ррп. Методичка по ТКМ (1). Отчет по работе. В лабораторных предусмотрены эксперименты, которые проводятся по типовой мето дике или по системе учебной исследовательской работы студентов (уирс) с элементами творческого поиска
 Скачать 4.17 Mb.
|
|
Рис. 18. Обезуглероживание поверхности 27 лении деформации и приближаются к взаимно параллельному расположению. В результате образуется волокнистая макроструктура При микроисследовании медленно охлажденной доэвтектоидной стали с волокнистым изломом наблюдается строчечная микроструктура , называемая так потому, что она состоит из чередующихся полосок феррита и перлита или феррита и смеси зерен феррита и перлита (рис. 19). Кроме того, при горячей деформации неко- торые включения, такие как сульфиды и силика- ты, пластичны и вытягиваются вдоль обработки. Действуя как зародыши, они также способ- ствуют обособлению феррита, который при охлаждении кристаллизуется вокруг этих вклю- чений в виде строчек. Строчечность усугубляется при окончании обработки давлением доэвтектоидной стали в двухфазном состоянии. В заэвтектоидной стали, особенно легированной, строчки образуются скоплениями карбидов. Определение размера зерна Для определения действительного зерна стали берутся микрошлифы стали после нагрева образцов до температур 780, 850, 1000 и 1200 °С. Структура стали рассматривается с помощью металлографического микро- скопа при увеличении в 100 раз. Зерна, видимые на шлифе, сравнивают с эта- лонными изображениями по ГОСТу. Величина зерна эталонов характеризуется номером (баллом). Между номером зерна N (баллом) и количеством зерен n, помещающихся на площади 1 мм 2 шлифа, существует следующая зависимость: n = 8 2N. Геометрические параметры зерен разных номеров по ГОСТу приводятся в табл. 3. Таблица 3 № зерна (балл) Средняя площадь зерна, мк 2 Число зерен на площади в 1 мм 2 1 64 000 16 2 32 000 32 3 16 000 64 4 8 000 128 5 4 000 256 6 2 000 512 7 1 000 1024 8 500 2048 9 250 4096 10 125 8192 Рис. 19. Строчечная микроструктура 28 Оборудование и образцы 1. Нагревательные печи с температурой рабочего пространства 780, 850, 1000 и 1200 °С. 2. Металлографический микроскоп МИМ-7 с увеличением в 100 раз. 3. Лабораторный копер для определения ударной вязкости. 4. Образцы для определения ударной вязкости. 5. Микрошлифы стали после нагрева до температур 780, 850, 1000 и 1200 °С. 6. Микрошлифы стали с видманштеттовой, строчечной структурой и с обезуглероженным слоем. Порядок выполнения работы 1. Произвести, нагрев стандартных образцов для испытания на ударную вязкость до температур: 780, 850, 1000 и 1200 °С. 2. После охлаждения образцов на воздухе произвести их разрушение на копре и определить величину ударной вязкости. 3. Исследовать микроструктуру при 100-кратном увеличении и, сопостав- ляя со шкалой зернистости стали, определить номер (балл) зерна. По таблице 3 установить среднюю площадь зерна. Отчет по работе 1. Краткие сведения из теории. 2. Зарисовки и описания микроструктур образцов после нагрева с указани- ем величины и номера зерна. 3. Результаты испытания образцов после нагрева на ударную вязкость. 4. Графическая зависимость между величиной ударной вязкости и величи- ной (баллом) зерна. 5. Зарисовки и описание дефектных структур. 6. Рациональный температурный интервал горячей обработки углероди- стых сталей и краткое его обоснование. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАБОТЕ № 4 1. Укажите цель нагрева стальных заготовок при обработке давлением. 2. Какие факторы влияют на рост зерна стали при ее нагреве. 3. Укажите температуры начала и окончания обработки давлением доэвтектоидной и заэвтектоидной стали. 4. Что такое недогрев, перегрев и пережог стали и их влияние на свойства стали. 5. Как устранить перегрев стали. 6. Почему происходит обезуглероживание поверхностного стоя стали. Как предупре- дить этот дефект. 7. При каких условиях образуется видманштеттова структура? Как предупредить ее образование. 8. Каковы причины образования волокнистой макроструктуры и строчечной микро- структуры. 29 РАБОТА № 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ РАСПЛАВЛЕНИЯ, НАПЛАВКИ И ПОТЕРЬ НА УГАР И РАЗБРЫЗГИВАНИЕ ПРИ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ И АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКЕ ПОД ФЛЮСОМ Цель работы – определение величины коэффициентов расплавления α р , наплавки α н и потерь на угар и разбрызгивание ψ при ручной дуговой сварке в зависимости от сварочного тока I св ; сравнение этих показателей при электроду- говой сварке открытой и закрытой дугой. Краткие теоретические сведения Для практического осуществления электрической сварки металлов потре- бовались многие годы совместных усилий физиков и техников, направленных на создание электрических генераторов, которые и были созданы в 70-х годах ХIХ века. До этого имелись лишь отдельные попытки осуществления электри- ческой сварки с помощью гальванических элементов. Так в 1849 году американец К. Стэт получил патент на соединение метал- лов с помощью электричества. Однако этот патент не был реализован на прак- тике. В 1882 году русский изобретатель Н.Н. Бенардос предложил способ проч- ного соединения и разъединения металлов непосредственным действием элек- трического тока. Он практически осуществил способы сварки и резки металлов электрической дугой угольным электродом В качестве источника питания он использовал специально разработанный электрический аккумулятор Сущность способа сварки по Н.Н. Бенардо- су заключается в следующем: дуга горит между неплавящимся электродом 1 и изделием 4. До- полнительный металл для формирования свар- ного шва 3 подается в зону сварки за счет при- садочного металла 2. При сварке используется источник постоянного тока 5 (рис. 20). В настоящее время сварка по способу Н.Н. Бенардоса применяется для наплавки износо- стойких поверхностей порошкообразными ма- териалами, сварки чугуна, для сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом (угольным, вольфрамовым, циркониевым). Сварка на постоянном токе может осуществляться на прямой и обратной полярности. При прямой по- лярности изделие подключается к клемме " плюс " источника питания, электрод к клемме " минус ", при обратной полярности наоборот. Основным недостатком способа сварки по Н.Н. Бенардосу при ручной ду- говой сварке является неудобство в работе сварщика, заключающееся в том, что обе руки сварщика задействованы для манипулирования электрододержа- телем и присадочным материалом. Н.Н. Бенардосу также принадлежит много других изобретений в области сварки - спиральношовных труб, порошковой проволоки и других. Рис. 20. Схема сварки по способу Н.Н. Бенардоса 30 Дальнейшее развитие электрическая дуговая сварка получила в работах Н.Г. Славянова. В способе Н.Г. Славянова (1888 г.) в отли- чие от способа Н.Н. Бенардоса металлический стержень одновременно является и электродом, и присадочным материалом (рис. 21). Сущность сварки по способу Н.Г. Славяно- ва заключается в следующем: дуга горит между металлическим электродом 1 и изделием 3. Сварной шов 2 формируется за счет плавления стержня электрода. При сварке по способу Н.Г. Славянова используется источник как постоян- ного так и переменного тока 4, поэтому он нашел более широкое применение. Способ Н.Г. Славянова лишен тех недостатков, которые присущи способу Н.Н. Бенардоса. Электрододержатель является основным рабочим инструментом сварщи- ка (рис. 22). Конструктивное оформление электрододержателя в значительной мере определяет удобство работы и влияет на производительность труда свар- щика. Время замены электродов для любого типа держателей должно составлять не более 0,4 сек. К электрододержателям предъявляются определенные требования: они должны надежно закреплять электрод при любом пространственном положении при сварке; они должны быть достаточно прочны и удобны в эксплуатации и иметь минимальную массу; смена электрода должна производиться быстро, без затраты усилия на вставку электрода и удаление огарка. Длина огарка электрода должна быть ми- нимальной. Необходимо также предусмотреть термоизоляцию токоведущих частей электрододержателей. В настоящее время, в основном применяются электрододержатели пасса- тижного типа (ЭП), с рычажным зажимом (ЭР), винтового типа (ЭВ). Все дер- жатели рассчитаны на токи до 500 А. Ручная дуговая сварка (РДС) наиболее распространенный способ сварки конструкций. При этом способе длина дуги, по- дача электрода со скоростью его плав- ления (V под = V пл ) и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок осуществля- ется сварщиком вручную. Качество сварного соединения во многом зависит от квалификации свар- щика. Рис. 21. Схема сварки по способу Н.Г. Славянова Рис. 22. Электрододержатель ЭП пассатижного типа 31 Сварка может выполняться неплавящимся (угольным или вольфрамовым) электродами и плавящимися покрытыми электродами. При сварке неплавящимся электродом (рис. 23) для образования сварного шва используется металл отбортовки свариваемых кромок или присадочная проволока. Защита сварочной ванны от окружающей среды осуществляется в основном инертными газами. При сварке покрытыми электро- дами (рис. 24) расплавляющимися по мере плавления металлического стержня 1, покрытие 2 в зависимости от состава образует газовую 3 и шлаковую защиту 5, изолирующую зону дуги и сварочную ванну от атмосферы. По мере удаления дуги происходит остывание и кристаллизация сварочной ванны 6 и формирование сварного шва 7 наосновном металле 8. Расплавленное покрытие всплывает на поверхность и после остывания обра- зует шлаковую корку 9. Под выбором режима сварки подра- зумевают совокупность параметров, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров и формы, устойчивое протекание процесса сварки и качественное формирование сварного шва. К основным параметрам относятся: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге и длина ду- ги, скорость сварки. Процесс расплавления электрода при электродуговой сварке непосред- ственно связан с обеспечением как экс- плуатационных, так и технологических характеристик сварных соединений. Важной технологической характеристикой процесса расплавления элек- трода является его производительность. Производительность процесса расплавления определяется количеством расплавленного электродного металла в единицу времени и зависит от следу- ющих факторов: мощности дуги и ее распределение между анодом, катодом и столбом дуги; теплофизических свойств металла электродного стержня; Рис. 23. Схема сварки неплавящимся электродом: 1 – основной металл, 2 - присадочная про- волока, 3 – сварочная ванна, 4 – струя защитного газа, 5 - вольфрамовый электрод, 6 – сопло сварочной горелки, 7 – наплавленный металл Рис. 24. Схема сварки покрытыми электродами: 1 – стержень электрода, 2 – покрытие, 3 – газовая защита, 4 – капли расплавленного металла, 5 – шлаковая защита, 6 – свароч- ная ванна, 7 – сварной шов, 8 - основной металл, 9 – шлаковая корка 32 термического эффекта процессов, протекающих при плавлении электрода; количества тепла, выделяющегося в электродном стержне при прохождении сварочного тока, и условия охлаждения электродов; наличия химических реакций и, в частности, процесса восстановления же- леза из окислов, содержащихся в покрытии. Как было установлено опытным путем, плавление электрода под действи- ем тепла дуги происходит равномерно. Количество расплавленного электрод- ного металла можно приближенно определить: G p = p I св t, (3) где G p – масса расплавленного металла, г; p – коэффициент расплавления, определяемый опытным путем, г/А ч; I св – ток, А; t – время горения дуги, ч. Анализ зависимости (3) показывает, что расплавление электрода происхо- дит преимущественно за счет энергии, освобождаемой в дуге, и пропорцио- нально току. Поэтому, главным из вышеперечисленных факторов является мощность дуги или, в первом приближении, величина сварочного тока. Коэффициент расплавления α р определяется опытным путем и характери- зует удельную, отнесенную к единице сварочного тока, производительность процесса расплавления электрода: p = t I G св p 3600 , г/А ч. (4) Коэффициент расплавления зависит от рода и полярности сварочного тока, состава электродного стержня (или электродной проволоки), состава покрытия электрода (при других способах сварки – от состава флюса или защитного газа), плотности тока в электроде. Коэффициент расплавления при ручной электроду- говой сварке обычно находится в пределах 8...14 г/А ч. В процессе расплавления при переносе электродного металла в сварочную ванну часть расплавленного электродного металла теряется на угар и разбрыз- гивание. Вследствие этого, количество наплавленного металла G н , расходуемо- го на формирование сварного шва, будет меньше, чем количество расплавлен- ного электродного металла на величину потерь на угар и разбрызгивание. Потери на угар и разбрызгивание оценивают коэффициентом потерь: = р н р G -G G 100 %, (5) Коэффициент потерь Ψ зависит от длины дуги, состава, количества покры- тия электрода и растет с увеличением тока. Для покрытых электродов коэффи- циент потерь находится в пределах 10...15 %. Масса наплавленного металла, идущего на формирование сварного шва, определяет производительность процесса наплавки G н = α н I св t, г (6) где G н – масса наплавленного металла, г. Коэффициент наплавки характеризует удельную, отнесенную к единице тока, производительность процесса наплавки: 33 α н = t I G св н 3600 , г/А ч (7) Значение коэффициента наплавки α н зависит от физико-химических свойств покрытия, потерь на угар и разбрызгивание и изменяется в пределах 7...12 г/А ч. Определив коэффициент наплавки α н , можно подсчитать производитель- ность процесса сварки при данной величине сварочного тока: Q н = α н I св , г/ч (8) Производительность процесса сварки открытой дугой ограничена из-за ро- ста коэффициента потерь на угар и разбрызгивание с увеличением сварочного тока. Применение автоматической сварки под флюсом обеспечивает повышение производительности процесса, в частности, за счет значительного уменьшения потерь на угар и разбрызгивание электродного металла (до 1...3 %), так как в этом случае дуга закрыта плотным слоем флюса. Кроме того, при автоматической сварке под слоем флюса увеличивается скорость расплавления электродной проволоки вследствие повышения абсо- лютной величины тока и плотности тока в электроде. Оборудование и материалы 1. Сварочные установки для ручной и автоматической сварки. 2. Амперметр. 3. Весы технические. 4. Электроды, электродная проволока и флюс. 5. Пластины из низкоуглеродистой стали. 6. Секундомер. 7. Разновес с набором гирь. 8. Штангенциркуль. 9. Линейка. 10.Наглядные пособия. Порядок выполнения работы 1. Зачистить опытную пластину металлической щеткой. 2. Взвесить пластину с точностью до 1 грамма (G 1 ). 3. Измерить линейкой длину электрода с точностью до 1 мм. 4. Взвесить электродную проволоку до сварки с точностью до 1 г. 5. Измерить штангенциркулем диаметр стержня электрода с точностью до 0,1 мм. 6. Произвести наплавку валика на пластину (опыт проводится не менее двух раз). 7. Замерить среднее значение сварочного тока. 8. Замерить время горения дуги. 9. Удалить с поверхности наплавленного металла и пластины брызги и шлак. 10. Взвесить пластину после наплавки (G 1 ). 11. Измерить длину огарка электрода. 34 12. Взвесить электродную проволоку после сварки с точностью до 1 г. 13. Определить массу расплавленного металла электрода: G р = 4 2 d π (l 1 – l 2 ), г (9) где d – диаметр стержня электрода, см; – удельный вес стержня электрода ( = 7,8 г/см 3 ); l 1 – длина стержня электрода до сварки, см; l 2 – длина огарка, см. При d = 5 мм, G p = 1,5 (l 1 - l 2 ). 14.Определить массу наплавленного металла G н = G 2 - G 1 , г (10) 15. Вычислить коэффициент расплавления по формуле (4). 16. Вычислить коэффициент наплавки по формуле (7). 17. Вычислить коэффициент потерь на угар и разбрызгивание по формуле (5). 18. Определить производительность при сварке по формуле (8). 19. Записать в таблицу результаты наблюдений и расчетов. 20. По данным таблицы построить графики зависимости α p , α н , , Q н от сва- рочного тока (I св ). Содержание отчета по работе 1. Расчетные формулы (выполняется дома в порядке подготовки к лабора- торной работе). 2. Результаты опытов и расчетов. 3. Графики зависимости коэффициентов и производительности от силы сварочного тока. |