отчет (1043882)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Лабораторная работа №2.

"Влияние типа электродного покрытия, режимов и климатических условий сварки на газонасыщение и количество δ-Fe в металле шва".

Цель работы:

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

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

Теоретическая часть.

Дуга горит в атмосфере, содержащей 78% азота, 21% кислорода. 1% составляют пары воды и СО₂. Азот и кислород, взаимодействуя с жидким металлом капли и ванны, приводят к образованию неметаллических включений (нитридов и оксидов), что снижает пластические свойства металла шва. Водород из паров воды может насыщать металл, а при охлаждении выделяться из него и образовывать поры. Азот также растворяется в жидком металле, а при его кристаллизации частично выделяется в виде пор.

Для снижения контакта металла с воздухом применяют газовую струйную защиту, а при сварке электродами с покрытием - комбинированную газошлаковую защиту. Ее газовая составляющая образуется из нагревающегося при сварке газообразующего компонента электродного покрытия, который диссоциирует и выделяет защитный газ в виде струи благодаря образованию втулочки из покрытия. Газообразующие компоненты могут быть весьма различными в разных типах покрытий (А, Р, Б, Ц и смешанного типа).

Наиболее часто применяют компоненты типа карбонатов (соли угольной кислоты СаСОз , МnСОз, MgCО₃ и др.), выделяющие при нагревании углекислый газ СО2, либо органические вещества - крахмал, декстрин (клей), мука, которые также при горении образуют восстановительную и защитную струю: водород Н₂, окись углерода СО.

Последний вариант защиты имеет тот недостаток, что водород из защитной струи также может раствориться в жидком металле, вызвать поры и трещины. Общий недостаток струйной газовой зашиты состоит в том, что она зависит от силы тока, напряжения и, соответственно, длины дуги, разностенности покрытия электрода, а также от движения воздуха в зоне сваривания.

При сварке легированных сталей наиболее характерно образование пор, вызванное окислением углерода и неполным выделением продуктов реакции — СО₂ из металла шва. При сварке высоколегированных сталей наиболее характерно выгорание элементов - ферритизаторов (Сг, Ti, Si и др.) и насыщение азотом металла шва. Это приводит к образованию горячих трещин вследствие исчезновения δ-Fe и перехода к однофазной аустенитной структуре металла шва.

Оборудование и приборы для проведения работ.

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. Овдиметры для измерения количества выделившегося диффузионного водорода.

6. Ферритометр для измерения ферритной фазы в металле шва.

Первый этап 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.

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;

3. То же, но с увеличением силы тока.

Второй этап работы.

Высоколегированные Cr-Ni и Cr-Ni-Mn стали с однофазной аустенитной структурой обладают рядом особых свойств (коррозионной стойкостью, жаропрочностью, криогенной прочностью. 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 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. 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 (δ—Fe), имеющий повышенное количество хрома и ОЦК решетку. 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. Чем больше феррита, тем меньше размеры ведущей фазы - аустенитных кристаллитов и выше сопротивляемость образованию горячих трещин.

Однако при чрезмерном количестве δ-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 σ-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 δ-Fe, и аустенизаторов (Ni, Mn, N, С), препятствующих его образованию. Совместное влияние ферритизаторов оценивают величиной хромового эквивалента (Сг_э), аустенизаторов - величиной никелевого эквивалента (Niэ). Прогнозирование количества δ-Fe осуществляется по структурной диаграмме Шеффлера (рис.8, 9),по положению точки с координатами по горизонтали, равными Сг_э а по вертикали - Niэ.

Разработан ряд математических моделей диаграммы Шеффлера. Из них наиболее простая:

Она рекомендована для сталей, содержащих не более 15% феррита.

Однако в процессе сварки количество δ-Fe в шве может изменяться при перемешивании электрода с основным металлом, а также в результате окисления ферритизаторов кислородом или насыщения аустенизаторов азотом из воздуха при недостаточной защите или чрезмерной длине дуги. Поэтому, наряду с графоаналитическим, необходим экспериментальный метод контроля количества δ-Fe.

Необходимо выполнить следующее:

1. Ознакомиться и получить навыки прогнозирования и измерения количества δ-Fe в аустенитных швах.

2. Выявить, влияет ли влажность электродного покрытия, движение воздуха в зоне сварки, сила тока или длина дуги на количество δ-Fe в наплавке, формирующейся в медной форме.

Контрольные вопросы:

1. Почему на этапе охлаждения растворенные газы выделяются не полностью?

Скорость охлаждения больше скорости диффузии, некоторые растворенные газы вошли в поры.

1. По какому параметру оценивают газовую защиту электродного покрытия?

1. Почему электроды с разным покрытием имеют различную чувствительность к влажности воздуха и движению ветра?

1. Как объяснить увеличение пористости при сварке с повышенной силой тока?

большая длина дуги, размер капли и расстояние которое проходит капля

1. При каких температурах формируется водородная и азотная пористость?

1. Что способствует удалению пузырьков газа из металла шва?

Перемешивание.

1. Почему в аустенитном состоянии стали равновесная растворимость азота и водорода по мере роста температуры изменяется по противоположным законам?

1. Чем отличается α и у фаза в хромоникелевой аустенитной стали от α-Fe и y-Fe в углеродистой?

1. Как по условному обозначению электрода определить структуру наплавленного металла?

1. Как повлияет участие стабильно аустенитного основного металла в реальном процессе сварки на структуру металла шва?

1. Почему необходимо ограничивать количество δ-Fe в швах?

1. Можно ли после сварки изменить структуру аустенитного шва и каким образом?

1. Почему при обработке шлифа кислотами δ -феррит, по сравнению с аустенитом, слабее травится?

1. Почему снижается доля δ-Fe при воздействии ветра и увеличении силы тока?

Эксперимент.

Режимы:

Измерения:

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лабораторной работы