Порядок выполнения работы

1. Отшлифовать макрошлиф оставляя на поверхности незначительные риски.

2. Проанализировать поверхность макрошлифа до травления, зарисовать.

3. Протравить поверхность макрошлифа.

4. Зарисовать поверхность шлифа с указанием зон, дефектов шва.

5. Изучить строение и качество сварного шва, установить взаимосвязь между строением, качеством шва и режимом сварки.

6. Провести исследование распределения серы по Бауману, для чего:

а) макрошлиф протереть ватой, смоченной спиртом, и положить на стол шлифованной поверхностью вверх;

б) лист глянцевой фотобумаги (Унибром, Новобром) вымочить на свету в течении 5-10 мин в 5% водном растворе серной кислоты, слегка просушить между двумя листами фильтровальной бумаги для удаления избытка раствора, наложить эмульсионной стороной на макрошлиф. Приглаживая сверху рукой (прикладывая поверх бумаги полиэтиленовую пленку) или резиновым валиком удалить образующиеся пузырьки газов, выдержать на макрошлифе в течении 2-3 мин и осторожно снять с него. Неудаленные пузырьки воздуха оставляют на бумаге белые пятна и маскируют результаты анализа;

в) для сохранения отпечатка фотобумагу промыть в воде, зафиксировать в 25% растворе гипосульфита, снова промыть в воде и просушить;

г) зарисовать полученный на фотобумаге отпечаток;

д) проанализировать полученные результаты, имея в виду, что коричневые участки фотобумаги соответствуют местам макрошлифа, имеющим повышенное содержание серы.

Контрольные вопросы

1. Объяснить механизм выявления макроструктуры шлифа.

2. Чем вызваны особые требования при вырезке образцов газокислородным пламенем?

3. Объяснить неравномерность растравливания различных зон сварного шва.

4. Почему наплавленный металл имеет дендритное строение, основной металл – волокнистое строение?

5. Какие дефекты сварного шва могут быть обнаружены при макроструктурном исследовании? Описать эти дефекты.

6. Объяснить химические реакции, способствующие удалению серы и фосфора из шва.

Лабораторная работа №4

Тема: Твердость зон сварного шва

Цель работы

Определить твердость основных зон сварного шва, проанализировав взаимосвязь твердости с макро- и микроструктурой зон.

Оборудование и материалы

1. Набор протравленных макрошлифов;

2. Твердомер Роквелла;

3. Линейка.

Методические указания к выполнению работы

Процесс сварки сопровождается значительным неравномерным нагревом металла, зона наплавленного металла разогревается до плавления и значительно перегревается, в зоне основного металла сохраняется первоначальная температура. В зоне термического влияния температура металла колеблется в пределах от первоначальной до температуры плавления. Область основного металла, подвергнутая изменению структуры в процессе сварки, называется зоной термического влияния. Основными факторами, влияющими на изменение структуры, являются температура нагрева, время нахождения при высокой температуре, скорость охлаждения, химический состав, исходное структурное состояние.

За счет хорошего теплового контакта между охлаждающейся сварочной ванной и окружающим основным металлом при большом объеме теплоотбирающего металла и малом объеме наплавленного металла достигается большая скорость охлаждения стали. Скорость охлаждения на некоторых участках шва превышает скорость охлаждения во время закалки стали в воде.

Если скорость охлаждения в каком-либо участке шва превысит критическую скорость закалки, то сталь в данном участке закаливается, т.е. резко повышается твердость.

О склонности стали к закалке во время сварки судят по эквиваленту углерода. Поэтому в строительных сталях и в сталях для трубопроводов эквивалент углерода не превышает 0,45%.

Схема распределения твердости различных зон аварийного шва показана на рисунке 1.

Рис. 1. Распределение твердости в зонах шва в зависимости от состояния основного металла

а – нагартованная или термически упрочненная;

б – горячекатанная;

1 – зона наплавленного металла;

2 – зона термического влияния;

3 – зона основного металла.

Характер изменения твердости в зоне наплавленного металла зависит от химического основного и электродного металла, режимов сварки.

Твердость стали в зоне термического влияния зависит от химического состава основного металла, погонной энергии и режимов охлаждения. Твердость стали зоны термического влияния обычно больше твердости наплавленного металла. В случае сварки термически упрочненной стали при нарушении режимов сварки происходит разупрочнение, твердость в зоне термического влияния становится ниже, чем в зоне основного металла.

Твердость стали в зоне основного металла равна исходной.