Курсовая работа
По дисциплине: «Теория сварочных процессов»
Тема: «Оценка склонности к образованию холодных трещин при наплавке валика на массивное тело из стали 14ХГС ручной дуговой сваркой»
Выполнил: студент гр. Б04-712-2зт Осипов И. В.
Проверил: кандидат технических наук Кривушин С. Ю.
Ижевск 2017
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 3
1. Классификация источника нагрева согласно гост 19521-74. 4
1.1. По физическим признакам. 4
1.2. По техническим признакам. 4
1.3.По технологическим признакам. 4
2. Физико-химическая характеристика и особенности способа сварки. 5
3. Характеристика и классификация стали 14ХГС. 8
4. Определение скорости охдаждения при наплавке валика.. 10
5. Расчет критической скорости охлаждения, приводящей к образованию 95% ферритоперлита(фп). 11
Список использованных источников. 13
Введение.
Сварка - процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместно действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов, а также в медицине.
Для производства сварки используются различные источники энергии: электрическая дуга, газовое пламя, излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сварку не только на промышленных предприятиях, но и на открытом воздухе, под водой и даже в космосе. Производство сварочных работ сопряжено с опасностью возгораний, поражений электрическим током, отравлений вредными газами, облучением ультрафиолетовыми лучами и поражением глаз, которые позволяют выносить нагрузки разного рода.
В курсовом проекте рассмотрена наплавка валика на массивное тело ручной дуговой сваркой. Необходимо определить склонность стали к образованию холодных трещин. Холодные трещины образуются в результате резкого охлаждения мартенситных и перлитных сталей. Данная проблема решается включением в технологический процесс сварки предварительного подогрева. При необходимости так же возможен сопутствующий подогрев и медленное остывание металла.
Классификация источника нагрева согласно ГОСТ 19521-74.
По физическим признакам
Класс сварки: термический - это форма энергии, используемой для образования сварного соединения. Вид сварки: Дуговой - вид источника энергии, непосредственно используемого для образования сварного соединения.
По техническим признакам
По техническому признаку дуговая сварка классифицируется по способу защиты металла в зоне сварки, по непрерывности процесса, по степени механизации процесса.
По непрерывности процесса - непрерывный; по степени механизации процесса - механизированный; по способу защиты металла в зоне термического воздействия - в среде защитных газов.
По технологическим признакам
По технологическим признакам ручная дуговая сварка делиться на 9 групп:
1. По виду электрода - проволочным плавящимся электродом сплошного сечения;
2. По виду дуги - свободной дугой;
3. По характеру воздействия дуги на основной металл - дугой прямого действия;
4. По степени погружения в сварочную ванну - нормальной дугой;
5. По роду сварочного тока - постоянным током;
6. По наличию и направлению колебаний электрода относительно оси шва - со свободным формированием шва;
7. По полярности сварочного тока - током обратной полярности;
8. По количеству дуг с раздельным питанием тока - однодуговая;
9. По количеству электродов с общим подводом сварочного тока - одноэлектродная;
10. По наличию внешнего воздействия на формирование шва - с поперечными колебаниями электрода.
[1]
Физико-химическая характеристика и особенности
Способа сварки.
Несмотря на широкое применение различных механизированных методов сварки плавлением, наибольшее количество сварных конструкций изготовляется методом ручной дуговой сварки. Ручная дуговая сварка производится штучными электродами, конструктивно представляющими собой металлический стержень с нанесенным на него покрытием соответствующего состава. Один из концов стержня длинной примерно 30 мм освобожден от покрытия для его зажатия в электрододержатель с обеспечением электрического контакта. Второй конец слегка очищается для облегчения зажигания дуги посредством контакта с изделием.
Металлургические процессы, протекающие при плавлении электрода отличаются от металлургических процессов, протекающих при выплавки стали. Они характеризуются своей кратковременностью, малыми объемами реагирующих веществ, высокими температурами в зоне сварки и интенсивностью взаимодействия между металлом, шлаком и газом.
В столбе дуги происходит не только расплавление, но и испарение железа и содержащихся в нем различных химических элементов. Активно протекают окислительные процессы и процессы поглощения металлом газов из атмосферы дуги, насыщение наплавленного металла азотом, кислородом, водородом. В результате сложных окислительно-восстановительных реакций, протекающих как в газовой среде так и на границе ее раздела с металлом, а также между металлом и шлаком, происходит легирование, окисление и раскисление металла, образующего сварной шов.
Металлургические и технологические свойства электродов в значительной мере определяются свойствами шлака. Химический состав и физико-химические свойства шлакообразующей основы покрытия электродов определяют главным образом технологические свойства шлака. Соотношения компонентов покрытия выбирают таким образом, чтобы обеспечить достаточно низкую температуру плавления и вязкость шлака, а также короткий интервал затвердевания.[2]
Рис.1. Схема ручной дуговой сварки плавящимся электродом
Для образования сварного соединения сварщик возбуждает дугу (8) в месте будущего шва и поддерживает ее горение. Сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль стыка заготовки. В процессе сварки дуга горит между стержнем электрода (7) и основным металлом (1). Стержень электрода плавится и расплавленный металл каплями стекает в сварочную ванну (9), рис. 1.
Пространство между свариваемыми кромками детали заполняется жидким металлом кромок детали и электрода, происходит перемешивание металлов в одной жидкой ванне.
Вместе со стержнем плавится покрытие электрода (6), образуя защитную газовую атмосферу (5) вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну (4) на поверхности расплавленного металла. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов (3). Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку (2). [3]
Процесс плавления и переноса электродного металла на изделие происходит непрерывно во время ее горения в виде капель и последовательно повторяется в порядке, указанном на рис. 2. Как видно из рис.2а и 2б после образования капли расплавленного металла происходит ее сближение с изделием и затем кратковременное короткое замыкание и переход капли на изделие после чего возобновляется горение дуги и процесс переноса повторяется в зависимости от полярности сварочного тока, состава электродного металла и покрытия величина капель меняется, от 0,1 - 4мм. В диаметре. При сварке крупными каплями увеличиваются разбрызгивание и потери металла, мелкокапельный перенос обеспечивает стабильность процесса сварки, лучшее использование сварочного материала и лучшее качество. Обычно мелкокапельный перенос достигается при сварке покрытыми электродами. Перенос капель расплавленного металла на изделие даже в самых неудобных его положениях объясняется действием нескольких сил. Сила тяжести способствует переносу капель при сварке в нижнем положении и препятствует в других положениях. Сила поверхностного натяжения уменьшает величину капель, придает им сферическую форму, способствует удержанию их на конце электрода и переходу в ванночку расплавленного метала, удерживает от растекания и придает капле определенную форму.
Рис. 2. Каплеобразный перенос металла:
а – образование капли, б – короткое замыкание и пернос капли, в – возобновление дуги, г – образование новой капли
[4]
Характеристика и классификация стали 14ХГС.
Классификация: Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций
Химический состав стали: Углерод – 0,14%, Кремний – 0,6%, Марганец – 1%, Никель до 0,3%, Хром -0,7%, Медь до 0,3%, Сера -0,04%, Фосфор – 0,035%
Температура критических точек: Ac1 = 740, Ac3= 860, Ar3 = -, Ar1=-.
Термообработка: Закалка 880oC, масло, Отпуск 540oC, вода
Твердость материала: HB 10 -1 = 390 МПа
Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 207-217 и σв =710 МПа, К υ тв. спл=0,85 и Кυб.ст=0,75
Флокеночувствительность: не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: склонна.
Свариваемость: ограниченно свариваемая
Применение: сварные конструкции
| Сортамент | Размер | Напр. | sв | sT | d5 | y | KCU | Термообр. |
| - | мм | - | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | - |
| Прокат | ||||||||
| Лист | 5 - 9 |
Таблица 1. Механические свойства при t =20oС материала 14ХГС. [5]