Лабораторная работа № 7 механизированные способы сварки

Ц е л ь р а б о т ы:

- ознакомиться с устройством установок для дуговой сварки в среде защитных газов и под слоем флюса, а также с технологическими особенностями этих процессов;

- освоить методику сварки, расчета режимов сварки для изделий из углеродистых сталей и приобретение практических навыков по сварке изделий данными способами.

Краткие сведения о механизированной и

автоматической сварке

При механизированной и автоматической дуговой сварке электрическая дуга и расплавленный металл сварочной ванны защищены от воздействия атмосферного воздуха оболочкой защитного газа или расплавом флюса. В качестве защитного газа используют инертные газы (аргон, гелий), либо активные газы (углекислый газ, азот). Широко используются флюсы различных марок.

Дуговая сварка в защитных газах может быть выполнена плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродами, для чего применяют газоэлектрические горелки (рис. 7.1).

Рис.7.1. Схема газоэлектрического способа дуговой сварки в защитном газе:

а) дуга прямого действия неплавящимся электродом;

б) плавящемся электродом;

1-свариваемое изделие; 2- присадочный пруток; 3-электрод; 4- защитный газ; 5-столб дуги; 6-ванна металла; 7-наконечник горелки; 8-сварочная проволока.

Автоматическая дуговая сварка под флюсом проводится с помощью сварочной горелки, которая автоматически поддерживает заданную длину дуги при отклонениях от режима сварки, вызванных колебаниями напряжения в сети, изменениями в скорости подачи сварочной проволоки, отклонений в ее диаметре и другими причинами. Схема сварки под флюсом показана на рис. 7.2.

НЕПЛАВЯЩИЕСЯ ЭЛЕКТРОДЫ выпускаются в виде вольфрамовых стержней диаметром от 2 до 18 мм и длиной 250 мм. Расход электрода при механизированной сварке составляет 5-10 г на 100 м шва.

В качестве ПЛАВЯЩЕГОСЯ ЭЛЕКТРОДА при механизированной сварке используют сварочную калиброванную проволоку. Она выпускается по ГОСТ 2246-70 диаметром от 0,3 до 12 мм. По химическому составу сварочную проволоку разделяют на углеродистую, легированную и высоколегированную. Проволока обозначается буквами Св (сварочная) и комбинацией букв и цифр. Например, проволока Св-08Г2С содержит 0,08 % С; 1,4-1,8 Мn и 0,60-0,85 % Si.

Рис. 7.2. Схема сварочного процесса под слоем флюса:

1-основной металл; 2-сварочная проволока; 3- флюс; 4- капли жидкого металла; 5-газовый пузырь; 6- металл шва; 7- сварочная ванна; 8-слой шлака.

Кроме проволоки сплошного сечения используют также порошковые проволоки, которые состоят из металлической оболочки и порошкового наполнителя. Обозначаются порошковые проволоки буквами ПП с последующим условным набором букв и цифр. Например, ПП-АН1, ПП-АН10.

Сварка в среде защитных газов

В промышленности наибольшее распространение получили аргоно-дуговая сварка и сварка в среде углекислого газа.

АРГОНО-ДУГОВАЯ СВАРКА. Аргон - инертный газ - поставляется в стальных баллонах под давлением 15 МПа. Сварку проводят неплавящимся и плавящимся электродами. Сварку неплавящимся электродом (рис. 5.18а) ведут на переменном токе или на постоянном токе обратной полярности. Способ используется при сварке деталей из сплавов цветных металлов. Сварку плавящимся электродом осуществляют на постоянном токе проволокой 0,6-3,0 мм (рис. 5.18б).

СВАРКА В СРЕДЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА - наиболее экономичный способ сварки углеродистых и низколегированных сталей. Углекислый газ поставляется в баллонах емкостью 40 дм³ под давлением 10 МПа (при нормальном давлении образуется около 13 м³ газа).

Для нейтрализации окислительного действия газа в проволоке должно быть повышенное содержание раскислителей - марганца и кремния. Примером является проволока марки Св-15Г2СФД. Основные достоинства способа:

- высокое качество сварного шва;

- малая зона термического влияния;

- возможность механизации и автоматизации процесса сварки;

- отсутствие шлаковой корки на поверхности шва;

- высокая производительность.

Схема установки для сварки в углекислом газе представлена на рис. 7.3. Сварочная проволока с помощью специального механизма 9 подается в наконечник газоэлектрической горелки 11. Конструкция гибкого шлангового провода (рис. 5.21) позволяет подавать в зону сварки проволоку с одновременным размещением в нем токопроводящих проводов и проводов цепи управления. Перед сваркой проволоку следует очистить и обезжирить. Углекислый газ подается по трубке 1 (рис. 7.3) непосредственно в сварочную горелку. Расход газа контролируется ротаметром 2. Перед редуктором обычно устанавливают подогреватель газа и осушитель влаги. Газоэлектрические горелки для токов более 300 А оборудуются водяным охлаждением.

Сварка в углекислом газе позволяет заменить ручную электродуговую сварку механизированной и автоматической, при этом обеспечивается высокое качество сварных соединений. Скорость сварки достигает 60 м/ч.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ. Сварку в углекислом газе можно выполнять во всех пространственных положениях шва. Режимы сварки определяют в зависимости от толщины и марки свариваемой стали. Ориентировочно диаметр сварочной проволоки определяют по табл. 7.1 (для стыковых соединений).

Рис.7.3. Схема установки для сварки в среде углекислого газа:

1-трубка подачи газа; 2-ротаметр; 3-редуктор; 4- осушитель; 5- подогреватель газа; 6-баллон с углекислотой; 7-шкаф управления; 8-сварочный генератор; 9- механизм подачи проволоки; 10-шланговый провод; 11-горелка.

Рис.7.4. строение шлангового провода:

1-стальная спираль; 2-изоляция; 3-провода управления; 4-токоведущие провода; 5-оплетка; 6-резиновая изоляция.

Таблица 7.1

Толщина свариваемого металла S, мм	Без разделки кромок
	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0	6,0	8,0	10,0
Диаметр проволоки dпр, мм	0,5	0,5-0,6	0,6-0,8	0,8-1,0	1,0-1,2	1,2	1,2-1,6	1,6-2,0	1,6-2,0	2,0-2,5
Толщина свариваемого металла S, мм	С разделкой кромок
	8,0		10,0		12,0		14,0		16,0 и более
Диаметр проволоки dпр, мм	1,6-2,0		1,6-2,0		2,0		2,0-2,5		2,0-3,0

Конструктивные параметры соединения определяются по ГОСТ 14771-76 ("Дуговая сварка в защитном газе").

В параметры режима сварки входят также напряжение дуги, величина сварочного тока, скорость подачи проволоки, скорость сварки, вылет электрода и расход углекислого газа. Напряжение на дуге определяют по формуле:

U_св = 8  (d_пр + 1,6), В

Силу тока определяют по формуле:

, А

Скорость сварки подсчитывается по той же формуле, что и при ручной сварке, однако коэффициент наплавки принимают в данном случае равным 18-20 г/Ач. Скорость подачи проволоки рассчитывают, исходя из объема наплавленного металла и времени сварки. Вылет электрода обычно составляет 20-30 мм. Расход углекислого газа определяется из данных табл. 7.2.

Таблица 7.2

Толщина металла S, мм	1,0	1,5	2,0	3-4	5-8	9-12	более 12
Расход газа л/мин	6-7	6-7	6-8	7-9	12-15	15-17	17-20

Расход сварочной проволоки, полное время сварки, расход электроэнергии и мощность, потребляемую источником питания из сети, определяются аналогично расчету этих параметров для ручной сварки. Следует лишь иметь ввиду, что коэффициент, учитывающий технологические потери времени несколько меньше (К₂ = 0,3-4). Потери металла проволоки на угар и разбрызгивание составляют 5-10 % от массы наплавленного металла. Общий расход газа определяют с учетом продолжительности сварки изделия.

При сварке следует соблюдать правила "техники сварки", которые заключаются в определенном направлении движения горелки, угле ее наклона и расстоянии от среза сопла до свариваемого изделия.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ. Сварку плавящимся электродом выполняют шланговыми полуавтоматами и автоматами. Принципиальное отличие между ними заключается в том, что при механизированной сварке рабочий формирует шов, вручную передвигая горелку вдоль шва (подача проволоки механизирована, электрические параметры сварки поддерживаются автоматически); при автоматической сварке передвижение горелки осуществляется механизированным держателем.

В промышленности в зависимости от номенклатуры и габаритов изделий, марки стали, массовости выпуска изделий применяются различные типы полуавтоматов и автоматов. В качестве примера приведены технические характеристики шлангового полуавтомата марки ПДПГ-500-1:

Источник питания - ПСГ-500-1;

Ток - постоянный;

Номинальный сварочный ток - 500 А;

Пределы регулирования тока - 60-500 А;

Толщина свариваемого металла - 1 мм и выше;

Количество горелок - 2;

Масса малой горелки - 0,4 кг;

Масса большой горелки - 0,8 кг;

Диаметр сварочной проволоки - 0,8-2,0 мм;

Скорость подачи проволоки - 33-300 мм/с;

Масса проволоки на кассете - 4 кг;

Расход защитного газа - 600-1500 л/ч.

Задание

1. Изучить устройство и принцип работы сварочного оборудования - полуавтомата ПДПГ-500-1 для сварки в среде углекислого газа и сварочного автомата.

2. Рассчитать режим сварки и расход сварочных материалов для стыкового соединения при разных толщинах свариваемого листа.

3. Подготовить полуавтомат и автомат к работе и провести сварку образцов по оптимальному режиму.

4. Проверить визуально качество шва.

5. Сделать выводы.

Оборудование, инструмент, материалы

Полуавтомат типа ПДПГ-500-1; автомат типа АД-231; баллон с углекислотой и сварочный флюс; газоэлектрическая горелка (малая); выпрямитель ВД-301Д (или преобразователь ПСГ-500); сварочная проволока; образцы листовой стали; спецодежда, сварочный щиток (со стеклами С5 или С6).

Примечание: перед началом работы на оборудовании студенты знакомятся с правилами техники безопасности при его эксплуатации.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Задание (с учетом полученного варианта).

3. Перечень оборудования, инструмента и материалов.

4. Краткое описание сущности механизированных способов сварки.

5. Расчет режимов сварки, расхода материалов и электроэнергии.

6. Таблица сравнительных данных основных расчетных параметров для ручной, механизированной и автоматической сварки.

7. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается автоматическая сварка от ручной дуговой?

2. Какие среды применяются для защиты расплавленного металла при автоматической сварке?

3. Какие сварочные материалы применяются при механизированных способах сварки?

4. Почему при сварке в углекислом газе в состав сварочной проволоки введен марганец?

5. С какой целью проводят омеднение сварочной проволоки?

6. Расскажите устройство сварочной головки.

7. Объясните понятие - сварочный трактор.

8. Из каких узлов состоит сварочный автомат?

9. Укажите преимущества автоматической сварки перед ручной дуговой.

10. Объясните понятие - проплавление металла.

11. Укажите возможные виды дефектов при механизированной и автоматической сварке металлов.