Сварочные материалы

Вопросы для самопроверки

1.Основные характеристики процесса плавления электрода (электродной проволоки, покрытого металлического электрода) при дуговой сварке.

2.Легирование металла сварочной ванны при механизированной сварке в СО2.

3.Раскисление металла (стали) сварочной ванны при механизированной сварке в углекислом газе.

4.Технологические и металлургические функции сварочных материалов при механизированной сварке в углекислом газе.

5.Преимущества сварки в смеси ( Ar +18%СО2) по сравнению со сваркой в СО2 .

6.Причины образования большого количества брызг при сварке в СО2.

7.Почему при импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом не применяется СО2 в качестве защитного газа.

8.Преимущества сварки в защитном газе.

241

Лабораторная работа № 2 Изучение влияния компонентов шихты покрытия электродов на длину

разрывной дуги, как основного показателя устойчивости еѐ горения

Цель работы: исследование влияния отдельных компонентов покрытия электродов и покрытия в целом на процесс зажигания и устойчивость горения сварочной дуги.

1. Краткие теоретические сведения по теме.

Сварочно-технологические свойства электродов в значительной степени определяются электродным покрытием. Электродные покрытия в процессе сварки выполняют следующие важные функции:

▪повышают стабильность горения дуги, увеличивая степень ионизации дугового промежутка;

▪обеспечивают газошлаковую защиту зоны сварки (дуговой промежуток и сварочная ванна) от окружающей атмосферы;

▪раскисляют сварочную ванну, восстанавливая часть металла, превратившегося в оксиды;

▪легируют сварочную ванну, придавая металлу шва необходимые свойства (прочность, износостойкость, стойкость против коррозии и др.);

▪электродные шлаки на поверхности сварочной ванны способствуют нормальному формированию шва.

Покрытия изготовляют из большого числа тонкоразмолотых и тщательно перемешанных материалов, связанных клеящим составом. Применяемые для приготовления электродных покрытий материалы классифицируют по назначению на следующие группы: стабилизирующие, шлакообразующие, газообразующие, раскисляющие, легирующие, связующие.

Стабилизирующие (ионизирующие) компоненты покрытий повышают стабильность горения дуги. При расплавлении покрытия они легко разлагаются (диссоциируют) с образованием свободных электрически заряженных частиц (электронов, ионов), повышая степень ионизации дугового промежутка. С этой целью используют химические элементы щелочной и щелочно-земельной группы, имеющие низкий потенциал ионизации: калий, натрий, кальций, барий.

242

Потенциал ионизации – это энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы оторвать его и сделать атом положительно заряженным ионом. В таблице 1 представлены значения потенциала первичной ионизации для некоторых элементов (первичная ионизация связана с отрывом первого из электронов, находящихся на внешней оболочке атома).

Таблица 1 – Значения потенциала первичной ионизации для некоторых элементов

Эти элементы содержатся в таких компонентах электродных покрытий, как мел, мрамор, известняк, слюда, полевой шпат, гранит, натриевое и калиевое жидкое стекло, поташ, хромпик, углекислый барий, марганцево-кислый калий, кальцинированная сода.

В таблице 2 приведен примерный состав покрытий, в состав которых входят вышеуказанные компоненты, широко применяемых для сварки конструкционных сталей электродов марок МР-3 (тип Э46) и УОНИ-13/55 (тип Э50А).

B условиях сварки возможно внезапное изменение длины дуги, а также может возникнуть необходимость несколько растянуть дугу (при сварке горизонтальных, вертикальных, потолочных швов), поэтому дуга должна быть устойчивой (не гаснуть или, как говорят, быть эластичной) в случае ее удлинения в некоторых пределах. Широкое распространение при исследовании стабильности горения сварочной дуги получила методика К.К. Хренова, основанная на определении среднего значения длины дуги в момент обрыва при многократном повторении одного и того же эксперимента.

243

Таблица 2 – Состав покрытий электродов марок МР-3 и УОНИ 13/55

2. Оборудование, инструмент, материалы.

11.Сварочный пост для ручной дуговой сварки покрытыми электродами переменным током.

12.Установка для измерения разрывной длины дуги – Lp (см. рисунок).

13.Стальная пластина180 х 140 х 10 мм.

14.Электродные стержни из низкоуглеродистой стали диаметром 3–4мм.

15.Компоненты электродных покрытий: мрамор (СаСО3), кварцевый песок

(SiO2), слюда (K2O∙3Al2O3∙H2O), полевой шпат (K2O∙3Al2O3∙6SiO2), поташ (K2СO3),

плавиковый шпат (СаF2).

16.Покрытые электроды, например, марок МР–3,УОНИ–13/55 и др. марок, представляющие интерес для данной работы, диаметром 3,0–4,0мм.

17.Сварочный щиток.

18.Брезентовый костюм или фартук.

244

19.Брезентовые рукавицы.

20.Графитовый электрод.

21.Мерительный инструмент.

Рисунок 1 – Установка для измерения разрывной длины дуги

1 – стальная пластина; 2 – угольный электрод; 3 – электродный стержень

(сварочные электроды)

3. Техника безопасности при выполнении работ.

1 .Сварку выполнять только в головном уборе и спецодежде, которая должна быть плотно застегнута.

2.Для защиты лица и глаз от лучистой энергии применять щитки, шлемы, а от механических повреждений – предохранительные очки с прозрачными стеклами.

3.Не работать на неисправном оборудовании или неисправным инструментом.

4.В перерывах в работе выключать оборудование.

5.Для защиты от отравлений выделяющимися газами следить, чтобы во время работы была вентиляция: располагаться на рабочем месте так, чтобы предохранять себя от вдыхания выделяющихся газов, паров и пыли.

6.Для предотвращения поражения электрическим током следить за тем, чтобы сварочные установки были надежно заземлены; не прикасаться к распределительным щитам, проводам силовой, осветительной сети или другим

245

токоведущим частям; осмотр, перемещения оборудования и устранение неисправностей его производить при выключенном рубильнике; для местного освещения пользоваться светильниками напряжением не выше 36 В и переносными лампами – 12В.

7. Для предотвращения пожаров в помещении, где производится сварка, не должны находиться легковоспламеняющиеся вещества.

4. Последовательность выполнения работы.

1.Собрать установку, определить напряжение холодного хода Uхх сварочного трансформатора и установить рациональный режим сварки для данной марки и диаметра электрода (например, для электрода диаметром 3,0 мм сила сварочного тока должна составлять 120–130 А).

2.Закрепить очищенный от ржавчины и др. загрязнений электродный стержень в штатив, установив торец стержня на расстоянии 1–1,5 мм от стальной пластины, лежащей на сварочной столе (пластина также должна быть очищена металлической щеткой от ржавчины и других загрязнений).

3.Подключить к штативу электрододержатель, возбудить сварочную дугу заточенным угольным стержнем, замыкая на очень короткое время конец электродного стержня на пластину.

4.Дать дуге догореть до естественного обрыва, очистить наплавку от шлака и измерить расстояние Lp. между оплавленным торцом электрода и наплавкой. При горении дуги отмечать характер и особенности ее поведения. Эксперимент повторить не менее 3 раз.

5.Результаты эксперимента занести в таблицу.

6.Повторить эксперименты по п.п 2-5, но конец электродного стержня засыпать набольшим количеством испытуемого электродного материала (мела, полевого шпата, плавикового шпата, слюда, углекислого калия –поташ). При выполнении этой серии экспериментов требуется тщательная очистка пластины и электрода при переходе от одного материала к другому.

7.Закрепить в штативе поочередно различные марки испытываемых электродов (МР-3, УОНИ–13/55 и др.)

246

Таблица результатов выполненных экспериментов.

Примечание: Перед измерением разрывной дуги наплавку необходимо очистить от шлака.

5. Содержание отчета.

5.1.Цель работы.

5.2.Краткие теоретические сведения.

5.3.Описание методики проведения эксперимента.

5.4.Эскиз схемы установки.

5.5.Таблица с результатами экспериментов.

5.6.Выводы по работе.

6. Контрольные вопросы.

1.Почему горение сварочной дуги менее устойчивое на переменном токе, чем на постоянном?

2.Какие компоненты в составе покрытия исследованных электродов способствуют устойчивому горению сварочной дуги, а какие, наоборот, дестабилизируют еѐ горение?

3.Какие физические явления участвуют в процессе возбуждения сварочной

дуги?

247

4.Почему электроды марки МР–3 обладают более устойчивым горением дуги на переменном токе, чем электроды с основным покрытием?

5.Почему электроды с основным покрытием типа УОНИ-13/55 обладают устойчивым горением дуги только на постоянном токе?

6.Что такое электрическая дуга, еѐ сущность?

7.Что такое работа выхода электрона?

8.Что такое потенциал ионизации атома или молекулы?

Литература.

1.Хренов К.К. Электрическая сварочная дуга / М., Киев: Машгиз, 1949.

2.Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением / Ленинград,

1982.

3. Жизняков С.Н., Сидлин З.А. Ручная дуговая сварка. Материалы. Оборудование. Технология / М.,

248

Лабораторная работа № 3

Изучение сварочно-технологических свойств и основных характеристик плавления покрытых металлических электродов для ручной дуговой сварки

различных марок.

Цель работы:

Наглядная демонстрация, изучение и сравнительный анализ сварнотехнологических свойств марок покрытых электродов одного назначения. Определение основных характеристик плавления покрытых электродов.

3.Краткие теоретические сведения по теме.

Как для любого технологического процесса, так и для процесса сварки необходимо чтобы сам процесс протекал стабильно и им можно было управлять; чтобы по завершению процесса получить качественный результат.

Применительно к дуговой сварке это положение можно сформулировать так. Для сварки нужно:

устойчивое горение дуги;

хорошее формирование шва;

получение бездефектного сварного соединения с требуемыми эксплуатационными свойствами.

Вреализации этих условий исключительно важную роль выполняют сварочные материалы, а именно сварочные материалы выполняют очень важную технологическую и металлургическую функции, именно они главным образом обеспечивают не только возможность прохождения процесса сварки в реальных условиях производства, но и получение качественного изделия.

. Покрытые электроды для РДС представляют собой стержни длиной до 450 мм, изготовленные из сварочной проволоки, на поверхность которых наносится слой покрытия различной толщины и состава.

Электродное покрытие – это сложная, многокомпонентная система, состоящая из порошков различных материалов: минералов, руд и концентратов, ферросплавов, металлов и сплавов различных химикатов, силикатов и пр. Рационально подобранное сочетание указанных веществ в покрытии при участии металла электродного стержня выполняет технологические и металлургические функции:

1) обеспечение стабильного горения дуги;

2) хорошее формирование шва;

3) легкую отделяемость шлака;

4) защиту зоны сварки от воздуха;

5) раскисление;

6) легирование;

7) рафинирование и т.д.

Все покрытые электроды, предназначенные для сварки, имеют свои типичные для данной марки сварочно – технологические характеристики. Следует отметить, что качество электродов, в том числе по сварочно-технологическим свойствам

249

различных производителей, существенно различаются, хотя в рекламных изданиях их характеристики почти всегда соответствуют действующим стандартам.

Сварочно-технологические свойства электродов при соблюдении режимов и условий сварки, установленных стандартом или техническими условиями на электроды конкретной марки, и при отсутствии магнитного дутья должны удовлетворять следующим требованиям: дуга должна легко возбуждаться и стабильно гореть; покрытие должно плавиться равномерно, без чрезмерного разбрызгивания, отваливания кусков и образования чехла или козырька, препятствующих нормальному плавлению электрода при сварке во всех пространственных положениях, рекомендованных для электродов данной марки; образующийся при сварке шлак должен обеспечивать правильное формирование валиков шва и легко удаляться после охлаждения; в металле шва, а также в металле, наплавленном предназначенными для сварки электродами, не должно быть трещин, надрывов и поверхностных пор.

В лабораторной работе проверку сварочно-технологических свойств покрытых электродов будем осуществлять контролем следующих показателей, приведенных в таблице 1, по пятибалльной системе (РД 03-613- 03). Согласно ГОСТ 9466 сварочно-технологические свойства электродов проверяют при температуре окружающего воздуха не ниже +5оС. Перед сваркой электроды должны быть прокалены для удаления влаги из покрытия.

250