Министерство образования и науки

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра оборудования и технологии сварочного производства

Отчет к лабораторной работе № 3

по дисциплине «Физические основы получения неразъемных соединений»

«Изучение физико-химических процессов,

протекающих при газопламенной сварке металлов»

Выполнил:

студент ФАТС группы СП-459

Шакиров Р.Д.

Принял:

Яковлев Г.Х.

Уфа 2010 г.

Ц е л ь р а б о т ы:

1.Изучение особенностей физико-химических процессов, происходящих при газопламенной сварке малоуглеродистых и низколегированных сталей;

2.Ознакомление с оборудованием, используемым для газопламенной сварки;

3.Ознакомление с требованиями к организации рабочего места для газопламенной сварки в помещениях (в цехах предприятий, лабораториях учебных заведений) и в монтажных условиях.

1.Теоретические сведения

Газопламенная сварка в настоящее время широко используется для получения неразъемных соединений при сооружении ответственных технологических трубопроводов небольшого диаметра (до 57 мм) из малоуглеродистых и низколегированных сталей на предприятиях нефтехимической промышленности. Она находит преимущественное применение также при монтаже трубопроводов небольшого диаметра для подачи воды и природного газа при промышленном и гражданском строительстве. Газовое пламя широко используется в различных отраслях промышленности и при получении паяных неразъемных соединений.

1.1.Физико-химические процессы, протекающие при газопламенной сварке металлов

Время протекания физико-химических процессов, происходящих при газопламенной сварке металлов, можно разделить на две стадии: стадию расплавления кромок с образованием сварочной ванны и химических связей между атомами жидкого металла и стадию охлаждения и формирования кристаллической структуры.

На первой стадии осуществляются физико-химические процессы, целью которых является обеспечить возможность и условия для образования неразъемного соединения. Это процессы горения и формирования газового пламени; нагрев и местное расплавление кромок газовым пламенем с сопутствующей этому процессу активацией атомов расплавляемого металла; образование стекающим с кромок жидким металлом общей сварочной ванны, заканчивающееся установлением физического контакта и химических связей между атомами.

При наличии зазоров и разделки кромок, а также для обеспечения усиления шва, в большинстве случаев газопламенной сварки процесс местного расплавления кромок дополняют расплавлением присадочного материала, стекающего в общую с кромками сварочную ванну. В качестве присадочного металла используют обычно отрезки проволоки диаметром 2 – 3 мм.

Процессы активации атомов при газопламенной сварке происходят одновременно с процессами нагрева и плавления кромок и присадочного металла. При стекании расплавленного металла кромок и проволоки в общую ванну и его перемешивании одновременно с формированием общей ванны жидкого металла происходят процессы образования физического контакта атомов жидкого металла, т.е. их сближение до расстояний 3 – 4 Ǻ. Установление физического контакта активированных атомов завершается образованием между ними химических связей. Т.е. образование неразъемного соединения, выражающееся в установлении химических связей, при газопламенной сварке, как и при других способах сварки плавлением, происходит непосредственно в формирующейся сварочной ванне жидкого металла.

Наряду с указанными выше основными физическими процессами на первой стадии протекают также дополнительные физико-химические процессы: диссоциация молекул газовой смеси и растворение атомов компонентов газовой фазы в жидком металле; взаимодействие основы расплавленного металла и легирующих элементов с компонентами газовой фазой с образованием окислов и других химических соединений. На этой же стадии могут протекать различные химические реакции и в жидком металле сварочной ванны.

На второй стадии, при охлаждении жидкого металла ванны, происходят процессы упорядочения и упрочнения образовавшихся химических связей атомов, формируется первичная кристаллическая структура металла шва. С понижением температуры расплава сварочной ванны, вследствие уменьшения растворимости, из нее начинается выделение атомов растворенного газа виде пузырьков, которые при неблагоприятных условиях их удаления могут образовать дефекты сварного соединения – поры. При формировании первичной кристаллической структуры нерастворимые в твердом металле окислы и другие химические соединения, выделяясь по границам зерен, также приводят к ухудшению свойств получаемого неразъемного соединения, его охрупчиванию. При формировании кристаллической решетки в жидко-твердом металле ванны вследствие неблагоприятной концентрации ликвирующих примесей могут образоваться горячие трещины.

При газопламенной сварке конструкционных материалов, испытывающих при нагреве и охлаждении аллотропические превращения кристаллической решетки, в процессе дальнейшего охлаждения затвердевшего металла сварочной ванны в нем, вследствие перестроения первичной структуры, формируется вторичная структура. К таким материалам относятся малоуглеродистые и низколегированные стали.

В большинстве случаев появление вторичной структуры кристаллического строения металла шва приводит к уменьшению размера зерен и повышению пластичности сварного соединения.

При охлаждении с высокими скоростями, особенно при сварке низколегированных сталей, в металле шва и околошовной зоны могут появиться участки с мартенситной структурой. В таких участках, особенно при наличии в них пор и высоком содержании растворенного водорода, могут образоваться холодные трещины.

В металле околошовной зоны в случаях его перегрева газовым пламенем в процессе расплавления кромок может сформироваться крупнозернистая структура с низкой пластичностью.