Лаба №3 (Всё что нужно по лабораторным работам)
Описание файла
Файл "Лаба №3" внутри архива находится в следующих папках: Всё что нужно по лабораторным работам, Отчеты. Документ из архива "Всё что нужно по лабораторным работам", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лабораторные работы", в предмете "физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Лаба №3"
Текст из документа "Лаба №3"
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 (IД, А);
7. Напряжения на дуге (UД, 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 КП 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.
Вид дуговой сварки | C | Mn | Si | Cr |
Сварка в атмосфере без защиты: проволока Св-08А проволока Св-18ХГСА | 0,3-0,4 0,29-0,34 | 0,39-0,56 0,63-0,69 | - 0:5-0,87 | - 0,9-0,95 |
Сварка в среде CO2: проволока Св-12Х19Н9Т проволока Св-18ХГСА | - 0,8 | 0,78 0,8 | 0,78 0,81 | 0,94 0,94 |
Сварка в среде Аг + 5% O2 проволока Св-18ХГСА проволока Св-10ГС | 0,6 0,59 | 0,69 0,41 | 0,71 0,32 | 0,92 - |
Сварка электродами УОНИ 13/45 | - | 0,45-0,55 | 0,14-0,27 | - |
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.