Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с общим порядком проведения приёмо-сдаточных испытаний электродов.

2. Ознакомиться с порядком и требованиями изготовления образцов для проведения приёмо-сдаточных испытаний электродов.

3. В соответствии с заданием преподавателя изготовить образцы для контроля механических свойств металла шва и химического состава наплавленного металла.

4. Произвести наплавку образца указанными электродами и определить химический состав наплавленного металла.

5. Произвести сварку образцов указанными электродами для определения механических свойств металла шва.

6. Провести испытания образцов и определить механические свойства металла шва.

7. Составить отчёт о проделанной работе.

Содержание отчёта

1. Цель работы.

2. Перечислить порядок проведения приёмо-сдаточных испытаний электродов.

3. Изложить порядок и требования изготовления образцов для проведения приёмо-сдаточных испытаний электродов

4. Составить таблицы результатов определения химического состава наплавленного металла и механических свойств металла шва.

Марка электрода	Содержание химических элементов в наплавленном металле, %								Соответствие требованиям нормативной документации
	C	Mn	Si	S	P	Ni	Cr	Другие элеме-нты

Марка электрода	Диаметр электрода, мм	Характеристика металла шва или сварного соединения							Соответствие требованиям нормативной документации
		σв	σт	δ5, %	Угол изги-ба, о	KCU	KCV	Твёрдость наплавленного металла, HRC или HB
		Н/мм2				Дж/см2, при температуре испытаний, оС

Лабораторная работа № 5 расчёт шихты порошковой проволоки

Цель работы. Изучение способа расчёта состава шихты сердечника порошковой проволоки.

Оборудование:

1. Оборудование для измельчения и подготовки компонентов шихты сердечника порошковой проволоки;

2. Смеситель для сухого смешивания шихты;

3. Формирующее устройство для изготовления заготовки;

4. Стан для волочения порошковой проволоки;

5. Микрометр, штангенциркуль, линейка, набор слесарного инструмента, весы;

6. Сварочный пост, содержащий сварочные аппараты постоянного и переменного тока с приборами контроля силы сварочного тока и напряжения;

7. Химическая лаборатория.

Содержание и методика проведения работы

При расплавлении порошковой проволоки, например сварочной дугой, состав наплавленного металла определяется сплавлением металлической составляющей оболочки и порошкообразной сердцевины. Весовые соотношения количества металла оболочки и сердцевины определяются начальными размерами ленты, плотностью металла ленты и насыпным весом порошка сердцевины. Плотность порошка зависит от его состава, грануляции и степени уплотнения при засыпке в желобок и формовке. При обычных конструкциях порошковых проволоках со стальной оболочкой коэффициент заполнения К_З составляет 0,15…0,45%.

Конечный диаметр порошковой проволоки определяется возможностями вытяжки материала ленты и уплотнением порошка в сердечнике. При этом коэффициент заполнения К_З остаётся равным исходному значению.

Общая схема расчёта шихты порошковой проволоки следующая. Для расчёта необходимо задаться отношением веса порошковой шихты к общему весу порошковой проволоки т.е.:

В пределе 0,15…0,45% конкретная величина этого соотношения может быть оценена по некоторым общим соображениям о плотности насыпных материалов – их насыпном весе, по опыту изготовления подобных же порошковых проволок, и уточняется изготовлением опытной проволоки рассчитанного состава с дальнейшим размонтированием некоторого куска по длине раздельным взвешиванием порошка и ленты, составляющий этот кусок.

Таблица 1

Плотность различных материалов, применяемых

для изготовления сердечника порошковых проволок

Наименование материала	Плотность, г/см3	Содержание основного элемента, %
Мрамор	2,7…2,9	-
Плавиковый шпат	3,0…3,2	-
Полевой шпат	2,5…2,7	-
Двуокись титана	3,5	-
Рутиловый концентрат	4,2	TiO2
Кварцевый песок	2,65	-
Марганцевая руда	4,8…5,1	-
Ферромолибден	9,0	Mo=60%
Молибден металлический	4,8	-
Хром металлический	7,15	Cr=98%
Ферротитан	~6,0	Ti=25%
Феррованадий	7,0	V=40%
Ферровольфрам	16,5	W=80^
Марганец металлический	7,3	-
Ферромарганец	6,7…6,9	Mn=82%
Феррониобий	7,3	Nb=49%
Ферросилиций	~3,3	Si=75%
Ферросилиций	~5,1	Si=45%
Алюминиевый порошок	2,7	-
Железный порошок	7,8	-
Силикатная глыба	1,9	-
Графит	2,2	-
Слюда	2,8	-

По принятому или установленному значению соотношения G_Ш/G_П, расчёт осуществляется в общей форме в виде решения системы уравнений:

;

……………………………………………………..

,

где a, … , i – легирующие элементы (C, Mn, Cr, W, Mo и т.д.); К , … , К –коэффициенты перехода этих элементов при принятом способе и вспомогательных сварочных материалах (защитный газ, флюс и т.д.); х₁, … х_n – долевое участие материала (ферромарганца, ферровольфрама, хрома металлического и пр.) в шихте порошковой проволоки, т.е. те величины, которые необходимо определить расчётом; k , … , k , k , … , k – концентрации элементов в соответствующих материалах, вводимых в шихту порошкообразной составляющей проволоки.

Если легирующий элемент, например i, вводится только одной составляющей порошка (например, k_n), то соотношение между необходимой концентрацией этого элемента в наплавленном металле А_i и количеством материала k_n, вводящего этот элемент в шихту порошка, определяется простой формулой

откуда

Для оценки состава наплавки (а не наплавленного металла) необходим учёт долевого участия ψ расплавленного основного металла в слое наплавки. Так уже в четвёртом слое доля основного металла составляет 5…7% и наплавка состоит почти из чистого (93…95%) наплавленного металла.

Произведём расчёт для ψ = 0 применительно к нелегированной ленте и необходимому составу наплавленного металла: 16…18% Cr; 2,5…3,5% С; 0,4…0,6% Ti; 0,5…0,7% В. Легирование металла шва осуществляется порошковыми материалами, указанными в таблице 2.

Таблица 2

Составы некоторых шихтовых материалов порошковых проволок

Материал	Химический состав по основным легирующим элементам, %
	C	Cr	Ti	B
Феррохром углеродистый	7,12	72,1	-	-
Ферротитан	0,1	-	22,07	-
Ферробор	-	-	-	7,31
Графит серебристый	70,0	-	-	-

В связи с наличием в шихте материалов, имеющих большую плотность, относительный вес сердцевины должен быть принят (для ориентировочного расчёта) близким к верхнему пределу отношения G_Ш/G_П. Предположим, что после начального изготовления порошковой проволоки экспериментально получили G_Ш/G_П = 0,43. Для того чтобы привести сразу конечный расчёт, берём эту величину отношения G_Ш/G_П (если бы её приняли ошибочно, то после эксперимента по определению отношения G_Ш/G_П необходим был бы перерасчёт).

Коэффициенты перехода легирующих элементов, взятые из предварительных опытов по применению подобных порошковых проволок при сварке под намечаемым флюсом и принятые для дальнейшего расчёта, следующие: углерод – 0,65; хром – 0,92; титан – 0,36; бор – 0,85.

Произведём расчёт применительно к минимальному и максимальному допустимым пределам содержания легирующих элементов в наплавке:

Так как феррохромом и ферротитаном уже вводится в шихту углерод, сначала определяют это введённое ими количество:

Затем определяют, сколько надо добавить графита для получения среднего количества углерода в наплавке (при выбираемом допустимом пределе 3…3,5%):

Суммарное количество материалов, которое необходимо ввести в порошковую шихту, по минимальному и максимальному пределам получается:

Естественно, что максимального легирования путём применения такой порошковой проволоки получить нельзя (∑ Х_max = 114,91%). А минимальное легирование такой проволокой получить можно (∑ Х_min = 93,82%), добавив в шихту железного порошка (100 – 93,82 = 6,18%). Легирование большее, чем минимальное (но не меньше максимального) можно получить, пересчитав шихту на 100% без добавления железного порошка:

Тогда ожидаемое количество хрома в наплавленном металле будет:

Аналогично рассчитывается и возможное легирование другими элементами.

Таблица 3

Состав шихты (наполнителя) некоторых марок порошковых проволок

Наименование материала	Состав шихты, %, в зависимости от марки порошковой проволоки
	ПП-Нп-18Х1Г1М	ПП-Нп-25Х5ФМС	ПП-Нп-35В9Х3СФ	ПП-Нп-100Х4Г2АР	ПП-Нп-14ГСТ	ПП-Нп-80Х20Р3Т	ПП-Х10В14	ПП-СП-10
Феррохром	12,9	17,	15,3	37,4	-	26,1	55	-
Железный порошок	51,7	46,9	25,14	42,1	46,1	-	-	52,8
Кремнефтористый натрий	-	6,6	6,6	-	-	-	2,5	3,5
Графит	2,5	-	0,66	1,6	-	-	-	-
Ферромарганец	7,3	2,6	4,3	-	1,7	-	-	3,5
Ферровольфрам	-	-	45,0	-	-	-	40	-
Феррованадий	-	4,0	3,0	-	-	-	-	-
Ферромолибден	4,8	7,9	-	-	-	-	-	-
Ферросилиций 75	-	3,6	-	4,6	-	-	-	-
Ферросилиций 45	-	-	-	-	-	-	-	1,4
Мрамор	12,5	-	-	-	7,2	2,6	-	5,0
Плавиковый шпат	8,3	-	-	-	16,3	-	-	17,0
Хром металлический	-	11,3	-	-	-	13,9	-	-
Ферротитан	-	-	-	-	13,3	7,8	-	1,7
Ферробор	-	-	-	9,4	-	-	-	-
Пульвербакелит	-	-	-	0,9	-	-	-	-
Нитрид бора	-	-	-	0,9	-	-	-	-

Окончание таблицы 3

Наименование материала	Состав шихты, %, в зависимости от марки порошковой проволоки
	ПП-Нп-18Х1Г1М	ПП-Нп-25Х5ФМС	ПП-Нп-35В9Х3СФ	ПП-Нп-100Х4Г2АР	ПП-Нп-14ГСТ	ПП-Нп-80Х20Р3Т	ПП-Х10В14	ПП-СП-10
Марганец азотированный	-	-	-	3,1	-	-	-	-
Рутиловый концентрат	-	-	-	-	15,4	-	-	13,5
Бой графитовых электродов	-	-	-	-	-	-	2,5	-
Лигатура железо-хром-бор	-	-	-	-	-	49,6	-	-
Алюминиевый порошок	-	-	-	-	-	-	-	1,6
ИТОГО	100	100	100	100	100	100	100	100

Таблица 4

Химический состав наплавленного металла, выполненный порошковыми проволоками

Марка проволоки

Массовая доля элементов в наплавленном металле, %

C

Cr

Mn

Si

Mo

Ti

V

W

B

N

S

P

Не более

ПП-Нп-18Х1Г1М

0,14… 0,2

1,2… 1,8

1,2… 1,8

≤ 0,8

0,3…0,6

0,04

0,06

ПП-Нп-25Х5ФМС

0,2… 0,31

4,7… 6,0

0,4… 0,9

0,8… 1,3

1,0… 1,5

0,3… 0,6

0,04

0,04

ПП-Нп-35В9Х3СФ

0,27… 0,4

2,2… 3,5

0,6… 1,1

0,2… 1,0

0,2… 0,5

8,0… 11,0

0,04

0,04

ПП-Нп-100Х4Г2АР

0,6… 1,1

0,3… 0,6

1,5… 3,0

0,5… 2,0

0,15… 0,6

0,1… 0,3

0,04

0,04

ПП-Нп-14ГСТ

≤ 0,14

0,3… 0,8

0,3… 0,8

0,2… 0,6

0,03

0,03

ПП-Нп-80Х20Р3Т

0,5… 1,2

18… 23

≤ 1,0

≤ 1,0

0,1… 0,8

2,7… 4,0

0,04

0,04

ПП-Х10В14

1,8… 2,5

8… 11

≤ 1,0

≤ 1,0

8,0… 14,0

0,055

-

ПП-СП-10

≤ 0,15

0,8… 1,4

0,2… 0,5

0,04

0,04