Лабораторная работа № 4 техника и технология ручной дуговой сварки

Ц е л ь р а б о т ы:

- ознакомиться с техникой ручной дуговой сварки и формированием сварных швов в различных пространственных положениях;

- освоить методику расчета режимов сварки для конкретного изделия.

Краткие сведения о ручной дуговой сварке

Сварка - это технологический процесс получения неразъемных соединений за счет использования сил межатомного взаимодействия. На практике это достигается путем совместного оплавления кромок свариваемых деталей, либо путем их совместного пластического деформирования. Ручная дуговая сварка характеризуется универсальностью процесса, возможностью выполнения сварочных швов в любых пространственных положениях, в труднодоступных местах, простотой оборудования, возможностью получения хорошего качества сварного соединения.

Ручную дуговую сварку применяют для получения изделий из углеродистых и легированных сталей, чугуна и сплавов цветных металлов. Ручная сварка проводится как в цеховых, так и в полевых условиях, под водой и в космосе. Ее успешно применяют при восстановлении изношенных деталей и инструмента.

При дуговой сварке в столбе электрической дуги температура достигает 8000 С. Дуга - это мощный электрический разряд в ионизированной среде. Ионизация пространства между катодом и анодом начинается в момент зажигания дуги и существует весь период горения дуги за счет диссоциации молекул газа при столкновении их с движущимися к аноду электронами.

При сварке деталей электрическая дуга горит между электродом и деталью, при этом происходит интенсивный локальный разогрев с расплавлением металла электрода и детали и перемешиванием металла кромок в сварочной ванне. Защита ванны от окисления осуществляется за счет расплавления покрытия, нанесенного на поверхность электрода. После удаления дуги жидкий металл остывает и кристаллизуется, образуя сварной шов, а из расплавленного электродного покрытия на поверхности шва формируется шлаковая корка. Соответствующие добавки в состав покрытия можно повысить устойчивость горения дуги и легировать металл сварного шва, чтобы механические свойства металла шва не уступали свойствам основного металла.

К технике сварки относят: способ зажигания дуги, положение (угол наклона) электрода относительно свариваемой детали, последовательность перемещения электрода в продольном и поперечном направлениях при формировании шва, последовательность наложения швов в многослойных сварных швах, последовательность наложения отдельных участков при формировании швов большой протяженности. В практике формирование шва ведут с учетом размеров, конфигурации изделия и экспериментальных данных, используя следующие рекомендации:

- зажигание дуги проводят касанием электрода к поверхности изделия и последующим размыканием электрической цепи;

- электрод рекомендуется держать под углом 15-30 к вертикали, заполнение пространства между кромками осуществляется наложением нескольких слоев, либо многократным перемещением электрода в поперечном к оси шва направлении;

поперечные колебательные движения электрода могут быть зигзагообразными, полумесяцем, восьмеркой и т.д.

Короткие швы (до 300 мм) сваривают напроход, средние (300-1000 мм) - от середины к краям, а длинные (более 1000 мм) - обратноступенчатым методом.

При сварке вертикальных швов ток снижают на 15-20 % по сравнению со сваркой в нижнем положении. Сварка выполняется снизу вверх или сверху вниз. Электрод наклоняется вниз на 10-15. При сварке горизонтальных швов встык разделка производится только верхней кромки. Потолочные швы технологически самые трудные. Диаметр электрода в этом случае не должен превышать 4 мм, дуга - короткая, сварочный ток - на 20-25% меньше, чем при сварке в нижнем положении.

Технология процесса ручной дуговой сварки включает выбор параметров режима сварки, то есть определение диаметра электрода, его типа и марки, силы сварочного тока, длины дуги, скорости сварки. Указанные параметры также как и геометрия разделки кромок зависят от толщины (S) свариваемого изделия. Кроме этого обычно рассчитывают штучное время сварки (основное и полное), расход электродного материала и расход электроэнергии. На заключительном этапе подбирают удовлетворяющий условиям сварки источник питания сварочной дуги.

Порядок выбора марки и типа электрода, типа соединения и конструктивных элементов шва был описан выше (лабораторная 3). Диаметр электрода d_э рассчитывается по формуле d_э = (S/2 + 1), мм, или выбирается по таблице 4.1.

Таблица 4.1

S, мм	1-2	3-5	5-10	11-24
dэ, мм	2-3	3-4	4-5	5-6

По выбранному диаметру электрода определяют силу сварочного тока:

I_св = K₁  d_э, А

где К₁ - коэффициент, равный 40-60 А/мм, для углеродистых и низколегированных сталей.

Длину дуги определяют по формуле:

l_д = 0,5 (d_э + 2), мм

Скорость сварки определяют по формуле:

, м/ч

где _н - коэффициент наплавки (г/Ач) зависит от марки электрода для низкоуглеродистых сталей– 7,4;

для среднеуглеродистых– 8;

F_ш - площадь поперечного сечения шва, мм²;

 - плотность наплавленного металла

(для стали  = 7,8 х 10^-3, г/мм³).

Основное время сварки (время горения дуги) определяется по формуле:

_о = L_ш / V_св, ч

где L_ш - суммарная длина швов, мм.

Полное время сварки:

_н = _о / К₂ , ч

где К₂ - коэффициент, учитывающий потери времени на смену электрода, установку детали и т.д. (К₂ = 0,4-0,8).

Расход электродного материала Q_эл определяется с учетом массы покрытия (К₃ = 1,3-1,5) и потерь на огарки, разбрызгивание, угар (К₄ = 1,05-1,15):

Q_эл = Q_н  К₃  К₄ , г

где Q_н - количество наплавленного металла, г.

Q_н = L_ш  F_ш  , г

Расход электроэнергии, Р, кВтч, определяется:

где  - КПД источника питания дуги (для трансформаторов

 = 0,84-0,87; для выпрямителей  = 0,65-0,75);

М_хх - мощность холостого хода источника питания дуги (в среднем составляет 0,2-0,4 кВА).

Мощность, потребляемая источником питания из сети, определяется по формуле:

, кВт

где N_д - мощность полезной энергии, выделяемой на дуге:

, кВт

U_св - напряжение на дуге, обычно U_св ­= 20...30 В.

Оборудование и материалы

Источники питания для сварки переменным и постоянным током; электроды сварочные диаметром 3-5 мм; коллекция образцов - пластин из малоуглеродистой стали толщиной от 3 до 10 мм.

Порядок выполнения работы.