Лаба №2 (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»

«Влияние электродного покрытия, режимов и климатических условий сварки на газонасыщение и количество в металле шва»

Выполнил: Гемберг А.А.

Группа: МТ7-83

Проверил: Якушин Б.Ф.

Москва, 2013 г.

Цель работы:

1. Сравнить уровень насыщения металла шва водородом для двух вариантов сварки: в спокойном воздухе и при движении воздуха.

2. Оценить количество δ-феррита при изменении режима сварки и при движении воздуха в зоне дуги.

Оборудование и приборы для проведения работы.

1. Пост для ручной дуговой сварки, оборудованный амперметром и вольтметром.

2. Электроды с рутиловым и основным покрытием для сварки легированных и высоколегированных сталей.

3. Медная форма для получения слитков наплавленного металла.

4. Вентилятор для создания ветра в зоне дуги.

5. Овдиометр для измерения количества выделевшегося диффузионного водорода.

6. Ферритометр для измерения ферритной фазы в металле шва.

Рис. 1 Изломы тавровых швов, выполненных

рутиловыми электродами

Содержание первого этапа работы.

Качественная оценка водородного насыщения производится путем сварки тавровых образцов из низкоуглеродистой стали. После охлаждения соединения производят его медленный изгиб с угловой скоростью 90° в минуту, так чтобы растягивающие напряжения были в корневой части шва. Замеряют угол изгиба до разрушения швов, сваренных различными электродами на одинаковом режиме, и рассматривают под инструментальным микроскопом поверхность излома. Наличие блестящих граней в изломе служит признаком проявления водородной хрупкости, а наличие пустот округлой формы - признаком пор (рис. 1)

Количественная оценка производится путем измерения доли диффузионного водорода, выделяющегося из затвердевшего металла диффузионным путем. Для этого получают порции наплавленного металла путем наплавки в массивную медную форму для ускоренного охлаждения. Порции наплавленного металла, полученные сравниваемыми электродами, незамедлительно помещают в эвдиометр' (рис.3), с помощью которого замеряют количество водорода, выделившегося за определенное время (в течение часа, за сутки, за неделю), и строят соответствующие сравнительные графики. В процессе наплавки фиксируют с помощью приборов силу тока и напряжение на дуге. Для имитации движения воздуха в зоне сварки применяют вентилятор, устанавливаемый на определенном расстоянии от места горения дуги. Наплавки выполняют при номинальной силе тока, а также при ее превышении на 25-30%. Необходимо выполнить исследование по вариантам:

1 . Наплавка на номинальном токе в спокойном воздухе;

2. То же с вентилятором, установленном на различном расстоянии от дуги;

Содержание второго этапа работы.

Высоколегированные Cr-Ni и Cr-Ni-Mn стали с однофазной аустенитной структурой обладают рядом особых свойств (коррозионной стойкостью, жаропрочностью, криогенной прочностью), что сделало их не—заменимым конструкционным материалом в атомной энергетике, авиакосмической технике и химическом машиностроении. Однако для них характерна ограниченная свариваемость по ряду показателей и в первую очередь - вследствие низкой сопротивляемости образованию горячих трещин кристаллизационного и подсолидусного типа. Это вызвано высокой склонностью к росту зерна в ЗТВ, и соответственно формированием V однофазной аустенитной структуры в виде крупных столбчатых кристаллитов, зоны срастания между которыми обогащены легкоплавкими ликватами, содержащими серу, фосфор, углерод и другие вредные для аустенитных сталей примеси. Макро- и микроструктура швов такого строения приведена на рисЛ а, б. Таким образом, обеспечение стойкости против образования горячих трещин — главная задача при сварке аустенитной стали. Она решается путем комплексного легирования, при котором в шве образуется двухфазное мелкозернистое строение с преимуществом аустенита: 90 - 92% y-Fe с ГЦК кристаллической решеткой, остальное - высокотемпературный феррит (8-Fe), имеющий повышенное количество хрома и ОЦК решетку. Макро- и микроструктура швов с двухфазным строением приведена на рис.б а, б. Из рис.б а следует, что срастание столбчатых кристаллитов происходит по весьма фрагментированной поверхности, возникающей в результате наличия феррита в зоне срастания, препятствующей формированию линейной границы. Разветвленность поверхностей кристаллитов повышает пластичность в температурном интервале хрупкости. На рис£б феррит обнаруживается в виде белых, т.е. слабо травящихся извилистых выделений на фоне крупных полей более темных аустенитных кристаллитов. Чем больше феррита, тем меньше размеры ведущей фазы - аустенитных кристаллитов и выше сопротивляемость образованию горячих трещин. Однако при чрезмерном количестве S-Fe создается опасность охрупчивания швов при повторном нагреве до 600-900°С, что неизбежно в условиях замыкания или перекрещивания швов, многослойной сварки. При таком нагреве феррит превращается в хрупкую о-фазу. Поэтому количество феррита не должно превышать 5-6%. Дельта феррит обладает ферромагнитными свойствами. Это позволяет определять его количество по степени намагничивания, либо по силе притяжения ферромагнитных эталонов, измеряемой специальными приборами - ферритометрами.

Указанный тип структуры достигается путем определенного сочетания элементов - ферритизаторов (Cr, Ti, Nb, Al, Mo, Si и др.), инициирующих выделение 8-Fe, и аустенизаторов (Ni, Mn, N, С), препятствующих его образованию. Совместное влияние ферритизаторов оценивают величиной хромового эквивалента (Сгэ), аустенизаторов - величиной никелевого эквивалента (№э). Прогнозирование количества S-Fe осуществляется по структурной диаграмме Шеффлера (рис.8, ;-),по положению точки с координатами по горизонтали, равными Сгэ, а по Вертикали - Niэ.

Устройство ферритометра «Forster»:

Обозначения:

1. - переключатель рабочих режимов;

2. – переключатель диапазонов;

3. - регулятор электрической настройки на нулевую точку;

4. - регулятор чувствительности;

5. - датчик точной коррекции;

6. - датчик предварительной коррекции;

7. - соединительный разъем для измерительного щупа;

8. - шкала, указывающая содержание феррита в %.

Точечный щуп соединен с измерительным прибором с помощью кабеля. Он выполнен из износостойкого искусственного материала и содержит систему катушек для получения результатов измерений. Игла щупа выполнена из ферромагнитного износостойкого металла.

Головка щупальной иглы выполнена в форме полушара (шляпки) из материала с высокой износостойкостью, которая по диаметру на 0,5 мм больше стержня, на который она напаяна. После выхода иглы из строя необходимо заменить её на новую. Для этого иглу вытаскивают вместе с бронзовыми пластиночками. Бронзовые пластиночки высвобождают и в них вставляют запасную иглу (из комплекта поставки), а затем их Укрепляют в щупе, который, таким образом, вновь готов к работе.

После смены иглы проверяется электрический нуль.

Так как щуп очень чувствителен, то малейшие изменения в структуре иглы становятся заметны, поэтому после замены иглы производят Дополнительную коррекцию.

Периодически необходимо осуществлять контроль и тарирование прибора и, в случае необходимости, производить настройку по п.4.0.

Порядок включения прибора и подготовки к измерениям.

Перед включением прибора проверяется механическая настройка шкалы на нулевую точку, которая, в случае необходимости, устанавливается винтом 9, специально предусмотренным для этого на измерительном приборе.

Измерительный щуп соединяют со штепсельным гнездом 7, которое находится на правой стороне прибора, затем переключатель режимов работы 1 переводят в положение «Batt». В этом положении проверяется состояние батарей. Стрелка должна достигать зеленой черты или заходить за нее. Если этого нет, то батареи меняют (8 элементов по 1,5 V).

Для установления стрелки на шкале на нулевую точку переключатель режимов работы 1 переводят в положение "Messungen", а переключатель диапазонов 2 - в положение "О". Слева под переключателем диапазонов находится регулятор 3, в головке винта которого имеется шлиц, по которому, в случае необходимости, настраивается нулевая точка.

Электрическая нулевая точка и механическая должны совпадать. Это положение должно сохраняться длительное время, если однажды правильно его отрегулировать. Однако рекомендуется его контролировать перед проведением более точных измерений.

Для коррекции переключатель режимов работы 1 устанавливают в положение * Messungen ", переключатель диапазонов 2 -в положение "1%FG". Измерительный щуп должен находиться в воздухе, а стрелку прибора с помощью обоих датчиков коррекции (5-"точного" и 6- предварительного") устанавливают на нулевую отметку шкалы.

Для тарировки по эталону переключатель диапазонов 2 устанавливают в положение «12% FG» и вводят измерительный щуп точно в середину пробы, находящейся в крышке прибора. С помощью регулятора чувствительности 4 «Empf>>, находящегося справа под переключателем диапазонов 2, устанавливают стрелку прибора на величину пробы, указанную на крышке корпуса.

Результаты эксперимента:

Вывод: на основе полученных данных можно сделать следующий вывод: при номинальном режиме сварки количество δ-феррита будет оставаться неизменным, при повышении силы тока происходит некоторое выгорание элементов ферритизаторов (Cr, Ti, Nb и т.д.), при отсутствии газовой защиты (наличие вентилятора) происходит взаимодействие ферритизаторов с кислородом воздуха и они выгорают.

Ответы на контрольные вопросы:

1. На этапе кристаллизации запираются между дендритами.

2. Газовая защита оценивается по количеству азота в металле, чем больше азота, тем хуже защита.

3. Разное давление защитного газа у различных электродов.

4. При повышение тока увеличивается температура в сварочной ванне, следовательно больше растворимость.

5. Водородная и азотная пористость образуется на этапе кристаллизации.

6. Удалению пузырьков газа из металла шва способствует перемешивание металла.

7. Азот переходит в кристаллическую фазу в виде соединений с нитридами, поэтому нужно сильно изменять объем.

8. Наличием Ni и Cr.

9. Для углеродистых сталей – У, для легированных – Л, высоколегированных – В.

10. Охрупчивание и потеря коррозионной стойкости.

11. Термическая обработка – аустенитизация.

12. Более насыщенная ферритная фаза 50% Cr.

13. Попадает азот и кислород и выгорают элементы ферритизаторы.