Главная страница
Навигация по странице:

  • Взаимодействие расплавленного металла


  • технология конструкционных материалов. Вариант 47. Диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на неё кривую режима изотермической


    Скачать 1.3 Mb.
    НазваниеДиаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на неё кривую режима изотермической
    Анкортехнология конструкционных материалов
    Дата09.02.2022
    Размер1.3 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаВариант 47.doc
    ТипЛитература
    #356616
    страница2 из 3
    1   2   3

    Взаимодействие расплавленного металла с газовой фазой определяется составом атмосферы дуги и химическими свойствами элементов, содержащихся в расплавленном металле. Атмосфера дуги состоит из смеси газов: 02, N2, Н2, СО, С02, паров: воды, металла и шлака. 02, N2, Н2 попадают в нее в основном из воздуха, а также из сварочных материалов (сварочной проволоки, покрытий электродов, флюсов и защитных газов). Дополнительным источником 02 и Н2 могут быть ржавчина, органические загрязнения и конденсированная влага на поверхности проволоки и свариваемого металла. С02 и СО образуются в результате разложения в дуге компонентов покрытий электродов и флюсов. В случае сварки в защитной атмосфере углекислого газа они составляют основу атмосферы дуги. Количественное соотношение и парциальное давление газов зависят от вида сварки и применяемого способа защиты сварочной ванны. При высокой температуре дуги основная часть газов диссоциирует и переходит в атомарное состояние. При этом их химическая активность и способность к растворению в расплавленном металле повышаются.

    Кислород, взаимодействуя с расплавленным металлом, в первую очередь окисляет элемент, составляющий его основу. В случае стали окисляется железо и образуются его оксиды. Оксид FeO растворяется в металле шва и окисляет примеси или легирующие элементы, обладающие большим химическим сродством к кислороду: Si, Mn, Ti, Cr, С и др. Оксиды этих элементов не растворимы в железе,- и их основное количество переходит в шлак. Оксид углерода выделяется из расплавленного металла в атмосферу.

    Азот растворяется в расплавленном металле. При содержании свыше предела растворимости азот образует химические соединения - нитриды. Нитриды могут образовываться также с легирующими элементами, входящими в состав сплавов (в стали нитриды титана и алюминия).

    Водород также растворяется в расплавленном металле. С рядом металлов (Ti, V, Nb и др.) водород образует химические соединения - гидриды.

    Взаимодействие расплавленного металла с газовой фазой может приводить к следующим отрицательным последствиям: "выгоранию" легкоокисляющихся элементов, а следовательно, к снижению их содержания в сварочной ванне по сравнению с содержанием в сварочной проволоке;

    снижению прочностных и главным образом пластических свойств при наличии в шве оксидов, нитридов и водорода (растворенного или скопившегося в микронесплошностях металла);

    образованию пор в шве вследствие задержки выхода пузырьков газов (N2, Н2, СО) в процессе кристаллизации сварочной ванны.

    Основные способы предотвращения отрицательного влияния газов:

    создание эффективной защиты дуги и сварочной ванны (покрытие электродов, флюсы, защитные газы, вакуум); тщательная очистка свариваемой поверхности, проволоки, прокалка сварочных материалов и осушка защитных газов;

    введение в состав сварочных материалов необходимого количества элементов-раскислителей, способных связать попавший в сварочную ванну кислород в нерастворимые оксиды (для стали Mn, Si, Ti);

    применение сварочных материалов с повышенным содержанием легкоокисляющихся элементов с учетом их выгорания при сварке.

    Взаимодействие расплавленного металла и шлака определяется составом шлака и условиями перераспределения растворимых соединений между контактирующими жидкими фазами. Шлаки образуются в результате расплавления по­крытий электродов или флюсов. Они состоят из смеси оксидов, фторидов, хлоридов различных элементов и чистых металлов. В результате взаимодействия со шлаком происходят раскисление металла сва­рочной ванны, удаление вредных примесей путем связывания их в нерастворимые соединения и вывода в шлак, легирование шва определенными элементами для восполнения их выгорания при сварке или придания шву специальных свойств.

    При сварке сталей раскислителями служат Мn и Si, которые восстанавливают FeO, а их нерастворимые оксиды выводятся в шлак. Кроме того, марганец нейтрализует вредное действие растворенной в железе серы, связывая ее в нерастворимый и тугоплавкий сульфид MnS. Мелкие частицы нерастворимых оксидов и сульфидов остаются в металле шва в виде неметаллических включений. Однако их вредное влияние существенно меньше, чем FeO и FeS. Через шлак шов можно легировать различными элементами.

    Кристаллизация сварного шва начинается от границ оплавленного основного металла и протекает путем роста столбчатых кристаллитов к центру шва. При этом оси кристаллита, как правило, остаются перпендикулярными к поверхности движущейся сварочной ванны, в результате чего кристаллиты изгибаются и вытягиваются в направлении сварки (рис. 7). Вследствие дендритной ликвации примеси располагаются по границам кристаллитов, где они могут образовать легкоплавкие эвтектики и неметаллические включения. Это снижает механические свойства шва и в отдельных случаях может быть причиной образования горячих трещин.



    Рисунок 7 - Столбчатые кристаллиты в сварном шве:

    1 - сварочная ванна; 2 - изотерма кристаллизации шва; 3 - столбчатый кристаллит

    349 Задача
    Таблица 4 – Исходные данные

    №№

    задач


    Способ

    сварки


    Марка стали

    Вид соединения и положение шва в пространстве

    Толщина

    свариваемой детали, мм

    349

    Газовая

    Алюминиевый

    Угловое, потолочный

    4


    1. Расшифруйте марки заданных материалов.

    Алюминиевый сплав. Алюминий и его сплавы широко применяют в промышленности в виде листов, труб и другого профильного материала. Сплавы алюминия имеют высокие механические свойства при малой плотности, что достигается легированием их марганцем (Mn), магнием (Mg), кремнием (Si), никелем (Ni), хромом (Сr) и другими элементами. Алюминиевые сплавы делят на две группы - деформируемые и литейные. Деформируемые, в свою очередь, подразделяют на неупрочняемые и упрочняемые термообработкой. К деформируемым неупрочняемым сплавам алюминия относят сплавы алюминия с Mg или Мn, а к термически упрочняемым - дюралюмины Д1, Д16 и сплавы АВ, АК и В-95. Из литейных сплавов наибольшее распространение получили силумины - сплавы алюминия с кремнием Si (4-12% Si). Литейные сплавы применяют для деталей, имеющих сложную конфигурацию.


    1. Оцените свариваемость материала

    Основной трудностью при сварке алюминия является образование на его поверхности оксидной пленки с температурой плавления 2050°С, которая затрудняет плавление металла и сплавление свариваемых кромок.


    1. Опишите процессы, происходящие в зоне шва и околошовной зоне.

    Оксидная пленка имеет плотность 3,85 г/см3 и остается на поверхности сварочной ванны. Другая трудность при газовой сварке алюминия  заключается в том, что при нагреве алюминий не меняет цвет, и поэтому трудно уловить момент начала его плавления. Для этого требуются опыт и навык сварщика.


    1. Опишите особенности технологии и техники сварки данного материала.

    При газовой сварке алюминия необходимо учитывать низкую температуру плавления и высокую теплопроводность, что требует правильного выбора мощности сварочного пламени. При газовой сварке алюминия возникают также значительные остаточные напряжения и деформации, связанные с высокими значениями коэффициента теплового расширения этих сплавов. Диаметр присадочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла:

    Таблица 5

    Толщина свариваемого металла, мм

    до 1,5

    3,1-5,0

    Диаметр присадочной проволоки, мм

    1,5-2,5

    3-4


    Для газовой сварки алюминия и его сплавов согласно ГОСТ 7871-75 используют 11 марок присадочной проволоки: Св-А97, Св-А5с, Св-АМц, Св-Мг3, Св-АМг5, Св-АМг6, Св-АМг7, Св-АК3, Св-АК5, Св-АКЮ, Св-АК12. При сварке алюминия используется сварочная проволока Св-АК5. Сплавы алюминий-магний сваривают сварочной проволокой Св-АК5, Св-АКЮ, Св-АМг3, Св-АМг5, в качестве присадка используют проволоку Св-АМц и Св-АК5.

    Согласно ГОСТ 7871-75, применяют следующие диаметры сварочной проволоки: 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10; 11; 12 мм.

    Сварочная проволока должна иметь ровную, гладкую поверхность, без трещин, закатов и вмятин. Проволока поставляется в бухтах, масса бухты не должна превышать 40 кг. При сварке литейных алюминиевых сплавов применяют присадочной металл того же состава, что и основной. Основным видом соединений при газовой сварке деталей из алюминия и его сплавов являются стыковые соединения. Применение тавровых, угловых и особенно нахлесточных соединений не рекомендуется. Зазор между свариваемыми деталями следует устанавливать, руководствуясь данными, приведенными в таблице.

    Таблица 6

    Толщина деталей в стыковом соединении, мм

    Величина зазора, мм

    До 1,5

    0,5-1,0

    1,6-3,0

    0,8-2,0

    3,1-5,0

    1,8-3,0

    5,0-10,0

    2,5-4,0

    10,1-15,0

    3,5-5,0

    15,1-50,1

    4,5-6,0


    Стыковые соединения деталей толщиной до 4 мм выполняют без скоса кромок, с зазором между ними от 0,5 до 2 мм. При толщине металла свыше 5 мм обязательно делается V-образный скос кромок (угол 30-35° с каждой стороны). При толщинах свыше 12 мм рекомендуется двусторонняя Х-образная разделка кромок (угол 30-35° с каждой стороны). Разделку кромок осуществляют механическим способом. Кромки свариваемых деталей и присадочный материал перед сваркой необходимо тщательно очистить от грязи и масла напильником или металлической щеткой на ширину 30-40 мм с каждой стороны шва и обезжирить. Присадочную проволоку и свариваемые кромки промывают в течение 10 мин в щелочном растворе, составленном из 20-25 г едкого натра и 20-30 г углекислого натрия на 1 дм3 воды при температуре 65°С с последующей промывкой в проточной воде. После этого кромки и присадочную проволоку травят в течение 2 мин в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты или в 15%-ном растворе азотной кислоты. После травления детали и проволоку промывают в горячей, а потом в холодной воде и протирают ветошью.

    Для удаления оксидов алюминия из сварочной ванны, а также облегчения разрушения оксидной пленки при газовой сварке алюминия и его сплавов применяют флюсы. Флюсы содержат легкоплавкие смеси хлористых соединений, щелочных и щелочноземельных элементов, к которым добавляют небольшое количество фтористых соединений. Флюсы наносят на свариваемые кромки или нагретую сварочную проволоку в виде порошка или пасты, приготовленной на воде или спирте. Для разведения флюса применяется фарфоровая, стеклянная или эмалированная посуда, разводят флюс в необходимом количестве из расчета хранения его 4-5 ч. Более длительное хранение флюса в разведенном состоянии снижает его активность.

    Флюс на проволоку и кромки наносят чистой кистью или конец присадочной проволоки погружают в разведенный флюс. Флюс наносят тонким слоем на подготовленные кромки детали и на прилегающие к шву поверхности на расстояние, равное трехкратной ширине шва.

    Содержащиеся во флюсах фтористые соединения растворяют в расплавленном состояний оксид алюминия. Хлористые соли лития отнимают кислород от оксида алюминия. Все флюсы для сварки алюминия, особенно те, которые содержат хлористый литий, очень гигроскопичны, поэтому их хранят в герметически закрытых банках и открывают лишь перед употреблением. При выполнении прихватки флюс наносят только на присадочный металл. После сварки остатки флюса необходимо удалять с поверхности шва и прилегающей к нему зоне для предотвращения коррозии сварного соединения. Сварные швы очищают металлической щеткой с последующей промывкой 2%-ным раствором азотной кислоты, затем горячей водой и просушкой.

    При газовой сварке алюминия и его сплавов пламя берется нормальное. Избыток кислорода и горючего газа не допускается, так как свободный кислород окисляет алюминий, а избыток горючего газа приводит к сильной пористости шва. Мощность сварочного пламени выбирается из расчета расхода ацетилена 75 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого изделия. Расход ацетилена в зависимости от толщины свариваемого металла приведен ниже:

    Таблица 7

    Толщина металла, мм

    Расход ацетилена, дм3

    1,5

    50-100

    1,6-3

    100-200

    3,1-5

    200-400

    5,1 -10

    400-700

    10,1-15

    700-1200

    15,1-25

    900-1200


    Газовую сварку выполняют восстановительной зоной пламени, расстояние от конца ядра до свариваемой поверхности 3-5 мм. Сварку ведут левым способом. Угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла в начале сварки должен составлять почти 90°, а затем по мере прогрева свариваемых деталей угол устанавливается в зависимости от их толщины. Мундштук горелки располагают под углом 20-45° к свариваемой поверхности. Угол наклона присадочной проволоки во всех случаях составляет 40- 60° к свариваемой поверхности.

    Виды поперечных колебаний мундштука горелки и сварочного прутка зависят от толщины свариваемого металла. При газовой сварке деталей из алюминиевых сплавов толщиной до 3 мм поперечных колебаний не делают, а при. больших толщинах в процессе сварки горелки выполняют различные поперечные колебания. При сварке алюминиевых деталей свыше 5 мм применяют правый способ сварки.

    При газовой сварке алюминия необходимо стремиться к тому, чтобы сварка выполнялась только в нижнем положении. Сварку листов необходимо начинать, отступив от края на 50-100 мм, с последующей заваркой оставленного участка в обратном направлении. Сварочный процесс должен выполняться непрерывно, отрыв сварочного пламени от ванны расплавленного металла не допускается. Свариваемые детали толщиной более 10 мм перед сваркой рекомендуется подогревать до температуры 300-350°С. Подогрев осуществляется в электрических, газовых печах или газовыми горелками. Литые детали из алюминиевых сплавов сваривают с общим подогревом до температуры 250°С, отливки из силумина - до температуры 350-400°С. При заварке трещин концы их засверливают, разделывают до определенного угла и заваривают от середины к краям. Длинные трещины заваривают обратноступенчатым способом.


    1. Выберите и обоснуйте метод сварки.

    Выбираем газовую сварку
    6. Произведите расчёт режимов, подготовку кромок шва, выберите оборудование для сварки с указанием основных характеристик.
    1   2   3


    написать администратору сайта