740

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А Н. .Гущин

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ВКЛЮЧАЯ СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

Учебно-методическое пособие по подготовке к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Строительные мате-

риалы. Технология конструкционных материалов, включая сварочные работы» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности

Нижний Новгород

2016

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Н. Гущин

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ВКЛЮЧАЯ СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

Учебно-методическое пособие по подготовке к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Строительные мате-

риалы. Технология конструкционных материалов, включая сварочные работы» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 621.9 (075)

Гущин А. Н. Технология конструкционных материалов, включая сварочные работы [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / А. Н. Гущин; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 10 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Приведены рекомендации по подготовке к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Строительные материалы.Технология конструкционных материалов, включая сварочные работы». Определена цель проведения работ. Рассмотрены сущность и особенности методики проведения каждой лабораторной работы. Приведены примеры вопросов для их защиты. Рекомендована литература для более глубокого изучения дисциплины.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к выполнению лабораторных работ по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности.

3

1. Цели освоения учебной дисциплины

Целями освоения учебной дисциплины «Технология конструкционных материалов, включая сварочные работы», являются:

¾ознакомление студентов со строением металлов, взаимосвязью их структуры и фи- зико-механических свойств; с технологией получения листового, сортового и профильного проката, применяемого в строительной индустрии; с классификацией и маркировкой углеродистых и легированных сталей.

¾формирование умения работать с научно-технической и справочной литературой.

¾выработка у студентов практических навыков проведения макро- и микроанализа стали и чугуна, измерения твердости и проведения термической обработки с целью изменения механических свойств металлов.

¾ознакомление студентов с основами теории и практики сварки металлов; строением и технологическими характеристиками сварочной дуги, источниками её питания (трансформатор, выпрямитель, преобразователь); сварочными электродами, режимами сварки, видами сварных соединений и швов; способами сварки, применяемыми при производстве металлических конструкций;

¾выработка у студентов практических навыков зажигания сварочной дуги и формирования сварных швов.

Для углубления знаний студентов по дисциплине проводится комплекс лабораторных работ. При кафедре строительных конструкций имеется специализированная лаборатория материаловедения и технологии конструкционных материалов, а так же - специализированная лаборатория сварки металлов.

2. Содержание лабораторных работ

Лабораторные работы позволяют изучить возможности макроанализа металлов и сплавов, рассмотреть микроструктуру железоуглеродистых сплавов (сталь, чугун), приобрести навыки измерения твердости по Бринеллю и Роквеллу, проведения термической обработки металлов (отжиг, нормализация, закалка, отпуск), познакомиться на практике с различными способами сварки (ручная электродуговая, полуавтоматическая в среде углекислого газа, контактная точечная, газовая, кислородная резка).

В каждой лабораторной работе приведены контрольные вопросы , которые позволяют студенту оценить свои знания перед защитой работы..

2.1. Лабораторная работа «Макроскопический анализ металлов и сплавов»

Описаны сущность макроанализа, его задачи и методика выполнения. С помощью макроанализа можно выявить вид излома, дефекты, нарушающие сплошность металла и являющиеся концентраторами напряжений; дефекты сварных соединений (внешние и внутренние), ликвацию вредных примесей, способы обработки изделий.

Контрольные вопросы:

¾сущность макроанализа, его задачи;

¾виды изломов, их характеристика;

¾понятие ликвации;

¾влияние серы и фосфора на свойства стали;

¾методика приготовления макрошлифа;

¾сущность методики выявления ликвации серы.

4

2.2. Лабораторная работа «Углеродистые стали и их свойства»

Определено понятие стали, описана ее структура (феррит, перлит, цементит, аустенит). Приведены классификация стали по микроструктуре и по содержанию углерода. Показана область применения углеродистых сталей. Описана методика определения содержания углерода по площади, занятой перлитом на микрошлифе.

Лаборатория оснащена двумя современными электронными микроскопами с увеличением микроструктуры снимка в 500 раз.

Контрольные вопросы:

¾характеристика стали по химическому составу и механическим свойствам;

¾классификация стали по микроструктуре;

¾понятия феррита, перлита, цементита и аустенита;

¾классификация стали по содержанию углерода;

¾область использования мало-, средне- и высокоуглеродистых сталей;

¾методика определения по микрошлифу содержания углерода в стали.

2.3. Лабораторная работа Чугуны»

Дано понятие чугуна как конструкционного материала. Рассмотрены виды чугунов (белый, серый, ковкий и высокопрочный) и их свойства в зависимости от формы графитовых включений и структуры металлической основы, определяющих механические свойства чугунов. Приведены способы получения чугунов, области их применения. Определены преимущества чугунов в сравнении со сталью.

Лаборатория оснащена двумя современными электронными микроскопами с увеличением микроструктуры снимка в 500 раз.

Контрольные вопросы:

¾понятие чугуна и его видов: белого, серого, ковкого и высокопрочного;

¾структура и свойства чугунов;

¾условия получения различных видов чугунов;

¾области применения чугунов;

¾достоинства и недостатки чугуна в сравнении со сталью;

¾принцип маркировки чугунов.

2.4 Лабораторная работа «Определение твердости металлов»

Дано понятие твердости и методов её измерения. Приведены зависимости между твердостью стали по Бринеллю и её прочностными характеристиками. Описаны методики измерения твердости по Бринеллю и по Роквеллу. Приведены схемы твердомеров.

Лаборатория оснащена несколькими твердомерами по способам Бринелля, Роквелла. Имеется ручной ультразвуковой твердомер УЗИТ-3.

Контрольные вопросы:

¾понятие твердости, как свойство металла;

¾сущность способов измерения твердости по методам Бринелля и Роквелла;

¾достоинства методов измерения твердости;

¾связь твердости металла с пределом прочности и пределом текучести;

¾выбор параметров испытания на твердость по методам Бринелля и Роквелла.

2.5.Лабораторная работа «Отжиг стали»

Рассмотрены сущность и назначение отжига, способствующего повышению пластичности, вязкости и снижению твердости и прочности стали. Описана методика выбора режимов отжига.

Для оценки отжига на свойства стали используется твердомер Роквелла. Студенты определяют твердость образцов из сталей 20, 45, У8А до и после термическ45ой обра-

5

ботки. По изменению твердости судят о влиянии термической обработки на свойства стали.

Лаборатория оснащена современными электронными печами для нагрева стали.

Контрольные вопросы:

¾назначение и сущность отжига стали;

¾выбор температуры нагрева стали;

¾от чего зависит время выдержки образцов в печи?

¾структура отожженной стали;

2.6. Лабораторная работа «Закалка стали»

Рассмотрены сущность и назначение способа термической обработки, способствующего повышению твердости и прочности стали. Показана методика определения температуры нагрева по диаграмме «железо-углерод»; рекомендованы охлаждающие среды в зависимости от класса стали. Описано, что происходит с аустенитом при резком охлаждении и какая структура при этом получается.

Для оценки влияния закалки на свойства стали используется твердомер Роквелла. Студенты определяют исходную твердость образцов из сталей 20, 45, У8А. Затем проводят закалку и вновь определяют их твердость. По твердости судят о влиянии термической обработки на свойства стали.

Лаборатория оснащена современными электронными печами для нагрева стали.

Контрольные вопросы:

¾назначение и сущность закалки стали;

¾выбор температуры нагрева стали для закалки;

¾структуры закаленной стали, их природа и свойства;

¾применяемые охлаждающие среды и области их использования;

¾понятие структуры мартенсита.

2.7. Лабораторная работа «Отпуск стали»

Рассмотрены сущность и назначение способа термической обработки, способствующего снятию внутренних закалочных напряжений во избежание деформаций или образования трещин. Приведены виды отпуска, области их применения. Определены структуры стали, получаемые после отпуска. Определено понятие термоулучшения стали.

Студенты используют закаленные образцы стали. Проводят отпуск образцов, определяют твердость на приборе Роквелла. По твердости судят о влиянии отпуска на свойства стали.

Контрольные вопросы:

¾назначение и сущность отпуска;

¾виды отпуска, температуры нагрева стали;

¾структуры отпущенной стали;

¾области применения видов отпуска;

¾термоулучшение стали.

2.8. Лабораторная работа « Нормализация стали»

Рассмотрены сущность и назначение нормализации, которая , как и отжиг, способствующих повышению пластичности, вязкости и снижению твердости и прочностных свойств стали. Описана методика выбора температуры нагрева при нормализации. Показаны отличие отжига от нормализации и получаемые после термообработки структуры металла.

Для оценки влияния нормализации на свойства стали используется твердомер Роквелла. Студенты определяют исходную твердость образцов из сталей 20, 45, У8А. Затем

6

проводят нормализацию и вновь определяют их твердость. По твердости судят о влиянии термической обработки на свойства стали.

Контрольные вопросы:

¾назначение и сущность нормализации стали;

¾выбор температуры нагрева стали;

¾от чего зависит время выдержки образцов в печи?

¾различия в свойствах отожженной и нормализованной стали;

¾структура нормализованной стали.

2.9.Лабораторная работа «Оборудование сварочного поста и основы техники безопасности при ручной дуговой сварке»

Даны понятия о сварочной дуге, дугах переменного и постоянного тока, прямой и обратной полярности, дугах прямого, косвенного и комбинированного действия. Описано строение дуги. Приведена схема включения в сеть индивидуального сварочного поста. Приведены оборудование сварочного поста, сварочный инструмент и их назначение. Определены факторы, влияющие на сопротивляемость организма. Изложены основы техники безопасности при ручной дуговой сварке.

В лаборатории сварки имеются два сварочных поста, работающие на переменном токе (от сварочного трансформатора) и на постоянном токе (от сварочного выпрямителя).

Контрольные вопросы:

¾понятие сварочной дуги;

¾дуга переменного и постоянного тока;

¾строение сварочной дуги;

¾дуги прямого, косвенного и комбинированного действия;

¾оборудование и инструмент сварочного поста;

¾факторы, влияющие на сопротивляемость организма;

¾меры безопасности в лаборатории сварки.

2.10.Лабораторная работа «Сварочный трансформатор ТД-500. Зажигание ду-

ги»

Указаны источники питания сварочной дуги на переменном токе: трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и с повышенным магнитным рассеянием (подвижный магнитный шунт или подвижные обмотки). Подробно рассмотрена конструкция сварочного трансформатора ТД-500. Описан принцип его работы. Приведены внешняя вольт-амперная характеристика трансформатора и статическая характеристика дуги; технические данные источника питания. Даны практические рекомендации для зажигания электрической сварочной дуги.

Контрольные вопросы:

¾оборудование сварочного поста при сварке на переменном токе;

¾схема подключения сварочного трансформатора;

¾конструкция сварочного трансформатора ТД-500;

¾внешняя вольт-амперная характеристика трансформатора;

¾зажигание и процесс возникновения сварочной дуги.

2.11. Лабораторная работа «Устройство сварочного выпрямителя»

Описаны преимущества питания сварочной дуги постоянным током, типы источников постоянного тока, достоинства сварочных выпрямителей в сравнении со сварочными генераторами. Рассмотрены устройство сварочного выпрямителя ИПП-500В и особенности работы трехфазного трансформатора с выдвижными магнитными шунтами. Отмечены основные технические параметры выпрямителя.

Контрольные вопросы:

7

¾преимущества сварочной дуги на постоянном токе;

¾основные типы источников постоянного тока;

¾устройство и назначение сварочного выпрямителя;

¾регулирование сварочного тока в выпрямителе;

¾принципиальная электрическая схема выпрямителя ИПП-500В;

¾основные технические данные выпрямителя ИПП-500В.

2.12.Лабораторная работа «Полуавтоматическая сварка в среде углекислого

газа»

Описаны сущность сварки в среде углекислого газа, её преимущества перед ручной электродуговой и автоматической сваркой под слоем флюса. Отмечены и её недостатки. Рассмотрены устройство полуавтомата, назначение и работа механизма подачи электродной проволоки. Описана техника сварки углеродистой стали.

Контрольные вопросы:

¾сущность сварки в среде углекислого газа;

¾преимущества этого процесса сварки перед другими способами дуговой сварки;

¾схема процесса сварки в среде СО ;

¾материалы, применяемые для сварки; блок-схема полуавтомата и его основные узлы

2.13. Лабораторная работа «Контактная точечная сварка»

Изложены физические основы контактной сварки. Описаны способы контактной сварки: точечная, шовная (роликовая), стыковая, рельефная. Рассмотрены схема процесса точечной сварки, циклограмма сварки, общее сопротивление между электродами. Приведены электрическая схема машины МТ-601, основные технические параметры. Даны рекомендации по выбору режима сварки, контролю качества сварных соединений.

Контрольные вопросы:

¾способы контактной сварки;

¾сущность процесса контактной сварки;

¾циклограмма точечной сварки;

¾сопротивление между электродами;

¾электрическая схема машины МТ-601;

¾выбор режима сварки;

¾контроль качества точечной сварки.

2.14. Лабораторная работа «Газовая сварка»

Описаны сущность газовой сварки, принцип получения горючего газа в ацетиленовых генераторах, устройство газовых баллонов; назначение газовых редукторов и принцип газового редуцирования; назначение и принцип действия инжекторной горелки. Рассмотрены зоны ацетилено-кислородного пламени, виды газового пламени, способы регулирования скорости нагрева свариваемого металла (изменение мощности газового пламени, применение левой или правой сварки, изменение угла наклона газовой горелки). Описана сущность обратного удара и причины его возникновения.

В лаборатории сварки имеется специализированный пост газовой сварки.

Контрольные вопросы:

¾сущность газовой сварки;

¾принцип работы ацетиленового генератора;

¾назначение и принцип работы газового редуктора;

¾назначение и принцип действия газовой горелки;

¾строение ацетилено-кислородного пламени;

8

¾виды газового пламени;

¾способы регулирования скорости нагрева свариваемого металла;

¾обратный удар и причины его возникновения.

2.15. Лабораторная работа «Кислородная резка металлов»

Описаны сущность кислородной резки; требования, предъявляемые к металлам, которые могут подвергаться кислородной резке; устройство ацетилено-кислородного резака и принцип его работы.

Контрольные вопросы:

¾сущность процесса кислородной резки;

¾требования к металлам, подвергаемым кислородной резке;

¾конструкция ацетилено-кислородного резака;

¾принцип работы резака.

2.16Лабораторная работа « Определение свариваемости стали по ее химическому составу»

Дается понятие свариваемости стали. Рассматриваются примеры определения свариваемости стали по ее химическому составу.

Контрольные вопросы:

¾понятие о свариваемости стали;

¾образование холодных трещин,

¾образование горячих трещин,

¾понятие эквивалентного содержание углерода.

9

Рекомендуемая литература

1.Мещеряков, В. М. Технология конструкционных материалов и сварка / В. М. Мещеряков. – Ростов-на-Дону : Феникс, 2008. – 320 с.

2.Оботуров, В. И. Сварочные работы в строительстве / В. И. Оботуров. – Москва :

АСВ, 2006. – 224 с.

3.Шилин, В. М. Технология конструкционных материалов / В. М. Шилин ; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2004. – 75 с.

4.Куркин, С. А. Сварные конструкции / С. А. Куркин, Г. А. Николаев. – Москва :

Высш. шк., 1991. – 399 с.

5.Болдырев, А. М. Сварочные работы в строительстве и основы технологии металлов / А. М. Болдырев, А. С. Орлов. – Москва : АСВ, 1994. – 431 с.

6.Шебеко, Л. П. Лабораторные работы по контролю качества сварных соединений. Учеб. пособие для техникумов / Л. П. Шебеко. – Москва : Машиностроение, 1966.

– 95 с.

7.Технология конструкционных материалов : учеб. пособие / А. Г. Алексеев [и др.]. – Санкт-Петербург : ХИМИЗДАТ, 2014. – 504 с.