На головну

зварювальний ванна

  1. А. МЕХАНІЗОВАНА НАВАНТАЖЕННЯ, РОЗВАНТАЖЕННЯ і переміщення вантажів
  2. Автоматизована інформаційна система організації перевезень вантажів по безпаперової технології з використанням електронної накладної (АІС ЕДВ)
  3. Автоматизована комплексна система фірмового транспортного обслуговування (АКСФТО)
  4. Автоматизована система оперативного управління перевезеннями (АСОУП)
  5. Автоматизована система організації вагонопотоків
  6. Автоматизована система розробки графіка руху поїздів
  7. Автоматизована система управління вантажною станцією (АСУ ГС)

1. А. і. Бабкін, А. с. Морозов, І. а. Дужевскій «ПРОЕКТУВАННЯ гвинтовий механізм» Навчально-методичний посібник для курсового проектування, Северодвинск, 2006;

2. Д. Н. Решетов «Деталі машин», Москва «Машинобудування», 1989;

3. А. Е. Шейнбліт «Курсове проектування деталей машин», Бурштиновий оповідь, 2003;

4. П. Ф. Дунаєв, О. П. Льоліком «Конструювання вузлів і деталей машин», Москва «Academa», 2003

Розділ 1. Зварювальний ванна, кристалізація при зварюванні і формування металу шва

зварювальний ванна

 
 Обсяг розплавленого металу, що утворюється при зварюванні плавленням під впливом джерела тепла, називають зварювальної ванній (рис. 1.1 а). Розрізняють зварювальну ванну першого типу, що утворюється, наприклад, при дугового або газопламенной зварюванні, і другого типу, що утворюється при електрошлакового зварювання. Розглянемо докладніше зварювальну ванну першого типу, оскільки вона зустрічається частіше (рис. 1.1 б). Мал. 1.1 а. зварювальний ванна Мал. 1.1 б. Схема освіти шва при дугового зварювання: 1 - лінія (зона) сплаву; 2 - частково оплавлені зерна основного металу; 3 - стовпчасті кристалітів; 4 - кристалізаційні шари; 5 - автономні неорієнтовані кристалітів; S - товщина зварюваної кромки; h - глибинапроплавлення; е - ширина шва; q - висота посилення шва У головній частині ванни на лінії АБВ (на фронті плавлення) відбувається плавлення основного металу. Під дією тиску дуги, потоків газу, реакції парів металу, конвекції, що виникає через нерівномірне нагрівання, рідкий метал під джерелом тепла (під зварювальної дугою) відтісняється, постійно переміщаючись в хвостову частину ванни. У ньому утворюється поглиблення-кратер, яким визначається глибинапроплавлення h. У хвостовій частині ванни метал охолоджується і на задній кордоні ванни (на лінії АГВ), яку називають фронтом затвердіння, кристалізується. Електродний або присадний метал, розплавляючись, перемішується в зварювальної ванні з основним металом і забезпечує посилення q зварного шва. Між металом шва і основним металом деталі, що зварюється утворюється чітка межа 1, яку називають зоною сплаву, або, при малій її ширині, лінією сплавленія.Размери і параметри зварювальної ванни залежать від теплової потужності джерела тепла, швидкості зварювання і теплофізичних властивостей зварюваного іелектродного матеріалів. Довжину ванни при дугового зварювання можна визначити за формулою: L = k (UI)2/ (Vсв?2), Де k = 2,8 ... 3,6 мм / (кв * А); U - напруга на дузі, В; I - сила зварювального струму, А; ? - товщина зварювальних кромок, мм.Длітельность перебування зварювальної ванни в рідкому стані розраховують як відношення довжини зварювальної ванни L до швидкості зварювання Vсв: tж = L / Vсв.Ширина Зварювальної ванни визначає ширину шва е, яка характеризує форму шва. Коефіцієнт форми шва ? наближено знаходять як відношення ширини шва до глибини проплавлення: ? = e / h.1.2. Процеси кристалізації при сварке1.2.1. Первинна кристалізація металу зварювальної ванниКрісталлізація - це процес утворення зерен (кристалітів) металу при його охолодженні. Кристалітів називають кристал неправильної форми. Виникнення і зростання кристалітів при переході металу з рідкого стану в тверде називають первинної кристалізацією. Перетворення первинних кристалітів при охолодженні затверділого металу, структурні перетворення в ньому, називають вторинною крісталлізаціей.Процесс кристалізації металу складається з трьох стадій. Це переохолодження рідкого металу, утворення центрів кристалізації і зростання кристалітів від цих центров.Переохлажденіе - це охолодження рідкого металу до температури нижче температури його плавлення. Від наявності переохолодження залежить друга стадія процесу кристалізації: утворення центрів кристалізації, зародків майбутніх кристаллитов. Атоми розплавленого металу не можуть мимовільно скластися в кристалітів. Необхідно, щоб в розплаві була готова тверда поверхня, на якій будуть відкладатися атоми з рідкого металу, потрібні тверді зародки майбутніх кристаллитов - центри крісталлізаціі.Расплав чистих металів має однорідний (гомогенний) склад, в ньому немає домішок і сторонніх включень. Якщо такий розплав охолоджувати, то його переохолодження буде збільшуватися до критичного значенія.Напрімер, для заліза це на 295 0С, для міді на 263 0С, для алюмінію на135 0З нижче температури плавлення. При такому переохолодженні в рідини починають створюватися стійкі угруповання атомів, деякі з яких стають центрами кристалізації. Такі зародки утворюються відразу у всьому об'ємі рідини, кристаліти ростуть на них у всіх напрямках, заважаючи один другу.Получается дрібнозернистий однорідна структура з хорошими механічними свойствамі.Однако при зварюванні гомогенного розплаву не буває. Метал зварювальної ванни неоднорідний (гетерогенний). У ньому можуть бути не повністю розплавилися основного, присадного або легуючих матеріалів, він контактує з кордонів ванни з частково оплавлені зернами основного металу. Ці тверді поверхні при зварюванні є гетерогенними зародками кристаллитов. Такі зародки можна створювати штучно, наприклад, вводячи в зварювальну ванну порошки елементів-модифікаторів. Більш тугоплавкі частинки цих елементів, перебуваючи в металі ванни в підвішеному стані, служать центрами кристалізації, що подрібнює структуру шва і покращує його властивості. При зварюванні стали модифікувати метал шва можна, вводячи в хвостову частину ванни залізні опілкі.Крісталліти в зварювальної ванні починають рости на оплавленої поверхні зерен основного металу. Вони ростуть у напрямку максимального тепловідведення від рідкого металу перпендикулярно дотичній до фронту затвердіння - до лінії АГВ (див. Рис. 1.1 б). Такі кристалітів називають столбчатимі. Швидкість зростання столбчатого кристаліта залежить від величини переохолодження перед його вершиною. У лінії сплавляння 1 в точках А і В нагрівання та охолодження однакові, переохолодження не виникає, швидкість росту кристаліта Vk = 0.В точці Г тепловідвід найбільший, значить, в рідкому металі поблизу цієї точки виникне максимальне переохолодження і, відповідно, кристаліт тут ростиме з максимальною швидкістю. Таким чином, швидкість зростання кристаліта в міру переміщення його вершини по фронту затвердіння зростає від нуля до максимального значення. Але зміна цієї швидкості відбувається немонотонно. Справа в тому, що при затвердінні виділяється прихована теплота кристалізації, яка раніше була витрачена на розрив зв'язків між частинками твердого металу при його плавленні. Ця теплота зменшує переохолодження і настає момент, коли зростання кристаліта практично припиняється. Потім переохолодження знову збільшується - кристаліт знову починає рости, прискорюючись. процес повторюється. Кристалізація відбувається шарами, які розташовуються паралельно фронту затвердеванія.В залежності від середньої швидкості кристалізації в зварювальної ванні можуть рости стовпчасті кристалітів трьох типів (рис. 1.2): гладкі, пористі і дендритні (деревовидні) .У лінії сплавляння (поблизу точки А) переохолодження невелика , швидкість кристалізації мала. Фронт затвердіння гладкий, на ньому немає виступів і западин. Це гладкий зростання кристалітів. У міру збільшення переохолодження на фронті затвердіння утворюються виступи - починається пористий зростання. Ніздрюваті кристалітів є ряд паралельних голок (осередків), що мають поперечний розмір 10-5... 10-6 см, між осередками в межах кожного кристаліта утворюються субграніци. У міру збільшення переохолодження збільшується швидкість кристалізації, окремі осередки можуть швидко проростати в розплав у вигляді голок, утворюючи стовбури (по осі першого порядку). Від них по осях другого порядку ростуть гілки, на яких можуть бути нові гілки, що ростуть по осях третього порядку і т. Д. Утворюються деревовидні кристалітів-дендрити, відбувається дендритних зростання. Поблизу осі шва перед фронтом затвердіння переохолодження може бути така велика, що на наявних в розплаві включених, які в цьому випадку будуть служити центрами кристалізації, почнуть рости в усіх напрямках неорієнтовані кристалітів. Це автономний зростання кристалітів. Стовпчасті кристалітів припиняють своє зростання, впираючись в закристалізуватися зону автономного зростання. Мал. 1.2. Схема кристалізації металу в зварювальній ванні Легуючі елементи і домішки в рідкому металі в більшості випадків розчиняються краще, ніж в твердому. Тому в процесі кристалізації відбувається сегрегація домішок, вони виділяються з розчину і скупчуються по межах гладких і пористих кристаллитов і в просторах між гілками дендритів. Утворюються ліквационноє прошарку домішок, виникає хімічна межкристаллитная і внутрікрісталлітной неоднорідність. Таким же чином виникає хімічна неоднорідність на кордонах кристалізаційних слоев.Ліквація - хімічна неоднорідність металу, що виникає при їх кристалізації. Вперше на хімічну неоднорідність сталевих злитків звернули увагу в 60-х роках минулого столетія.Наібольшую схильність до ліквації зі звичайних домішок в стали мають сірка, кисень, фосфор, вуглець і в значно меншій мірі марганець і кремній.Разлічают зональну (макро-) ликвацию - нерівномірний розподіл домішок між окремими зонами злитка і дендритну (мікро-) ликвацию - нерівномірний розподіл домішок в межах кожного кристала (рис. 1.3) Якісно обидва види ліквації домішок можуть бути визначені по сірчаним відбитками. Кількісно макроліквація визначається на основі аналізу стружки металу, відібраної з різних місць вирізаних із злитка поздовжніх або поперечних темплетов (шматок зразка з дефектом), а мікроліквація - локальним методом з використанням, наприклад, лазерного променя, а також методом радіоактивних ізотопів (атом одного і того ж елемента). В останньому випадку в рідкий метал вводять радіоактивний ізотоп елемента, ізоляція якого підлягає вивченню, з подальшим зняттям авторадиограмм. Кількісно хімічна неоднорідність (сегрегація) характеризується відношенням: (C - Ccp/ Ccp) * 100% відповідно зміст елемента в даній точці і середнє його зміст в зливку або вковшевой пробе.В злитку спокійної сталі зазвичай виявляються дві зони позитивної і одна зона негативною ликвации (рис. 1.4). Зона негативною ликвации збігається з конусом осадження. Зона позитивної ликвации є V-образну осьову і Д-образну поза осьову ликвацию або «вуса». Мал. 1.3. Макро- (а) і мікроліквація (б) Мал. 1.4. Макроліквація домішок в зливку спокійної сталі: 1 - д-образна ізоляція ( «вуса»), 2 - V-образна ізоляція, 3 - зона негативною ликвации Метал ліквационних прошарків більш легкоплавок і найчастіше має знижену міцність і пластичність у порівнянні з металом кристаллитов. Тому хімічна неоднорідність металу шва погіршує його механічні властивості. Особливо небезпечно скупчення на кордонах кристалітів сірки і фосфору. Оскільки домішки послаблюють в основному кордону кристаллитов, виникає різниця у властивостях металу шва в залежності від напрямку навантаження (анізотропія властивостей): в напрямку переважного зростання кристалітів механічні властивості вище, ніж в перпендикулярному направленіі.Наіменьшая хімічна неоднорідність виникає при гладкому зростанні: домішки внаслідок малої швидкості кристалізації відтісняються фронтом затвердіння, кордони між кристаллитами тонкі. Більше домішок залишається на кордонах кристалітів і на субграніцах осередків при ніздрюватому зростанні. Найбільша хімічна неоднорідність утворюється при дендритних зростанні. Між автономними кристаллитами також утворюються ліквационноє прошарку, але тут вони менш опасни.Еті кристалітів не мають переважного напрямку росту, прошарку рівномірно розподілені в затверділому металі. Таким чином, найбільш небезпечні для якості зварного шва дендритні кристалітів. Тому важливо, щоб первинна структура металу шва була дрібнозернистої з незначною хімічної неоднорідністю. Цього можна домогтися, вводячи в зварювальну ванну елементи-модифікатори або тверді частинки, які послужать центрами для автономних крісталлітов.Другой шлях подрібнення структури шва - це фізичний вплив на ванну змінним електромагнітним полем або ультразвуком.Прі цьому в обсязі ванни виникають коливання, хвилі гарячого металу підмивають зростаючі стовпчасті кристалітів, їх уламки, не встигаючи повністю розплавитися, служать новими центрами кристалізації - структура ізмельчается.Разрушенію вершин стовпчастих кристалітів сприяють механічні напруги в них, що виникають в результаті коливань металу. При дугового зварювання соленоїд (різновид електромагнітів), що генерує електромагнітне поле, встановлюють над ванною так, щоб його вісь збігалася з віссю електрода, утворюється поздовжнє щодо електрода поле. Ультразвук вводять в зварювальну ванну через тугоплавкий стрижень, один кінець якого поміщають в рідкий метал хвостовій частині зварювальної ванни, а другий кінець жорстко прикріплюють до концентратора генератора ультразвукових коливань. При зварюванні плавиться можна приєднати до концентратора мундштук зварювального горелкі.Ізмельченія структури можна також домогтися механічними низькочастотними коливаннями зварювального пальника або плавиться електрода.1.2.2. Вторинна кристалізація і будова зварного соедіненіяС затвердіння металу шва структурні перетворення в ньому не закінчуються. Наприклад, при зварюванні стали первинні кристалітів відразу після їх утворення складаються з аустеніту - твердого розчину вуглецю і легуючих елементів в ?-залозі, що існує при високих температурах (750 ... 1500 0С). У процесі охолодження аустеніт розпадається, перетворюючись в залежності від складу стали і швидкості охолодження в інші фази: пластичний ферит, міцніший перліт і міцний, але мало пластичний Мартенсом. Швидкість охолодження зони зварювання зазвичай велика, і структурні перетворення не встигають відбутися до кінця. Отже, змінюючи швидкість охолодження зварного з'єднання, підігріваючи або штучно охолоджуючи його, можна в деяких межах керувати вторинної кристалізацією металу шва і його механічними властивостями. Теплота, що виділяється джерелом нагрівання, при зварюванні поширюється в основний метал. Його ділянки нагріваються до температури плавлення на кордоні зварювальної ванни і мають температуру навколишнього середовища далеко від неї. Це не може не позначитися на структурі металу. Зону основного металу, в якій в результаті нагрівання і охолоджування металу відбуваються зміни структури і властивостей, називають зоною термічного впливу (ЗТВ). Кожна точка в ЗТВ в залежності від відстані до осі шва досягає різної максимальної температури, нагрівається і охолоджується з різними скоростямі.Ізмененіе температури даної точки в часі називають термічним циклом. Кожна точка ЗТВ має при зварюванні свій термічний цикл. Значить, метал в ЗТВ піддається в результаті зварювання декільком видам термічної обробки. Тому в ЗТВ спостерігаються чітко виражені ділянки з різною структурою і властивостями. у кожного зварюваного матеріалу в ЗТВ будуть свої, характерні для цього матеріалу, структурні участкі.Наіболее наочна ця структурна неоднорідність ЗТВ при зварюванні плавленням низьковуглецевої сталі (рис. 1.5). Безпосередньо до металу шва примикає ділянка неповного розплавлення 1. Це тонка (в кілька мікрон) перехідна смужка від металу шва до основного металу, що складається з частково оплавлених зерен основного металу. Метал ділянки неповного розплавлення хімічно неоднорідний, в ньому концентруються напруги. Ця ділянка сильно впливає на властивості з'єднання в цілому. За ним слідує ділянку перегріву 2, В ньому метал нагрівається до температури вище 1130 0З, зерно встигає сильно вирости і при охолодженні НЕ подрібнюється. Тут можливе виділення пластичної фази - фериту - не по межах зерен, а всередині їх у вигляді голок або пластинок. Така структура називається відманштедтовой. Вона володіє поганими механічними властивостями, зокрема низькою ударною вязкостью.Участок неповного розплавлення і ділянку перегріву разом називають околошовной зоною. При температурі 900 ... 1100 0З утворюється ділянка нормалізації (повної перекристалізації) з дрібнозернистою структурою. Мал. 1.5. Структура зони термічного впливу при сваркеплавленіем низьковуглецевої стали: а - розподіл максимальної температури; б - термічні цикли точок ЗТВ; в - структурні ділянки ЗТВ У цій ділянці тривалість перебування металу при високій температурі невелика, зерно не встигає вирости, а при охолодженні - подрібнюється. Тому метал тут має найвищі механічні властивості. Ділянка 4 неповної перекристалізації визначається діапазоном температури 723 ... 900 0С.Конечная структура на цій ділянці складається з великих зерен, які не встигли пройти перекристаллизацию, і розташованих між ними дрібних зерен, що утворилися при перекристалізації. За механічними властивостями метал тут гірше, ніж на ділянці нормалізації 3, але краще, ніж на ділянці перегріву. На ділянці рекристалізації 5 метал нагрівається до температури 500 ... 723 0С. Структура його не змінюється, але якщо зварювався метал, піддавався холодної прокатки, або легований метал після термообробки (наприклад, загартування), то на цій ділянці відновиться вихідна структура металу. При цьому трохи зменшиться міцність, але зросте пластичність металла.На ділянці 6, нагрівають до температури нижче 500 0З, видимих ??змін структури не відбувається. Однак метал тут охолоджується дуже повільно, підігріваючись від сусідніх ділянок, і тому аж до температури 100 0З по межах зерен можуть виділятися мікроскопічні частинки домішок. Це явище називають старінням металу. В результаті старіння знижується в'язкість, чому також сприяють утворюються в процесі зварювання пластичні деформації металу внаслідок його теплового розширення. Охрупчивание металу, нагрівають до температури, при якій утворюються сині кольори мінливості (200 ... 400 0С), називають сінеломкость, а ділянка 6 - ділянкою сінеломкості.Шіріна зони термічного впливу залежить від кількості теплової енергії, що припадає на одиницю довжини шва, - погонной енергії. При ручного дугового зварювання, наприклад, стали ширина ЗТВ становить 5 ... 6 мм, при газополум'яної зварюванні вона доходить до 25 мм.

 



Розрахунок конструктивних розмірів корпуса. | і його деформационная здатність
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати