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.
|
|
Таблица 4 Техническая характеристика горелки средней мощности Показатель Номер наконечника 1 2 3 4 5 6 7 Толщина свариваемого металла (сталь), мм 0,5-1,5 1-3 2,5-4 4-7 7-11 10-18 17-30 Расход ацетилена, л/ч 50-135 135-250 250-400 400-700 700-1100 1050-1750 1700-2800 Расход кислорода, л/ч 50-140 140-260 260-420 420-750 750-1170 1170-1900 900-3150 Давление кислорода, кгс/см 2 1-4 1,5-4 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4 Для зажигания горелки сначала открывают кислородный вентиль, и кис- лород под давлением 0,5...4 кг/см 2 , проходя через калиброванное отверстие инжектора с большой скоростью, создает в инжекторной камере 7 разряжение. После этого открывают ацетиленовый вентиль. Ацетилен, имеющий избыточ- ное давление всего 0,01...0,02 кг/мм 2 , засасывается кислородом и поступает в инжекторную камеру, а оттуда в расширяющуюся смесительную камеру 9, где движение смеси газов замедляется, и они хорошо перемешиваются. Получен- ная смесь при выходе из мундштука поджигается и, сгорая, образует свароч- ное пламя. Для гашения горелки закрывают сначала ацетиленовый вентиль, а затем кислородный. Такой порядок необходим для того, чтобы избежать обратно- го удара пламени. Для работы с заменителями ацетилена применяются спе- циальные горелки. Сварочное пламя образуется в результате сгорания горючего газа в смеси с кислородом. В пламени различают три зоны: ядро, восстановительную зону Рис. 41. Устройство инжекторной горелки 51 и факел. Ядро представляет собой механическую смесь кислорода и диссо- циированного (разложенного) ацетилена: 2С + Н 2 + О 2 . (21) Ядро выделяется резкими очертаниями и ярким свечением оболочки, состоящей из раскаленных частиц углерода. Восстановительная зона имеет протяженность до 20 мм. В ней происходит сгорание газа по реакции: 2С + Н 2 + О 2 = 2СО + Н 2 . (22) Эта зона имеет наиболее высокую температуру (до 3200 °С) на расстоянии 2-6 мм от конца ядра. Нагрев металла производится этой зоной. В факеле происходит догорание углерода и сгорание водорода за счет кислорода воздуха по реакции: 2СО + Н 2 + 1,5О 2 = 2СО 2 + Н 2 О (23) Факел называют еще окислительной зоной, так как продукты сгорания СО 2 и Н 2 О при соприкосновении с расплавленным металлом окисляют его. В зависимости от соотношения объемов подаваемых в горелку газов пламя (рис. 42) может быть науглероживающим (О 2 / С 2 Н 2 1), окислительным (О 2 / С 2 Н 2 1,2) и нормальным: (О 2 / С 2 Н 2 = 1,1…1,2). Для сварки низкоуглеродистой стали применяют нормальное пламя, при сварке чугунов – науглероживающее, а при сварке латуни – окислительное. Сварочное пламя должно иметь значительную тепловую мощность, которая за- висит от расхода горючего газа и соотношения в нем горючего газа и кислорода. Оборудование и материалы 1. Сварочная горелка. 2. Кислородный баллон с редуктором. 3. Ацетиленовый генератор. 4. Сварочная горелка в разрезе. 5. Ацетиленовый генератор в разрезе. 6. Плакаты: схема, поясняющая работу генератора; схема горелки; стро- ение ацетиленокислородного пламени. Порядок выполнения работы 1. Составить описание оборудования для газовой сварки, приведенного в тетради лабораторных работ. 2. Пo натурным образцам в разрезе и плакатам изучить устройство и ра- боту ацетиленового генератора, водяного затвора и сварочной горелки. Рис. 42. Виды пламени: а – нормальное, б – науглероживающее, в – окислительное 52 3. Изучить строение и свойства ацетиленокислородного пламени: за- жечь и отрегулировать пламя с избытком ацетилена; схему пламени зари- совать в тетради; отрегулировать окислительное пламя; схему пламени зари- совать в тетради; отрегулировать нормальное пламя; схему его зарисовать в тетради и указать зоны. Содержание отчета 1. Описание устройства и работы оборудования для газовой сварки (выполняется дома в порядке подготовки к лабораторной работе). 2. Описание строение и свойства ацетиленокислородного пламени. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАБОТЕ № 8 1. Устройство и работа ацетиленокислородной горелки низкого давления. 2. Устройство и работа ацетиленового генератора ГНВ-1,25. 3. Устройство и работа предохранительного затвора. 4. Свойства окислительного, науглероживающего и нормального ацетиленокислородного пламени и область его применения. 53 РАБОТА № 9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РОДА МАТЕРИАЛА НА КАЧЕСТВО КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ Цель работы – по эскизам и натурным образцам изучить устройство и рабо- ту оборудования для кислородной резки и определить влияние рода мате- риала на качество поверхности реза. Краткие теоретические сведения Кислородная резка основана на способности металлов сгорать в струе чистого кислорода и твердом состоянии с выделением значительного количе- ства тепла. Для начала процесса горе- ния металла его необходимо подогреть до температуры горе- ния (воспламенения) в кислоро- де, поэтому мундштук 11 резака делается составным (рис. 43). Внутренний мундштук 14 имеет центральное отверстие 15, по ко- торому подается чистый кисло- род для резки. Между наружным мунд- штуком 10 и внутренним 14 об- разуется кольцевой канал, в который по трубке 8 поступает смесь кислорода и ацетилена. Эта смесь, сгорая, образует пламя, используемое для нагрева ме- талла до температуры горения. К мундштуку резака подходят две труб- ки. По верхней трубке 2 через вентиль 6 подается кислород для резки, по нижней трубке подается горючая смесь. Позиции 8, 3, 4, 5 входят в состав обычной инжекторной горелки, устройство которой было рассмотрено выше. Кислородный и ацетиленовый шланги подсоединяются соответственно к нип- пелям 1 и 12. Для начала работы резака открывают вентиль 5, затем вентиль 3. Образовавшуюся смесь газов, которая выходит из кольцевой щели мундштука, поджигают. Поверхность металла нагревают до температуры горения. После чего открывают вентиль 6, чистый кислород попадает на нагретый металл, и начинается процесс резки. Образующиеся окислы выдуваются из щели ре- за той же струей кислорода. Техническая характеристика ручного резака приведена в табл. 5. Устройство и работа газорезательного автомата АСШ-1 В промышленности применяются различные конструкции полуавтоматов и автоматов для кислородной резки. Все они комплектуются соответствующими машинными резаками типа РМ. По принципу устройства машинные резаки мало чем отличаются от ручных. Автомат АСШ-1 (рис. 44) состоит из колонны 9, установленной на фунда- ментной раме 10. На этой же раме смонтирован стол 1. В средней части колон- ны закреплены рамы 8, соединенные шарнирно между собой. На внешней Рис. 43. Ацетиленокислородный резак 54 шарнирной раме укреплен резак 2. На той же раме установлен ведущий меха- низм автомата. Он состоит из электродвигателя 6, редуктора 3, электромагнита 4 и ведущего пальца 5, имеющего рифленую поверхность. Таблица 5 Техническая характеристика ручного резака Показатель Толщина разрезаемого металла, мм 3-5 5-25 25-50 50-100 100-200 200-300 Давление режущего кислорода, кгс/см 2 3 4 6 8 10 12 Расход, м 3 /ч: -кислорода 3,0 6,0 10,0 15,0 26,0 40,0 -ацетилена 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Ширина реза, мм 2-2,5 2,5-3,5 3,5-4,5 4,5-7 7-10 10-15 Скорость резки, мм/мин 550 370 260 165 100 80 Электромагнит 4 притягивает палец 5 к стальному шаблону. По- лучая вращение от привода, палец 5 описывает контур шаблона 11. Ту же траекторию совершает резак. Здесь же имеется пульт управления 7, на котором установлены тумбле- ры для прямого и обратного хода резака, для включения электромаг- нита, для включения мотора и ре- гулятора скорости резания. Скорость резки устанавливает- ся в зависимости от толщины разре- заемого металла (табл. 6). Точность копирования составляет ± 0,5 мм. Таблица 6 Технические данные автомата АСШ-1 Показатель Толщина разрезаемого металла 5 10 20 30 40 60 80 100 Давление кислорода, кгс/см 2 3 4 4,5 5,0 5,5 6 7 8 Скорость резки, мм/мин 550 475 380 320 270 220 190 160 Расход кислорода, л/п.м 70 95 175 250 400 670 870 1200 Расход ацетилена, л/п.м 12 16 20 26 34 45 57 75 Для получения качественного реза необходимо выполнить ряд условий: 1) температура горения металла в струе чистого кислорода должна быть ниже температуры его плавления (Т гор < Т пл ), т.е. металл должен го- реть в твердом состоянии; 2) температура плавления окислов должна быть ниже температуры плавления самого металла (T пл.окисл < Т пл.мет ); в этом случае окислы легко вы- дуваются из полости реза кислородной струей; 3) теплопроводность металла должна быть не слишком большой; 4) теплота сгорания металла должна быть большой, чтобы обеспечить Рис. 44. Устройство автомата АСШ-1 55 поддержание процесса резки. Признаками того, хорошо ли данный металл поддается кислородной резке, являются: чистая (гладкая) поверхность реза, равномерная небольшая ширина реза по всей толщине металла, отсутствие на поверхности реза мест- ных выплавлений (выхватов), малая степень оплавления верхней кромки и легкое отделение шлака (грата) от нижней кромки. Практически, выше- указанным условиям удовлетворяют лишь низкоуглеродистые стали. Боль- шинство других металлов, применяемых в технике, не поддается кисло- родной резке. Чугун не режется вследствие низкой температуры плавления и высокой температуры воспламенения. Медь не режется вследствие высокой тепло- проводности и малой теплоты сгорания. Алюминий не режется так как он пла- вится при 660 °C, сгорает при 900 °C, а образующиеся окислы плавятся при температуре 2050 °C, и кроме того он имеет высокую теплопроводность. Высокоуглеродистые стали дают неровный рез с натеками затвердев- шего металла, так как температура их плавления ниже температуры горения. При резке хромистых, хромоникелевых сталей образуются тугоплавкие окислы, препятствующие дальнейшему окислению металла. Для резки подоб- ных металлов и сплавов применяются другие виды термической резки: кис- лородно-флюсовая, воздушно-дуговая, плазменно-дуговая, лазерная и др. Оборудование и материалы 1. Ацетиленовый генератор. 2. Кислородный баллон с редуктором. 3. Автомат для кислородной резки. 4. Стальные, чугунные, алюминиевые пластины. 5. Плакат: схема ацетиленокислородного резака. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с сущностью кислородной резки и устройством реза- ка. 2. Зажечь и отрегулировать подогревательное пламя резака. 3. Разрезать на газорезательном автомате пластины из низкоуглероди- стой и высокоуглеродистой стали, из чугуна и цветных металлов. Содержание отчета 1. Описание ацетиленокислородного резака и автомата АСШ-1 (выпол- няется дома в порядке подготовки к лабораторной работе). 2. Эскизы поверхностей реза низкоуглеродистой стали, чугуна и металла с высокой теплопроводностью (медь, алюминий) с описанием качества реза и указанием причины хорошего или плохого качества реза. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАБОТЕ № 9 1. В чем сущность и каковы условия ацетиленокислородной резки. 2. Устройство и работа ацетиленокислородного резака. 3. Устройство и работа автомата газовой резки металлов АСШ-1. 56 РАБОТА № 10. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДОБРОКАЧЕСТВЕННЫХ И ДЕФЕКТНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ Цель работы – исследование у сварных соединений микроструктуры око- лошовной зоны и металла шва; определение и сравнение твердости металла шва, околошовной зоны и основного металла (стали) различного химическо- го состава; изучение основных дефектов сварных швов. Краткие теоретические сведения Микроструктура металла шва Металл шва образуется в результате кристаллизации расплавленных ос- новного и присадочного материалов. При сварке низкоуглеродистых ста- лей металл шва имеет дендритную столбчатую феррито-перлитную структу- ру , типичную для литого металла и может обладать всеми её недостатками (крупное зерно, пониженные механические свойства, ликвация, газовые поры, шлаковые включения и т.д.). Для столбчатой структуры характерна вытянутость зерен в одном направлении. Развитие столбчатой структуры связано с направленным ин- тенсивным отводом тепла в основной металл (рис. 45). Дендриты располагаются в столбчатых зернах, являясь их основой. Не- металлические включения в сварных широких швах вытесняются наверх, а в узких швах остаются в середине шва. Наплавленный металл имеет понижен- ные механические свойства. Для получения необходимой прочности металла сварного шва за счет сварочных материалов проводят его модифицирование, легирование, снижа- ют содержание углерода, серы, фосфора и других элементов, склонных к ликвации и к образованию газовых пор и шлаковых включений, обеспечива- ют надежную защиту от окружающей среды. При сварке сталей с повышенным содержанием углерода ограничивают глубину проплавления, уменьшая долю основного металла в шве. Микроструктура металла околошовной зоны К металлу шва примыкает околошовная зона или зона термического влияния . Для точек зоны термического влияния, различно удаленных от оси шва распределение температур будет неодинаковым. Чем ближе находится Рис. 35. Схема структуры сварного шва (Т Т пл ): а – стали Ст3 и 40Х с подогревом, б – сталь 40Х без подогрева 57 данная точка к линии сплавления основного металла шва, тем быстрее проис- ходит ее нагрев и тем выше максимальная температура нагрева. При данном химическом составе основного металла структура и механиче- ские свойства зоны термического влияния определяются характером термиче- ских циклов. Так как термические циклы участков, различно удаленных от шва, будут неодинаковы, то их структура и механические свойства будут различ- ными. При сварке низкоуглеродистой стали плавлением структура зоны терми- ческого влияния состоит из следующих участков (рис. 46): 1. Участок неполного расплавления является переходным от наплавлен- ного металла к основному и представляет собой узкую полоску металла, кото- рая находилась при температурах между ликвидусом и солидусом. При нагреве этот участок имеет жидкую и твердую фазы. 2. Участок пе- регрева примыкает к участку неполного расплавления. Темпе- ратурными границами этого участка являют- ся со стороны шва температура, близкая к солидусу, а со стороны основного металла примерно 1100 °С. На этом участке образуются крупные зерна. В некоторых случаях при значи- тельном перегреве, особенно в сталях с повышенным содержанием углерода, образуется видманштеттовая структура , которая незначительно влияет на прочность металла, но заметно снижает его пластические свойства (рис. 46). Рис. 45. Зона термического влияния Рис. 46. Схема микроструктуры участка перегрева (Т = Т пл 1100 С): а – стали Ст3 и 40Х с подогревом (крупнозернистая видманштеттовая феррито-перлитная структура), б – сталь 40Х без подогрева (крупноигольчатый мартенсит и троостит) 58 3. Ударная вязкость при этом снижается примерно на 25...30 %. При сварке такого же однопроходного шва под флюсом благодаря высоким скоро- стям перемещения дуги время пребывания в перегретом состоянии невелико и аустенитные зерна не успевают вырасти. Поэтому участок перегрева (крупного зерна) часто отсутствует. 4. Участок нормализации охватывает металл, нагретый в процессе свар- ки от температуры несколько выше критической точки Ac 3 до температуры 1100 °С. Процесс перекристаллизации при нагреве и охлаждении приводит к значительному измельчению зерен металла, и структура основного металла становится более мелкозернистой по сравнению с исходной (рис. 47). Механические свойства металла на участке нормализации, обычно выше механических свойств основного металла, не подвергшегося нагреву при свар- ке. 5. Участок неполной перекристаллизации охватывает металл, подвер- гавшийся нагреву в интервале температур от Ac 1 до Ас 3 (рис. 48). Для низкоуглеродистой стали этот интервал температур составляет немно- гим более 100 °С (от 725 до 850 °С). При этих температурах происходит ча- стичная перекристаллизация металла, т.е. не все зерна основного металла этого участка претерпевают перекристаллизацию. Часть феррита остается в исходном состоянии. Поэтому при охлаждении и распаде образовавшегося аустенита, наряду со вновь образовавшейся мелко- зернистой структурой, сохраняется и первоначальная более крупная структура. Рис. 47. Схема микроструктуры участка нормализации (Т = 1100 Ас 3 ): а – стали Ст3 и 40Х с подогревом (мелкозернистая феррито-перлитная структура), б – сталь 40Х без подогрева (мелкозернистая троосто-мартенситная структура) |