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

63865. Изменение социальных отношений и институтов 23.82 KB
  Меняется время меняются социальные институты и социальные отношения. Социальные институты от лат. Институты характеризуются своими возможностями влиять на поведение людей посредством установленных правил определяющих так её поведение.
63866. Мировоззрение молодежи в трансформационном аспекте 33.94 KB
  Мировоззрение система взглядов на объективный мир и место человека в нём на отношение человека к окружающей его действительности и самому себе а также обусловленные этими взглядами основные жизненные позиции людей их убеждения идеалы принципы познания и деятельности ценностные ориентации.
63867. Трансформация предпринимательской культуры в России в постсоветский период 22.52 KB
  На современном этапе в ходе проведения социально-экономических реформ активно обсуждается вопрос экономической культуры российского предпринимательства. В данной связи следует учитывать что именно степень эффективности проведения...
63868. Трансформация языка в контексте социокульутрных изменений 48.38 KB
  В обществе непрерывно происходят различные социальные процессы которые могут приводить к возникновению новых элементов и исчезновению ранее существовавших элементов и отношений между ними. Одним из таких элементов относится Язык который подвергся изменениям в результате социокультурного развития.
63870. К вопросу о генезисе творческой стратегии современного акционизма 52.94 KB
  На первый взгляд акция и поэзия понятия антагонистические: акция кратковременна поэзия устремлена в вечность акция направлена вовне поэзия автореферентна акция ставит конкретные цели поэзия бежит любого рода инструментализации...
63871. Социальная солидарность в эпоху перемен 43 KB
  Социальная солидарность sociаl solidаrity интеграция и ее степень или тип проявляемые обществом либо группой. Французский философ и социолог Эмиль Дюркгейм выделил что социальная солидарность это то что скрепляет и сплачивает индивидов в единое целое.
63872. Проблема толерантности в общеобразовательных учреждениях начального общего образования 59.5 KB
  Проблема толерантности в общеобразовательных учреждениях начального общего образования Развитие толерантности является объективной потребностью современного общества. В педагогических теориях толерантность оценивается как: отсутствие или ослабление реагирования на какой либо неблагоприятный фактор...
63873. Тенденции института семьи в трансформационном аспекте: внебрачная рождаемость 18.73 KB
  Появляются новые тенденции такие как например снижение количества ранних браков; рост числа разводов; увеличение среднего возраста женщины вступления в брак; увеличение среднего возраста матери при рождении первого ребенка; а так же увеличение количества детей которые рождаются вне брака.