Лаба №3 (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 №3 по разделу Б курса

«Теория сварочных процессов»

«Легирование металла шва при сварке плавлением»

Выполнил: Гемберг А.А.

Группа: МТ7-83

Проверил: Якушин Б.Ф.

Москва, 2013 г.

Введение.

Легирование сварного шва отдельными элементами проводят для повышения различных свойств: механических, антикоррозионных, жаропрочных и т.п.

Легирование осуществляют :

- через электродную проволоку при МИГ/ МАГ сварке;

- через присадочную проволоку при ТИТ сварке;

- через флюс при АФ сварке;

- через основной металл или подкладку при электроннолучевой сварке;

- через дополнительный электрод при АФ и МИГ/ МАГ сварке.

При высокотемпературном переходе капель металла с электрода и том, возможно окисление отдельных элементов кислородом воздуха пли в результате протекания химических реакций между шлаком и металлом типа:

Степень перехода легирующих элементов из сварочных материалов в металл шва зависит от сочетания нескольких факторов:

1. Химического сродства элементов к кислороду;

2. Химической активности, т.е. молярной доли элемента в составе электрода;

3. Состава среды (воздух, защитный газ, смесь газов);

4. Количества защитного газа, т.е. его парциального давления в зоне дуги;

5. Климатических условий сварки (влажности, ветра, температуры);

6. Силы тока (I_Д, А);

7. Напряжения на дуге (U_Д, В);

8. Состояния поверхности металла;

9. Характера истечения защитного истечения из сопла (ламинарного, турбулентного).

Цель лабораторной работы. Сравнение эффективности легирования при ручной дуговой сварке и сварке в защитных газах.

Сравнение эффективности легирования производят путем оценки коэффициента перехода:

Коэффициент К_П изменяется в широких пределах (от 1 до 0,25) в зависимости от способа сварки, метода легирования, от массы и химического сродства легирующего элемента к кислороду.

Среднее значение коэффициента даны в таб. 1.

Таб. 1. «Коэффициенты перехода элементов при различных способах дуговой сварки.

В лабораторной работе применительно к ручное дуговой сварке с электродами с покрытием или механизированной дуговой сварк предусматривается применение материалов с варьированием элементов, отличающихся по химической активности (C, Mn, Si), кА также с изменением скорости ветра, силы тока и напряжения (длины дуги). Остальные факторы принимают постоянными в пределах лаборатории.

1. Методика исследования.

Применяют конкретную марку электрода или сварочной проволоки (08Г2С, 08X1ЗТ, 08X1ЗБ), которую переплавляют дугой и формируют слиток в лунке на массивной медной плите для двух вариантов, отличающихся варьированием сочетания следующих факторов:

1. Силы тока и ветра;

2. Напряжения на дуге и расхода защитного газа;

3. Химического состава проволоки, т.е с двумя различными

содержаниями углерода, или Mn, или Si;

4. С повреждением защитно-легирующего покрытия при ручной дуговой сварке.

2. Порядок проведения работы

1.В сварочном материале исследуемой марки (электрод, проволока, флюс) определяют содержание конкретного элемента с помощью спектрометра.

2.Производят с помощью конкретного способа наплавку исследуемого сварочного материала в медную форму.

3.После охлаждения наплавленный металл извлекают из медной формы, подвергают абразивной обработке и исследуют химический состав с помощью лазерного спектрометра.

4. По результатам анализа подсчитывают коэффициент перехода:

5.Путем сравнения коэффициентов перехода выявляют их значения в зависимости от способов и режимов сварки и методов легирования.

На втором этапе работы анализируют коэффициент перехода легирующих элементов из электрода в шов для двух способов сварки:

1. Дуговой плавящимся электродом в защитных газах;

2. Плавящимся электродом с вводом дополнительной горячей присадки в сварочную ванну.

В этом способе дуговой процесс в защитной газовой образован между электродной проволокой небольшого диаметра (1.2-2,0 мм), а в хвостовую часть сварочной ванны подается присадочная легирующая проволока, которая плавится за счет теплоты сварочной ванны. Для достижения высокого коэффициента наплавки присадочная проволока подается в количестве, соизмеримом с расходом электродной проволоки. Качественное усвоение расплавленной панной присадочной проволоки в больших количествах обеспечивается ее подогревом до температуры 1200-1300 °С электроконтактным способом. Подвод тока нагрева осуществляется скользящим контактом. Другой полюс цепи подводится к изделию и соответственно, к сварочной ванне. Напряжение нагрева составляет (3-10 В), что исключает возбуждение дуги на присадочной проволоке. Проволока, введенная в ванну охлаждает ее; а после кристаллизации замедляет охлаждение шва. Металл легирующей проволоки не проходит высокотемпературную стадию капли, что позволяет сохранить легирующие элементы поступающие в ванну.

З. Оборудование, инструменты и образцы для испытаний.

Для реализации этого способа спроектирован и изготовлен комплект оснастки для подачи ДГП установленный на стандартное испатытельное оборудование для сварки и наплавки в защитных газах (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема автомата для сварки с ДГП

1- электродная проволока для наплавки; 2 – электродная проволока в виде дополнительной горячей присадки; 3 – наплавляемая деталь; 4 – сварочный источник установки для наплавки; 5 – источник нагрева ДГП.

Эксперимент.

1. Чем легирование отличается от модифицирования?

Легирование связано с химическим составом сплава, а модифицирование связано со строением сплава.
Модифицирование – это более широкое понятие. Это различные воздействия на структуру сплава, размер и форму структурных составляющих. Модифицирование может производиться как методом введения элементов в расплав, так и энергетическими воздействиями на расплав (ультразвук, импульсное давление), и т.д.

2. Как определяют химическое сродство элементов к кислороду?

Возможность удаления различных примесей из расплавов железа при окислительном рафинировании определяется их химическим сродством к кислороду. Химическое сродство элементов к кислороду можно оценить, сравнив стандартные значения изменения энергии Гиббса реакций их окисления с участием 1 моля кислорода.

3. Почему одновременно легируют несколькими элементами?

Легирование сразу несколькими элементами, при определенном содержании и соотношение дает возможность получить требуемый комплекс свойств.

4. Какую роль играет молярная концентрация легирующего элемента на степень его усвоения?

Суммарный коэффициент усвоения легирующего элемента:

,где – суммарный коэффициент усвоения;

– содержание элемента Х в металле шва;

содержание элемента Х в основном металле, электродном стержне (проволоке) и покрытии (флюсе);

– доли участия в образовании сварочной ванны основного металла, электродного металла и металлических добавок во флюс или покрытие.

5. С какой целью легируют сталь и металл шва азотом?

Введение азота в сплавы позволяет:

- уменьшить в сплавах содержание никеля, марганца и других аустенитообразующих элементов при сохранении заданной    аустенитной или иной структуры и, соответственно, уровня ферромагнитности сплава;

- увеличить содержание в сплавах элементов ферритообразователей, положительно влияющих на механические и коррозионные характеристики сплавов;

- улучшить характеристики технологической пластичности в результате расширения интервала существования аустенита в высокотемпературной области;

- повысить термическую стабильность аустенита и снизить вероятность  его распада при нагреве с образованием нитридов и других фаз;

- увеличить коррозионную стойкость (сопротивление питтинговой и ножевой коррозии, коррозионному растрескиванию под напряжением, интеркристаллитной коррозии);

- повысить прочность сплавов путем использования деформационного упрочнения при наклепе.

6. Почему сварочный флюс, состоящий из оксидов, может легировать швы?

Оксидные флюсы состоят из оксидов металлов и могут содержать до 10% фторидных соединений. Они предназначены для сварки низколегированных и фтористых сталей. 

При дуговой сварке под флюсами, имеющими в своем составе оксиды

металлов, в зоне сварки (на границе «шлак – металл» и в объеме металла) могут развиваться окислительно-восстановительные реакции, равновесие которых зависит от температурных условий существования металла и шлака. При повышении температуры в соответствии с принципом Ле Шателье равновесие рассматриваемых реакций будет смещаться в сторону эндотермических продуктов, при понижении – в сторону экзотермических. Именно этот эффект изменения направления окислительно-восстановительных реакций используют в условиях сварки для легирования металла шва.

Например, при дуговой сварке низкоуглеродистой низколегированной

стали за счет использования специального флюса, содержащего оксиды SiO₂ и MnO, происходит легирование металла сварочной ванны кремнием (Si) и маар ганцем (Mn). В данном случае легирование основано, во-первых, на обратимости окислительно-восстановительных реакций и, во-вторых, на перераспределении продуктов реакции между металлом и шлаком.

7. Можно ли легировать металл шва защитным газом, если да, то каким?

Защитные газы обеспечивают только устойчивое горение дуги, надежную защиту зоны сварки от вредного действия атмосферного воздуха и правильное формирование шва в различных пространственных положениях. Очевидно, что на химический состав металла шва защитные газы непосредственно не влияют. При сварке толстопокрытыми электродами и под флюсом защита зоны сварки обеспечивается обычно как комбинированная газошлаковая защита. Газовую защиту можно обеспечить или непосредственным введением в зону сварки защитных газов, или за счет содержащихся в покрытии или флюсе компонентов, которые при диссоциации и сгорании образуют вокруг зоны сварки атмосферу из защитных газов восстановительного характера (СО, Н2, Н). В последние годы отказываются от элементов, дающих защитную среду Н2 и Н, в связи с отмечавшимся вредным влиянием водорода.

8. На какой стадии процесса наиболее заметно выгорают легирующие элементы?

На стадии капли. На стадии капли параметры в большей мере зависят от параметров режима сварки. Для уменьшения испарения легирующих элементов стремятся сократить стадию капли, проводя сварочный процесс короткой дугой.