Лаба №1 (Всё что нужно по лабораторным работам)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Э. БАУМАНА

Факультет “Машиностроительные технологии”

Кафедра “Технологии и оборудования сварочного производства”

Отчет по лабораторной работе №2 по разделу Б курса

«Теория сварочных процессов»

«Спектральный экспресс-анализ химического состава

капли и сварочной ванны»

Выполнил: Гемберг А.А.

Группа: МТ7-83

Проверил: Якушин Б.Ф.

Москва, 2013 г.

Цель работы: усвоить сущность спектрального метода оценки химического состава сталей, получить навыки выявления в наплавленном металле химического состава в капле, ванне, свидетельствующие о протекании процессов легирования при дуговой сварке.

Методика.

Наплавленный металл формируется в лунке медной массивной плиты, не участвующей в плавлении. После охлаждения слиток извлекают из плиты с помощью зубила и молотка. Далее слитки защищают от шлака абразивным инструментом и подвергают маркировке. Для измерения слитки помещают на столик стилоскопа и устанавливают на лимбе деление , т.е. для анализа содержания марганца по отношению к . При этом на экране стилоскопа необходимо добиться идентичного изображения с прилагаемым рисунком. Реперами служат две группы тонких двойных темных линий в правом краю экрана. В середине экрана при этом выявляется более широкая темная линия 2(железо), пропорциональная содержанию железа в стали, а левее линия 1 (марганца), интенсивность затемнения которой следует сравнить с линией железа для каждого исследуемого образца.

Все студенты поочередно анализируют образец стержня и слитки. Затем каждый студент выполняет измерение количества легирующего элемента в трёх объектах.

1. В стержне электрода по результатам эксперимента и справочным данным;

2. В наплавке стержнем электрода без покрытия (слиток 1);

3. В наплавке покрытым электродом без участия подложки (в медно форме) (слиток 2)

Для сравнительной количественной оценки применяют спектральный метод, осуществляемый с помощью стилоскопа СЛ-13, а для более точной количественной оценки лазерным спектроскопом ЛАХ Матрикс. Критерием служит содержание марганца. Наплавку осуществляют в медную форму, что исключает участие основного металла в формировании ванны. Применяют электроды с повышенным содержанием марганца в стержне, например УОНИ 13/45 или ЦУ – 5. По результатам измерения делают выводы о ходе металлургических реакций при сварке и отвечают на контрольные вопросы.

Устройство стилоскопа СЛ- 13 и принцип измерения концентрации элементов в сплаве.

Стилоскоп (рис.1) состоит из электрической и оптической системы. Электрическая система обеспечивает возбуждение и стабилизацию дугового или искрового разряда между исследуемым объектом и стандартным электродом, выполненным из меди. Электрический разряд имеет малую силу тока (2 или 4 А), но высокое напряжение. Под воздействием теплоты разряда происходит термическая ионизация паров разряда и выделение энергии в виде света с определенной для данного элемента длиной волны. Выделенная световая энергия поступает в оптическую часть стилоскопа (рис.2), где она превращается в параллельные лучи, а затем поступает в трехгранную линзу. Степень преломления луча в линзе пропорциональна длине волны. Это позволяет разделить луч света на отдельные составляющие, т.е. получить спектр. Для просмотра отдельных частей спектра предусмотрен поворотны трехгранной линзы (рис.2).

Принцип измерения концентрации элемента в сталях. Затемненные участки спектра являются следом отдельных элементов, концентрация которых в объекте пропорциональна интенсивности черноты линии. Она отсчитывается путем сравнения ее черноты с линией железа, которая является основой сплава.

1. Длины волн таких двух линий не должны сильно различаться;

2. Относительная интенсивность этих двух линий не должна зависеть от условий возбуждения;

3. Интенсивность линий должны быть приблизительно равны при заданной концентрации определяемого элемента.

Указанные пары называются гомологическими (например, и ). Более точное определение концентрации отдельных элементов в сталях и сплавах производят с помощью лазерного спектрометра «ЛАХ Матрикс». В этом спектрометре вместо нагрева дуговым разрядом для эмиссии атомов с объекта исследования применяют нагрев остросфокусированным лазерным лучом.

Описание «ЛАХ Матрикс»

Спектрометр предназначен для качественного и количественного элементного анализа химического состава различных твердых и порошкообразных веществ и материалов. Он позволяет измерять массовые доли более 50 элементов периодической системы от ( до ) в диапазоне измерений от до . Спектрометр питается от сети переменного тока напряжением . Все действия по настройке режимов и обработке результатов производятся с клавиатуры управляющей ЭВМ.

Лазерный луч получают от твердотельного источника с автономной системой охлаждения водой. Длина волны, генерируемого излучения . Диаметр пучка излучения не более Дж. Двухимпульсный лазер применяется в настоящем спектрометре для удаления атомов и ионов первым импульсом из исследуемого образца с последующим возбуждением вторым импульсом.

Рис.1 Стилоскоп СЛ – 13

Рис. 2 Схема оптической линии в Сл -13

Рис. 3 Спектр стали 3. Определение содержания (477 деление по шкале лимба)

Рис. 4 Лазерный спектрометр

Результаты проведения эксперимента

Ответы на контрольные вопросы:

1. Испускание квантов обусловлено переходами электронов во внешних электронных оболочках атомов, сопровождаемых выделением световой энергии. Такие переходы индуцируются при наличии достаточной энергии, поставляемой процессом электрического возбуждения атомов с помощью дуги или искры. В результате таких разрядов анализируемый материал испаряется, происходит столкновение пара с электронами, приводящее к возбуждению, а при обратном процессе испускается излучение, характеризующее эти атомы.

2. Каждому химическому элементу характерна своя длина волны, которая зависит от количества электронных оболочек атома.

3. Марганец более активный элемент и быстрее излучает.

4. Марганец очень токсичен, поэтому повышенное содержание марганца в сварочных материалах вредит здоровью сварщика.

5. Проволока с надписью СВ – это проволока с пониженным содержанием серы и фосфора.

6. Появление горячих трещин из-за увеличения температурного интервала хрупкости.

7. Если применять при сварке проволоку с повышенным содержанием марганца, то увеличивается вероятность образования закалочных структур.