in mechanical engineering to control the size of welded joints.

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. There is a method of destructive control of the size of point and suture joints, including the manufacture of a transverse macro section from a welded joint, etching of the test surface with chemical reagents and subsequent visual assessment of the size of the weld according to the size of the expressed boundary between the cast structure of the core metal and the deformed structure of the base metal.

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). The disadvantage of this method is the relatively low accuracy and narrow scope associated with the lack of the possibility of guaranteed determination of partial or complete lack of fusion (for example, in the absence of mixing of the core metal during the welding process), as well as the absence of a pronounced boundary between the cast core and the base metal during welding a number of metal composite materials, in particular the aluminum-boron system (AMg6-V).

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. There is a method of destructive testing of resistance welding joints, in which an indicator material (MI) is placed between the parts before lap welding, then welding, macro section manufacturing, chemical etching and a visual assessment of the nature of mixing of the core metal with the MI dissolved in it and the dimensions of the cast core along the boundaries are carried out distribution of indicator material in it.

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. The disadvantages of this method are low accuracy and a narrow scope of control, due to the metallurgical incompatibility of MI and the base metal, leading to a change in the kinetics of growth and size of the cast core, as well as to a deterioration in the mixing of the core metal, which is unacceptable when welding metal composite materials.

Целью изобретения является повышение точности и расширение технологических возможностей контроля размеров сварных соединений. The aim of the invention is to improve the accuracy and expansion of technological capabilities for controlling the size of welded joints.

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 (δ) фольги выбирают из соотношения:
δ≥

, (1) где S - толщина одной детали, мм;
А - проплавление деталей, %;
К_mах - максимальная чувствительность измерительной аппаратуры, %;
К_лф - содержание дополнительного легирующего элемента в материале-индикаторе, %, а размеры сварного соединения определяют по размерам зоны, содержащей дополнительный легирующий элемент.A method for controlling the dimensions of welded joints made by spot and seam welding, mainly from metal-composite materials, is that prior to welding, an indicator material in the form of a foil is placed between the parts with an overlap, welding is performed, transverse macro sections are made from the joints obtained and weld sizes are checked compounds by the difference in the chemical composition of the cast core and the base material, and the size of the welded joints is controlled by spectral analysis of the surface and microsection, and the foil is chosen similar in chemical composition of the matrix material to be welded with a content of at least one additional alloying element, the minimum thickness (δ) of the foil is chosen from the relationship:
δ≥

, (1) where S is the thickness of one part, mm;
A - penetration of parts,%;
To _max - the maximum sensitivity of the measuring equipment,%;
K _lf - the content of the additional alloying element in the indicator material,%, and the dimensions of the welded joint are determined by the size of the zone containing the additional alloying element.

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 (d_я) 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.When welding metal-composite materials, as well as when welding other metals and alloys, during the heating of parts by passing current, a zone of mutual melting and mixing of the liquid metal is formed - a molten core, which crystallizes after the current pulse is turned off. In the process of mixing a liquid metal, the interface between the parts disappears, various inclusions and oxide films are removed from the joint zone and they are dissolved or redistributed in the volume of the liquid metal. The strength of such a compound is determined by the size of the cast core, i.e. diameter (d _I ) and penetration (A,%). When foil is introduced into the welding zone, its part, limited by the diameter of the core, is melted and, due to mixing of the metal, is distributed throughout the entire volume of the core.

Исходя из предположения, что объем ядра (V_я) определяется объемом цилиндра с диаметром, равным d_я, и высотой, зависящей от проплавления двух деталей (А, %), имеем:
V_я=

, (2) где S - толщина одной детали, мм;
A - проплавление деталей, %, тогда объем расплавленного материала-индикатора в виде фольги (V_ф) можно представить в виде цилиндра с диаметром d_я и высотой, равной толщине фольги (δ):
V_ф=

· δ, (3) где δ - толщина фольги, мм.Based on the assumption that the core volume (V _i ) is determined by the volume of the cylinder with a diameter equal to d _i and a height depending on the penetration of two parts (A,%), we have:
V _i =

, (2) where S is the thickness of one part, mm;
A - penetration of parts,%, then the volume of the molten indicator material in the form of a foil (V _f ) can be represented as a cylinder with a diameter d _i and a height equal to the thickness of the foil (δ):
V _f =

· Δ, (3) where δ is the thickness of the foil, mm.

Процентное содержание МИ в литом ядре (К ми) составит:
К_ми=

· 100% =

· 100% =

· 100% (4)
Тогда содержание дополнительного легирующего элемента в объеме литого ядра (К_лм, %) составит:
К_лм=К_ми· К_лф· 10^-2=

· 100% · К_лф· 10^-2=

, (5) где К_лф - содержание дополнительного легирующего элемента в МИ в виде фольги, %.The percentage of MI in the molten core (K mi) will be:
K _mi =

100% =

100% =

100% (4)
Then the content of the additional alloying element in the volume of the cast core (K _lm ,%) will be:
K _lm = K _mi · K _lf · 10 ^-2 =

· 100% · To _lf · 10 ^-2 =

, (5) where K _lf is the content of the additional alloying element in MI in the form of foil,%.

Точность контроля будет определяться максимальной чувствительностью измерительной аппаратуры, поэтому минимальное содержание легирующего элемента в металле ядра должно соответствовать неравенству:
К_лм ≥ K_mах (6) где К_mах - максимальная чувствительность измерительной аппаратуры, %.The control accuracy will be determined by the maximum sensitivity of the measuring equipment, therefore, the minimum content of the alloying element in the core metal should correspond to the inequality:
K _lm ≥ K _max (6) where K _max is the maximum sensitivity of the measuring equipment,%.

Исходя из приведенных зависимостей, толщина фольги из МИ может быть рассчитана из соотношения:
δ≥

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.Based on the above dependences, the thickness of the foil from MI can be calculated from the ratio:
δ≥

The maximum allowable thickness of the foil will in turn depend on the maximum allowable content of the alloying element in the core volume, which is associated with the possible effect of individual alloying elements on the strength properties of the compounds.

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:
d_я.непр=5,7 мм; d_я.ном=7 мм; d_я.кр=8,4 мм.PRI me R. Contact spot welding was carried out on a MTV-80.02 direct current machine with samples of metal composite material AMg6-B (a matrix of alloy AMg6 and filler boron fibers) with a combination of thicknesses of 1.4 + 1.4 mm. On the welded samples, the diameter of the cast core was:
d _i.nepr = 5.7 mm; d _i.nom = 7 mm; d _i.kr = 8.4 mm.

В качестве материала-индикатора использовали фольгу из сплава Д16, в которой в качестве дополнительного легирующего элемента по сравнению с матрицей композита является медь (К_лф-3,5...4,5%). Фольгу помещали внахлестку свариваемых деталей.A foil made of D16 alloy was used as an indicator material, in which copper (K _lf -3.5 ... 4.5%) is used as an additional alloying element compared to the composite matrix. The foil was placed in the lap of the welded parts.

Исходя из максимальной чувствительности измерительной аппаратуры (К_мах≥ ≥0,1%), толщину фольги рассчитывали из соотношения (1):
δ≥

=

≥ 0,06 мм, т.е. δ≈ 0,1 мм.Based on the maximum sensitivity of the measuring equipment (K _max ≥ ≥0.1%), the foil thickness was calculated from the relation (1):
δ≥

=

≥ 0.06 mm, i.e. δ≈ 0.1 mm.

После сварки из образцов изготавливали макрошлифы и по методике, представленной на фиг.1, осуществляли рентгеноспектральный анализ на установке "СAMEBAX MIKROBEAM" вдоль оси шлифа с шагом 1 мкм (это позволило произвести количественную оценку содержания меди по всей длине прохода и получить график ее распределения по оси Х); на фиг. 2 - результаты измерений. Представленные кривые характеризуют концентрацию меди по оси Х на образцах с d_я=5,7 и 8,4 мм.After welding, macro sections were made from the samples and, according to the method presented in Fig. 1, X-ray spectral analysis was performed on a CAMEBAX MIKROBEAM installation along the section axis with a step of 1 μm (this made it possible to quantify the copper content along the entire length of the passage and obtain a graph of its distribution by X axis); in FIG. 2 - measurement results. The presented curves characterize the concentration of copper along the X axis on samples with d _i = 5.7 and 8.4 mm.

Из фиг. 2 видно, что содержание меди в нерасплавленной фольге (в уплотняющем пояске и в зазоре между деталями) остается неизменной (3,9...4%), а в зоне ядра К_лм резко падает и составляет 0,39 и 0,17% соответственно. При этом резкий скачок значения К_лм на относительно малом участке (4...10 мкм), характеризующем границу расплавления, позволяет с высокой точностью оценить диаметр литого ядра (d_я). Величина проплавления деталей определяется исходя из полученных значений К_лм по формуле:
_A=

_{, %} (7) где учитывается, что увеличение значения А приводит к увеличению объема расплавленного металла, т.е. снижению концентрации меди в объеме литого ядра (К_лм).From FIG. 2 shows that the copper content in the unmelted foil (in the sealing strip and in the gap between the parts) remains unchanged (3.9 ... 4%), and in the core zone K _lm drops sharply and is 0.39 and 0.17% respectively. In this case, a sharp jump in the value of K _lm in a relatively small area (4 ... 10 μm), characterizing the melting boundary, allows one to estimate the diameter of the cast core (d _i ) with high accuracy. The amount of penetration of parts is determined based on the obtained values of K _lm according to the formula:
_{A =}

_{, %} (7) where it is taken into account that an increase in the value of A leads to an increase in the volume of molten metal, i.e. decrease in copper concentration in the volume of the cast core (K _lm ).

Таким образом, для представленного на фиг.2 случая значения А составляют 37% при d_я=5,7 мм и 85% при d_я=8,4 мм.Thus, for the case shown in FIG. 2, the values of A are 37% with d _i = 5.7 mm and 85% with d _i = 8.4 mm.

Общие результаты проведенных измерений приведены в таблице. The general results of the measurements are shown in the table.

Таким образом, заявленный способ позволяет существенно повысить точность контроля и расширить его технологические возможности, в частности путем применения для контроля размеров сварных соединений из металлокомпозиционных материалов. Thus, the claimed method can significantly improve the accuracy of control and expand its technological capabilities, in particular by applying to control the size of welded joints from metal composite materials.

Claims (1)

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 δ фольги выбирают из соотношения
δ≥

, ,
где S - толщина одной детали, мм;
A - проплавление деталей, %;
K_max - максимальная чувствительность измерительной аппаратуры, %;
K_л.ф - содержание дополнительного легирующего элемента в материале-индикаторе, %;
а размеры сварного соединения определяют по размерам зоны, содержащей дополнительный легирующий элемент.METHOD FOR CONTROLING SIZES OF WELDED JOINTS, made by spot and seam welding, mainly from metal composite materials, which consists in the fact that prior to welding, an indicator material in the form of foil is placed between the parts, the welding is carried out, transverse macro sections are made from the joints obtained and the dimensions of the welded are checked compounds for the difference in the chemical composition of the cast core and the base material, characterized in that, in order to improve accuracy and expand technological capabilities benefits, control of dimensions welds performed by spectral analysis of the section surface, the foil is chosen similar in chemical composition of the matrix material to be welded with a content of at least one additional alloying element, the minimum thickness δ foil is selected from the relation
δ≥

,,
where S is the thickness of one part, mm;
A - penetration of parts,%;
K _max - the maximum sensitivity of the measuring equipment,%;
K _lf - the content of the additional alloying element in the indicator material,%;
and the dimensions of the welded joint are determined by the size of the zone containing the additional alloying element.

Images