49973

Исследование процесса затвердевания сварочной ванны с использованием метода материального моделирования

Лабораторная работа

Физика

Продемонстрировать механизмы роста кристаллитов используя смеси солей. Сравнить скорости затвердевания чистого расплава соли и расплава смеси солей при одинаковых механизмах роста; 3. Указать следы фронта затвердевания первичной границы роста кристаллитов. Задавая различные скорости сварки через окуляр микроскопа можно непосредственно наблюдать процессы структурообразования сварочной ванны изучая механизмы роста кристаллитов.

Русский

2014-01-13

1.94 MB

1 чел.

Федеральное агентство по образованию

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Кафедра "Сварка, обработка металлов давлением и родственные процессы"

Лабораторная работа №3

«Исследование процесса затвердевания сварочной ванны с использованием       метода материального моделирования»

Студент:

Группа: ОТСП - 0901

Преподаватель: Василенко Н.Н.

Тольятти 2013 г.

Цель работы: усвоить методику материального моделирования с целью более глубокого понимания физических процессов, лежащих в основе затвердевания сварочной ванны.

 Оборудование: исследовательская установка, созданная на базе микроскопа типа МБС2, предназначенного для наблюдения прозрачных препаратов в проходящем свете, в светлом поле. В установку входит набор объективов и окуляров, которые обеспечивают увеличение микроскопической части установки в 24,5…600 раз. Для наблюдения за процессом кристаллизации рекомендован объектив 3,7х10. Сам прибор состоит из следующих составных частей:

1. Система материального моделирования;

2. Блок управления скоростью сварки;

3. Блок питания лампы освещения;

4. Блок питания двигателя.

В качестве материалов используются соли KNO3 и NaNO3.

Программа работы:

  1.  Получить у лаборанта набор солей.
  2.  Включить привод предметного столика. Подвести стержень паяльника к предметному столику, чтобы нижняя плоскость стержня касалась предметного столика, но не мешала его движению. Прогреть предметный столик в течении 10-15 мин.
  3.  Настроить установку для визуального наблюдения в следующем порядке:

3.1. Отрегулировать освещение с помощью соответствующих центровочных ручек и винтов установки, при этом световое пятно должно освещать часть предметного столика и внешний срез торца паяльника;

3.2. Настроить оптическую систему установки. Управляя ручками, установить их в таком положении, чтобы отчетливо была видна кромка жала паяльника. Включить вращение столика и нанести на его поверхность слой соли шириной 3-5 мм больше, чем рабочий диаметр стержня паяльника, толщиной 1-2 мм по всему периметру предметного столика;

3.3. Продемонстрировать механизмы роста кристаллитов, используя смеси солей. Сравнить скорости затвердевания чистого расплава соли и расплава смеси солей при одинаковых механизмах роста;

3.4. Промоделировать процесс затвердевания сварочного кратера. Зафиксировать поведение расплава соли, когда источник тепла прекращает своё действие. Резко вывести паяльник из контакта с предметным столиком;

3.5. Зарисовать часть шва (расплавленная соль). Указать следы фронта затвердевания первичной границы роста кристаллитов. Для этого либо получить фотографию наблюдаемой картины, либо с помощью телевизионной установки изучить наблюдаемую картинку на экране монитора компьютера.

Метод материального моделирования.

В данной лабораторной работе  свариваемый материал заменяется химическими соединениями с энтропией затвердевания меньше четырёх, в качестве источника тепла вместо электрической дуги используется обычный электрод-паяльник.

В результате нагрева выбранного химического соединения (например, соль или смесь солей) оно расплавляется под наконечником паяльника и образует прозрачную модель сварочной ванны. Для изучения процесса расплавления и кристаллизации используется оптические приборы, позволяющие вести наблюдение на просвете, например, биологический микроскоп, металлографический микроскоп типа МБС2.

Для моделирования процесса сварки предметный столик из кварцевого стекла оборудован электродвигателем постоянного тока, позволяющим регулировать скорость вращения предметного столика. Задавая различные скорости сварки, через окуляр микроскопа можно непосредственно наблюдать процессы структурообразования сварочной ванны, изучая механизмы роста кристаллитов. За счёт частичного поглощения и преломления световых лучей отчетливо видны фронт затвердевания, растущие кристаллиты, границы между ними, трещины, включения и т.д.  

Рис. 1 Схема образования второго фронта затвердевания с автономно растущими кристаллитами

Механизмы роста:

а) ячеистый механизм роста

Положение тумблера 15

Диапазон 1

VСВ = 0,1815 мм/с

Соль KNO3

Если градиент результирующего переохлаждения больше некоторого максимального, то переохлаждение смещается в жидкую фазу. Гладкий механизм роста переходит в ячеистый. На фронте кристаллизации появляются выступы и впадины. Кристаллиты будут состоять из большого числа параллельных ячеек – игл. Появляются субграницы между  ячейками.

б) гладкий механизм роста

Положение тумблера 6

Диапазон 1

VСВ = 0,0931 мм/с

Соль KNO3

Гладкий механизм роста имеет место при малой концентрации легирующих элементов и примесей. Характерен для более чистых металлов. Фронт затвердевания гладкий и количество границ между кристаллами невелико. 

в) дендритный механизм роста

Положение тумблера 4

Диапазон 2

VСВ = 1.696 мм/с

Смесь солей KNO3+NaNO3

Если величина переохлаждения велика, то температура по мере удаления от фронта затвердевания в расплав значительно понижается. Жидкость начинается охлаждаться быстрее твёрдой фазы. В этом случае при достаточно большой концентрации легирующих веществ и примесей становится наиболее вероятным дендритный механизм роста. Это может произойти при небольшом градиенте температур и большой скорости кристаллизации, хотя велика концентрация легирующих элементов. Если на фронте затвердевания какой-либо участок выдвигается вперёд, то он попадает в область повышенного переохлаждения. Это ведёт к увеличению скорости роста кристаллита. Выступ растёт быстрее других участков, превращается в пик. От него начинают расти новые выступы и т.д. Образуется разветвлённый кристалл – дендрит. Фронт затвердевания при дендритном механизме роста не имеет регулярной формы.

Вывод: в данной лабораторной работе была усвоена методика материального моделирования с целью глубокого понимания физических процессов, лежащих в основе сварочной ванне.

Были рассмотрены при типа механизма роста кристаллитов: ячеистый, дендритный и гладкий. Механизм роста зависит от: скорости кристаллизации, градиента температуры на фронте затвердевания и концентрации легирующих элементов и примесей.

Гладкий механизм роста имеет сравнительно ровный фронт затвердевания и небольшим количеством межкристаллитных границ и субграниц.

При ячеистом механизме гладкий фронт разрушается, межфазная поверхность приобретает неравную форму с периодическими выступами и впадинами.

Дендритный отличается от ячеистого тем, что затвердевание не обладает регулярной формой, а первичные кристаллиты образуются за счет роста твердой фазы по оси 1-го и 2-го порядков, т.е. одна из параллельно растущих до этого ячеек на фронте затвердевания образует выступ, вершина которого будет находиться в области большого переохлаждения по сравнению с соседними ячейками.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7143. Электронная коммерция на примере интернет-магазина www.OZON.ru 307 KB
  Электронная коммерция на примере интернет-магазина www.OZON.ru Введение Начиная с середины 90-х годов, во всем мире наблюдается рост активности в области онлайновой торговли. Вслед за крупными компаниями, производящими компьютерное оборудование в Се...
7144. Финансирование строительства 183 KB
  ВВЕДЕНИЕ Кардинальная перестройка хозяйственного механизма основана на широком использовании товарно-денежных отношений, присущих рыночной экономике. Важнейшим экономическим инструментом товарно-денежных отношений служит кредит, который способствует...
7145. Исследование RC - автогенераторов для операционных усилителей с мостом Вина 1.76 MB
  Исследование RC - автогенераторов для операционных усилителей с мостом Вина Задание к курсовой работе: Задать номер варианта следующим образом: N=M M - две последние цифры номера зачетной книжки. Значение N определить по форму...
7146. Денежная масса и движение денег во внутреннем экономическом обороте страны 401.38 KB
  Введение Проблемами денег, организации денежного обращения человеческая мысль была занята больше, чем всеми остальными экономическими проблемами. С глубокой древности до наших дней вопросами теории денег занимались экономисты, философы, юристы. И се...
7147. Понятие первобытной культуры. Культура Средневековья и Возрождения 115.5 KB
  Лекция 3. Мировая культура. Часть 1 Шаяхметова А.М., Коровина С.В. А. Понятие первобытной культуры. Б. Культура Древних цивилизаций. В. Античная культура. Г. Культура Средневековья и Возрождения. Понятие первобытной культуры Первобытность - эт...
7148. Основное уравнение передачи по световоду 81 KB
  Основное уравнение передачи по световоду. Рассмотрим волоконный световод без потерь двухслойной конструкции, приведенный на рис...
7149. Построение принципиальной схемы 147 KB
  Построение принципиальной схемы Принципиальная схема строится с учетом помех, фильтров, по входу/выходу, с учётом нагрузок способности, для чего ставятся различные фильтры низких или высоких частот. В результате принципиальные схемы реализуют те же ...
7150. Особенности и периодизация культуры Нового времени. Личность и культура 70 KB
  А. Особенности и периодизация культуры Нового времени. Б. Культура ХХ века. В. Личность и культура. Роль интеллигенции в обеспечении духовного развития общества. Особенности и периодизация культуры Нового времени Специфические особенности рассматрив...
7151. Типы волн в световодах. Критические длины и частоты 76 KB
  Типы волн в световодах. Критические длины и частоты. В сетоводах могут существовать два типа волн: симметричные E0m , H0m несимметричные дипольные EHnm, HEnm. В индексе n - число изменений поля по диаметру m - число изменений поля по периметру. Сим...