Міністерство освіти і науки молоді та спорту України Київський національний університет будівництва і архітектури
Кафедра металознавства і зварювання
Індивідуальна робота №1
на тему: «Визначення характеристик сталей і параметрів процесу ручного дугового зварювання»
Варіант № 19
Виконав: студент
групи ПЦБ- 39
Перевірив: доцент
Добровольський О. Г.
Київ-2012
1. Дати визначення ручного дугового зварювання. Розкрити фізико-хімічну суть процесу, устрій і склад електричної зварювальної дуги, звернувши увагу на її температуру.
Ручним дуговим зварюванням - називається процес отримання неразнімного з’єднання робітником вручну без застосування засобів автоматизації шляхом розплавлення крайок зварювальних заготовок і присаджувального металу (електродів) завдяки дії електричної дуги, перемішуванню розплавленого металу і кристалізації розплавленої ванни металу, що призводить до утворення зварного шва. Джерелом тепла в цьому процесі є електрична зварювальна дуга, яка має наступні характерні особливості.
Схема ручного дугового зварювання показана на рис. 2 .
Рис. 2. Схема ручного дугового зварювання металевим покритим електродом: 1– зварний шов; 2 – газова шлакова корочка; 3 – захисна газова атмосфера; 4 – електродне покриття; 5 – електродний стержень;6 – електрична дуга; 7 – краплі електродного металу; 8 – зварна ванна; 9 – заготовка
Електрична зварювальна дуга являє собою електричний розряд в газах подовженої дії між електродом і металом, що зварюється (рис 3). Вона характеризується яскравим світінням і високою температурою. Температура в середині електричної зварювальної дуги складає 6000…7000 ºС, а біля катоду і аноду температури дуги за рахунок відводу тепла знижуються і складають 2400 і 2600 ºС, відповідно. Дуга містить електрони, а також позитивно і негативно заряджені іони. Особливу увагу треба звернути на необхідність вмісту в дузі позитивно заряджених іонів легких металів (К+, Na+, Li+, Ca+…), без яких зварювальна електрична дуга була б нестійкою і процес зварювання був би неможливим. Саме стійкість зварювальної дуги, тобто тривалість її горіння, обумовлюється наявністю іонів легких металів. Без цих іонів електрична дуга тривало не горить, що робить процес зварювання неможливим.
Рис. 3. Схематичне зображення електричної зварювальної дуги : 1 – розплавлений метал; 2 – заготовка; 3 – катодна область; 4 – позитивно заряджені іони легких металів; 5 – електрони і негативно заряджені іони; 6 – анодна область; 7 – електрод; 8– стовп дуги; 9 – газовий захисний шар дуги.
В звичайних умовах гази, які являються ізоляторами, електрично нейтральні. Але, при загорянні електричної дуги під впливом дії електричного струму від поверхні нагрітого тіла відриваються електрони, які зі швидкістю 1,5…2 км/с устромляються до аноду. На своєму шляху вони стикаються з атомами різних речовин, в тому числі і з атомами легких металів, які в мовах електричного розряду перетворилися у пар(газ). При стиканні електронів з нейтральними атомами газів відбувається іонізація останніх. В результаті такого стикання замість однієї частинки утворюється три заряджених частинки. Процес іонізації стає лавиноподібним, що і забезпечує стійке горіння дуги при зварюванні.
2 . Дати визначення терміну “зварюваність”. Для трьох марок сталей, отриманих за своїм варіантом, розрахувати вуглецевий еквівалент і за його значенням визначитись з тим, яка з цих сталей має кращу зварюваність. Указати умови зварювання для кожної сталі. Вибрати найбільш придатну сталь для зварювання ручним дуговим способом, враховуючи її механічні властивості і хімічний склад...Розшифрувати кожну марку сталі.
Номери варіантів, марки сталей і геометричні характеристики зварних конструкцій:
№ варі- анту |
Марки сталей |
№ рис. виробу |
Розміри, мм |
||
D |
L |
S |
|||
19 |
Ст.0, 08кп, 15ХСНД |
Рис.1,в |
- |
1000 |
2 |
Зварюваність – це комплексна характеристика, яка вказує на здатність металу утворювати зварні з’єднання, що задовольняють умовам експлуатації. Ця характеристика може залежати від багатьох властивостей металу, що підлягає зварюванню, а саме, від таких як хімічний склад, теплопровідність, коефіцієнт термічного розширення, чутність до поглинання газів, здатність до окислювання, здатність до алотропічних перетворень, усадка при кристалізації тощо. Зварюваність гарна, коли не зменшуються міцність та інші фізичні характеристики, не утворюються тріщини холодні та гарячі, тобто коли метал не псується. З багатьох вказаних факторів дуже впливовим для зварюваності сталей є хімічний склад.
Зварюваність сталей залежить від вмісту вуглецю і ступеня легування. Найбільше на неї впливає вуглець – із збільшенням його вмісту зварюваність сталей погіршується. Звичайно вважається, що сталі, які містять менше 0,25...0,3%С, добре зварюються у широкому діапазоні товщин і режимів.
Для вуглецевих сталей зварюваність вважається доброю коли вміст вуглецю дорівнює < 0,3%С, задовільною – при 0,3...0,42%С, обмеженою – при 0,42...0,55%С і незадовільною – при > 0,55%С. Вуглецеві сталі, що містять < 0,3%С зварюються в будь яких умовах в широкому діапазоні товщин і форм деталей. Сталі, що містять 0,3...0,42%С можна зварювати при температурах. вищих ніж 5 ºС і, коли деталі мають велику товщину, то їх слід підігрівати до температури 150 ºС. Для зварювання сталей, що містять 0,42...0,55%С, деталі треба підігрівати до 150...300ºС, а для сталей, що містять > 0,55%С – до 200...500 ºС.
Легуючі елементи знижують зварюваність сталей. Попередня оцінка їх впливу на зварюваність визначається вуглецевим еквівалентом Се, який розраховують за формулою
Се = С + Mn/6 + (Cr + V + Mo)/5 + (Ni + Cu)/15,%
де символи хімічних елементів – вуглецю (С), марганцю (Mn), хрому (Cr), ванадію (V), молібдену (Mo), нікелю (Ni), міді (Cu) – показують їх процентний вміст в сталі.
Оцінка зварюваності виконується за даними табл.. 2