Контрольні запитання

1. В чому полягає обробка металів тиском?

2. Поясніть технологічний процес виготовлення заготовок прокаткою.

3. Сутність технологічного процесу пресування.

4. Як отримують дріт обробкою тиском?

5. Поясніть технологічний процес вільного кування. Призначення вільного кування.

6. В чому сутність технологічного процесу штампування?

7. Які існують види штампування; виконання технологічних процесів об'ємного та листового штампувань.

8. Що визначає ефективність обробки металів тиском?

Література

1. Збожна О.М. Основи технології— Тернопіль: Карт-бланш, 2002.— 486 с.

2. Деречин В.В. Системи технологій. — Одеса: Латстар, 2002. — 300 с.

3. Никифоров В.М. Технологія металів і конструкційні матеріали. — К.: Вища шк., 1984. — 342 с.

Лабораторна робота № 25

РУЧНЕ ЕЛЕКТРОДУГОВЕ ЗВАРЮВАННЯ СТАЛЕЙ

Мета: Вивчити технологію ручного електродугового зварювання металів і оволодіти елементарними навиками ручного елек­тродугового зварювання.

Обладнання, матеріали та інструменти

Випрямляч зварювальний селеновий моделі ВСС 300-3, зварювальний пост, електроди, набір заготовок із листової сталі різної товщини, метрична лінійка.

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Ручне електродугове зварювання належить до високопродуктивних, надійних і економічно вигідних технологічних процесів. Цей метод широко застосовується для створення нерозбірних з'єднань переважно в металевих матеріалах за рахунок сил міжатомної взаємодії. Щоб реалізувати таку взаємодію, необхідно наблизити атоми країв заготовок до відстаней, рівних параметру кристалічної комірки.

Суть методу полягає в тому, що за допомогою тепла зварювальної дуги поступово розплавляються електрод і краї зварюваних заготовок, а рідкий метал щільно заповнює простір між цими заготовками, утворюючи зварювальну ванну. В міру віддалення і затухання дуги метал ванни кристалізується і утворює зварний шов. Безперервне переміщення електрода до заготовок і вздовж майбутнього шва під час ручного електродугового зварювання виконується від руки.

Зварювальною дугою називається потужний і тривалий електричний розряд, що відбувається у середовищі іонізованих газів і парів металу між електродами, що знаходяться під напругою. У звичайних умовах повітря складається із нейтральних молекул, через що воно не є провідником електричного струму. Щоб повітря у дуговому проміжку стало електропровідним необхідно його іонізувати 3 цією ме­тою на короткий час дотикаються електродом до заготовки, а далі віддаляють його на відстань довжини дуги. Під час дотику між електродом і заготовкою відбувається коротке замикання зварювального кола, струм якого розплавляє і випаровує метал контактних поверхонь. Після відриву електрода з нагрітого катода починається емісія електронів. Останні, зіштовхуючись з молекулами повітря і парами металу, іонізують їх. Під дією електричного поля позитив­но заряджені іони з великою швидкістю рухаються до катода, а електрони та негативно заряджені іони - до анода Під час зіткнення з електродом і за­готовкою кінетична енергія заряджених частинок перетворюється у теплову. В результаті у просторі, заповненому іонізованими парами і газами, під дією напруги джерела виникає зварювальна дуга. Температура в зоні дуги становить 6000...7000°С.

Для електродугового зварювання використовують постійний і змінний струм.

Постійний струм має деякі переваги, зокрема більш високу стабільність дуги порівняно з дугою змінного струму. У тих випадках, коли стабільність дуги має помітний вплив на якість зварювання або на можливість зварювання, рекомендується використовувати джерела постійного струму.

На рис. 25.1 схематично зображена|змальована| дуга, що живиться|почувається| постійним струмом|током|. Дуга, що горить між катодом (електродом) 1|біля,в| і анодом 2, має катодну область 3, стовп 4 і анодну область 5. Протяжність катодної і анодної областей дуже мала, більшу частину|частку| дуги складає стовп.

Напруга|напруження| дуги, тобто різниця потенціалів між катодом і анодом, залежить від довжини дуги і сили струму, а також від матеріалу і розмірів електродів, складу і тиску|тиснення| плазми стовпа дуги. При незмінній силі струму напруга|напруження| дуги U_Д залежить від її довжини ℓ_Д:

де a — сума падіння напруги|напруження| в катодній і анодній областях дуги; b — напруга стовпа дуги; для сталевих електродів a = 8…25 В, b = 2,34…4,3 В/мм.

При виборі джерела живлення|харчування| вирішальне|ухвальне| значення має характер|вдачу| залежності між напругою|напруженням| і струмом|током| дуги.

Графічне зображення залежності напруги|напруження| дуги від струму|току| називають статичною вольт-амперною характеристикою, або статичною характеристикою дуги. Як видно|показно| з|із| рис. 25,2, статична характеристика зварювальної дуги при постійних діаметрі електроду і довжині дуги складається з трьох ділянок: падаючої I, жорсткої II, що зростає III. Залежно від умов існування зварювальної дуги їй відповідає та або інша ділянка статичної характеристики. Так, при ручному зварюванні|зварюванні| статична характеристика дуги — падаюча з|із| переходом до жорсткої. При автоматичному зварюванні|зварюванні| під флюсом і у вуглекислому газі характеристика дуги — жорстка з|із| переходом до тієї, що зростає.

Рис. 25.1. Зварювальна дуга постійного струму	Рис. 25.2. Статична характеристика зварювальної дуги

Збудження дуги відбувається тим легше, чим вища напруга холостого ходу джерела. Напруга, яка потрібна для запалювання дуги, у випадку постійного струму повинна перевищувати 30...35 В, а у випадку змінного струму - 50...55 В. За умовами безпеки напруга холостого ходу джерел змінного струму не переважає 80 В, джерел постійного струму – 90 В.

У зв’язку з цим джерело живлення зварювальної дуги повинне задовольняти певним вимогам: забезпечувати надійне збудження дуги, підтримувати її стійке горіння, сприяти сприятливому перенесенню електродного металу і формуванню зварного шва, а також забезпечувати можливість налаштування необхідного режиму зварювання.

Рис. 25.3. Зовнішні характеристики джерел живлення	Рис. 25.4. Робота джерела під навантаженням

Електричні властивості джерела живлення зварювальної дуги при роботі в статичному режимі виражаються його зовнішньою характеристикою. Зовнішньою характеристикою джерела живлення називають залежність між напругою на його затискачах (клемах) і струмом, що протікає через зварювальне коло при навантаженні. Зовнішня вольт-амперна характеристика може бути крутопадаючою (a), пологопадаючою (б), жорсткою (в) і такою, що зростає (г) (рис. 25.3).

Особливістю електродугового зварювання є короткі замикання, які відбуваються як при запалюванні дуги, так і при перенесенні металу із електрода на виріб у вигляді крапель (30...40 крапель/с). В результаті на­пруга дуги під час коротких замикань спадає майже до нуля, а величина струму дуже зростає. Для обмеження величини струму короткого замикання необхідно, щоб джерело зварювального струму мало спадну зовнішню ха­рактеристику.

Важливими параметрами джерела живлення є його напруга холостого ходу U₀, струм короткого замикання I_к, номінальні напруга U_н і струм І_н (25. 4).

Стійке горіння дуги забезпечується правильним вибором зовнішньої характеристики джерела живлення (див. рис. 25. 4). Наприклад, при падаючій статичній характеристиці 2 дуги джерело живлення повинне мати ще більш круто спадаючу зовнішню характеристику 7. Як видно з рис. 25.4, рівність струмів і напруги дуги і джерела в цьому випадку має місце в точках А і В. Із них лише точка А відповідає стійкому горінню дуги. Якщо з якоїсь причини струм знизиться, то напруга джерела стане більше напруги дуги, і цей надлишок приведе до збільшення струму, тобто до повернення в точку А. Якщо ж струм збільшиться, то напруга джерела стане менше напруги дуги, тому струм зменшиться і режим горіння відновиться. Тим самим підтримується постійний режим зварювання і стійке горіння дуги.

У точці В дуга стійко горіти не буде, оскільки всяка випадкова зміна струму розвивається аж до обриву дуги або до тих пір, поки струм не досягне значення, відповідного точці стійкого горіння дуги А. Отже, стійке горіння дуги підтримується лише в тій точці, де зовнішня характеристика джерела живлення є більш круто падаючою, ніж статична характеристика дуги.

При жорсткій статичній характеристиці дуги зовнішня характеристика джерела живлення може бути і круто- і пологопадаючою. При зростаючій статичній характеристиці дуги застосовують джерела із жорсткими зовнішніми характеристиками.

До джерел змінного струму пред'являють спеціальні вимоги, пов'язані із зниженою стійкістю дуги змінного струму. При частоті 50 Гц напруга джерела протягом секунди 100 разів знижується до нуля, при цьому дуга згасає. Після кожного такого згасання дуга може збудитися лише при підвищеній напрузі, так званій напрузі повторного збудження. Якщо напруга джерела недостатньо велика, повторного збудження може не відбутися і в горінні дуги наступають значні перерви. Для надійного повторного збудження дуги змінного струму необхідно збільшувати зварювальний струм і напругу холостого ходу джерела, а також застосовувати джерела з великою індуктивністю.

Рис. 25.5. Характеристики джерела при різних режимах

Перенесення електродного металу у ванну без сильного розбризкування і пов'язане з цим хороше формування зварного шва залежать від багатьох чинників, зокрема від властивостей джерела.

Швидке наростання струму короткого замикання при дотику ванни краплею електродного металу призводить до вибуху краплі, її розбризкування і погіршення форми шва. Для зменшення розбризкування в зварювальне коло послідовно з дугою включають дросель, що має великий індуктивний опір, або застосовують джерела із крутопадаючою характеристикою, завдяки чому знижується струм короткого замикання.

Регулюють силу зварювального струму за допомогою джерела. Всі можливі способи регулювання струму можна звести до двох: зміни напруги холостого ходу U₀ і опору Z джерела. Якщо збільшити напругу холостого ходу джерела (рис. 25.5, а), то її характеристика зміститься вправо і перетнеться із характеристикою дуги при великих струмах. Якщо збільшити опір джерела, що відповідає зміщенню його характеристики вліво (рис. 25.5, б), то енергія, що віддається джерелом дузі, зменшується, і струм знизиться. При автоматичному зварюванні за допомогою джерела регулюють напругу дуги, сила струму в цьому випадку задається в автоматі швидкістю подачі електродного дроту. Згідно стандарту І_зв = 30…130% І_ном.

При ручному зварюванні покритими електродами використовують джерела живлення постійного і змінного струму з крутопадаючими зовнішніми характеристиками (див. рис. 25.4). Завдяки підвищеній напрузі холостого ходу забезпечується надійне первинне і повторне збудження дуги.

При поєднанні крутопадаючої характеристики джерела з пологопадаючою або жорсткою характеристикою дуги виконується і умова стійкості дуги. Оскільки на робочій ділянці (біля точки А) характеристика джерела близька до вертикальної, то при збільшенні довжини дуги і її напруги зварювальний струм зменшується мало. Отже, таке джерело забезпечує високу стійкість горіння дуги при коливаннях її довжини — еластичність дуги. З цієї ж причини гарантується стабільність режиму зварювання, оскільки на постійному рівні підтримується сила струму. При круто падаючій зовнішній характеристиці струм короткого замикання порівняно невеликий, тому розбризкування електродного металу при краплинному перенесенні незначне. Джерело для ручного зварювання має також регулятор струму.