Министерство  образования Республики Беларусь 

Учреждение  образования

''Гродненский  государственный университет имени  Янки Купалы'' 
 

Факультет строительства и транспорта

(полная  форма обучения) 
 
 

Контрольная работа 

по дисциплине 

Технология  материалов 

Вариант № 8 
 
 
 
 

Специальность: Оборудование и технологии высокоэффективных процессов обработки материалов  
 
 
 
 
 

Выполнил:                                                                ___________________

студент 2 курса 1 группы                                                     ^{подпись} 

заочной формы  обучения

Жуков Е. В. 
 
 

Проверил:       Воронцов  А.С.                              ____________________

                                                                                                  подпись                                          
 
 
 
 

Гродно 2011 

Оглавление

1. Классификация способов сварки. Электрическая дуговая сварка. Оборудование, материалы. Требования, предъявляемые к процессу 3
2. Выплавка стали в конверторах. Производство стали в кислородных конверторах. Особенности процесса 13
3. Список литературы 25

 

 

Классификация способов сварки. Электрическая  дуговая сварка. Оборудование, материалы. Требования, предъявляемые к процессу

 

     Сваркой называют технологический процесс  получения механически неразъемных соединений, характеризующихся непрерывностью структур — непрерывной структурной связью.

     Это технологический процесс, с помощью  которого изготавливаются все основные конструкции гидротехнических сооружений, паровых и атомных электростанций, автодорожные, городские и железнодорожные мосты, вагоны, надводные и подводные корабли, строительные металлоконструкции, всевозможные подъемные краны, крупные узлы машиностроительных конструкций, автомобили, ракеты, искусственные спутники земли, электрическая и радиотехническая аппаратура и многие другие изделия.

     Задачей сварочной операции является получение  механически неразъемных соединений, подобных по свойствам свариваемому материалу. Это может быть достигнуто, когда по своей природе сварное соединение будет максимально приближаться к свариваемому металлу.

     Свойства  твердых тел, в том числе и  механические (прочность, упругость, пластичность и др.), определяются их внутренними энергетическими связями, т. е. связями межмолекулярного, межатомного и ионного взаимодействия.

     В металлах, которые относятся к  кристаллическим твердым телам, внутренние связи определяются единым энергетическим полем ионизированных атомов (находящихся в узлах кристаллической решетки) и подвижных электронов.

     Для получения в сварном соединении таких же энергетических связей, как  и в свариваемом материале, необходимо пограничные слои одной свариваемой детали приблизить к пограничным слоям другой на такие расстояния, при которых между ними возникает единое энергетическое поле.

     В ряде случаев такое состояние  может быть получено с помощью промежуточного добавочного материала, который должен установить подобные связи с пограничными слоями обеих свариваемых частей.

     Расстояния  между узлами кристаллической решетки, при которых в металлах образуется достаточно сильное энергетическое поле, составляет около 4·10^-8 см.

     Подобной  точности подгонки поверхностей твердых  материалов современные методы обработки обеспечить не могут. Так, полировка и хонингование металла обеспечивают точность обработки поверхностей не выше 10^{-5 –} 10^-6 см, т. е. примерно в 400 раз менее точную, чем та, которая необходима при сближении поверхностей для установления общего энергетического поля, подобного полю в любом другом сечении твердого металла.

     Облегчить возможность сближения поверхностей на расстояния около 4·10^-8 см и установления энергетических связей между отдельными частями, подлежащими сварке, можно: 1) применением внешней силы достаточной величины и 2) повышением температуры.

     Некоторые материалы, в частности, весьма пластичные металлы (алюминий, медь, свинец и др.) и сплавы способны образовывать сварные соединения без применения каких-либо внешних источников тепла в результате только совместного пластического деформирования частей, которые должны быть сварены.

     Другие  материалы и, в частности, многие металлы способны образовывать сварные соединения при пластическом деформировании, выполняемом только при определенных, повышенных температурах.

  Многие  материалы могут быть сварены  с доведением некоторого объема их до расплавленного состояния.

  Некоторые материалы способны в определенном диапазоне температур свариваться как при пластическом деформировании внешней силой (давлением), так и при доведении материала до расплавленного состояния (плавлением).

  

Рис. 1 Диаграмма  условий выполнения  сварки технического железа

     Так, для технически чистого железа на рис. 1 показаны области режимов сварки по давлению и температуре. Выше кривой ABCD находится область, в которой при соответствующих соотношениях давления и температуры качество сварки получается хорошим, а ниже кривой – область, где сварка совсем не получается, либо получается, но низкого качества. Как видно из рис. 1, при температурах ниже температуры плавления железа для сварки требуется и давление, и нагрев (область левее точки D), а при более высоких температурах давление для выполнения сварки не требуется (область правее точки D, сварка плавлением).

     Для других материалов также существуют определенные области таких режимов. Исходя из этого, все способы сварки можно классифицировать как способы сварки давлением и плавлением.

     Некоторые материалы, которые даже при высоких  температурах почти не имеют пластичного состояния (например, чугуны) практически могут свариваться только плавлением.

     На  рис. 2 приведена схема, в которой перечислены способы сварки плавлением и давлением, получившие наиболее широкое распространение в различных отраслях промышленности.

      В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного шва, сварка материалов делится на три класса: термический, термомеханический и механический.

Рис. 2. Схема основных способов сварки плавлением и давлением

      Большое разнообразие форм, размеров и материалов деталей обусловливает необходимость применения разных видов сварки.

      В 1802 г. академик В. В. Петров открыл явление  дугового разряда. В 1882 г. русский изобретатель Н. Н. Бенардос предложил применить электрическую дугу для сварки металлов угольным электродом. В 1888 г. горный инженер Н. Г. Славянов заменил графитовый электрод металлическим. В настоящее время около 99 % работ, выполняемых дуговой сваркой, производится по способу Славянова. Дуговая сварка по распространению занимает первое место среди других видов сварки. Ее используют при производстве всех видов подвижного состава железнодорожного транспорта, морских и речных судов, котлов, автомобилей,  подъемно-транспортных сооружений, трубопроводов для газов, жидкостей и сыпучих материалов, металлических конструкций и арматуры зданий, промышленных сооружений, мостов, узлов и деталей электрических, сельскохозяйственных и других машин и механизмов. К числу металлов, свариваемых электрической дугой, относятся почти все конструкционные стали, серый и ковкий чугуны, медь, алюминий, никель, титан и их сплавы и другие металлы и сплавы.

       Сварка по способу Бенардоса. Сварку производят графитовым электродом 2 (рис. 3, а) с присадочным металлом от прутка 1 или без него; сварка этим способом имеет ограниченное применение. Ею пользуются для соединения с отбортовкой тонких стальных заготовок, где не требуется присадочный металл, для цветных металлов и чугуна, а также для наплавки порошковых твердых сплавов. Обычно применяют постоянный ток, причем для устойчивости дуги и лучшего прогрева стыка при сварке пользуются прямой полярностью: заготовку включают анодом (+), а электрод — катодом (-).

      Сварка  во способу Славянова. При сварке применяют металлический электрод 3 в виде проволоки (рис. 3, б). Дуга возбуждается между электродом и основным металлом и плавит их оба, причем образуется общая ванночка, где перемешивается весь расплавленный металл. Электродная проволока выпускается диаметром от 0,3 до 12 мм. Для сварки углеродистой стали применяют проволоку марок Св-08А, Св-08ГС, Св-10Г2, для сварки легированной стали различных марок — легированную проволоку марок Св-08ГС, Св-18ХГС, Св-ЮХМФТ, Св-12Х11НМФ, Св-12Х13 и др.

      При ручной сварке пользуются электродами, покрытыми обмазкой. Обмазки бывают стабилизирующими, защитными и легирующими.

      По  толщине покрытия электроды бывают (ГОСТ 9466-75) с тонкими, средними, толстыми и особо толстыми покрытиями. Тонкие покрытия являются стабилизирующими; они состоят из мела и жидкого стекла. Находящийся в составе мела кальций выделяется в плазме дуги, ионизирует ее, тем самым способствует устойчивости горения дуги.

      Средние, толстые и особо толстые покрытия обеспечивают устойчивость горения дуги, а также защиту и легирование металла. Состав этих обмазок подбирается так, чтобы вокруг дуги создавалась газовая среда, защищающая металл электрода 4 (рис. 3, в), стекающий в дуге, и металл ванночки 7 от окисления и растворения в нем газов. По мере плавления электродов обмазка шлакуется и шлак 6 равномерно покрывает шов 5, защищая металл от окисления и насыщения азотом. Кроме того, шлак замедляет охлаждение металла, что способствует выделению растворенных газов и уплотнению шва. В случае надобности в обмазку добавляют ферросплавы для легирования. Таким образом, в состав этих покрытий входят ионизирующие (например, мел), газообразующие (мука), шлакообразующие (полевой шпат) вещества, а также раскислители (ферромарганец) и легирующие компоненты.

      Во  всех случаях, когда сварная конструкция  должна выдерживать большие нагрузки, применяют электроды с толстыми и особо толстыми покрытиями, обеспечивающими прочность и вязкость шва, не уступающие основному металлу.

      Электрические параметры дуги могут изменяться в широких пределах: применяют  токи от 1 до 3000 А при напряжении от 10 до 50 В; мощность дуги – от 0,01 до 150 кВт. Такой диапазон мощности дуги позволяет использовать ее для сварки как мельчайших, так и больших и тяжелых изделий.

       Напряжение  дуги в зависимости от силы тока выражается кривыми, приведенными на рис. 4, определяющими вольтамперную или статическую характеристику дуги (1 – для дуги 3 мм; 2 – для дуги 6 мм). Приведенные кривые показывают, что при токе свыше 50 А (наиболее часто применяемых при сварке) напряжение горения дуги почти не зависит от силы тока и определяется длиной дуги.

      Типичными пороками сварных швов являются непровар (местное отсутствие сплавления между наплавленным и основным металлом), пористость металла швов, шлаковые включения, трещины, пережог (окисление металла в шве и прилегающей к нему зоне).

      Аппаратура  для сварки. Дуговая сварка возможна на постоянном и переменном токах. Дуга на постоянном токе устойчивее, но расход электроэнергии выше. Для питания дуги постоянным током применяют генераторы и выпрямители.