СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Наименование и цель работы.
2. Краткое описание системы классификации и маркировки цветных металлов – меди и алюминия, и их сплавов.
3. Результаты выполнения задания (табл.).
Результаты работы по классификации и маркировке
Марка материала
|
Наименование материала
|
Расшифровка материала
|
Качество материала
|
Назначение материала
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое латунь, бронза, силумин и их характеристики?
2. Как классифицируются латуни по химическому составу?
3. Как классифицируются бронзы?
4. Особенности алюминия и его сплавов.
Практическое занятие №6
Образование сварного шва
Характер проведения работы – репродуктивный.
Форма организации работы – фронтальная.
Цель работы: Изучение образования сварного шва при дуговой сварке.
Материал: 1. Г.Г.Чернышов, Г.В.Полевой Справочник электрогазосварщика и газорезчика. Учебник. Москва, ИЦ «Академия»
2.Г.Г.Чернышов Справочник электросварщика и газорезчика.
Учебник. Москва, ИЦ «Академия»
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Электродуговая сварка – один из самых распространенных методов сварки, используемых как для промышленного изготовления сварных изделий, так и для сварочных работ, производимых для бытовых нужд. Суть электродуговой сварки состоит в том, что кромки свариваемых деталей расплавляются под воздействием высокой температуры дугового разряда. Расплавленные кромки соединяются неразрывно, образуя сварной шов, и затвердевают. А источником столь высокой температуры в данном случае является сварочная дуга, которая представляет собой устойчивый электрический разряд, появляющийся в наполненной ионами смеси паров расплавленного металла и газов. Основными характеристиками сварочной дуги являются:
большая плотность тока
высокая температура, которая может достигать 4500-6000 градусов, что превышает температуру плавления любого из металлов, которые могут подвергаться сварке.
Образование сварочной дуги. Рисунок по учебнику «1» с. 15
Для того, чтобы создать устойчивый электрический разряд, требуется источник тока, который генерирует постоянное или переменное напряжение. Таким источником тока при сварке выступает сварочный аппарат. Ток подается на поверхность свариваемой металлической заготовки и на сварочный электрод. Это позволяет создать между поверхностью металла и электродом электрическую дугу. Особенностью этой дуги является то, что сопротивление ее выше сопротивления электрода и проводов, по которым подается ток, и именно поэтому в дуге и образуется столь высокая температура.
Но для того, чтобы дуга появилась и стабильно горела, воздух между электродом и поверхностью металла должен быть насыщен положительно и отрицательно заряженными частицами, то есть, электронами и ионами. Другими словами, необходима ионизация воздуха, которая и производится в момент зажигания дуги, а во время ее горения поддерживается.
Зажигание сварочной дуги происходит вследствие короткого замыкания, которое образуется в момент касания электрода поверхности металла. И конец сварочного электрода, и поверхность металлической заготовки не являются идеально ровными, поэтому и короткое замыкание при контакте электрода с металлом появляется не на всей поверхности, а в отдельной точке. Именно в этой точке плотность тока имеет максимальное значение, что приводит к мгновенному расплавлению металла и образованию слоя жидкого металла между концом электрода и поверхностью свариваемой заготовки. После этого электрод отводится от поверхности заготовки на расстояние, которое называется длиной сварочной дуги, а слой жидкого металла начинает растягиваться, при этом одновременно уменьшается его сечение. В тот момент, когда металл достигает температуры кипения, он испаряется и контакт между электродом и металлом разрывается. В результате появляется промежуток, который заполняется положительно и отрицательно заряженными частицами паров расплавленного металла, газа и плавящегося покрытия сварочного электрода. То есть, образуется некий светящийся столб, состоящий из ионов, электродов и нейтральных атомов. Это и есть сварочная дуга.
Образование сварного шва.
Схема сварочной дуги находится в неразрывной связи с процессом образования сварного шва.
Образование сварочного шва происходит следующим образом:
Покрытие электрода, сам электрод, а также поверхность металлической заготовки плавятся под воздействием высокой температуры, которой обладает сварочная дуга.
В том месте, где находится расплавленный металл, появляется сварочная ванна, в которую попадают жидкие частицы расплавленного сварочного электрода.
В то же время расплавленное покрытие электрода служит основой для образования облака газов, которое надежно защищает поверхность металла от воздействия на нее кислорода и азота из окружающего воздуха (попадание в расплавленный металл этих элементов может привести к уменьшению прочности шва).
После переноса электрода в другую точку, металл постепенно остывает и затвердевает, образуя сварочный шов, на поверхности которого имеется пленка из шлаков.
Шлаковую пленку с поверхности сварного шва можно будет впоследствии удалить, но в процессе сварки недопустимо попадание шлаков внутрь сварного шва, так как в результате этого шов перестанет быть однородным, в нем появятся поры, а значит, он станет менее прочным и более хрупким. Для того, чтобы избежать этого, поверхность металла перед началом ведения сварки необходимо тщательно очистить от загрязнений и посторонних примесей – например, от ржавчины или окалины. Сделать это можно с помощью металлической щетки или растворителя. А те загрязнения, которые не удаляются привычными способами, можно удалить с помощью пламени горелки, после чего поверхность металла необходимо еще раз очистить металлической щеткой.
Процесс образования сварного шва является сложным металлургическим процессом, протекающим в следующих характерных для него условиях: 1) при высокой температуре; 2) в небольшом объеме расплавленного металла; 3) в течение короткого времени; 4) при быстром отводе тепла в прилегающий твердый металл; 5) при участии двух разных металлов; 6) при интенсивном воздействии окружающих газов и шлака.
Сварочная ванна представляет собой участок расплавленного метала, перемещающийся вместе со сварочной дугой вдоль шва со скоростью сварки. Она имеет в продольном сечении форму, показанную на рисунок справа. В головной части ванна глубже, так как здесь жидкий металл находится под давлением дуги РД, обусловленным давлением газов, ударами заряженных частиц о поверхность металла и электромагнитным дутьем дуги. Глубина ванны зависит от плотности тока и скорости сварки, возрастая с повышением плотности и уменьшением скорости.
Жидкий металл ванны находится в непрерывном движении и перемешивании. Давлением дуги он вытесняется со дна ванны на ее боковые поверхности, образуя кратер.
Жидкий металл откладывается отдельными порциями и давление дуги периодически изменяется, отчего при затвердевании металла шва на его поверхности образуются волны (чешуйки). Чем толще слой шлака над расплавленным металлом шва, тем чешуйки будут тоньше, а поверхность шва — более ровной и чистой. Особенно чистой поверхность шва получается при автоматической сварке под флюсом.
При ручной дуговой сврке размеры ванны примерно следующие, мм: длина = 20-30, ширина = 8-12, глубина = 2-3 мм
При сварке под флюсом размеры ванны примерно следующие, мм: длина = 80-120, ширина = 20-30, глубина = 15-20.
Время, в течение которого металл ванны находится в жидком состоянии, зависит от способа и скорости сварки. Например, при ручной сварке током 150—200 а со скоростью от 3 до 11 м/ч это время составляет от 24 до 6,5 сек при автоматической под флюсом со скоростью 50 м/ч — 4,4 сек.
По линии АБВ ванны (см. рис. 32) протекает процесс плавления основного металла, а по линии ВГА — кристаллизации металла шва.
Кристаллизацией называется процесс образования зерен (кристаллитов) расплавленного металла при переходе его из жидкого состояния в твердое. Это, так называемая, первичная кристаллизация. Существует еще вторичная кристаллизация, при которой происходит изменение структуры уже затвердевшего металла. Первичная кристаллизация металла шва начинается в результате его охлаждения при отводе тепла в толщу твердого металла, окружающего сварочную ванну. Сначала возникают отдельные центры кристаллизации, а от них начинают расти уже сами кристаллы, образующие зерна металла.
Первичная кристаллизация зарождается в первую очередь по линии сплавления I—II (рис. 33, а), на границах частично оплавленных зерен твердого металла, так как именно здесь начинается охлаждение ванны. Кристаллы растут в сторону толщи металла шва, как показано стрелкой, перпендикулярно плоскости отвода тепла. Количество, форма и расположение зерен зависят от места зарождения центров кристаллизации, скорости роста зерен, скорости охлаждения и направления отвода тепла, а также от наличия в расплавленном металле посторонних включений. При затвердевании металла сварочной ванны (рис. 33, б) сначала возникают быстрорастущие кристаллы вследствие интенсивного отвода тепла в основной металл. Между ними появляются более мелкие и медленнее растущие кристаллы, поскольку от них тепло отводится не так быстро. Затем зерна смыкаются и из них продолжают расти только те, которые расположены перпендикулярно поверхности раздела между твердым и жидким металлом. При уменьшении скорости охлаждения центры кристаллизации возникают более равномерно по всему объему металла, а зерна растут во все стороны. Первичная кристаллизация металла шва протекает периодически и при специальном травлении в нем можно различить слоистое строение.
Металл шва в результате первичной кристаллизации получает или гранулярную (зернистую) структуру, при которой зерна не имеют определенной ориентировки, а по форме напоминают многогранники, или столбчатую и дендритную структуру, при которой зерна вытянуты в одном направлении (рис. 33, в). При столбчатой структуре зерна имеют компактную вытянутую форму, при дендритной — ветвистую, напоминающую дерево. Дендриты обычно располагаются в столбчатых зернах, являясь их основой.
Чем быстрее охлаждение металла, тем больше образуется центров кристаллизации и тем мельче будут зерна. При медленном охлаждении в процессе затвердевания металл приобретает крупнозернистое строение. Столбчато-дендритная структура с крупными зернами (см. рис. 33, в) характерна для сварки под флюсом, где охлаждение металла шва происходит медленнее, чем при ручной сварке. Гранулярная структура присуща сварке покрытыми электродами. Она может быть крупной и мелкой, в зависимости от условий охлаждения и кристаллизации. Мелкозернистая гранулярная структура повышает механические свойства наплавленного металла.
Зерна основного металла отличаются по форме от зерен металла шва тем, что они деформированы и вытянуты в направлении прокатки.
Находящиеся в жидком металле примеси и загрязнения (окислы, шлаки и др.) имеют более низкую температуру затвердевания, чем металл, и при застывании располагаются по границам зерен, ухудшая их сцепление между собой. Это снижает прочность и пластичность наплавленного металла. Чем чище наплавленный металл, тем выше его механические свойства.
Форма шва имеет значение для направления кристаллизации и расположения неметаллических включений. При широких швах (рис. 33, г) эти включения вытесняются наверх и могут быть легко удалены; при узких швах (рис. 33, д) включения часто остаются в середине шва между зернами.
Строение сварного шва. Рисунок по учебнику «2» с. 54
Рассмотрим вопрос о строении сварного шва на примере сварки низкоуглеродистой стали, имеющей наибольшее применение в сварных конструкциях.
На тщательно отшлифованной поверхности разреза сварного шва, протравленной специальным раствором, можно ясно видеть отдельные участки, имеющие различное строение зерен и называемые зонами сварного шва. Эти зоны следующие:
1 Основной металл, который в процессе сварки нагревается и частично расплавляется. Чем выше температура нагрева, тем большие изменения будет претерпевать металл. В той зоне основного металла, где температура нагрева углеродистой стали не превышает 720° С, сталь сохраняет те же свойства, которыми она обладала до сварки.
2. Металл шва образуется в результате кристаллизации расплавленных основного и электродного (присадочного) металла. Доля электродного металла шва составляет при ручной дуговой сварке от 50 до 70%, при сварке под флюсом от 30 до 40%. Химический состав металла шва может значительно отличаться от состава основного металла вследствие химических реакций и перемешивания, происходящих в сварочной ванне. На химический состав металла шва влияет также состав покрытия, флюса, режим сварки, защита дуги от окружающей атмосферы и пр.
3. Зона сплавления, расположенная на границе между основным и наплавленным металлом. Если зерна основного и наплавленного металла хорошо срослись и как бы проникают друг в друга, то такие швы обладают наибольшей прочностью. Зона сплавления имеет очень малую ширину и трудно различима, так как сливается с границей шва. Если между зернами основного металла и металла шва имеется пленка окислов, то в этом месте шов обладает пониженной прочностью из-за нарушения сцепления частиц основного и наплавленного металла.
4. Зона термического влияния. За зоной сплавления располагается участок основного металла, где он не изменяет своего первоначального химического состава. Однако структура основного металла, на этом участке меняется под влиянием нагревания при сварке. Этот участок носит название зоны термического (теплового) влияния или просто зоны влияния.
Строение зоны влияния при ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали схематически показано на рис. 34, а. Рядом с металлом шва расположена зона сплавления, с которой граничит участок перегрева. Здесь основной металл уже не нагревается до температуры плавления, хотя температура его достаточно высока и лежит в пределах 1100—1500° С, что вызывает значительный рост зерен на данном участке, и почти всегда сопровождается образованием игольчатой структуры. Эта часть шва обычно является наиболее слабым местом и металл здесь обладает наибольшей хрупкостью, хотя это существенно не влияет на прочность сварного соединения в делом, за исключением тех случаев, когда перегрев значителен.
По мере удаления от оси шва температура металла понижается. В пределах температур 900—1100°С находится участок нормализации, характеризующийся наиболее мелкозернистым строением, так как здесь температура нагрева лишь незначительно превышает критическую* температуру. На участке нормализации металл сварного соединения обладает наибольшей прочностью и пластичностью.
Следующий участок основного металла, лежащий в пределах температур 720—900° С, подвержен лишь частичному изменению структуры и потому называется участком неполной перекристаллизации. В нем наряду с довольно крупными зернами имеются скопления мелких зерен. В этой части металла, подведенного тепла, уже оказалось недостаточно для перекристаллизации и измельчения всех зерен. Участок, соответствующий нагреву от 500 до 720°С, называется участком рекристаллизации; в нем структура стали не изменяется, а происходит лишь восстановление прежней формы и размеров зерен, разрушенных и деформированных при прокатке металла. При дальнейшем понижении температуры от 500° С и ниже нельзя заметить признаков теплового воздействия на основной металл.
|
