Методические рекомендации по выполнению практических работ по учебной дисциплине ОП.08 Материаловедение

Автономное учреждение

 профессионального образования

Ханты-Мансийского автономного округа – Югры

«СУРГУТСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Методические рекомендации

по выполнению практических работ

по учебной дисциплине ОП.08 Материаловедение

Для студентов очной формы обучения

Специальность: 22.02.06 Сварочное производство

Наименование профиля:  технический

Сургут, 2016

Методические рекомендации по выполнению практических работ по учебной дисциплине ОП.08 Материаловедение

 

 

Составитель: Избасаров М.К., преподаватель

 

 

 

 

Методические рекомендации разработаны  в соответствии с рабочей программой по учебной дисциплине ОП.08 Материаловедение. Предназначены для обучающихся технического профиля по специальности 22.02.06 Сварочное производство.

Пояснительная записка

Методические указания предназначены для проведения учебных лабораторных занятий по дисциплине «Материаловедение».

В данных методических указаниях рассмотрены методы определения основных физико-механических свойств  материалов, характеристики макроструктур различных групп материалов, подробно рассмотрена классификация материалов и их характеристика.

Перед выполнением работ студенты должны ознакомиться с правилами техники безопасности.

В каждой лабораторной работе приведены теоретические  основы по  данной теме, методика выполнения  лабораторной работы, основные расчетные формулы, контрольные вопросы и рекомендации по оформлению.

      Выполнение студентами лабораторных работ  направлено на:

- обобщение, систематизацию, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам;  

- формирование умений применять полученные знания на практике;

- выработку при решении поставленных задач таких профессионально значимых качеств, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициативность.

Критериями оценки результатов практической работы студента являются: выполнение  полного объема заданий практической работы, умение работать со справочными данными и сведениями, правильность отбора необходимого материала при подготовке ответов на вопросы работы, демонстрация усвоения учебного материала и владение терминологией при  защите практических работ.

Перечень лабораторных работ 

№ п/п	Наименование раздела, темы практической работы	Кол-во часов	Формируемые компетенции (в соответствии с ФГОС)
1	Определение  физических свойств по внешним признакам и по справочной литературе.	2	ОК 1-9 ПК 1.1 -4.5
2	Определение твердости металлов по Бринеллю	2
3	Классификация и маркировка железоуглеродистых сплавов	2
4	Выбор электродов (марки, покрытия) в зависимости от видов металлов	2
5	Дефекты и контроль качества сварных соединений	2

Практическая работа № 1

Тема: « Определение физических свойств металлов по внешним признакам и по справочной литературе»

Цель работы: научиться определять физические свойства  металлов и сплавов.

Оборудование: образцы чистых металлов и сплавов, коллекция металлов, магнит.

Ход работы.

1.Рассмотрите выданные вещества  (коллекция металлов).  В каком физическом состоянии они находятся?

2.Определите цвет, прозрачность.

3. Поднесите магнит к образцам металлов. Какое вещество притягивается магнитом?

4. Найдите по справочным таблицам значения температур плавления и плотности выданных образцов.

 Результаты исследований  оформите в виде таблицы.  Проанализируйте результаты  и  сделайте выводы.

Металл	Физическое состояние	Цвет, прозрачность	Блеск	Магнитные свойства	Тем-ра плавление	Плотность, г/см3
сталь	твердые вещества	серебристо белый, непрозрачный	да	да	1500-16000 С
Чугун
Цинк
Медь
Алюминий
Свинец
Олово
Титан

Ответьте на контрольные вопросы.

1.Для чего необходимо знать физические свойства металлов? Приведите примеры.

2. Почему кастрюли делают из металлов? Почему металлической ложкой можно обжечься, а деревянной нет?

 Выводы.

                                                                                                        Таблица 1.

Металлы и сплавы	Плотность г/см3	Температура плавления 0С	Электропроводность,              м/Ом мм2
Кобальт	8,9	1495	16,1
Никель	8,91	1455
Алюминий	2,70	660	37,6
Медь	8,95	1083	60,1
Вольфрам	19,3	3410	18,2
Цинк	7,14	420	16,9
Свинец	11,34	327	4,82
Олово	7,29	232	0,16
Железо	7,87	1539	10,3
Титан	4,90	1680	1,25
Висмут	9,8	271	94
Кадмий	8,65	321	14,6
Хром	7,2	1903
Тантал	16,69	2980
Чугун		1200
Сталь		1600

Практическая работа № 2

Тема: Определение твердости металлов

            Цель работы:  изучение  метода  измерения твердости по Бринеллю и ознакомиться с устройством прибора  Бринелля.

Оборудование:  схема прибора  Бринелля (твердомер ТБ 5004)  и прибора Роквелла (твердомер ТК).

Задания

1. Описать сущность  метода  измерения твердости по Бринеллю.

2. Ознакомиться с устройством и принципом работы прибора Бринелля и нарисовать основные  части прибора.

3. Написать последовательность выполнения работ  по измерению твердости материалов.  Занести  результаты  испытания в таблицу

4.Ответьте на контрольные вопросы.

Ход работы

1. Пользуясь теоретическими данными опишите сущность измерения твердости  металлов по Бринеллю.

Теоретические основы работы

Для определения твердости металлов чаще применяют методы Бринелля (ГОСТ 23677 -79) или  Роквелла. Эти методы отличаются простотой, возможностью применять их на готовом изделии без его разрушения.

Сущность метода испытания по определению твердости методом Бринелля заключается в том, что в металл под нагрузкой вдавливают закаленный стальной шарик определенного диаметра Dмм (рис. 1) и по величине диаметра шарового отпечатка d  (глубина h) судят о его твердости.

                                              

Рис.1. Схема измерения твердости по Бринеллю.

        Измерение твердости по методу Бринелля осуществляется на твердомере типа ТВ 5004. В качестве индентора применяются шарики диаметром 2,5;  5,0  и 10 мм, изготовленные из высокоуглеродистой стали и выражается числом твердости  НВ. Диаметр шарика, нагрузка и  продолжительность выдержки шарика под  нагрузкой выбирают  по таблице 1.

Твердость по Бринеллю (НВ) определяют по специальной таблице или рассчитывают по формуле:

где, Р – нагрузка на шарик, D- диаметр шарика, d-диаметр отпечатка, мм.

Показателем твердости является число твердости по Бринеллю ( НВ) – это отношение  усилия Р к площади поверхности шарового сегмента .

                                                                                             Таблица 1

Зависимость диаметра шарика и нагрузки от твердости и толщины испытуемого образца

Материал	Твердость НВ кгс/мм2	Минимальная толщина образца, мм	Диаметр шарика D, мм	Нагрузка Р, кгс	Выдержка, сек.
Черные металлы	более 140	3-6 2-4	10 5	3000 750	10 10
	менее 140	более-6	10	1000	10
Цветные металлы	менее 130	3-6 2-4	10 5	3000 750	30
	35-130	3-9 менее-3	10 2,5	1000 62,5	30

2. Устройство и принцип работы прибора Бринелля

На рис. 2.  приведена принципиальная схема твердомера ТБ 5004.

Рис.2. Схема прибора для определения твердости по Бринеллю

Основными частями прибора являются:

1. Шпиндель 6, в который вставляются сменные инденторы с шариками разного диаметра.

2. Подвеска 18 с набором грузов.

3. Маховик 1, перемещающий опорный столик 5 с образцом в вертикальном направлении.

4. Система рычагов 12, 15, 17-19, передающих нагрузку на испытуемый образец.

5. Электродвигатель 21, обеспечивающий работу прибора.

6. Пульт управления с переключателями режима работы, сигнальными лампами “контроль”, “выдержка”, “сеть”, реле времени.

7. Кнопки “пуск” и “стоп”.

3. Последовательность выполнения работы на приборе Бринелля

1. Подготовить образцы для испытания и ознакомиться (поверхность образца должна быть отшлифована).

2. Выбрать по таблице 1 диаметр шарика, величину нагрузки  для испытания, в зависимости от материала и толщины образца.

3. Установить на опорный столик  испытуемый образец  и   с  помощью маховика подвести образец до касания с индентором.  

4. Нажав кнопку “пуск”, произвести нагружение.

5.Получить и  измерить диаметры отпечатков в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

6. Результаты испытаний занести в таблицу 2.

№ п/п	Диаметр шарика D, мм	d  отпечатка, мм	НВ	Прикладываемое усилие
1	10	4,1	217	3000
2	10	4,2	207	3000
3	10	4,0	229	3000
			ср.218

4.Контрольные вопросы

1.Что такое твердость?

2.Какие методы определение  твердости вы знаете?

3.В каких единицах измерения определяется твердость по Бринеллю?

Выводы.

Практическая работа  № 3

Тема: Классификация и маркировка железоуглеродистых

сплавов

Цель работы: изучить основные положения маркировки сталей и чугунов. Научиться  читать маркировку. Научиться определять состав, свойства и назначение сплава по его марке.

Оборудование: 1. Плакаты, схемы. ГОСТы для различных групп сталей и чугунов. Карточки индивидуальных заданий

Задания

1. Ознакомиться с принципами  классификации сталей и чугунов.

2. Нарисовать схемы классификации чугуна и описать  характеристики свойств серого, высокопрочного и ковкого чугунов.

3. Нарисовать схемы классификации сталей и описать  характеристики свойств

4. Расшифровать предложенные марки сплавов.

Ход работы

1. Пользуясь теоретическими данными опишите классификацию сталей и чугунов 

Теоретические основы

      Обычно, металлы в чистом виде в технике используются очень редко. Они применяются в виде металлических сплавов. Металлический сплав – это материал, полученный сплавлением двух или нескольких химических элементов и имеющий свойства отличные от свойств его составляющих компонентов.

Общим свойством металлов и сплавов является их кристаллическое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве.

      Все металлы и сплавы подразделяются на черные (железо и сплавы на его основе) и цветные (остальные металлы и их сплавы) (рис. 1).

 

Рис. 1. Классификация черных металлов

2. Классификация и маркировка чугунов

Чугун – это сплав железа с углеродом (при содержании последнего более 2,14 %) и другими примесями.

Чугун является наиболее распространенным материалом для отливок, так как отличается хорошей жидкотекучестью. Кроме того чугун обладает повышенной износостойкостью и коррозионной стойкостью и имеет невысокую стоимость. Из-за плохой пластичности чугун не подвергается обработке давлением. Он плохо сваривается. Маркировку имеют лишь серые чугуны.

ГОСТ 7293–85  «Чугун с шаровидным графитом для отливок» регламентирует восемь марок: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100.

ГОСТ 1215–79 «Отливки из ковкого чугуна» регламентирует 11 марок чугуна: КЧ30–6, КЧ3–8,  КЧ35–10, КЧ37–12, КЧ45–7, КЧ50–5, КЧ55–4, КЧ60–3, КЧ65–3. КЧ70–2, КЧ80–1,5.

Таблица 2

Характеристика чугунов

Наименование	Форма графита	Маркировка и область применения
Серый чугун (около 3,8%С)	Пластинчатая	Маркируются СЧ и числом временного сопротивления при растяжении (10МПа), например, СЧ 15 (серый чугун σв = 150 МПа). Из чугунов до СЧ 18 изготавливают неответственные детали (слабо и средненагруженные): корпуса редукторов, подшипников, насосов, фундаментные плиты, строительные колонны и т.п. Чугуны, начиная с СЧ 21 применяют для деталей, работающих при повышенных нагрузках: изготовления станин мощных станков, деталей металлургического оборудования, зубчатых колес и т.д.
Высокопрочный чугун (3¸3,6%С)	Шаровидная	Маркируются ВЧ и числом временного сопротивления при растяжении (10МПа), например, ВЧ 35 (высокопрочный чугун σв = 350 МПа) Изготовление ответственных деталей, работающих в условиях циклических нагрузок и сильного износа: коленчатые валы, зубчатые колеса, крупные прокатные валки т т.д.
Ковкий чугун 2,4¸3,0% С	Хлопьевидная	Маркируется буквами КЧ и далее следуют цифры временного сопротивления при разрыве и относительного удлинения в %, например, КЧ30-6 (ковкий чугун σв = 300 МПа; δ = 6%). Применяют для деталей, работающих при умеренных ударных и вибрационных нагрузках – картеры редукторов, фланцы, муфты, шоботы ковочных молотов, рамы прессов и клети прокатных станов.

3. Классификация и маркировка сталей

Сталь – это сплав железа с углеродом, содержание углерода не должно превышать 2,14%. Содержание углерода в сталях оказывает существенное влияние на механичес­кие свойства, с увеличением процентного содержания углерода повышается прочность s_в твердость НВ, но уменьшается пластичность (d, y) и ударная вязкость.

1. По химическому составу все стали могут быть разделены на две большие группы:  углеродистые и легированные.

Углеродистые стали делят в зависимости от углерода на низкоуглеродистые, содержащие до 0,25% углерода, среднеуглеродистые – 0,25–0,5% углерода и высокоуглеродистые содержащие  углерода более 0,5–0,6 %.

В свою очередь, легированные  стали делят  на группы по суммарному количеству легирующих элементов (до 5% – низколегированные, 5–10% – среднелегированные и свыше 10% – высоколегированные).

2. По назначению стали делят на: 1) конструкционные – используемые для изготовления деталей и конструкций; 2) инструментальные – для изготовления инструмента; 3) стали с особыми свойствами.

3. В зависимости от степени раскисления стали могут быть спокойными (сп), полуспокойными (пс) и кипящими (кп), что отражается в маркировке.

4. Классификация стали по качеству основана на требовании к содержанию вредных примесей (серы и фосфора).

Классификация стали по назначению

 

Рис 2. Классификация стали по назначению

4. Углеродистые стали

1. Конструкционные стали обыкновенного качества.

    Стали обыкновенного качества имеют условный номер (от 0 до 6), показывающие номер марки, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера содержание углерода в стали увеличивается. Стали группы Б и В имеют перед маркой буквы Б и В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначении марки не указывается. Степень раскисления обозначается с добавлением индексов: в спокойных сталях «сп», полуспокойных – «пс», кипящих – «кп». Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1–Ст6, кипящими Ст1–Ст4 всех трех групп. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют. Буква Г в маркировке указывает на повышенное содержание марганца. Двузначное число – содержание углерода в сотых долях %. Степень раскисления – пс, кп. Отсутствие указания степени раскисления говорит о том что сталь спокойная. Например: 05кп, 08кп,.. .55, 58, 60 (качественная углеродистая конструкционная сталь с содержанием углерода 0,05% – кипящая и т.д.). Или сталь 10кп - качественная конструкционная сталь с содержанием углерода 0,1 %, кипящая.

Таблица 3

Углеродистые стали обыкновенного качества

Группа стали	Расшифровка	Область применения
А – с гарантированными механическими свойствами. Без указания химического состава	Ст0 – сталь 0, поставляемая с гарантированными механическими свойствами Ст5Гпс – сталь 5 марки, с повышенным содержанием марганца, полуспокойная	Используется в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой (сварка, обработка давлением)
Б – с гарантированным химическим составом, механические свойства не гарантируются	БСт5Гкп – сталь 5, группы Б, с повышенным содержанием марганца и ошибкой в указании степени раскисления	Для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковка, сварка, в отдельных случаях термическая обработка)
В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом	ВСт4сп – сталь 4, группы В спокойная. Имеет механические свойства на растяжение аналогичные Ст4сп, а химический состав аналогично БСт4сп	Для производства ответственных деталей (сварные конструкции)

Буква У – указывает на то, что сталь углеродистая и цифра после буквы У обозначает содержание углерода в десятых долях процента. Например: У7 – инструментальная углеродистая сталь с содержанием углерода 0,7%. У13 – инструментальная углеродистая сталь с содержанием углерода 1,3%. Примечание: буква А в конце маркировки указывает на то, что сталь высококачественная.

5. Легированные стали

Легированными называют стали, содержащие легирующие элементы для получения требуемых (улучшаемых) механических свойств.

Каждый легирующий элемент обозначается заглавной буквой русского алфавита (табл. 5).

Примечание: Буква А, обозначающая азот, всегда ставится в середине марки (14Г2АФ).

Буква А в конце марки обозначает, что сталь высококачественная (30ХГСА).

Буква А в начале марки обозначает, что сталь относится к группе автоматных (А20, А40Г).

Если автоматная сталь легирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетания букв АС (АС35Г2, где цифра 35 обозначает среднее содержание углерода в сотых долях процента).

Особо высококачественные стали обозначаются буквой Ш, помещенными в конце марки (30ХГС-Ш).

Маркировка шарикоподшипниковой стали начинается с буквы Ш (ЩХ15, где 15 – среднее содержание хрома в десятых долях процента.)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.     Какие металлы и сплавы относятся к черным?

2.     Что такое сталь, какие химические элементы могут входить в ее химический состав и как влияют на ее свойства постоянные примеси?

3.     На какие группы подразделяется сталь по химическому составу?

4.     Назовите группу сталей и сплавов с особыми свойствами. Приведите примеры.

 Выводы.

Практическая работа№4

Тема: Выбор электродов (марки, покрытия) в зависимости от видов металлов

Цель работы: ознакомление с оборудованием для сварки материалов, снятие внешних характеристик источников питания.

Оборудование: электроды, сварочные машины и аппараты.

Теоретические основы

     Для сварки используют неплавящиеся электроды, они бывают угольными, графитовыми и вольфрамовыми, а также могут быть использованы плавящиеся электроды.

    Плавящиеся электроды, в зависимости от состава свариваемого материала, могут быть изготовлены из различных материалов: стали, чугуна, меди, латуни, бронзы, алюминия и твердых сплавов. Применяют их при сварке без покрытия (обмазки) или со слоем тонкого или толстого покрытия (обмазки).

    Стальные электроды изготавливают из стальной сварочной проволоки ГОСТ 2246-95 диаметром 0,3-12 мм. Электроды для ручной дуговой сварки представляют металлические стержни диаметром 1,6-12 мм, длиной от 350 до 450 мм. Для сварки углеродистой стали электроды изготавливают из стали с содержанием углерода от 0,12 до 0,08 %; содержание фосфора и серы допускается в пределах до 0,04%. При сварке легированной стали электроды изготавливают из низколегированной стали, содержащей до 0,22%. При автоматической или полуавтоматической сварке применяют только электродную проволоку без покрытия.

       Электроды разделяют на три группы: углеродистая (Св.08, Св.10ГС и т.д.), легированная (Св.18ХМ, Св.10Х5М, Св.20ХГС) и высоколегированная (Св.07Х18Н9Т, Св.07Х25Н20 и т.д.).

    Электроды с тонкими покрытиями применяют для сварки мало ответственных конструкций, так как сварные швы, выполняемые этими электродами, обладают пониженными механическими свойствами вследствие влияния атмосферы на расплавленный металл.

     Электроды с толстыми покрытиями повышают устойчивость горения дуги и защищают расплавленный металл от окисления и насыщения азотом.

     При сварке постоянным током электрическая дуга питается от сварочных машин, имеющих в качестве источника тока сварочные генераторы или выпрямители, а при переменном токе – от сварочных трансформаторов.

     Сварочная машина для дуговой сварки на постоянном токе в качестве источника тока имеет сварочный генератор и электродвигатель, приводящий генератор во вращение, а также регулятор тока и другие механизмы. В ряде случаев генератор приводится во вращение двигателем внутреннего сгорания.

Сварочные генераторы по устройству и характеристикам отличаются от обычных генераторов. Сварочный генератор должен обеспечивать получение крутопадающих характеристик (кривые 1 и 2, рис. 1.19). Такая форма внешней характеристики генератора обеспечивает взаимосвязь со статической характеристикой дуги (кривая 3, рис. 1.19); в точке А происходит возбуждение дуги, а в точке А1 обеспечивается устойчивое горение дуги.

Длина дуги в процессе сварки непостоянна; постоянство силы тока

обеспечивается источником с крутопадающей характеристикой.

1 − генератор обычного тока; 2 − сварочный генератор; 3 − электрическая дуга

статическая; 4 − электрическая дуга падающая.

Рис. 1.19 - Внешняя характеристика генераторов и электрической дуги

При изменении длины дуги с l1 до l2 сила тока изменяется на вели-

чину Δl1 при характеристике 2 и на Δl2 > Δl1 − при падающей характери-

стике 4. Следовательно, устойчивость дуги будет меньше.

Принципиальная схема генератора приведена на рис. 1.20, а. В этом

генераторе магнитный поток создается за счет двух обмоток возбужде-

ния, из которых намагничивающая обмотка питается от главной и вспо-

могательной щеток генератора, а размагничивающая включена

последовательно в сварочную цепь. Генератор можно включить на ма-

лые (120-350 А) и большие (320-600 А) токи.

1 − корпус агрегата, 2 − пусковая кнопка; 3 − якорь; 4 − шейки; 5 − коллектор;

6 − рукоятка; 7 − башмак; 8 − подача тока во внешнюю цепь.

Рис. 1.20 - Схема (а) и общий вид (б) сварочного генератора

42

Сварочный преобразователь ПС-500 состоит из сварочного генера-

тора постоянного тока и трехфазного асинхронного электродвигателя,

соединенных между собой эластичной муфтой. Генератор и электродви-

гатель устанавливают и соединяют эластичной муфтой (рис. 1.20, б).

При сварке переменным током в качестве сварочной машины при-

меняют сварочные трансформаторы. Для регулирования сварочного то-

ка и улучшения устойчивости горения сварочной дуги в цепь

последовательно включают индуктивное сопротивление, называемое

регулятором, реактивной катушкой или дросселем. Главное назначение

дросселя – обеспечить получение падающей внешней характеристики

сварочного аппарата и возможность регулировки силы сварочного тока.

Аппараты типа СТЭ-34 (рис. 1.21) состоят из понижающего транс-

форматора и отдельного регулятора тока. Первичная обмотка транс-

форматора включается в сеть переменного тока (220, 380 и 60В), а во

вторичной обмотке индуктируется ток напряжением 55-60 В.

1 − первичная обмотка; 2 − магнитопровод трансформатора; 3 − вторичная обмот-

ка; 4 − регулируемый зазор; 5 − ярмо; 6 − обмотка дросселя; 7 − магнитопровод

дросселя; 8 − электрическая дуга.

Рис. 1.21 - Схема сварочных трансформаторов типа СТЭ-34

В настоящее время мировое применение имеют трансформаторы в

однокорпусном исполнении типа СТН со встроенным регулятором, ко-

торые применяют для тока 500, 1000, 2000 А. Трансформаторы со

встроенным регулятором применяют, как только однопостовые элек-

тросварочные машины. В качестве многопостовых сварочных транс-

форматоров обычно используют трехфазные трансформаторы с

вторичным фазовым напряжением при соединении вторичной обмотки

звездой на 65-70В. В этом случае каждый сварочный пост снабжают от-

дельным регулятором силы тока.

Мощность трансформатора должна соответствовать суммарной

мощности сварочных постов с учетом одновременности их работы.

Материалы и приборы.

1. Сварочный трансформатор.

2. Дроссель.

3. Балластный реостат (жидкостный).

4. Амперметр (0 – 500 А)

5. Вольтметр (0 – 75 В) – 2 шт.

Методические указания.

1) Собрать схему (рис. 1.22), подключить измерительные приборы и

балластный (жидкостный) реостат. Схему сдать мастеру.

1 − сварочный трансформатор; 2 − балластный реостат (жидкостный); 3 − дроссель;

4 − амперметр (0 – 500 А); 5 − вольтметр (0 – 75 В) – 2 шт.

Рис. 1.22 - Схема подключения приборов в сеть

2) Замкнуть сварочную цепь накоротко и установить минимальный

ток короткого замыкания Jк.з. = 200 А.

3) Записать 7-8 показаний приборов при нагружении трансформа-

тора при токе короткого замыкания Jк.з. = 200 А в таблицу (табл. 1.7).

Таблица 1.7 - Результаты показаний приборов

U (В) J (А)

4) По табличным данным построить внешнюю характеристику сва-

рочного трансформатора U = f ( I ) .

5) Построить аналогичные характеристики для токов короткого за-

мыкания сварочного трансформатора Jк.з. = 100 А, Jк.з. = 300 А.

Контрольные вопросы.

1. Виды электродов, применяемые при электродуговой сварке.

2. Для чего применяется обмазка электродов для сварки среднеугле-

родистых сталей.

3. Каково назначение флюсов.

4. Какое оборудование применяется для питания электрической дуги

при сварке.

5. Назвать преимущества и недостатки сварки на переменном и на по-

стоянном токе.

6. Каковы особенности дуговой сварки углеродистых и легированных

сталей.

7. Почему источники тока для сварки имеют ограниченный ток ко-

роткого замыкания.

8. Дайте электрические схемы дуговой сварки на постоянном и пере-

менном токе.

9. На каком токе сварка имеет более широкое применение.

10. Причины возникновения сварочных деформаций и напряжений.

Практическая работа №5

Тема:  Дефекты  и контроль качества сварных соединений

Цель работы: приобретение навыков по определению качества сварного соединения внешним осмотром.

Оборудование:  схемы – плакаты   с  дефектами  сварных швов, образцы сварных соединений с  дефектами, измерительные линейки, штангенциркуль, лупа, керосин, обмазка меловая, бумага фильтровальная.

Задания

1. Изучить по плакатам и схемам типичные дефекты сварных соединений и описать краткую характеристику основных дефектов.

2. Визуально или через лупу ознакомиться наружными дефектами сварных швов на натуральном образце определить вид дефектов и схематично нарисовать дефекты.

3. Провести исследования на непроницаемость сварного шва.

Ход работы

1. По стендам, плакатам и настоящему пособию ознакомиться с основными дефектами сварных соединений и причинами их появления и написать краткую характеристику (приложение 1).

2. Обнаружение наружных дефектов,  провести измерение с помощью линейки  (штангенциркуля) и  схематично зарисовать обнаруженные дефекты. Полученные результаты занести в таблицу. 

3. Контроль сварного шва на непроницаемость.

        Для этого образец сварного шва с дефектами окрасить с одной стороны мелом разведенным в воде, а обратную сторону шва обильно смачивать керосином при помощи кисточки. Напишите наблюдение.

      При наличии  не плотностей  в сварном шве на окрашенной мелом поверхности керосин выступает в виде темных пятен, быстро растекается по меловой окраске. Если нет дефектов, темных пятен не появляется.

5.Оформите отчет и сделайте  выводы.

№ п/п	Вид дефекта	Краткое описание дефекта	Схематичный рисунок дефекта
1	Прожог
2
3

Контрольные вопросы.

1. Какие дефекты сварного шва относятся к наружным.

2. Назовите внутренние дефекты сварного соединения.

3.Что такое подрез, причины возникновения, способы устранения этого дефекта.

4. Опишите причины возникновения прожогов, способы устранения.

 Выводы.

Приложение 1

Теоретические основы

1. Классификация сварочных дефектов

           По месту расположения дефекты бывают внешние (наружные) и внутренние.

К внешним дефектам относятся нарушение установленной формы и размеров шва, подрезы, прожоги, наплывы, внешняя пористость, незаваренные кратеры, шлаковые включения и трещины на поверхности шва.

Рис.1. Наружные дефекты сварных швов.

К внутренним дефектам относятся поры, неметаллические включения, непровары, пережог и перегрев металла шва, а также внутренние трещины.

              Горячая                        холодная                  пора                           непровар

               трещина                        трещина

Рис.2. Внутренние дефекты сварных швов.

- непровар - это дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков сварного шва (рис. 3, а). Непровар образуется из-за малой силы тока, большой скорости сварки, смещения электрода с оси шва, неудовлетворительной сборки (уменьшения зазора между соединяемыми элементами), а также при сварке элементов большой толщины без разделки кромок .

- подрез (канавка вдоль шва) -это дефект в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом (рис. 3, б). Он образуется из-за завышенного сварочного тока и напряжения на дуге, смещения электрода от оси шва и т. д. - прожог (сквозное отверстие в шве) - это дефект в виде сквозного отверстия в сварном шве, образовавшийся в результате вытекания части металла сварочной ванны.  Причины появления прожога: большая сила тока, малая скорость сварки, неплотное прилегание соединяемых элементов между собой (при сварке "на весу") или к прокладке (рис. 3в).

 

Рис. 3. Дефекты сварных швов

- шлаковые и окисные включения в теле шва  - это дефект образуются при заниженной силе тока, загрязненности кромок соединяемых элементов, недостаточной защите жидкого металла, плохой очистке предыдущего слоя шва от шлака, низком напряжении на дуге и малой скорости сварки. Шлаковые включения, так же как и поры, ослабляют сечение шва, уменьшают его прочность и являются концентраторами напряжений.

- незаваренные кратеры появляются в результате быстрого обрыва дуги.

-поры и раковины - это дефект шва в виде полости округлой формы, заполненной газом. Поры возникают в процессе кристаллизации металла сварочной ванны вследствие выделения из жидкого металла газов. Поры образуются из-за загрязненности кромок соединяемых элементов, нарушения газовой защиты, низкого качества сварочных материалов.

- трещины - причины появления - неправильная технология сварки металлов, склонных к образованию трещин (с повышенным содержанием серы или углерода); высокая концентрация сварочных напряжений, вызванных неправильным расположением швов или неправильной последовательностью выполнения сварных швов.

-несплавление образуется из-за загрязненности кромок соединяемых элементов.

-отклонения в форме сварного шва - увеличение или уменьшение выпуклой части сварного шва.

-наплыв – это дефект в виде натекания металла шва на поверхность основного металла. Наплывы особенно опасны в изделиях, работающих при знакопеременных или пульсирующих нагрузках.

-нарушение формы и размеров сварного шва. Форма и размеры швов обычно зависят от толщины свариваемого металла. Их задают техническими условиями и указывают на чертежах. В частности, при сварке плавлением регламентируют: для стыковых швов – ширину шва, высоту выпуклости и глубину проплавления; для угловых – катет шва и высоту рабочего сечения.

-вогнутость или чрезмерная выпуклость шва. Для обеспечения нормальной работы конструкции стыковые швы должны иметь небольшую выпуклость (1...3 мм) с плавными очертаниями. Избыточная выпуклость приводит к концентрации напряжений и снижению работоспособности сварного соединения.

- неравномерность ширины шва- это дефект возникает из-за нарушения скорости подачи скорости проволоки при автоматической сварке, неточного направления электрода относительно зазора и низкой квалификации сварщика.

2. Методы контроля качества сварных соединений

        Для обнаружения поверхностных и крупных дефектов в сварных соединениях используется визуальный способ (внешний осмотр).

        Прочностные характеристики сварных соединений контролируются  разрушением образца на испытательных машинах.

        Непроницаемость сварных соединений проверяется с помощью керосина, вакуума, пневматического или гидравлического давления.

       Первый способ основан на способности керосина проникать через имеющиеся неплотности и окрашивать мел, которым предварительно покрывается противоположная сторона сварного шва. Остальные способы основаны на уменьшении вакуума или давления через трещины и поры в сварном шве.

         Мелкие поверхностные дефекты могут быть обнаружены с помощью цветной дефектоскопии, т.е. на очищенную поверхность шва наносится слой индикаторной жидкости, которая после выдержки в 5-7 минут смывается, а поверхность протирается. Затем тонким слоем наносится проявитель, например, каолин. Проявитель окрашивается в яркий цвет оставшейся в дефектах индикаторной жидкостью, тем самым обнаруживая поверхностные дефекты сварного шва. Цветной метод позволяет обнаружить дефекты с минимальной глубиной 0,02 мм и минимальной шириной 0,002 мм. Метод обладает высокой мобильностью и производительностью. 

             Для обнаружения внутренних, а также мелких поверхностных дефектов используются физические методы контроля: просвечивание рентгеновскими и гамма-лучами, ультразвуковой и магнитографический.

Список литературы

Основные источники:

1.            Бондаренко, Г. Г. Материаловедение [Электронный ресурс]  : учебник для СПО / Г. Г. Бондаренко, Т. А. Кабанова, В. В. Рыбалко ; под ред. Г. Г. Бондаренко. — 2-е изд. — Москва : Юрайт (ЭБС), 2018 — 329 с. — URL: https://biblio-online.ru.

2.            Материаловедение и технология материалов. В 2 ч. Часть 1 [Электронный ресурс]  : учебник для СПО / Г. П. Фетисов [и др.] ; под ред. Г. П. Фетисова. — 8-е изд., перераб. и доп. — Москва : Юрайт (ЭБС), 2018 — 386 с. — URL: https://biblio-online.ru.

3.            Материаловедение и технология материалов. В 2 ч. Часть 2 [Электронный ресурс]  : учебник для СПО / Г. П. Фетисов [и др.] ; под ред. Г. П. Фетисова. — 8-е изд., перераб. и доп. — Москва : Юрайт (ЭБС), 2018 — 389 с. — URL: https://biblio-online.ru.

4.            Материаловедение машиностроительного производства. В 2 ч. Часть 1 [Электронный ресурс] : учебник для СПО / А. М. Адаскин, Ю. Е. Седов, А. К. Онегина, В. Н. Климов. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Юрайт (ЭБС), 2018 — 258 с. — URL: https://biblio-online.ru.

5.            Материаловедение машиностроительного производства. В 2 ч. Часть 2 [Электронный ресурс]  : учебник для СПО / А. М. Адаскин, Ю. Е. Седов, А. К. Онегина, В. Н. Климов. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Юрайт (ЭБС), 2018 — 291 с. — URL: https://biblio-online.ru.

6.            Плошкин, В. В. Материаловедение [Электронный ресурс]  : учебник для СПО / В. В. Плошкин. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва : Юрайт (ЭБС), 2018 — 463 с. — URL: https://biblio-online.ru.

7.            Технология конструкционных материалов [Электронный ресурс] : учебное пособие для СПО / М. С. Корытов [и др.] ; под ред. М. С. Корытова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 234 с. — URL: https://biblio-online.ru.

7. Дополнительные источники:

1.     Адаскин А.М., Зуев В.М. Материаловедение (металлообработка): Учеб. пособие. – М: ОИЦ «Академия», 2008. – 288 с. – Серия: Начальное профессиональное образование.

2.     Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учебное пособие Богодухов С.И., Синюхин А.В., Гребенюк В.Ф., Издательство: Машиностроение, 2005 г., 256 с.

3.     Материаловедение: Учеб. пособие. Давыдова И.С., Максина Е.Л. Издательство: РИОР, 2006 г., 240 с.

4.     Основы материаловедения (металлообработка): Учебное пособие для НПО, Заплатин В.Н., Сапожников Ю.И., Дубов А.В., Издательство: Академия, 2010 г., 256 с.

5.     Рогов В.А., Позняк Г.Г. Современные машиностроительные материалы и заготовки: Учеб. пособие. – ОИЦ «Академия», 2008. – 336 с.