22

1. Дати визначення ручного дугового зварювання. Розкрити фізикохімічну суть процесу, устрій і склад електричної зварювальної дуги, звернувши увагу на її температуру.

Ручним дуговим зварюванням - називається процес отримання неразнімного з’єднання робітником вручну без застосування засобів автоматизації шляхом розплавлення крайок зварювальних заготовок і присаджувального металу (електродів) завдяки дії електричної дуги, перемішуванню розплавленого металу і кристалізації розплавленої ванни металу, що призводить до утворення зварного шва. Джерелом тепла в цьому процесі є електрична зварювальна дуга, яка має наступні характерні особливості.

Схема ручного дугового зварювання показана на рис. 2 .

Рис. 2. Схема ручного дугового зварювання металевим покритим електродом: 1– зварний шов; 2 – газова шлакова корочка; 3 – захисна газова атмосфера; 4 – електродне покриття; 5 – електродний стержень;6 – електрична дуга; 7 – краплі електродного металу; 8 – зварна ванна; 9 – заготовка

Електрична зварювальна дуга являє собою електричний розряд в газах подовженої дії між електродом і металом, що зварюється (рис 3). Вона характеризується яскравим світінням і високою температурою. Температура в середині електричної зварювальної дуги складає 6000…7000 ºС, а біля катоду і аноду температури дуги за рахунок відводу тепла знижуються і складають 2400 і 2600 ºС, відповідно. Дуга містить електрони, а також позитивно і негативно заряджені іони. Особливу увагу треба звернути на необхідність вмісту в дузі позитивно заряджених іонів легких металів (К+,

Na+, Li+, Ca+…), без яких зварювальна електрична дуга була б нестійкою і процес зварювання був би неможливим. Саме стійкість зварювальної дуги, тобто тривалість її горіння, обумовлюється наявністю іонів легких металів. Без цих іонів електрична дуга тривало не горить, що робить процес зварювання неможливим.

Рис. 3. Схематичне зображення електричної зварювальної дуги : 1 – розплавлений метал; 2 – заготовка; 3 – катодна область; 4 – позитивно заряджені іони легких металів; 5 – електрони і негативно заряджені іони; 6 – анодна область; 7 – електрод; 8– стовп дуги; 9 – газовий захисний шар дуги.

В звичайних умовах гази, які являються ізоляторами, електрично нейтральні. Але, при загорянні електричної дуги під впливом дії електричного струму від поверхні нагрітого тіла відриваються електрони, які зі швидкістю 1,5…2 км/с устромляються до аноду. На своєму шляху вони стикаються з атомами різних речовин, в тому числі і з атомами легких металів, які в мовах електричного розряду перетворилися у пар(газ). При стиканні електронів з нейтральними атомами газів відбувається іонізація останніх. В результаті такого стикання замість однієї частинки утворюється три заряджених частинки. Процес іонізації стає лавиноподібним, що і забезпечує стійке горіння дуги при зварюванні.

2 . Дати визначення терміну “зварюваність”. Для трьох марок сталей, отриманих за своїм варіантом, розрахувати вуглецевий еквівалент і за його значенням визначитись з тим, яка з цих сталей має кращу зварюваність. Указати умови зварювання для кожної сталі. Вибрати найбільш придатну сталь для зварювання ручним дуговим способом, враховуючи її механічні властивості і хімічний склад...Розшифрувати кожну марку сталі.

Номери варіантів, марки сталей і геометричні характеристики зварних конструкцій:

Зварюваність – це комплексна характеристика, яка вказує на здатність металу утворювати зварні з’єднання, що задовольняють умовам експлуатації. Ця характеристика може залежати від багатьох властивостей металу, що підлягає зварюванню, а саме, від таких як хімічний склад, теплопровідність, коефіцієнт термічного розширення, чутність до поглинання газів, здатність до окислювання, здатність до алотропічних перетворень, усадка при кристалізації тощо. Зварюваність гарна, коли не зменшуються міцність та інші фізичні характеристики, не утворюються тріщини холодні та гарячі, тобто коли метал не псується. З багатьох вказаних факторів дуже впливовим для зварюваності сталей є хімічний склад.

Зварюваність сталей залежить від вмісту вуглецю і ступеня легування. Найбільше на неї впливає вуглець – із збільшенням його вмісту зварюваність сталей погіршується. Звичайно вважається, що сталі, які містять менше 0,25...0,3%С, добре зварюються у широкому діапазоні товщин і режимів.

Для вуглецевих сталей зварюваність вважається доброю коли вміст вуглецю дорівнює < 0,3%С, задовільною – при 0,3...0,42%С, обмеженою – при 0,42...0,55%С і незадовільною – при > 0,55%С. Вуглецеві сталі, що містять < 0,3%С зварюються в будь яких умовах в широкому діапазоні товщин і форм деталей. Сталі, що містять 0,3...0,42%С можна зварювати при температурах. вищих ніж 5 ºС і, коли деталі мають велику товщину, то їх слід підігрівати до температури 150 ºС. Для зварювання сталей, що містять

0,42...0,55%С, деталі треба підігрівати до 150...300ºС, а для сталей, що містять > 0,55%С – до 200...500 ºС.

Легуючі елементи знижують зварюваність сталей. Попередня оцінка їх впливу на зварюваність визначається вуглецевим еквівалентом Се, який розраховують за формулою

Се = С + Mn/6 + (Cr + V + Mo)/5 + (Ni + Cu)/15,%

де символи хімічних елементів – вуглецю (С), марганцю (Mn), хрому (Cr), ванадію (V), молібдену (Mo), нікелю (Ni), міді (Cu) – показують їх процентний вміст в сталі.

Оцінка зварюваності виконується за даними табл.. 2

Розрахунок вуглецевого еквіваленту

а) 18Г2 - Низьколеговані конструкційні будівельні сталі

C=0,18%, Mn=1,7%, Cr=0,3%, Si=0,5%,

Се = 0,18+1,7/6+0,3/5=0.613 %

Оцінка зварюваності сталей по вуглецевому еквіваленту Се

Механічні властивості σ02= 350 МПа, σВ=520 МПа

б) 15 – вуглецеві якісні конструкційні сталі

C=0,15%, Mn=0,5%

Се = 0.15+0,5/6 = 0,233 %

Оцінка зварюваності сталей по вуглецевому еквіваленту Се

Механічні властивості σ02=220 МПа, σВ=390 МПа

в) 40Х13 - Високолеговані сталі з особливими властивостями

Се = 0,4+ 0,6/6+13/5= 3,1

Оцінка зварюваності сталей по вуглецевому еквіваленту Се

Механічні властивості σ02 = 500 МПа, σВ = 700 МПа

Отже найбільш придатна сталь для зварювання ручним дуговим способом є

15, де C=0,15%, Mn=0,5%

3. за своїм варіантом намалювати ескіз звареної деталі. Розшифрувати тип зварювального шва.

Назва способу зварювання:

111-ручне дугове зварювання Тип зварного шва –тавровий Катет шва К=4 мм

4. Намалювати схему перерізу шва з усіма необхідними розмірами. Указати в перерізі, який метал наплавлений, а який - розплавлений

5. Підрахувати масу металу, що наплавляється

F = (F1+ F2+ F3) ∙ 2

F1 = (5 ∙ 5)/2 = 12,5 мм2

F2 = (5 ∙ 5)/2 = 12,5 мм2 F3 = 6 ∙2 = 12 мм2

F = (12,5+12,5+12) ∙ 2= 74 мм2

L = L+2 D = 3500 +2 ∙0 = 3500 мм

V = L ∙ F = 350 см ∙ 0.74 см2 = 259 см3. mн = V∙ = 259 см3 ∙ 7,85 г/см3 = 2033,15 г.

6. Визначити тип і марку електроду

а) 15 -Тип електрода : Э42, Марка: АНО-6 Коефіцієнт наплавлення 8,0-9,5

σВ=390

б) 18Г2Тип електрода: Э55, Марка: УОНИ 13/55 Коефіцієнт наплавлення 9,0-10,0

σВ=520

в) 40Х13 - Тип електрода: Э70, Марка: ЛКЗ-70 Коефіцієнт наплавлення 8,0-9,5

σВ=700

7. Визначити режими, продуктивність зварювання і діаметр електроду. Розрахувати масу електродів, які потрібні для зварювання

а) Для сталей 15змінний струм, , 18Г2, 40Х13 - постійний струм Діаметр електрода D=5 мм, k=45.

б) Визначаємо силу струму

застосування поста (приймається 0,8)

швів, м .

V 3,5 3,489 м / год 1,003

г) Продуктивність зварювання: П = ІКн,г/ ·година

П = 225∙9=2025 г/ ·година

д) Загальну маса електродів підраховується за формулою:

МЗЕ = mн' К у р К обм К ог ,

де mн – маса наплавленого металу [кг]; Кур – коефіцієнт втрат на угар і розбризкування; Кобм – коефіцієнт втрат на обмазку; Ког – коефіцієнт втрат на огарки.

Кур = 1,1...1,15; Кобм = 1,18...1,35; Ког = 1,07...1,1.

МЗЕ = 2,035 ∙ 1,1 ∙ 1,2 ∙ 1,1 = 2,954 кг

8. Підібрати джерело живлення для зварювання даної Вам деталі, записати його технічну характеристику.

Джерела живлення змінним струмом при ручному дуговому зварювані (зварювальні трансформатори)

Джерела живлення постійним струмом при ручному дуговому зварюванні (випрямлювачі)

9. Розрахувати електроенергію, необхідну для зварювання.

N = IUt/1000, кВт·год,

де І – сила струму , А; U -напруга ,В ; t -час зварювання ,год

N = (225 ∙32 ∙1,254)/1000 = 9,028 кВт·год

10.Вказати можливі дефекти і найбільш доцільні методи їх виявлення.

-Дефекти можуть бути явними, скритими, виправними і невиправними. До них відносять такі дефекти.

-Дефект форми шва, який характеризується зменшенням перерізу або збільшенням підсилення шва.

-Незаварені кратери, які можуть бути концентраторами напруження і причиною утворення тріщин.

-Підрізи, які зменшують переріз шва і можуть бути концентраторами напруження і причиною утворення тріщин.

-Прожоги, що звичайно виникають при зварювані тонкого металу.

-Пори. Вони знижують міцність металу і герметичність з’єднання.

-Шлакові включення - знижують механічні властивості. з’єднання.

-Непровари - утворюють напруження і знижують міцність шва.