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; lвнеш – внешняя 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 ,г | 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!