Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа 18
СВАРКА цветных металлов и их СПЛАВОВ
Цель работы
Изучить процесс сварки цветных металлов
Необходимые материалы
1. Пластины из А1 (IООХ 100Х8 мм).
2. Угольные или графитовые электроды
З. Флюсы указанного состава.
4. Электроды ОЗА- 1, АФ 4аКр или другие.
5. Алюминиевые прутки (), покрытые тонким слоем флюса.
Оборудование, приспособления, инструмент
1. Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.
2. Пост для сварки в среде Аг.
З. Секундомер.
4. Весы циферблатные с гирями.
5. Наждачная бумага, металлическая щетка.
6. Бачок с водой.
7. Штангенциркуль.
8. Линейка.
9. Пресс для излома проб.
10. Специальная струбцина
. Сварка алюминия и его сплавов
Алюминий — светлый, мягкий и легкий металл с плотностью 2,7 г/см3 (в 3 раза меньше плотности железа), обладающий высокой пластичностью, тепло- и электропроводимостью, а также коррозионной стойкостью. Чистый алюминий ввиду низкой прочности используется ограничено.
Большое распространение получили сплавы алюминия с магнием, марганцем, кремнием, титаном, бериллием и цинком. Сплавы алюминия в зависимости от способа получения и обработки подразделяются на литые, используемые для литых деталей, и деформируемые, которые могут быть прессованными и катаными различного профиля, коваными и штампованными требуемой формы. Термическое упрочнение — закалка и искусственное или естественное старение — повышает прочность некоторых сплавов до значительных величин, превышающих прочность низкоуглеродистых и даже низколегированных сталей.
Для сварных ограждающих конструкций — оконных и дверных конструкций, кровельных и стеновых панелей, потолков, перегородок — применяют деформируемые сплавы невысокой прочности типа АМц (алюминиево-марганцевые), для несущих конструкций используют более прочные, хорошо сваривающиеся сплавы типа АМгб (алюминиево-мапшевые), имеющие <7в=350 МПа, (тт^1б0 МПа и 6 = 15—18%. Применяют ряд других марок алюминия с учетом их свойств и особенностей конструкций.
Сварка алюминия и его сплавов затруднена вследствие его особых теплофизнческих свойств. Температура плавления алюминия 660 °С. При контакте с воздухом на поверхности алюминия образуется плотная тонкая пленка оксида АЬОз, которая предохраняет металл от дальнейшей коррозии, но одновременно ухудшает условия сварки, так как температура плавления оксида алюминия 2050 °С, поэтому перед сваркой надо удалить с поверхности алюминия оксид. Алюминий легко окисляется при сварке, и оксидная пленка, образующаяся на каплях и в ванне, загрязняет шов. В расплавленном состоянии алюминий хорошо растворяет водород, который при повышенной скорости охлаждения, вызванной высокой теплопроводностью металла, не успевает выделиться в момент кристаллизации и вызывает пористость. Вследствие высокого коэффициента линейного расширения (в два раза больше, чем у стали) сварка алюминия вызывает повышенные деформации, а большая жидкотекучесть и трудность наблюдения за процессом сварки (алюминий не меняет цвета при нагреве и расплавлении) вызывают необходимость применения подкладок для предупреждения вытекания жидкого металла за пределы шва.
Сварка меди и ее сплавов
Сварка деталей из меди достаточно затруднена из-за ее специфических теплофизических свойств. Медь отличается высокой теплопроводностью (в шесть раз больше, чем у железа), увеличенным коэффициентом линейного расширения и жидкотекучестью.
При сварке она легко окисляется, образуя оксид Си2О, который выделяется по границам зерен меди при ее остывании и, имея более низкую температуру плавления, чем медь, способствует образованию кристаллитных трещин. Расплавленная медь хорошо растворяет водород, который при кристаллизации шва (с большой скоростью охлаждения вследствие высокой теплопроводности) выделяется и образует пористость. Соединяясь с оксидом меди, водород, кроме того, образует воду
Вода превращается в пар, который при затвердевании металла не успевает выделиться.
Находясь в порах под большим давлением, пары вОДЫ способствуют образованию трещин. Такой дефект сварки называют «водородной болезнью», так как первопричиной его был водород.
Несмотря на указанные трудности сварки, медь широко применяют в качестве конструкционного материала при изготовлении химической аппаратуры, электротехнических устройств и других изделий. Это объясняется ее высокими механическими свойствами (сув в отожженном состоянии 200 МПа, 65=50%, ан—160—180 Дж/см2), которые сохраняются в условиях самых низких температур, коррозионной стойкостью, высокой электропроводностью и хорошей обрабатываемостью.
При сварке меди основной задачей является уменьшение содержания в сварочной ванне кислорода и водорода.
ГОСТ 859—78* предусматривает ограничение содержания в меди висмута, свинца, серы и фосфора, которые ухудшают свариваемость. Для сварки конструкций содержание кислорода должно быть не более 0,01%.
Большая теплопроводность меди вызывает быстрое остывание ванны, вследствие чего для удаления из нее газов и шлаков требуются увеличенная погонная энергия, а также в большинстве случаев предварительный подогрев и применение более активных раскислителей, чем при сварке стали. В связи с повышенным линейным расширением меди при сварке требуется жесткое закрепление сварных соединений или же сборка их на прихватках. Жидкотекучесть ванны ограничивает сварку только в нижнем или слегка наклонном положениях и требует применения подкладок из графита, асбеста, флюса и других материалов.
Латунь хорошо сваривается в аргоне вольфрамовым электродом. В качестве присадочного металла при этом используются прутки из бронзы БрКМц-3-1. При сварке сложных латуней применяют присадочную проволоку того же состава, что и свариваемый металл. Подготовка соединений к сварке, разделка кромок и подогрев аналогичны сварке покрытыми электродами.
Бронзы представляют собой сплавы меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами.
Бронзы обладают хорошими литейными, антифрикционными и антикоррозионными свойствами, высокой прочностью и пластичностью (примерно на уровне меди), хорошо обрабатываются и поэтому широко применяются в промышленности. Бронзы сваривают угольными, покрытыми электродами, а в среде аргона — вольфрамовьши электродами. Сварка бронз аналогична сварке меди, но имеет свои особенности.
Сварка титана и его сплавов
Титан и его сплавы благодаря высоким физико-химическим свойствам все больше применяют в качестве конструкционного материала для авиационной и ракетной техники, химического машиностроения, приборостроения, судо- и машиностроения, в пищевой и других отраслях промышленности. Титан почти в два раза легче стали, его плотность 4,5 г/см3, он обладает высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью при нормальных и высоких температурах и во многих активных средах, теплопроводность титана почти в четыре раза меньше теплопроводности железа. Технический титан и его сплавы имеют легирующие добавки, повышающие прочность ав до 1000—1500 МПа. Сварка титана затруднена его способностью активно взаимодействовать с газами при нагревании. Уже при температуре 450 °С образуются оксид титана TiO2 и слой окалины, насыщенный кислородом и называемый альфированным слоем. Такой слой при сварке способствует образованию трещин. Содержание кислорода в титановых сплавах допускают не более 0,015 %.
Азот активно взаимодействует с титаном, повышая его прочность и снижая пластичность. Содержание азота в сплавах титана допускается не более 0,04—0,05 %.
Наиболее мобильными и дешевыми являются камеры для местной защиты.
Подготовка титана и его сплавов к сварке и сборка деталей должны производиться особенно тщательно. Основной металл и сварочная проволока должны быть очищены от загрязнений и иметь чистую без альфированного слоя и окалины поверхность. При необходимости очищают металл дробеструйной обработкой, механическим способом, травлением и обезжириванием. Сварочную проволоку диаметром 1,2— 7 мм обычно поставляют после отжига в вакуумных печах при температуре 900—1000 °С для удаления водорода. Резка металла возможна обычными ножницами и плазменными резаками. При кислородной резке окисленные кромки удаляют механическим путем. Проволоку для присадки нарубают длиной 300— 400 мм. При толщине металла более 3 мм делают разделку кромок под углом 60—70°. Детали собирают под сварку с помощью прижимных или других приспособлений. Возможна сборка на прихватках, при этом детали из легированных сплавов титана прихватывают с применением присадочной проволоки, а детали из технического нелегированного титана — без присадки. Прихватки должны быть длиной 30—50 мм с расстоянием между ними 300 мм. Прихватки выполняют со стороны, обратной шву, и обязательно с защитой металла инертным газом с помощью местных или общих камер. В начале и конце стыка прихватывают специальные планки из основного металла, на которых начинают и заканчивают шов. Детали толщиной 0,5—3 мм собирают без зазора.
Сварка никеля
Никель и его сплавы обладают весьма ценными свойствами, они коррозионно-стойкие, жаропрочные и жаростойкие, кроме того, у них высокие механические характеристики. Никель марки Н-1, содержащий 99,93 % Ni, подвергнутый отжигу после прокатки листов, имеет прочность <7В до 420—530 МП а, 6=35— 45 %. Благодаря своим свойствам никель и его сплавы применяют в химической, нефтехимической промышленности, электронике, энергетике и в других отраслях. Кроме указанных выше свойств он имеет большое электрическое сопротивление, сохраняет высокую прочность и пластические свойства при низких температурах.
При сварке никеля и его сплавов вредное влияние на качество сварного шва оказывает присутствие в металле или в покрытии электродов серы и свинца. Сера активно соединяется с расплавленным никелем, образуя сульфид, который резко снижает пластичность никеля и его работоспособность при высоких температурах. Свинец также влияет на охрупчивание никеля и снижение его пластичности. Не следует допускать присутствия в никеле к его сплавах серы и свинца и требуется особенно тщательно очищать поверхность металла механическим путем и обезжириванием. Никель в расплавленном состоянии растворяет значительное количество газов (кислорода, азота, водорода), которые, выделяясь при кристаллизации, могут стать причиной пористости, поэтому необходима защита расплавляемого при сварке металла. Перед сваркой необходимо прокалить электрод и защищать шов поддувом защитного газа и другими способами.
Порядок выполнении работы
Опыт 1. Сварка А1 и его сплавов металлическим электродом.
1. Собрать пластины в специальной струбцине, прихватить их по торцам и взвесить.
2. Определить массу металлического стержня электрода.
З. Подобрать диаметр электрода по толщине свариваемого металла и силу тока по диаметру электрода.
4. Наплавить валик поперек стыка длиной 60—80 мм, фиксируя режим и время сварки.
5. Охладить пробу, высушить, очистить от шлака. Взвесить пробу с наплавленным валиком, определить массу огарка.
6. Изменяя силу сварочного тока в сторону увеличения и уменьшения, наплавить еще два валика, руководствуясь вышеприведенными пунктами.
7. Повторить пп. 7, 8 опыта 1.
Опыт 3. Сварка А1 и его сплавов неплавящимся вольфрамовым электродом в среде Аг.
1. Ознакомиться с устройством поста аргонно-дуговой сварки.
2. Зачистить пластины и выполнить пп. 1, 2 опыта 1.
З. Подобрать диаметр вольфрамового электрода по толщине свариваемого металла и по диаметру электрода подобрать силу сварочного тока (табл. 6). Установить объемный расход Аг = 5 ÷ 7 л/мин.
4. Зажечь дугу на угольной пластине, после разогрева электрода перенести ее на свариваемое изделие. Ввести присадочный пруток в сварочную ванну и наплавить валик длиной 60— 80 мм перпендикулярно стыку.
5. Увеличивая и уменьшая диаметр прутка, повторить пп. 2—4.
6. Повторить пп. 7, 8 опыта 1.
данные всех измерений и результаты расчетов занести в форму 15.
Содержание отчета
1. Методика постановки опытов, примеры расчетов.
2. Таблица записей и результатов расчетов.
З. Выводы и объяснения полученных результатов.
Контрольные вопросы
1. Факторы, затрудняющие сварку А1 и его сплавов.
2. Особенности технологии ручной сварки меди угольным и металлическим электродами.
З. Особенности аргонно -.дуговой сварки титана и его сплавов неплавящимся электродом; почему она производится на постоянном токе?
4. Операции, составляющие процесс подготовки А1 к сварке.
5. Почему при сварке деформируемых сплавов А1, упрочненных термической обработкой, прочность в зоне термического влияния уменьшается?