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
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
Методичні вказівки
до виконання лабораторних робіт
для студентів напряму 6.050504 «Зварювання»
Затверджено методичною радою ЗФ НТУУ «КПІ»
Київ
2012
Наплавлення та напилення – 1. Основи наплавлення. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів напряму 6.050504 «Зварювання» / Уклад.: В. Д. Кузнецов, Д.В. Степанов – К:
ІВЦ “Видавництво «Політехніка»”, 2012. – 22 с.
Гриф надано Методичною радою ЗФ НТУУ «КПІ»
(Протокол № 01/01 від 11.01. 2012р.)
Навчальне видання
НАПЛАВЛЕННЯ ТА НАПИЛЕННЯ – 1
ОСНОВИ НАПЛАВЛЕННЯ
Методичні вказівки
до виконання лабораторних робіт
для студентів напряму 6.050504 «Зварювання»
Укладачі: Валерій Дмитрович Кузнецов, д-р техн..наук, проф..
Денис Володимирович Степанов, асистент
Відповідальний
редактор В.Д. Кузнецов, д-р техн..наук, проф..
Рецензент Р.М.Рижов д-р, техн..наук, проф..
ЗМІСТ
|
Вступ………………………………………………………………….…….. Лабораторна робота №1 Дослідження залежності якості наплавленого матеріалу від його хімічного складу……………………………………….……………………………... Лабораторна робота №2 Вплив параметрів наплавлення на особливості формування валиків….. Лабораторна робота №3 Визначення характеристик плавлення електродного матеріалу і продуктивності наплавлення………………………………………………………… Лабораторна робота №4 Вивчення впливу нахилу виробу та електроду на форму поперечного перерізу валика……………………………….…………………………………. Література…………………………………………………………………….. |
4 5 8 13 18 23 |
ВСТУП
Дисципліна «Напилення та наплавлення – 1. Основи наплавлення» надає студентам знання щодо базових способів наплавлення, закономірностей формування структурного та фазового складу наплавлених шарів, особливостей технологій наплавлення шарів різного функціонального призначення та складу, установок для наплавлення, а також навичок практичного використання одержаних знань. спрямована на вивчення типових і сучасних технологій нанесення поверхневого шару металів, є однією із основних дисциплін у циклі підготовки бакалаврів за спеціальністю 6.050504 «Зварювання».
В даному посібнику представлені чотири лабораторні роботи, які присвячені тематиці курсу.
В лабораторній роботі №1, досліджується вплив хімічного складу електродного металу на якість наплавленого шару. У роботі №2 проводиться дослідження вливу параметрів наплавлення на особливості формування валика. Робота №3 присвячена дослідженню характеристик плавлення електродного матеріалу і продуктивності наплавлення. У лабораторній роботі №4 студенти наочно зможуть побачити вплив нахилу електроду та пластини на формування наплавленого шару.
Лабораторні роботи носять дослідницький характер, в кожній з них стисло викладені основні теоретичні положення, методика виконання робіт і завдання для самостійного виконання роботи.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1
ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ЯКОСТІ НАПЛАВЛЕНОГО
МАТЕРІАЛУ ВІД ЙОГО ХІМІЧНОГО СКЛАДУ
МЕТА РОБОТИ: експериментальне дослідження впливу змін складу наплавлених шарів на їх твердість.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
У більшості випадків у наплавлених низьколегованих композицій спостерігається пропорційна залежність між твердістю та зносостійкістю. Твердість матеріалу підвищується зі збільшенням вмісту вуглецю і тому більш зносостійким виявляється метал, склад якого відповідає середньолегованим сталям. Однак підвищення в наплавленому металі кількості вуглецю ускладнює наплавлення через необхідність попереднього підігріву деталі для уникнення тріщин. Тому для підвищення зносостійкості наплавлений метал рекомендують легувати хромом, марганцем, молібденом та іншими елементами при обмеженій кількості вуглецю. Враховуючи роль вуглецю, його еквівалент використовують, з одного боку, як показник здатності до наплавлення, з іншого – як показник твердості наплавленого шару.
За рекомендаціями Міжнародного інституту зварювання для низьколегованих композицій вуглецевий еквівалент розраховують за формулою:
(1.1)
Між вуглецевим еквівалентом і максимальною твердістю нанесеного шару при наплавленні електродами існує залежність:
Hmax=660Cекв±40 (1.2)
де НVmах- максимальна твердість по Вікерсу
Електроди, які використовують для ручного наплавлення вуглецевих і низьколегованих сталей забезпечують різний склад наплавлених шарів.
ОБЛАДНАННЯ ТА МАТЕРІАЛИ
Джерело живлення ВД – 306М1, сталева пластина, кілька електродів.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Ознайомитись з обладнанням та правилами його використання.
2. Встановити режими і провести наплавлення валиків різними електродами (за вказівкою викладача).
3. Дані по електродах та хімічному складу занести до табл.. 1.1.
4. Визначити вуглецевий еквівалент та розрахункове значення твердості для кожного складу наплавленого матеріалу.
5. Дані вимірювань та розрахунків занести до табл. 1.2.
6. Підготувати поверхню кожного валика до вимірювання твердості.
7. Зробити висновки.
Таблиця 1.1
|
№п/п |
Марка елект роду |
Склад елементів, % |
||||||
|
С |
Mn |
Si |
Ni |
Cr |
Mo |
V |
||
|
1 |
||||||||
|
2 |
||||||||
|
3 |
||||||||
|
4 |
||||||||
|
5 |
Таблиця 1.2
|
№п/п |
Марка електроду |
Вуглецевий еквівалент, Секв |
Розрахована твердість, Нmax |
|
1 |
|||
|
2 |
|||
|
3 |
|||
|
4 |
|||
|
5 |
Контрольні запитання
1. Для чого існує вуглецевий еквівалент?
2. Від чого залежить величина вуглецевого еквіваленту?
3. Які є способи підвищення зносостійкості наплавленого металу?
4. Для яких матеріалів справедливі формули, за допомогою яких проводились розрахунки в лабораторній роботі?
5. Показником чого є вуглецевий еквівалент?
6. Який основний хімічний елемент використовується при розрахунку вуглецевого еквіваленту?
7. Що таке здатність до наплавлення?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2
ВПЛИВ ПАРАМЕТРІВ НАПЛАВЛЕННЯ НА ОСОБЛИВОСТІ
ФОРМУВАННЯ ВАЛИКІВ
МЕТА РОБОТИ: експериментальне дослідження геометричних параметрів форми валиків від умов наплавлення.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Характерною особливістю наплавлення є провар основного металу. Частка основного металу в наплавленому визначається відношенням площі проплавлення основного металу Fo до площі всього перерізу валика разом з площею перерізу наплавленої частини валика Fн, тобто
(2.1)
Значна частка основного металу у наплавленому приводить до змін хімічного складу останнього і таким чином погіршує експлуатаційні характеристики. На цей показник значний вплив мають параметри режимів наплавлення.
Величина γ коливається у широких межах. В звичайних умовах дугового наплавлення вона дорівнює 0.3 - 0.55. При наплавленні глибокий провар непотрібний, тому застосовують різні технологічні прийоми, які дозволяють знизити глибину проплавлення.
Геометричні параметри валиків (ширина валиків-В, глибина проплавлення - Н, висота валика - C) і відповідно γ залежать від погонної енергії наплавлення:
(2.2)
де І - струм дуги, А ; U - напруга дуги, В ; η – ефективний коефіцієнт корисної дії процесу наплавлення (складає приблизно 0.7 – 0.85 ); wн– швидкість наплавлення.
Погонна енергія знаходиться в прямій залежності від перерізу наплавленого валика
(2.3)
де Fн - площа перерізу валика в мм.
Для правильного регулювання режиму наплавлення необхідно знати, як впливають сила струму, діаметр електроду, напруга дуги та швидкість наплавлення на формування валика.
Із збільшенням зварювального струму (при даній напрузі та швидкості переміщення дуги) збільшується об'єм рідини ванни, так як збільшується кількість дроту, який розплавляється, та більше тепла виділяється на основний метал. Тиск дуги збільшується, внаслідок чого підсилюється виштовхування рідкого металу з кратеру. Дуга заглиблюється в основний метал. Глибина та площа проплавлення металу збільшується, а ширина проплавлення практично не змінюється, що призводить до підвищення висоти наплавленого валика.
При надмірному збільшенні сили струму формування наплавленого валика погіршується. Відсутній плавний перехід від поверхні наплавленого металу до основного, ускладнюється розтікання металу, стає можливим поява підворотів.
Збільшення напруги на дузі, при незмінних силі струму та швидкості наплавлення, веде до збільшення кількості тепла, що виділяється на одиницю довжини валика. При цьому зростає довжина дуги та покращується нагрівання країв ванни. Глибина провару практично не змінюється, а ширина наплавленого валика збільшується пропорційно зростанню кількості тепла. Крім цього, підвищення напруги погіршує стійкість дуги.
Швидкість наплавлення також впливає на формування валика. При малих швидкостях наплавлення (до 20 м/год) дуга виштовхується на поверхню металу - проплавлення основного металу зменшується, а ширина валика зростає. При дуже високих швидкостях наплавлення (понад 40 м/год) значно зменшується провар основного металу.
У діапазоні середніх швидкостей (20-40 м/год) збільшення швидкості наплавлення призводить до зменшення ширини валика, при цьому глибина провару практично від швидкості не залежить.
Діаметр електродного дроту безпосередньо впливає на формування валика. При зміні діаметру електроду при незмінній силі струму, змінюється тим самим густина струму, а значить і тиск дуги на зварювальну ванну. При збільшенні перерізу електроду тиск дуги зменшується, що призводить до зменшення глибини проплавлення та деякого підвищення ширини наплавленого валика. Для значного збільшення ширини валика, наплавлення виконують "розщіпленими" електродами або електродною стрічкою.
ОБЛАДНАННЯ ТА МАТЕРІАЛИ
Автомат для наплавлення АД – 231, джерело живлення КИУ - 1201, дріт зварювальний ПП – Т9, сталеві пластини.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Ознайомитись з обладнанням та способами налагодження його на заданий режим роботи.
2. Провести наплавлення валиків, змінюючи силу струму. Провести заміри розмірів валиків ( ширина В та висота посилення Н). Дані занести до таблиці 1.1.
3. Провести наплавлення валиків, змінюючи напругу на дузі. Провести заміри розмірів валиків ( ширина В та висота посилення Н ). Дані занести до таблиці 1.1.
4. Провести наплавлення валиків, змінюючи швидкість наплавлення. Провести заміри розмірів валиків (ширина В та висота посилення Н). Дані занести до табл. 1.1.
5. 3а вказівкою викладача зміну одного з параметрів режиму провести при наплавленні валиків послідовно однієї та другої пластини, які потім роз'єднати і підготувати перерізи до замірів H, h, F0, Fн. Дані занести до таблиці 1.1.
6. Побудувати графіки залежності геометричних розмірів валиків та γ від параметрів наплавлення – сили сруму, напруги на дузі та швидкості наплавлення.
7. Зробити висновки.
Таблиця 2.1
|
№ |
I |
U |
w |
B |
H |
h |
F0 |
Fн |
γ |
|
1 |
|||||||||
|
2 |
|||||||||
|
3 |
|||||||||
|
4 |
|||||||||
|
5 |
|||||||||
|
6 |
|||||||||
|
7 |
Контрольні запитання
1. Який параметр намагаються мінімізувати при наплавленні? Чому?
2. Як впливає струм на дузі на параметри наплавленого валика?
3. Як впливає напруга на дузі на параметри наплавленого валика?
4. Як впливає швидкість наплавлення на параметри наплавленого валика?
5. Як впливає діаметр електродного дроту на параметри наплавленого валика?
6. Чим визначається частка основного металу в наплавленому? Для чого цей параметр?
7. Що таке погонна енергія наплавлення? На що вона впливає при наплавленні?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3
ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАВЛЕННЯ
ЕЛЕКТРОДНОГО МАТЕРІАЛУ І ПРОДУКТИВНОСТІ
НАПЛАВЛЕННЯ
МЕТА РОБОТИ: вивчити вплив умов процесу наплавлення на характеристики плавлення електрода і продуктивність наплавлення.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Продуктивність наплавлення оцінюють по кількості металу, який наплавляється в одиницю часу, наприклад в кг / год.
Продуктивність наплавлення плавким електродом визначається за формулою:
(3.1)
де Ін - струм наплавлення, А, kн - коефіцієнт наплавлення ( г/А∙год), який показує, скільки металу з електроду під дією струму наплавлення в 1А перейде на основний метал за одиницю часу.
Продуктивність наплавлення Gн пов'язана з продуктивністю розплавлення металу електрода Gр, яка визначається за формулою:
(3.2)
де kр – коефіцієнт розплавлення ( г/А∙год ), який показує кількість електродного металу (г), який розплавляється під дією сили струму в 1 А за одиницю часу.
Коефіцієнт kн менше коефіцієнта kp на величину втрат на угар та розбризкування електродного металу.
Коефіцієнт витрат визначається формулою:
(3.3)
Коефіцієнт витрат змінюється в залежності від способу наплавлення, типу електрода та густини струму.
Так, при ручному дуговому наплавленні електродами з тонким покриттям ψ=10-20 %, при автоматичному наплавленні під флюсом ψ=1-1.5%, при наплавленні у СО2 ψ=5-15 %. При наплавленні під флюсом коефіцієнт наплавлення kн майже рівний коефіцієнту розплавлення kр.
Коефіцієнт розплавлення електродного дроту kр залежить від його хімічного складу, яким визначається температура плавлення та теплоємність металу, а також від роду і полярності струму.
При наплавленні струмом зворотної полярності коефіцієнт розплавлення найменший. Він мало залежить від складу флюсу і для маловуглецевого дроту дорівнює 11.6±0.4 г/А∙год.
При наплавленні струмом прямої полярності коефіцієнт розплавлення більший. Він залежить від атмосфери дуги, тобто від хімічного складу флюсу або захисного газу. Для флюсу АН-348А та маловуглецевого дроту в середньому діапазоні режимів в звичайних умовах наплавлення справедливий вираз:
,г/А∙год (3.4)
де Іn – струм дуги, А; d – діаметр електрода.
В таблиці 3.1 приводяться дані про продуктивність наплавлення, яка виконується різними способами в звичайних умовах.
Таблиця 3.1
|
Спосіб наплавлення |
Продуктивність кг/год |
|
Ручне електродугове |
0.8 – 3 |
|
Автоматичне одно дугове під флюсом |
2 – 15 |
|
Те ж саме, електродною стрічкою |
10 – 20 |
|
Плавким електродом в СО2 |
1.5 – 8 |
ОБЛАДНАННЯ ТА МАТЕРІАЛИ
Автомат АД-231, джерело живлення КИУ –1201, дріт зварювальний ПП-Т9, джерело живлення ВД – 306М1, електроди, напівавтомат КП 004 УЗ заряджений дротом Св-08Г2С, джерело живлення КИГ-401, балон з СО2, кілька сталевих пластин.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Ознайомитись з обладнанням та правилами керування ним.
2. Визначити масу стальних пластин (М1) та дроту (m1) до наплавлення. Результати занести до таблиці 3.2.
3. Провести наплавлення валика на кожну пластину фіксуючи час наплавлення tн та зварювальний струм Ін.
4. Після кожного наплавлення визначити вагу пластини (М2) та дроту (m2) що залишився. Дані занести до таблиці 3.2.
5. Визначити значення коефіцієнтів наплавлення αн та розплавлення αр, користуючись формулами (3.5) та (3.6). Результати занести до таблиці 4.3.
(3.5)
(3.6)
Маси наплавленого і розплавленого матеріалів визначаються, відповідно, з формул:
(3.7)
(3.8)
6. Визначити значення продуктивності наплавлення Gn та розплавлення електродного дроту Gp, користуючись формулами (3.1) та (3.2). Результати занести до таблиці 3.2.
7. Визначити коефіцієнт втрат, користуючись формулою (3.3). Результати занести до таблиці 3.3.
8. Виміри і розрахунки згідно п.п. 1 – 7 провести при наплавленні електродом і під флюсом, змінюючи полярність дуги.
9. Порівняти наведені дані з наведеними в табл.. 3.1, а також з їх значенням із таблиці (3.3).
10. Зробити висновки і пояснення залежності характеристик процесу від умов наплавлення.
Таблиця 3.2
|
№ |
Спосіб наплавлення |
Полярність |
Струм, А |
Час наплавлення, с |
М1, кг |
М2, кг |
m1, кг |
m2, кг |
|
1 |
||||||||
|
2 |
||||||||
|
3 |
||||||||
|
4 |
||||||||
|
5 |
||||||||
|
6 |
||||||||
|
7 |
||||||||
|
8 |
Таблиця 3.3
|
№ |
Gн кг/с |
Gp кг/с |
kн кг/А∙с |
kp кг/А∙с |
ψ |
|
1 |
|||||
|
2 |
|||||
|
3 |
|||||
|
4 |
|||||
|
5 |
|||||
|
6 |
|||||
|
7 |
|||||
|
8 |
Контрольні запитання
1. Що таке продуктивність розплавлення?
2. Що таке продуктивність наплавлення?
3. Що таке коефіцієнт розплавлення?
4. Що таке коефіцієнт наплавлення?
5. Що таке коефіцієнт витрат?
6. Від чого залежить коефіцієнт розплавлення?
7. Як максимізувати коефіцієнт розплавлення?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4
ВИВЧЕННЯ ВПЛИВУ НАХИЛУ ВИРОБУ ТА ЕЛЕКТРОДУ НА ФОРМУ ПОПЕРЧНОГО ПЕРЕРІЗУ ВАЛИКА
МЕТА РОБОТИ: вивчити вплив нахилу виробу та електроду на форму поперечного перерізу валика.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
При наплавленні розплавлений метал електроду переноситься в зварювальну ванну у вигляді крапель різного розміру. Відривання крапель від електроду відбувається завдяки силі тяжіння, під дією електродинамічної сили, а також в наслідок бурхливого «кипіння» металу з виділенням окислу вуглецю. На кінці електроду краплі розплавленої сталі кисень взаємодіє з вуглецем, розчиненим в металі, з утворенням окислу вуглецю.
Якщо ділянка виробу, що наплавляється, нахилена убік переміщення електроду (зварювання на спуск, рис. 4.1, а), підвищення рівня рідкого металу у ванні в порівнянні з рівнем при горизонтальному положенні даної ділянки (рис. 4.1, б). Відповідно підвищується рівень в кратері — метал, як би, підтікає під дугу. Теплопередача від дуги здійснюється через прошарок рідкого металу, в наслідок цього глибина провару зменшується, а ширина наплавленого валу збільшується. Дослідним шляхом встановлено, що таке покращення форми наплавленого валику відбувається при нахилі до 6—8°. При подальшому збільшенні кута нахилу з'являються підвороти і непровари по краях валику. При нахилі 14—16° розплавлений електродний метал не сплавляється з виробом і після твердіння легко від нього відокремлюється.
Нахил виробу убік, протилежний напрямку переміщення електроду (зварювання на підйом, рис. 4.1, в), призводить до пониження рівня рідкого прошарку металу під дугою в кратері, в наслідок чого відтискається газодинамічним тиском дуги. В результаті глибина проплавлення збільшується, а ширина валу зменшується. Формується вузький валик з глибоким проваром. При нахилі, що перевищує 6—8°, з'являються підрізи.
а) – наплавлення на спуск, б) – наплавлення на горизонтальну пластину, в) - наплавлення на підйом
Рисунок 4.1 - Вплив нахилу виробу на глибину проплавлення і частку основного металу при однаковому режимі наплавлення (тиск дуги врівноважує різниця рівнів рідкого металу Н)
Нахил електроду, в свою чергу, робить вплив на форму перерізу наплавленого валику. При нахилі вздовж напрямку наплавлення кутом вперед (електрод нахилений назад) збільшується ширина валику і зменшується глибина провару. Нахиляючи електрод поперек осі наплавленого валику, валик можна перемістити, що необхідно при наплавленні на стінки, бурту і тому подібне.
Для правильного регулювання режиму наплавлення необхідно знати, як впливають сила струму, діаметр електроду, напруга дуги і швидкість зварювання на формування наплавленого валику.
Зі збільшенням зварювального струму (при даній напрузі і даній швидкості переміщення дуги) зростає об'єм рідкої ванни, оскільки збільшується кількість дроту, що розплавляється, і більше тепла виділяється на основному металі. Тиск дуги збільшується, чого витіснення рідкого металу кратера посилюється. Дуга занурюється углиб основного металу. Глибина і площа проплавлення металу зростають, а ширина провару практично мало змінюється, що призводить до збільшення висоти наплавленого валику.
При надмірному збільшенні сили струму формування наплавленого валику погіршується. Відсутній плавний перехід від поверхні наплавленого металу до основного, важким є розтікання металу, стає можливим утворення підворотів.
На рис. 4.2 схематично показаний вплив нахилу електроду на форму поперечного перерізу валику.
Рисунок 4.2 - Зміна форми поперечного перетину наплавленого валику залежно від нахилу електроду
ОБЛАДНАННЯ ТА МАТЕРІАЛИ
Джерело живлення ВД – 306М1, сталева пластина, кілька електродів.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Ознайомитись з обладнанням та правилами користування.
2. Встановити режими і провести наплавлення кількох валиків при різних просторових положеннях виробу і електроду (за вказівкою викладача).
3. Провести наплавлення кількох валиків.
4. Провести заміри наплавлених валиків, результати занести до таблиці 4.1.
5. Порівняти наплавлені валики.
6. Зробити висновки.
Таблиця 4.1
|
№ |
Положення виробу |
Положення електроду |
Ширина валику, В, мм |
Висота валику, h, мм |
Глибина провару, H, мм |
|
1 |
|||||
|
2 |
|||||
|
3 |
|||||
|
4 |
|||||
|
5 |
Контрольні запитання
1. Опишіть механізм наплавлення «на спуск»?
2. Опишіть механізм наплавлення «на підйом»?
3. Опишіть механізм наплавлення «кутом вперед»?
4. Опишіть механізм наплавлення «кутом назад»?
5. Яке розміщення пластини краще використовувати для наплавлення, а яке для зварювання? Чому?
6. Яке розміщення електроду краще використовувати для наплавлення, а яке для зварювання? Чому?
Література
27