Файл: Фельдман Л.С. Неразрушающий контроль качества клеесварных соединений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 51
Скачиваний: 0
Л. С. ФЕЛЬДМАН
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ
КОНТРОЛЬ
КАЧЕСТВА
КЛЕЕСВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
Издательство «Техніка» Киев — 1973
6П4.3.07
Ф39
УДК |
621.791.8 |
"J О |
<S* |
- |
— — |
||
Неразрушающий |
контроль |
качества |
клеесварных |
||||
соединений. |
Ф е л ь д м а н |
Л. С. |
К-, «Техніка», |
||||
1973, |
188 стр.»- |
|
|
|
|
|
|
Обобщены |
результаты |
научно-исследовательских |
|||||
и экспериментальных |
работ, а также длительный |
||||||
опыт |
применения неразрушающего |
контроля от |
ветственных клеесварных конструкций из высоко прочных алюминиевых сплавов. Дана оценка раз личных новых неразрушающих методов контроля качества точечной сварки и склейки, изложены физические основы неразрушающих испытаний с помощью рентгеновских лучей, ультразвуковых колебаний, вихревых токов и дилатометрического эффекта.
Систематизированы виды дефектов, встречающихся при точечной сварке и склейке металлов, рас смотрено влияние дефектов на статическую, уста лостную прочность и эксплуатационную надеж ность соединений.
Приведены практические рекомендации по при менению неразрушающего контроля при серийном изготовлении клеесварных конструкций. Книга рассчитана на инженерно-технических работников машиностроения, авиационной, судостроительной, вагоностроительной промышленности, работников ОКБ, заводских лабораторий, ОТК, занимаю щихся вопросами создания и контроля клеесвар ных конструкций, а также может быть использо вана студентами высших технических учебных заведений.
Табл. 42, илл. 79, библ. 88.
Рецензент инж. В. А. Цечаль
Редакция |
литературы |
по |
машиностроению |
и транспорту |
инж. М. А. Василенко |
||
Заведующий |
редакцией |
Ф 3126—106 156-73 М202(04)-73
Издательство «Техніка», 1973.
Предисловие
За последнее время в практике машиностроения все более широкое применение находят прогрессивные спо собы получения неразъемных соединений элементов кон струкций: сварных, клееных, клеесварных, клееклепанных, клеерезьбовых.
Клеесварные соединения получаются в результате совмещения технологических процессов контактной сварки и склеивания металлов. В этих соединениях силовую основу составляют сварные точки, разгруженные в значительной мере клеевой прослойкой. Распределение напряжений между сварными точками и клеевой прослойкой умень шает их концентрацию у границ сварной точки и приводит к повышению прочности соединений. Наличие сварных точек в свою очередь увеличивает прочность клеевого шва при неравномерном отрыве и при циклических нагрузках. При менение клеесварных соединений значительно повышает усталостную прочность, герметичность и надежность кон струкций при длительной эксплуатации, дает возможность производить антикоррозийную обработку узлов из лег ких сплавов, достигать высокой производительности труда, широкой комплексной механизации и автоматизации про изводственных процессов. Внедрение клеесварных соедине ний позволяет значительно повысить техническую куль туру производства.
Масштабы применения клеесварных соединений не прерывно возрастают за счет вытеснения клепки, а в не которых случаях— и сварки плавлением. В связи с этим к неразрушающим методам контроля были предъявлены особые требования. Только на основе применения надеж ных неразрушающих методов контроля в сочетании с жест ким соблюдением режимов контактной сварки и склейки
3
металлов может быть получено высокое качество клеесварных соединений.
В литературе имеется ряд сообщений об особенностях некоторых из видов неразрушающих методов контроля точечной электросварки и склейки. Однако они подчас но сят противоречивый характер, не обобщены и не отра жают всей полноты проблемы контроля.
В настоящей книге сделана попытка систематизировать и критически оценить возможности существующих мето дов неразрушающего контроля качества точечной электро сварки и склейки металлов, а также дать практические рекомендации по контролю клеесварных конструкций.
Вней приведены некоторые особенности технологии клее сварных точечных соединений, обуславливающие возмож ность проведения неразрушающего контроля; систематизи рованы дефекты, встречающиеся при сварке и склейке металлов; а также показано влияние дефектов в сварных точках на статическую и усталостную прочность соединений.
Вкниге рассмотрены рентгеновское просвечивание, ульт
развуковой, электроиндуктивный, дилатометрический и тепловой контроль сварных соединений. Большое вни мание уделено системе контроля качества клеесварных соединений, принятой в заводской практике, которая пре дусматривает проверку всех этапов технологического про^ цесса с применением различных методов неразрушающего контроля. Эти сведения могут облегчить работу коллек тивов, начинающих освоение неразрушающего контроля клеесварных конструкций.
Приведены также результаты длительной проверки качества ответственных клеесварных конструкций, кото рые, могут служить критерием отлаженности технологи ческого процесса и состояния применяемого оборудования; Книга написана на основе исследований автора, в ней использованы и критически оценены материалы других
исследователей по контролю клеесварных соединений. Отзывы и пожелания просим направлять по адресу:
252601, Киев, 1, ГСП, Пушкинская, 28, издательство «Техніка».
Г л а в а 1
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПОЛНЕНИЯ КЛЕЕСВАРНЫХ ТОЧЕЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.
ДЕФЕКТЫ В КЛЕЕСВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
Технология выполнения клеесварных точечных соединений
Клеесварные точечные соединения получают в резуль тате совмещения технологических процессов точечной сварки и склейки металлов, поэтому особенности техноло гии выполнения клеесварных соединений зависят от спе цифики каждого из этих процессов. Точечная сварка пред ставляет собой электромеханический процесс образования неразъемного соединения, формирование которого проис ходит при определенных условиях нагрева под давлением. Особенностями ее являются большие скорости нагрева и охлаждения места соединения, а также незначительный объем расплавленного металла.
При точечной сварке одновременно протекают следую щие процессы:
1) расплавление сопрягаемых поверхностей сваривае мого металла под влиянием внутренних источников тепла, образование жидкой ванны (ядра) и затем в процессе охлаж дения последующая совместная кристаллизация расплав ленного металла с нерасплавленным — сваривание;
2) тепловое воздействие на металл в околошовных зонах. Первый процесс определяет форму и размеры ядра, второй — структуру переходной зоны, оба вместе — ка
чество и прочность сварного соединения в целом [2]. Тепловой режим сварки зависит от электрического со
противления участка металла, помещенного между электро дами, величины сварочного тока и длительности его про текания.
Однако не все материалы хорошо свариваются. Под свариваемостью следует понимать [11] способность мате риала образовывать при рациональном технологическом процессе сварки прочное соединение без существенного
5
снижения свойств свариваемого материала в самом соеди нении и в прилегающей к нему околошовной зоне.
Некоторые свойства (прочность, пластичность, корро зионная стойкость и др.) зоны сварки, а также околошовной зоны, определяющие качество сварного соединения, могут отличаться от соответствующих свойств свариваемого ма териала в результате изменений химического состава, макро- и микроструктуры. Эти изменения возникают вследствие термического цикла сварки, взаимодействия нагретого материала с окружающей средой и пластической деформа ции.
Контактная сварка выполняется без присадочного ма териала. При точечной и роликовой сварке детали настолько плотно прижаты в месте их соединения, что материал в ядре практически не взаимодействует с окружающей атмосфе рой и поэтому его состав в результате переплава не изме няется.
Процесс нагрева и охлаждения металла при точечной и роликовой сварке, вследствие малого объема расплавле
ния и усиленного теплоотвода в электроды, |
характеризуется |
|
высокими скоростями |
расплавления и |
кристаллизации |
(220—240 см/мин). В |
отдельных случаях |
при точечной |
сварке тонких листов нагрев до расплавления продолжается 0,01—0,02 сек и идет со скоростью более 100000° С/сек*. В связи с этим кристаллизация носит в основном бездиффу зионный характер, а в зоне плавления образуется преиму щественно неравномерная структура, за исключением начальной области кристаллизации металла по границам шва (область сравнительно малых скоростей охлаждения), где вследствие начавшейся диффузии наблюдается внутрикристаллическая ликвация (в сплавах Д16, МА8 и др.). Скорость охлаждения оказывает влияние также на межкристаллитную ликвацию, т. е. на количество второй фазы, выде ленной по границам дендритов.
В большинстве случаев кристаллизация |
начинается |
с образования столбчатых дендритов, которые |
возникают |
на поверхности частично оплавленных зерен основного ме
талла, |
в так называемой |
области взаимной |
кристаллиза- |
• По ГОСТ 9867—61 единица |
температуры — градус |
Кельвина: |
|
0° С = |
273,15» К. |
|
|
6
ции. В зависимости от условий охлаждения рост дендритов идет преимущественно в направлении, перпендикулярном к поверхности электродов. При скоростях охлаждения, соизмеримых со скоростью роста, кристаллов, чистые ме таллы и сплавы с малым интервалом кристаллизации обра зуют преимущественно столбчатую структуру и, наоборот, сплавы с широким интервалом кристаллизации — равно осную структуру.
При больших скоростях охлаждения» когда весь объем расплавленного металла оказывается почти одно временно переохлажденным, наблюдается образование сплошной равноосной структуры. В зоне плавления сварно го шва образуется неравновесная структура, состоящая из первичных кристаллов твердого раствора переменного состава и некоторого количества межзерновых прослоек хрупких интерметаллидов и эвтектик. Как правило, такая структура по сравнению с исходной структурой проката имеет пониженные пластичность и прочность. По теря прочности происходит особенно интенсивно при сварке сплавов, находящихся в состоянии нагартовки или терми ческой обработки.
Область расплавления сплава Д16 (рис. 1, б) содержит кристаллы твердого раствора с пониженным содержанием упрочнителей и расположенные вокруг них легкоплавкие хрупкие скопления эвтектик и интерметаллидов типа СиАЬ, A l 2 CuMg и др. [24]. Снижение содержания упрочнителей в твердом растворе и выделение эвтектик являются основ ными причинами снижения прочности, пластичности и кор розионной стойкости металла сварного шва.
Область расплавления сплава АМгб состоит также из кристаллов твердого раствора, окруженных сеткой выде ления ß-фазы (Mg5 Al8 ) и других интерметаллидов. С уменьшением скорости кристаллизации (с увеличением времени нагрева) структура литого металла становится более грубой. В некоторых случаях по границам ядра свар ной точки наблюдается скопление интерметаллидов типа Mgs Al8 , FeMnAl6 , ТіА13 и др. При сварке сплава АМгб вы деление ß-фазы и исключение эффекта нагартовки со провождается также некоторым снижением прочности, хотя в значительно меньшей степени, чем при сварке сплава Д16АТ.
В связи с малым интервалом кристаллизации область расплавления сплава МА-8 преимущественно состоит из
7
столбчатых дендритов, между которыми располагаются дисперсные выделения марганца, интерметаллидов Mg4 Al.,, а также различного рода хрупких эвтектик.
Между ядром точки и основным металлом свариваемых
деталей располагается слой металла, |
который можно |
на |
звать переходной зоной — / / , / / / , IV |
(рис. 1, 2), так |
как |
в нем дендритные кристаллы ядра переходят в исходную структуру деформированного металла. Переходная зона
сварных соединений |
представляет наибольший интерес |
для неразрушающего |
контроля. |
В результате термического цикла сварки и пластической деформации в переходной зоне протекает ряд процессов, изменяющих первоначальную структуру и свойства основ ного материала. Металл этой зоны хотя и не состоит из дендритных кристаллов, но в то же время потерял началь-
] ную деформированную структуру. Переходная зона окру жает все ядро точки тонкой оболочкой (толщина от деся-
•тых до сотых долей миллиметра). Незначительная ширина переходной зоны указывает на высокий температурный градиент на границе ядра в момент сварки и затрудняет
|
изучение свойств и структуры этой зоны, |
і |
При сварке в околошовной зоне наряду с изменением |
• структуры возможно и изменение состава ее, которое вызы-
, вается |
явлением ликвации. В результате при |
кристалли- |
', зации |
сплава в зоне частичного расплавления |
он обога |
щается основным элементом. Наиболее характерно это явле ние для точечной сварки дюралк миниевых сплавов [45].
В результате исследований, проведенных Д. С. Балковцем, установлено, что за счет подавления диффузион ных процессов при высоких скоростях кристаллизации концентрация пограничного слоя дюралюминия повы шается в 3,4 раза: и в его состав входит 13,6% Си. Анало гичный расчет для углеродистой стали показал, что кон центрация углерода в пограничном слое повышается в 1,7 раза.
При сварке процесс диффузии из пограничного слоя во внутренние слои расплава осложняется движением жидкости, явлением захвата жидкости растущим дендрит ным скелетом и наличием двухфазной области перед фрон том кристаллизации, в которой могут быть отдельные кри сталлы. Движение жидкости ускоряет процесс выравни вания состава аналогично действию диффузии. В условиях сварочного контакта движение будет проходить тем быстрее,
9