Шпоры по ТКМ1 / Шпоры ТКМ часть 4

28. Способы определения твердости металлов и сплавов; их разновидности и случаи при­менения.

Твердость характеризует способность металла сопротивляться значительной пластической деформации при контактном напряжении на поверхности образца или изделия. Наибольшее применение для определения твердости имеют ме­тоды вдавливания.

Метод Бринелля В испытуемый металл в течение определенного времени вдавливается под значительной нагрузкой Р (до 3 Т) стальной шарик (индентор) диаметром D, равным 2,5— 10 мм. По диаметру отпечатка d судят о твердости металла. Число твердости по Бринеллю (НВ) определяется как отношение нагруз­ки к площади сферической поверхности отпечатка шарика.

К недостаткам метода Бринелля необходимо отнеси невозможность испытания металлов, имеющих твер дость более НВ450 или толщину менее 2 мм. При испытании металлов с твердостью более НВ450 возможна де формация шарика и результаты будут неточными.

Метод Виккерса аналогичен предыдущему, только индентором служит алмазная четырехгранная пирамида.

Способ Виккерса применяется для небольших деталей и ин­струментов, металлов высокой твердости, весьма малых сечений и тонких наружных слоев термически обработанных изделий.

Метод Роквелла. Основан на вдавливании алмазного конуса или стального шарика под определенной нагрузкой. Твердость в данном случае обратно про­порциональна глубине вдавливания: чем тверже металл, тем на меньшую глубину проникает алмаз и тем большим будет число твер­дости.

Метод Роквелла отличает­ся простотой и высокой про­изводительностью, обеспечивает сохранение качественной поверхности после испытаний, позволяет испытывай металлы и сплавы как низкой, так и высокой твердости, при толщине изделия (слоя) до 0,8 мм. Этот метод не рекомендуется применять для сплавов с неоднородной структурой (чугуны серые, ковкие и высокопроч­ные).

28. Определение твердости на приборах ТШ. Понятие твердости; что принято за меру твердости на приборах ТШ. Преимущества и недостатки прибора ТШ. Область примене­ния приборов ТШ.

По методу Бринелля в испытуемый металл в течение определенного времени вдавливается под значительной нагрузкой Р (до 3 Т) стальной шарик (индентор) диаметром D, равным 2,5— 10 мм. По диаметру отпечатка d судят о твердости металла. Число твердости по Бринеллю (НВ) определяется как отношение нагруз­ки к площади сферической поверхности отпечатка шарика:

На практике пользование этим способом упрощено. Зная диа­метр шарика D и нагрузку Р и измерив после снятия нагрузки ди­аметр отпечатка d, можно определить твердость по заранее состав­ленной таблице (пользуясь тем, что в формуле переменным для дан­ного прибора является только d).

К недостаткам метода Бринелля необходимо отнеси невозможность испытания металлов, имеющих твер дость более НВ450 или толщину менее 2 мм. При испытании металлов с твердостью более НВ450 возможна де формация шарика и результаты будут неточными.

28. Определение твердости на приборах ТК. Что принято за меру твердости при определе­нии ее на приборах ТК. Преимущества и недостатки приборов ТК. Область применения приборов ТК

Метод Роквелла (рис. 1, в) основан на вдавливании алмазного конуса (а=120°) или стального шарика (D = 1/16"= 1,6 мм) под определенной нагрузкой. Твердость в данном случае обратно про­порциональна глубине вдавливания: чем тверже металл, тем на меньшую глубину проникает алмаз и тем большим будет число твер­дости.

В приборе Роквелла на индентор действуют две последователь­но прилагаемые нагрузки — предварительная Р0 в 10 кГ и общая Р (равная сумме предварительной и основной нагрузок) в 60,100 или 150 кГ. Предварительная нагрузка позволяет установить одинаково плотное соприкосновение между алмазом (или шариком) и образ­цом, избежав таким образом ошибок, вызываемых различной чисто­той обработки поверхности образцов. Алмазный конус применяется для испытания твердых металлов (закаленной стали), а стальной шарик —для более мягких. Применяемая нагрузка устанавливает­ся таким образом 150 кГ — стандартная для алмаза; 100 кГ — стан­дартная для шарика; 60 кГ — нестандартная для алмаза (тонкие детали).

Применение алмазного наконечника позволяет измерять твер­дость металлов с HВ>450. Числа твердости по Роквеллу опреде­ляются разностью в глубине внедрения конуса или шарика (h1, h2) при предварительной и окончательной нагрузках. Циферблат инди­катора имеет 100 делений и две шкалы — черную и красную. При испытании алмазным конусом отсчеты производятся по черной шка­ле (HRC), а при испытании стальным шариком— по красной (HRB).

28. Современные способы сварки металлов и случаи их применения.

Электродуговая сварка

При электрической дуговой сварке мест­ный разогрев деталей, подлежащих сварке, осуществляется сва­рочной дугой, которая вызывается путем касания электродом сва­риваемого металла.

Контактная сварка

При контактной сварке используется теп­ло, выделяющееся при прохождении тока большой силы через кон­такт, образованный двумя деталями, подлежащими сварке.

Газовая сварка

При газовой сварке местный разогрев де­талей осуществляют газовым пламенем. Направленное на свари­ваемый металл высокотемпературное газовое пламя приводит к разогреву металла и получению жидкой сварочной ванны. Для формирования шва необходимых геометрических размеров в сва­рочное пламя вводится, как правило, присадочный металл.

Сварка трением. Сущность сварки трением заключается в том, что тепловыделение в зоне соединения деталей происходит в резуль­тате трения вращающейся детали относительно неподвижной. По­сле разогрева стыка вращение детали мгновенно прекращают и соединению сообщают осевое сжимающее усилие.

Сварка трением применима для соединения стержней или труб встык. Она позволяет сваривать разнородные материалы.

Диффузионная сварка в вакууме. Диффузионная сварка осно­вана на взаимной диффузии между поверхностями деталей в месте контакта в условиях безокислительного нагрева. Процесс ведут в вакуумной камере с разрежением 10~4 мм рт. ст.

Процесс применим для соеди­нения однородных и разнородных черных и цветных металлов, а так­же металлокерамических изделий с металлом.

28. Дуговая сварка металлов и сплавов. Дуговая сварка постоянным и переменным то­ком. Источники питания электрической дуги. Выбор тока, напряжения дуги, высоты дуги.

При электрической дуговой сварке мест­ный разогрев деталей, подлежащих сварке, осуществляется сва­рочной дугой, которая вызывается путем касания электродом сва­риваемого металла. При коротком замыкании ток большой силы проходит через отдельные контактные выступы. Отрыв электрода от изделия ведет к размыканию цепи, что в свою очередь приводит к образованию искры в газовом про­межутке и зажиганию дуги. Конец электрода разогревается под действием высокой температуры дуги и начинает плавиться. На свариваемом металле образуется ванна жидкого металла. Жидкие объемы ванны и электрода перемешиваются, кристаллизуются при остывании и образуют прочный соединительный элемент — свар­ной шов.

Характеристика сварочной дуги. Электрическая дуга представ­ляет собой длительный и мощный электрический разряд в газовом промежутке между электродом и свариваемой деталью.

В отличие от других разрядов в газах сварочная дуга харак­теризуется низким напряжением (12—40 в), большой плотностью тока (800—3000 а/см2), высокой температурой столба дуги (6000— 8000°). На поверхностях металла, между которыми заключен столб дуги, температура обычно близка к температуре кипения металла. Мощность дуги может меняться от 0,01 до 150 кВт. Высокая температура в зоне дуги ставит ее в ряд мощных тепловых источников, а широкий диапазон мощностей позволяет применять дугу для сварки металлов разных толщин от небольших деталей до тяже­лых узлов и конструкций.

28. Процессы, протекающие при дуговой сварке. Факторы, влияющие на характер пере­носа металла. Сварка «длинной» и «короткой» дугой.

При электрической дуговой сварке мест­ный разогрев деталей, подлежащих сварке, осуществляется сва­рочной дугой, которая вызывается путем касания электродом сва­риваемого металла. При коротком замыкании ток большой силы проходит через отдельные контактные выступы. Отрыв электрода от изделия ведет к размыканию цепи, что в свою очередь приводит к образованию искры в газовом про­межутке и зажиганию дуги. Конец электрода разогревается под действием высокой температуры дуги и начинает плавиться. На свариваемом металле образуется ванна жидкого металла. Жидкие объемы ванны и электрода перемешиваются, кристаллизуются при остывании и образуют прочный соединительный элемент — свар­ной шов.

В общем итоге на перенос металла в дуге оказывают влияние следующие факторы: сила тяжести, сила газового дутья и сила по­верхностного натяжения. Наиболее благоприятное положение для сварки — нижнее (рис. 162, а), наиболее неблагоприятное — пото­лочное (рис. 162, в). В последнем случае сила тяжести действует » в сторону, противоположную переносу металла в сварочную ванну. Промежуточным положением является вертикальное.

28. Источники питания электрической дуги и требования к ним. Кривые внешних характе­ристик сварочной дуги и генератора.

При стационарном горении сва­рочной дуги между напряжением и силой тока устанавливается зависи­мость, которая выражается статиче­ской характеристикой дуги (вольт-амперная характеристика)(рис. 157). Она приведена для широкого диапа­зона токов и имеет три участка: I — для токов меньше 50 а характе­ристика падающая, напряжение уменьшается с возрастанием тока, дуга горит неустойчиво; II — для то­ков 50—350 а напряжение не меня­ется с изменением тока, в этом диапазоне ведется ручная дуговая сварка; III —для токов больше 350 а характеристика возрастающая, напряжение повышается вместе с увеличением тока; этот диапазон токов используется при сварке газоэлектрической и под слоем флюса.

Источники питания сварочной дуги. Для питания сварочной дуги может быть применен и постоянный, и переменный ток.

Источник питания сварочной дуги должен обладать определен­ной мощностью для обеспечения устойчивого горения (работа при силе тока более 50 а), давать повышенное напряжение для зажи­гания дуги, ограничивать ток короткого замыкания, обладать хо­рошими динамическими свойствами.

28. Свариваемость сталей и ее зависимость от разных факторов.

Мощность теплового источника, используемого для сварки, расходуется на нагрев и плавление основного металла и стержня электрода (или присадочного металла). Распределение температуры в сва­риваемом металле будет весьма сложным, так как оно определяет­ся рядом факторов, из которых важнейшими являются: мощность теплового источника, приходящаяся на единицу нагреваемой пло­щади в единицу времени, физические свойства свариваемого ме­талла, скорость перемещения источника тепла.

Взаимодействие жидкого металла с кислородом и азотом воз­духа также не проходит бесследно. Железо образует с кислородом ряд окислов, из которых наиболее опасно соединение FeO, раство­ряющееся в жидком железе. Наличие кислорода в стали снижает ее прочность и пластичность, уменьшает сопротивление коррозии, сообщает стали красноломкость. На содержание кислорода в ста­ли влияет ряд технологических параметров- длина дуги, сила то­ка, марка электродного покрытия и состав электродного стерж­ня — при дуговой сварке, состав газового пламени — при газовой сварке и т. д.

Высокая температура сварочной дуги приводит к насыщению металла шва азотом воздуха. Образуя в стали нитриды железа Fe₂N и Fe₄N, азот увеличивает прочность, но резко снижает плас­тичность сварного шва. Резкое снижение прочности и в особенности пластичности сварного соединения ограничивает применение сварки незащищенной дугой.

28. Сварочные напряжения и их зависимость от количества наплавленного металла, физи­ческих свойств, конструкции шва, способа сварки.

При сварке плавлением резко выражен местный характер на­грева. Это является причиной возникновения термических напряже­ний. При переходе из жидкого состояния в твердое происходит усадка металла шва, которая вызывает усадочные напряжения. Если сваривается легированная сталь, то резкая смена структур в зоне термического влияния приводит к появлению структурных напряже­ний.

Общее напряженное состояние в процессе сварки может приве­сти к горячим трещинам. Под действием высоких напряжений свар­ная конструкция в процессе ее изготовления может коробиться (де­формироваться).

После охлаждения в сварной конструкции имеются, как прави­ло, остаточные напряжения. Они могут снизить работоспособность конструкции при понижении пластичности материала в процессе эксплуатации (вибрационные нагрузки, работа при низких темпе­ратурах, агрессивные среды). Остаточные напряжения могут при­вести к короблению при последующей механической обработке.

Основные меры борьбы с напряжениями: 1) предварительный подогрев подлежащих сварке деталей до 150—250°; 2) отжиг свар­ной конструкции (для стали температура отжига 550—600°).

Метод Роквелла отличает­ся простотой и высокой про­изводительностью, обеспечивает сохранение качественной поверхности после испытаний, позволяет испытывай металлы и сплавы как низкой, так и высокой твердости, при толщине изделия (слоя) до 0,8 мм. Этот метод не рекомендуется применять для сплавов с неоднородной структурой (чугуны серые, ковкие и высокопроч­ные).

Источники питания сварочной дуги. Для питания сварочной дуги может быть применен и постоянный, и переменный ток.

Источник питания сварочной дуги должен обладать определен­ной мощностью для обеспечения устойчивого горения (работа при силе тока более 50 а), давать повышенное напряжение для зажи­гания дуги, ограничивать ток короткого замыкания, обладать хо­рошими динамическими свойствами. Вольт-амперная, или внеш­няя, характеристика источника питания сварочной дуги в зависимости от конструкции и электрической схемы может быть (рис. 158): А — падающей, Б — пологопадающей, В — жесткой и Г — пологовозрастающей. Внешняя характеристика источника пи­тания должна соответствовать статической характеристике дуги. Для // участка статической характеристики (рис. 157) необходим источник питания с падающей характеристикой, для /// участка целесообразно использовать источник питания с жесткой или поло­говозрастающей характеристикой.

В настоящее время широко используется трансформатор типа ТС и ТСК (рис. 159, а, б). При работе трансформатора, когда по сварочной цепи проходит ток, не все магнитные силовые линии про­ходят через сердечник, часть их замыкается через воздушный зазор, образуя поток рассеивания. Потоки рассеивания индуктируют в об­мотках э.д.с. самоиндукции, которая определяет индуктивное сопро­тивление обмоток. С увеличением сварочного тока увеличиваются потоки рассеивания и индуктивное сопротивление обмоток. При ко­ротком замыкании ток, проходящий по цепи, будет наибольшим, наибольшими будут потоки рассеивания и индуктивное сопротив­ление катушек.

При сварке постоянным током применяют однопостовые сварочные преобразователи.

Сварка электронным лучом в вакууме. Сущность этого способа состоит в разогреве мест сварки теплом, выделяющимся при вне­запной остановке электронного потока, движущегося в вакууме.

Этим способом мож­но сваривать материалы, очень чувствительные к загрязнению га­зами. Хорошо также свариваются комбинации металлов, например алюминий — медь. Если сваривают большие толщины, применяют разделку кромок.

Лазерная сварка. При лазерной сварке использу­ется энергия монохроматического когерентного луча, направлен­ного на свариваемый металл. Лазерная сварка применя­ется для соединения тонких изделий (до 0,5 мм). Как правило, ис­пользуют соединения с отбортовкой.

Сварка ультразвуком. Неразъемное соединение получается при действии на свариваемый объект механической энергии ультразву­ковых колебаний с одновременным приложением сдавливающего усилия. Ультразвуковая сварка применяется для соединения однородных и разнородных ма­териалов (медь + нержавеющая сталь, ни­кель + медь и др.). Очень хорошо сваривают­ся тонкие листы и детали. Они не деформи­руются, их можно приваривать к толстым деталям.

Холодная сварка. Соединение при хо­лодной пластической сварке образуется в результате совместного деформирования де­талей в твердом состоянии при обычных температурах за счет образования прочной металлической связи между поверхностями, сближенными на расстояние действия меж­дуатомных сил.

Сварка взрывом. Сущность процесса состоит в том, что к мо­менту сварки одну деталь разгоняют и придают скорость, равную нескольким сотням метров в секунду. В зоне соударения возникает пластическое течение, что приводит к образованию прочного сое­динения. Процесс, как правило, применяют для соединения несложных деталей, имея в виду, что технологические параметры сварки плохо регулируются.

Вольт-амперная, или внеш­няя, характеристика источника питания сварочной дуги в зависимости от конструкции и электрической схемы может быть (рис. 158): А — падающей, Б — пологопадающей, В — жесткой и Г — пологовозрастающей. Внешняя характеристика источника пи­тания должна соответствовать статической характеристике дуги. Для // участка статической характеристики (рис. 157) необходим источник питания с падающей характеристикой, для /// участка целесообразно использовать источник питания с жесткой или поло­говозрастающей характеристикой.

В настоящее время широко используется трансформатор типа ТС и ТСК (рис. 159, а, б). При работе трансформатора, когда по сварочной цепи проходит ток, не все магнитные силовые линии про­ходят через сердечник, часть их замыкается через воздушный зазор, образуя поток рассеивания. Потоки рассеивания индуктируют в об­мотках э.д.с. самоиндукции, которая определяет индуктивное сопро­тивление обмоток. С увеличением сварочного тока увеличиваются потоки рассеивания и индуктивное сопротивление обмоток. При ко­ротком замыкании ток, проходящий по цепи, будет наибольшим, наибольшими будут потоки рассеивания и индуктивное сопротив­ление катушек.