Міністерство науки та освіти України

Сумський державний університет

Методичні вказівки

до виконання лабораторної роботи:

"технологія зварювального виробництва"

з курсу: "Технологія конструкційних матеріалів"

для студентів машинобудівних спеціальностей

всіх форм навчання

Вид-СумДУ

2008

Методичні вказівки до лабораторної роботи: "зварювальне виробництво" з курсу "ТКМ" для студентів машинобудівних спеціальностей всіх форм навчання.

Укладач: ст.викл. Марченко Станіслав Вікторович

1 Мета роботи

Вивчити особливості технологічного процесу зварювання.

2 Обладнання, прибори та матеріали

Аналітичні ваги.

Мірний інструмент.

3 Основні положення

3.1 Фізична сутність процесу

Фізична сутність процесу зварювання полягає в утворенні міцних зв'язків між атомами або молекулами на поверхні заготівок, що з'єднуються.

Потрібне прикладання визначеної енергії для активації стану поверхні з метою ослаблення зв'язків поверхневих атомів з тілом. Ця енергія може бути у вигляді теплоти, пружнопластичного деформування й електронного, іонного й іншого видів опромінення.

При зварюванні плавленням (термічний клас зварювання) відбувається розплавлювання крайок заготовок, а в разі потреби - також присадочного матеріалу для додаткового заповнення зазору між ними. У результаті утвориться загальна зварювальна ванна розплавленого матеріалу, що твердішає у виді зварювального шва.

При зварюванні тиском (механічний клас зварювання) заготівки з'єднуються шляхом спільної пластичної деформації з'єднувальних поверхонь. Шляхом забезпечення щільного контакту між заготівками виникають умови для міжатомних зв'язків.

3.2. Зварювання плавленням

3.2.1 Електричне дугове зварювання

Джерелом теплоти при дуговому зварюванні є електрична дуга, що горить між двома електродами, при цьому часто один електрод являє собою заготівку, що зварюється.

7000 ⁰С

4000 ⁰С

3000 ⁰С

рис.1 - Теплова характеристика дуги прямої полярності (середні значення температури)

При застосуванні постійного струму розрізняють зварювання на прямій і зворотної полярностях.

У першому випадку електрод підключається до негативного полюса і служить катодом, у другому — до позитивного і служить анодом

3.2.1.1Ручне дугове зварювання

Ручне дугове зварювання виконують зварювальними електродами, які подають в дугу і переміщають вздовж заготівки. Для утримання електроду і підведення до нього струму зварювальник використовує електродотримач, захищає обличчя від світлового і ультрафіолетового випромінювань дуги щитком або маскою з темним склом, а тіло і руки — брезентовим спецодягом і рукавицями.

Схема процесу зварювання металевим покритим електродом надано на рис.

рис. 2 Ручне електродугове зварювання

Дуга 8 горить між стержнем електроду 7 і основним металом 1. Стрижень електроду плавиться, і розплавлений метал краплями стікає в металеву ванну 9. Разом із стрижнем плавиться покриття електроду 6, утворюючи газову захисну атмосферу 5 довкола дуги і рідку шлакову ванну 4 на поверхні розплавленого металу. Металева і шлакова ванни разом утворюють зварювальну ванну. Поступово зварювальна ванна твердне, і утворюється зварювальний шов 3. Рідкий шлак при охолодженні на поверхні шва утворює тверду шлакову корку 2.

Металургійні процеси при зварюванні

У перегрітій зварювальній ванні протікає ряд металургійних процесів: випаровування або окислення (вигоряння) деяких легуючих елементів, наприклад вуглецю, марганцю, кремнію, хрому і ін., і насичення розплавленого металу киснем, азотом і воднем з навколишнього повітря. В результаті змінюється склад зварного шва в порівнянні з електродним і основним металом, також знижуються його механічні властивості, особливо внаслідок насичення шва киснем.

Для забезпечення заданих складу і властивостей шва в покриття вводять легувальні елементи і елементи-розкислювачі.

Кристалізація зварного шва починається від меж оплавленого основного металу і протікає за рахунок зростання стовбчастих кристалітів до центру шва. При цьому кристаліти, як правило, згинаються і витягуються у напрямі зварювання. Легкоплавкі складові сплаву, шкідливі домішки і неметалічні включення при кристалізації шва розташовуються по межах між крісталлітамі. Це є причиною неоднорідності хімічного складу шва, що знижує його механічні властивості і в окремих випадках приводить до утворення гарячих тріщин.

При високих швидкостях зварювання в швах деяких сплавів можливе утворення газових пір, оскільки гази, що виділилися, не встигають вийти із зварювальної ванни в атмосферу. Пори в швах порушують герметичність зварних з'єднань і знижують механічні властивості.