СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Министерство образования и науки Украины

Государственное высшее учебное заведение

«Приазовский государственный технический университет»

Кафедра металлургии и технологии сварочного производства

Зусин В. Я.

Белик А. Г.

 

Исследование металлургических процессов при автоматической

Сварке под слоем флюса

Методические указания

по выполнению лабораторной работы

по курсу «Теория сварочных процессов»

для студентов направления подготовки 6.050504 «Сварка»

всех форм обучения

 

Мариуполь

2015

 

УДК 621.791.042(077)

 

Исследование металлургических процессов при автоматической сварке под слоем флюса : методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу «Теория сварочных процессов» для студентов направления подготовки 6.050504 «Сварка» всех форм обучения /сост.: В. Я. Зусин, А. Г. Белик. – Мариуполь : ПГТУ, 2015. – 13 с.

 

Рассматриваются теоретические основы металлургии сварки под флюсом, дается методика экспериментального исследования влияния режима сварки и флюса на кремне и марганце восстановительные процессы, рассматривается, как анализировать полученные данные.

 

Составители: В. Я. Зусин, д-р техн. наук, профессор,

                   А. Г. Белик, канд. техн. наук, доцент

 

Рецензент Т. Н. Башмакова, канд. техн. наук, доцент

 

 

Утверждено

на заседании кафедры металлургии и технологии

сварочного производства,

протокол № 4 от 26 декабря 2014 г.

 

Утверждено

методической комиссией сварочного факультета,

протокол № 2 от 19 января 2015 г.

 

 

© ГВУЗ «ПГТУ», 2015

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ.. 4

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ... 4

2 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 4

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 9

4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ. 11

5 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.. 12

6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 13

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 13


ВВЕДЕНИЕ

 

Лабораторные работы по курсу «Теория сварочных процессов» необходимы для закрепления теоретических знаний студентов, полученных при изучении лекционного материала. Выполнение экспериментальной части при проведении лабораторной работы даст возможность проанализировать полученные данные и подтвердить теоретические выкладки.

На лабораторную работу отводится 4 часа, т.е. два занятия. За это время студенты должны составить отчет, выполнить экспериментальную часть работы, получить и проанализировать результаты, а также защитить работу.

 

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

 

Цель работы – экспериментальное исследование влияния режима сварки (ток, напряжение на дуге, полярность) и марки флюса на переход кремния и марганца в металл шва при автоматической сварке под флюсом.

Задачи:

- ознакомится с теоретическими сведениями об исследуемом процессе;

- изучить эксперементальную схему для исследований;

- провести анализ полученных данных по результатам экспериментов.

 

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

При автоматической сварке под слоем плавленого флюса про­цессы легирования и раскисления металла шва протекают на осно­ве обменных реакций между шлаком и металлом. Так как плавленые флюсы представляют собой систему сложных силикатов или алюмо­силикатов, то в ходе обменных реакций с металлом в сварной шов переходит кремний и марганец.

Увеличение содержания в наплавленном металле марганца (или кремния) при автоматической сварке под флюсом происходит за счет шлакообменных реакций:

 

шлак             (MnO) Û   (Mn2+) + (O2–)        (Fe2+) Û (FeO)

пограничный слой Mn2+ + Fe0 Û   Mn0 + Fe2+

                                           ¯­ ¯­ 

металл                             [Fe] [Mn]                            [FeO]

 

Процесс может быть выражен обобщенной константой равнове­сия, учитывая, что концентрации в металле и шлаке связаны меж­ду собой согласно закону распределения

 

                     (2.1)

или

                                    (2.2)

 

Из последнего выражения видно, что содержание марганца в шве зависит от температуры и соотношения концентраций оксидов МnО и FeO в шлаке.

Подобным же образом рассчитывается концентрация кремния в шве

 

                             (2.3)

 

Зависимость содержания Si и Mn от состава флюса представлена на рис. 2.1 и рис. 2.2.

Таким образом, при сварке под плавлеными флюсами, содер­жащими MnO и SiO2, металл шва дополнительно легируется Mn и Si. Чем больше во флюсе содержание оксидов МnО и SiO2, тем интенсивнее протекает реакция восстановления Si и Mn из шлака и больше этих элементов переходит в шов.

 

[Si]и – исходная концентрация Si; [Si]ш – концентрация Si в шве. Рисунок 2.1 – Содержание кремния в металле шва в зависимости от кислотности флюса (флюс типа АН-20)  
[Mn]и – исходная концентрация Mn; [Si]и – исходная концентрация Si. Рисунок 2.2 – Переход марганца в шов при сварке марганцовистых сталей под флюсами равной кислотности

 

Составы наи­более распространенных плавленых флюсов приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Состав плавленых флюсов

Марка флюса

Химический состав, % по массе

SiO2 Al2O3 CaO MgO CaF2 Na2O+ K2O MnO FeO S P
ОСЦ-45 42- -45 2,5 5,0 1,0 5,5- -6,0 0,6- -0,8 38- -43 1,6 0,15 0,15
АН-348А 40,5- -41,0 3,0 5,5 5,5- -7,5 3,5- -5,6 34,5- -37,5 1,0 0,15 0,12
АН-20 21- -22 28- -32 3-7 9-13 26- -33 2,4- -3,0 0,5 1,0 0,08 0,05

 

При постоянном химическом составе флюса и проволоки кон­центрация Mn и Si, зависит от режима сварки (ток, напряжение на дуге, полярность). Это обусловлено, в основном, изменением относительной массы шлака, представляющей собой отношение коли­чества расплавившегося в единицу времени флюса (шлака) к весу расплавленного за то же время электродного металла.

Относительная масса шлака зависит от степени заглубления дуги в металл. Условно вся длина сварочной дуги может быть разделена на две части – та, что выше поверхности основного металла, называется внешней составляющей, та часть, которая заглублена в основной металл – проплавляющая составляющая (рис.2.3).

Приближенно можно считать, что проплавление основного металла осуществляется проплавляющей частью дуги, а плавление флюса – внешней составляющей. Таким образом, от соотношения этих составляющих зависит количество расплавляемого флюса. Расплавленный флюс вступает в химическое взаимодействие с рас­плавленным металлом и поэтому наблюдается больший или меньший переход Si и Mn в сварной шов. Чем больше плавится флю­са, тем большая его часть вступает во взаимодействие с метал­лом и больше Si и Мn переходит в шов.

1 – столб дуги; 2 – электрод; 3 – флюс; 4 – газовый пузырь, в котором горит дуга; 5 – основной металл; lc длина столба дуги; lвнешвнешняя составляющая столба дуги; lпр проплавляющая составляющая столба дуги.

Рисунок 2.3 – Схема горения дуги под флюсом

 

На соотношение составляющих дуги оказывают влияние ток и напряжение. С увеличением тока при неизменном напряжении на дуге растет проплавляющая составляющая дуги; дуга заглубляется в металл. Заглубление происходит за счет возрастания сил, действующих на каплю расплавленного металла в дуге (особенно электродина­мических). При заглублении дуги в основной металл внешняя со­ставляющая дуги уменьшается, меньше плавится флюса и меньше переход Si и Мn в шов.

С увеличением напряжения дуги при постоянном токе возрас­тает общая длина дуги, дуга становится менее жесткой и меньше проплавляет металл. Поэтому возрастает внешняя составляющая дуги, больше плавится флюса и растет переход Si и Мn в шов. Изменение состава металла шва в зависимости от напряжения на дуге приведено в таблице 2.2.

Сильное влияние на кремне-марганцевосстановительный процесс оказывает полярность постоянного тока.

 

Таблица 2.2 – Изменение состава металла шва в зависимости от напряжения на дуге

Напряжение, Uд, В [Si]ш, % [Mn]ш, %
34 0,15 0,60
43 0,21 0,75
51 0,25 0,88

 

При применении большинства плавленых флюсов коэффициент расплавления на прямой полярности больше, чем на обратной (это означает, что на ка­тоде выделяется относительно больше теплоты, чем на аноде). Поэтому при переходе с прямой полярности на обратную (при сохранении неизменными тока и напряжения), количество расплав­ляемого нелегированного металла в единицу времени уменьшается, а относительная масса шлака увеличивается, что приведет к уве­личению восстановления Si и Мn из шлака.

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 

Применяемые материалы и оборудование:

– автомат TC-I7M с питанием от источника постоянного тока ВС-600;

– сварочная проволока Св-08 диаметром 3 мм (3 кг), флюс АН-348А (6 кг), флюс АН-20 (1 кг);

– стальные пластины (Ст 3) размером 3003120340 мм – 6 шт;

– весы с с точностью 0,1 г;

– твердомер ТК-2;

– металлическая линейка, тиски, зубило, молоток, напильники (драчевый и личной), ведро с водой;

– термокарандаши для температуры до 200 °С.

Методика проведения работы.

Исследование влияния изучаемых факторов на восстановление Si и Мn состоит из шести опытов. Для их проведения подбирается режим сварки, рекомендованный в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1 – Результаты замеров и вычислений

№ опыта Полярность Марка флюса Ток, А Напряжение, В Скорость сварки, м/час Сменные шестерни вед/ведом Скорость подачи пров. V, м/час
1 Прямая АН-348А 300 40 19,5 23/30 120
2 Обратная АН-348А 300 30 19,5 18/35 81
3 Обратная АН-20 300 40 19,5 18/35 81
4 Обратная АН-348А 300 40 19,5 18/35 81
5 Обратная АН-348А 400 30 19,5 23/30 120
6 Обратная АН-348А 400 40 19,5 23/30 120

 

Продолжение таблицы 3.1

№ опыта Lш, см Gш gш, г/ч gэл, г/ч aр, г/А.ч c HRB
1              
2              
3              
4              
5              
6              

 

До начала проведения лабораторной работы осуществляется предварительная наплавка валиков. Коли­чество предварительно наплавленных слоев должно быть не меньше четырех, чтобы избежать влияния основного металла.

Последний слой (валик) наплавляется непосредственно при проведении лабораторной работы. После естественного остывания пластин с валиками до тем­пературы 200 °С со шва снимается шлаковая корка следующим обра­зом: от шлаковой корки отделяются начальные и конечные участ­ки корки (до 2 см) в области неустановившегося теплового ре­жима. Измеряется длина оставшейся части корки и определяется взвешиванием ее масса с точностью до 0,1 г. Результаты исследований записываются в таблицу 3.1. После этого пластины охлаждают в воде.

На поверхности валика в средней части наплавки напильника­ми делается площадка для замера твердости с помощью прибора ТК-2. Твердость измеряется в единицах. Роквелла по шкале "В". На каж­дом валике делается не менее пяти измерений.

 

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

Для объяснения полученных результатов необходимо провести расчеты.

Количество шлака, расплавившегося в один час (gш), рассчитывается по формуле:

, [г/час]                         (3.1)

где Gш масса шлаковой корки, г;

Lш – длина шлаковой корки, см;

Vсв – скорость сварки, м/час.

Количество электродного металла, расплавившегося в час (gэл), рассчитывается по формуле:

 

, [г/час]                         (3.2)

 

где Vэл – скорость подачи электродной проволоки, м/час;

g – плотность стали, г/см3, g = 7,85 г/см3;

d – диаметр электродной проволоки, см.

 

 

Относительной массы шлака (c) по формуле:

 

                                             (3.3)

 

Коэффициент расплавления электродной проволоки (aр) расчитывается по формуле:

,                            (3.4)

 

На основании полученных данных строятся гистограммы имеющие вид как показано на рисунке 3.1

 

 

 


Рисунок 3.1 – Пример построения гистограммы

 

На гистограммах представляются данные по оценке влияния тока, напряжения на дуге, марки флюса и полярности на переход кремния и марганца в металл шва.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

Отчет должен содержать цель работы, методику ее выполне­ния, расчетную часть, экспериментальные данные, сведенные в таблицу и графики, анализ полученных результатов и выводы. При оформлении отчета следует руководствоваться требованиями ДСТУ 3008-95.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем сущность кремне и марганцевосстановительных процес­сов при сварке под плавленными флюсами?

2. Как и почему влияет на переход Si и Мn в металл шва:

– марка флюса;

– величина сварочного тока;

– напряжение на дуге;

– полярность постоянного тока?

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 


Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 64; Мы поможем в написании вашей работы!




Мы поможем в написании ваших работ!