федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный университет путей сообщения»

_______________________________________________

Кафедра технологии транспортного машиностроения

и ремонта подвижного состава

В.В. Засыпкин, В.М. Скляров, Н.Н. Воронин

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Раздел

СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам

Москва - 2013

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный университет путей сообщения»

_______________________________________________

Кафедра технологии транспортного машиностроения

и ремонта подвижного состава

В.В. Засыпкин, В.М. Скляров, Н.Н. Воронин

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Раздел

СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний для студентов специальности «Подвижной состав железных дорог»

Москва - 2013

УДК 621.791(031)

З-36

Засыпкин В.В., Скляров В.М., Воронин Н.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Раздел «Сварочное производство»: Методические указания к лабораторным работам. – М.: МИИТ, 2013. – 43 с.

Методические указания являются основным учебным материалом к лабораторным работам по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» для студентов Института транспортной техники и систем управления.

В каждой работе даются пояснения, описываются методы и последовательность эксперимента, что позволяет каждому студенту самостоятельно подготовиться к выполнению лабораторной работы, провести экспериментальную часть, дать оценку полученных результатов и составить отчет по работе.

В лабораторных предусмотрены эксперименты, которые проводятся по типовой методике или по системе учебной исследовательской работы студентов (УИРС) с элементами творческого поиска.

Ранее методические указания были составлены при участии проф. Киселёва С.Н.

Библиография: ил. 21, табл. 5.

© МИИТ, 2013

Работа № 1 определение коэффициентов расплавления, наплавки и потерь на угар и разбрызгивание при ручной дуговой и автоматической сварке под флюсом

Цель - определение величины коэффициентов расплавления α_р, наплавки α_н и потерь на угар и разбрызгивание ψ при ручной дуговой сварке в зависимости от сварочного тока I_св; сравнение этих показателей при электродуговой сварке открытой и закрытой дугой.

1. Теоретическая часть

Процесс расплавления электрода при электродуговой сварке непосредственно связан с обеспечением как эксплуатационных, так и технологических характеристик сварных соединений.

Важной технологической характеристикой процесса расплавления электрода является его производительность. Производительность процесса расплавления определяется количеством расплавленного электродного металла в единицу времени и зависит от следующих факторов:

• мощности дуги и ее распределение между анодом, катодом и столбом дуги;

• теплофизических свойств металла электродного стержня;

• термического эффекта процессов, протекающих при плавлении электрода;

• количества тепла, выделяющегося в электродном стержне при прохождении сварочного тока, и условия охлаждения электродов;

• наличия химических реакций и, в частности, процесса восстановления железа из окислов, содержащихся в покрытии.

Как было установлено опытным путем, плавление электрода под действием тепла дуги происходит равномерно. Количество расплавленного электродного металла можно приближенно определить:

G_p = _p  I_св  t, (1)

где G_p - количество расплавленного металла, г; _p - коэффициент, определяемый опытным путем, г/Ач; I_св - ток, А; t - время горения дуги, ч.

Анализ зависимости (1) показывает, что расплавление электрода происходит преимущественно за счет энергии, освобождаемой в дуге, и пропорционально току. Поэтому главным из вышеперечисленных факторов является мощность дуги или, в первом приближении, величина сварочного тока.

Коэффициент пропорциональности α_р, входящий в (1), называется коэффициентом расплавления и характеризует удельную, отнесенную к единице сварочного тока, производительность процесса расплавления электрода

_p= , (2)

где t - время горения дуги, с.

Коэффициент расплавления зависит от рода и полярности сварочного тока, состава электродного стержня (или электродной проволоки), состава покрытия электрода (при других способах сварки - от состава флюса или защитного газа), плотности тока в электроде.

Коэффициент расплавления при ручной электродуговой сварке обычно находится в пределах 8-14 г/Ач.

В процессе расплавления при переносе электродного металла в сварочную ванну часть расплавленного электродного металла теряется на угар и разбрызгивание. Вследствие этого, количество наплавленного металла G_н, расходуемого на формирование сварного шва, будет меньше, чем количество расплавленного электродного металла на величину потерь на угар и разбрызгивание.

Потери на угар и разбрызгивание оценивают коэффициентом потерь

 = 100%, (3)

где G_p - масса расплавленного электродного металла, г; G_н - масса наплавленного металла, г.

Коэффициент потерь Ψ зависит от длины дуги, состава, количества покрытия электрода и растет с увеличением тока. Для покрытых электродов коэффициент потерь находится в пределах 10-15%.

Количество наплавленного металла, идущего на формирование сварного шва, определяет производительность процесса наплавки

G_н = α_н I_св  t, г (4)

где G_н - масса наплавленного металла, г; α_н - коэффициент наплавки г/Ач; I_св - ток, А; t - время горения дуги, с.

Коэффициент наплавки характеризует удельную, отнесенную к единице тока, производительность процесса наплавки:

α_н = , г/Ач (5)

где G_н - масса наплавленного металла, г; t - время горения дуги, с.

Значение коэффициента наплавки α_н зависит от физико-химических свойств покрытия, потерь на угар и разбрызгивание и изменяется в пределах 7‑12 г/А ч.

Определив коэффициент наплавки α_н, можно подсчитать производительность процесса сварки при данной величине сварочного тока:

Q_н = α_н  I_св , г/ч (6)

Производительность процесса сварки открытой дугой ограничена из-за роста коэффициента потерь на угар и разбрызгивание с увеличением сварочного тока.

Применение автоматической сварки под флюсом обеспечивает повышение производительности процесса, в частности, за счет значительного уменьшения потерь на угар и разбрызгивание электродного металла (до 1-3%), так как в этом случае дуга закрыта плотным слоем флюса.

Кроме того, при автоматической сварке под слоем флюса увеличивается скорость расплавления электродной проволоки вследствие повышения абсолютной величины тока и плотности тока в электроде.