Сварочная практика Отчет 1

меаду электродом и изделием и имеющий температуру 6000... 7000°С. В нем происходит перемещение электронов и ионов и выделяется 21% общего тепла дуги. Падение напряжения в столбе -дуги (1^) возрастает с увеличени ем длины дуги (Ц) и составляет примерно 2... 12 В.

Анодное пятно является местом входа и нейтрализации на поверхности анода (вданном случае на поверхности свариваемого металла) свободных электронов.Анодное пятно должно иметь примерно такую же температуру, как и катодное, но в результате ударов потока электронов на аноде выделяется больше тепла, чем на катоде - примерно 43% общего тепла дуги. Падение напряжения на аноде (UA) составляет 6...8 В. Поверхность анодного пятна, имеющая форму чаши,называется кратером.

Таким образом, общее падение напряжения в дуге составляет: !1ц - Цц + Ц; + иА - (10... 16) + (2... 12.) + (6.. .8) - 18. ..36В.

Отличительные свойства анодного пятна, катодного пятна и газового столба дуги, должны учитываться при дуговой сварке в зависимости от рода сварочного тока. При применении постоянного тока прямой полярности, когда анодное пятно находится на изделии, электрод будет плавиться значительно медленнее, чем изделие, так как на электроде выделяется меньше тепла. При обратной полярности анодное пятно располагается на электроде, который будет плавиться значительно быстрее, чем при прямой полярности.

Сварка на переменном токе существенно отличается от процесса сварки на постоянном токе. При питании дуги переменным током катодное и анодное пятна меняются местами с частотой, соответствующей частоте переменного тока. При частоте 50 Гц будет происходить 100 таких перемен в секунду. Когда мгновенное значение приложенного"к дуге напряжения переходит через нулевое значение, ток в дуге прекращается, в результате чего дуга на переменном токе горит всегда менее устойчиво,чем на постоянном. Количество тепла и падения напряжения на электроде и изделии при этом выравниваются до некоторых средних значений. ^Общепринятой мерой повышения стабилизации сварочной дуги переменного тока является включение в сварочную цепь последовательно с дугой индуктивного сопротивления. Последовательное включение в сварочную цепь катушек со стальным сердечником (дросселей) позволяет вести сварочные работы металлическими электродами на переменном токе при напряжении сварочного трансформатораfiO... 65 В.

Производительность сварки плавящимся электродом оценивается коэффициентами расплавления и наплавки.

Расплавление присадочного металла характеризуется коэффициентом

расплавления («р).

Z«p = C „ / I V

где dp - коэффициент расплавления г/(А ч); Gp - масса расплавленного за время t электродного металла, г; t - время горения дуги, ч;I - сварочный ток, А. Величина коэффициента расплавления зависит от состава

электродной проволоки,массы и состава покрытия, атакже от рода н по-

ность тока, тип покрытия, состав электродной проволоки, атакже пространственное положение, в котором выполняется сварка. Для ручной сварки покрытыми электродами величина й* составляет 8...32 г/А ч^

Разница в коэффициентах dp и d, отражает потери электродного

металла на угар, разбрызгивание, испарение и т.п. Коэффициент потерь - ¥ вычисляют по формуле ¥ - [(dp - dg)/dp] 100 % . Коэффициент потерь

зависит не только от состава электрода и его покрытия, но и от режима сварки итипа сварного соединения. Значения ¥ возрастают при увеличении плотности тока и длины дуги. При сварке .электродами стонким покрытием ? - 10., .20%, электродами столстым покрытием ? - 5 10*

22

Зависимостьвеличины сварочного тока от диаметра электрода при

ручной дуговой сварке выражается следующей формулой: I » I 4,

где I - величина сварочного тока, А; К - коэффициент, зависящий от марки электрода, А/мм (его значения колеблются от 40 - для электродов из легированной проволоки, до 60 - для электродов из углеродистой проволоки); й - диаметр электрода, им. Приведенная формула применима для электродов диаметром 3.,. 6 мм.

3. Оборудование и материалы для ручной электродуговой сварки

Г Ручная дуговая сварка - наиболее универсальный способ сварки плавлением, широко применяемый при производстве металлоконструкций из различных металлов толщиной от 2 до 30 мм.Ручная дуговая сварка ведется штучными электродами, которые в зависимости от способа сварки могут быть плавящиеся и неплавящиеся. Способ сварки, при котором дуга горит между ненлавятнмся. (графитовым или вольфрамовым) электродом и свариваемым изделием, а присадочный материал подается в зону сварки отдельно, называется способом Бенардоса (рис. 3.1. а.). Способ сварки, при котором плавящиеся электрода выполняют одновременно роль присадочного материала, называется способом Славянова (рис.3.1.6.).Энергия подается на сварочный пост от различных источников тока, /

'^•нппныя способы электродуговой сварки

23

3.1. Источники питания сварочной дуги Источником питания сварочной дуги служат трансформаторы перемен

ного, выпрямители и генераторы постоянного тока.

Источники сварочного тока должны обеспечить легкое зажигание и устойчивое горение дуги, ограничить ток короткого замыкания и быть безопасными 'в работе. В связи с тем, что в момент зажигания дуги для ионизации воздушного промежутка между электродом и изделиемтребуется большая кинетическая энергия электронов, а следовательно, и более высокое напряжение, чем при горении дуги, внешняя характеристика источников сварочного тока должна быть падащей. Величина напряжения, необ ходишго для зажигания дуги, называемого напряжением холостого хода источника сварочного тока, должна быть не ниже 30...35 В для источников постоянного тока и не менее 50...55 В для источников переменного тока. В то же время из соображений безопасности оно не должно превышать 80 В Наиболее часто напряжение холостого хода источников постоянного и переменного тока находится в пределах 60..80 В. Для устойчивого горении открытой дуги в большинстве случаев достаточно напряжения 18. ..30 В.

^Трансформаторы, выпрямители и генераторы постоянного тока, ис - пользуемые для ручной сварки, для устойчивого горения сварочной дуги должны иметь/ такую внешнюю характеристику, при которой напряжение источника тока снижается с увеличением нагрузки. Под внешней характеристикой источника питания понимают зависимость между силой тока в сварочной цепи и напряжением источника. На рис. 3.2. показаны внешние характеристики источника питания 2 и статическая характеристика дуги 1.

Статическая характеристика сварочной дугиШ ника питания, что после окон-

чайно отклонившей режим, последует уменьшение силы тока, то есть восста-

24

моеленир режима устойчивого горения дуги. При уменьшении силы тока параметры сварки изменяются в обратном порядке. К характерным точкам внешней характеристики источника питания относятся точки А, В и Д. Точ- ка'Агаяптструетрежиму холостого хода в работе'трансформатора, когда дуга не горит, а сварочная цепь разомкнута. Режим холостого хода характеризуется повышенным напряжением (60... 80В). Точка В определяет период •'«устойчивого горения дуги. В этом случае при уменьшении силы тока дуга rai;neT, при возрастании - достигает режима устойчивого горения ,т. е. точки С Точка Д соответствует режиму короткого замыкания, который имеет место при нажигании дуги и замыкании ее каплями жидкого металла электрода

С C«np«>vin*» щткфгфттегры (рис 3.3.) имеют падающую внешнюю характеристику, их шдюльзувт для дуговой ручной и автоматической сварки. В этик трансформаторах первичная 1 и вторичная 2 обмотки раздвинуты относительно друг друга, что обуславливает их повышенное индуктивное сопрел 1!Р.(">пио вследствие появления магнитных потоков рассеяния. При ряботр трансформатора основной магнитный поток, создаваемый первичной

между пбмоткями трансформатора. При сближении обмоток уменьшается магнитный поток рассеяния, сварочный ток увеличивается. Минимальный сварочный ток соответствует наибольшему расстояний между обмотками и максимальным потоком ря1хьчмия. Сварочные трансформаторы - наиболее расп-

25

ространенный источник питания дуги.

При эксплуатации сварочных трансформаторов необходимо следить за надежностью заземления и оберегать трансформатор от механических повреждений. Следует хорошо затягивать все болтовые и винтовые соединения, особенно тщательно следить за надежностью контактных соединений, не допускать перегрева аппарата от перегрузок. Раз в месяц трансформатор необходимо обдуть сжатым воздухом и проверить состояние изоляции, а также смазать ходовой винт механизма перемещения подвижной части сердечника. Если трансформаторы установлены на открытом воздухе, их необходимо защищать от атмосферных осадков.

/Сварочные вшряттем (рис. 3. 4.) состоят из трехфазного понижающего трансформатора 1, блока селеновыхили кремниевых 'выпрямителей 2 и

26

ки возбуждения. Обмотки включены таким образом, что создаваемые ими,

при вращении якоря i магнитные потоки Направлены навстречу друг другу. При этом намагничивающий поток Ф„ не зависит от нагрузки, а размагничивающий Ф(, возрастает по мере увеличения сварочного тока. В результате взаимодействия магнитных потоков генератор имеет падающую внешнюю характеристику. Сварочный ток изменяют (рис. 3.5.): смещением щеток (а,

Ь, с) по коллектору; за счет введения реостата (R) в цепь параллельной (нерегулируемой) обмотки 2. Сварочные генераторы приводятся во вращение от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания.

Установка, состоящая из сварочного генератора, приводящегося во вращение электродвигателем, называется сварочным преобразователем. Если в качестве приводного используется двигатель внутреннего сгорания, такая установка называется сварочным агрегатом.

Установки такого типа могут монтироваться на подвижных платформах и использоваться в строительно-монтажных и полевых условиях для ручной электросварки.

При обслуживании источников постоянного тока на открытыхплощадках их необходимо защищать от атмосферных осадков с помощью навесов или специальных будок. В сварочных преобразователях и агрегатах особенно тщательного ухода требуют коллектор, щетки и подшипники генератора. Коллектор нужно содержать в чистоте и периодически протирать (истой тряпкой, смоченной в бензине. При нормальной работе коллектор не должен искрить и иметь следов нагара. Поврежденные или изношенные щетки следует заменить новыми, притерев их к коллектору, а образовавшуюся при притирке пыль удалить струей сжатого воздуха. После этого генератор включается на холостую работу для окончательной пришлифовки щеток Смазка в подшипниках заменяется один-два раза в год. При работе преобразователя необходимо следить за его температурой, которая не должна превышать 90 "С. Следует избегать перегрузок генератора, так как от этого сокращается срок его эксплуатации.

Выпрямители необходимо каждые три месяца очищать от пыли и грязи, продувая сжатым воздухом, а каждые шесть месяцев заполнять тугоплавкой смачной трущиеся части. При периодических осмотрах следует проверять контакты, следить за работой вентилятора. Если реле тепловой защиты вышли иа строя, следует особенно тщательно следить за нагрузкой в сварочной цепи,которая на должна превышать нагрузку, указанную в паспорте. Корпуса источников питания на рабочем месте должны быть тщательно заземлены

27

3.2 Электроды для ручной дуговой сварки

Для электродуговой сварки ис.пользуют неллавящиеся и плавящиеся электроды.

Для сварки по' методу Бенардоса применяются неллавящиеся электроды. Они изготавливаются из электротехнического угля, синтетического графита или из вольфрама. Угольные и графитовые электроды изготовляются в виде стержней диаметром 5...25 мм и длиной 200. .300 мм. Конец электродов затачивается под конус. Эти электроды имеют высокую температуру плавления и кипения при малой теплопроводности.Теплопроводность

графитовых электродов почти в три раза больше угольных, и они обладают большей стойкостью против окисления на воздухе при больших температурах, что заметно снижает удельный расход графитовых электродов и позволяет применять повышенные плотности гона. Часто для обеспечения ба лее устойчивого горения дуги-центральная часть электродов (фигиль на нал) заполняется порошкообразнрй массой, содержащей легкоионизирущи еся вещества.

Применение вольфрамовых электродов обусловлено высокими теплофизическими свойствами вольфрама: его температура плавления 4.500 °С, а температура кипения 5900 °С при хорошей тепло- и электропроводности.

Электроды марки-ЭВЧ изготавливают из чистого вольфрама. Электроды марок ЗВП-40 и ЗВЛ-20 изготавливают с присадкой оксида лантана (Laг03), а электроды марки ЭВИ-30 с присадкой оксида ванадия (Уг03) и металли-

ческого тантала (Та). Цифры в обозначении марки вольфрамового электро - да указывают количество активизирующей присадки в десятых долях процента. Наличие этих добавок (1...3%) обеспечивает зажигание дуги, улучшает устойчивость дугового разряда и повышает стойкость электрода', что позволяет значительно увеличивать плотность тока. Электроды из чистого вольфрама обычно применяют для сварки переменным током,а электроды из вольфрама с активирующими присадками - как для сварки пере менным, так и постоянным током прямой и обратной полярности.

Применяются неплавящиеся электроды для сварки цветных и наплавки твердых сплавов, а также для выполнения отбортованных соединений тонкостенных стальных деталей, где не требуется присадочный материал.

Наиболее широко для ручной дуговой сварки используются стальные покрытые электроды, используемые для сварки по методу Славянова. Они представляют собой стержни длиной до.450 мм из сварочной проволоки диаметром 0,8... 32 мм, на которую нанесен слой покрытия. 6 состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газообразующие, щлакопвраяу» щие, раскисляющие, легирующие и связывающие составляющие».

28

Основными требованиями для всех типов электродов являются: обеспечение стабильного горения дуги и хорошего формирования шва; получение металла сварного шва с заданным химическим составом;' спокойное и равномерное расплавление электродного стержня и покрытия; минимальное разбрызгивание электродного металла и высокая производительность сварки; легкая птделяемость шлака и достаточная прочность покрытий; сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течение

По назначению стальные покрытые электроды для ручной дуговой сварки и наплавки подразделяются на следующие группы (ГОСТ 9467-75):

У - для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 600 МПа; _ ГОСТ предусматривает девять типов электродов (Э38, 342, Э42А. 346, 350, Э50А, 355. 360);

Л для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа - пять типов(Э70, 385, 3100,3125, Я150);

Гдля аварки легированных теплоустойчивых сталей - девять ти-

В • для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами -

49типов:

Ндля наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами - 44

типа.

Цифры в обозначениях типов электродов для сварки конструкционных статей обозначают гарантируемый предел прочности металла шва(кгс/ммг).

Обозначение электродов на этикетках электродной тары состоит из обозначения типа электрода, его марки, диаметра стержня, типа покрытия и номера ГОСТа. Например, условное обозначение электрода

. ЭШ УОНИ-13/45 - 3,0 - УД2

—

Е 48 2 (5) Б 1 0 по ГОСТ 94вб • 75 расшифровывается следующим образом: Э46А - тип элек-

трода (3 электрод для дуговой сварки; 46 - минимальный гарантируемый предел прочности металла шва в кгс/ммг (460 МПа); А - гарантируется получение повышенных пластических свойств металла шва); УОНИ-13/45 - марка алектрола; 3, 0 - диаметр,мм;У - электроды для сварки углеродис-

тых и нипкоi]Pi'ировшпinx сталей; Д2 - с толстым покрытием второй труп-

29

пы; Е - электрод; 48 2 (5) - группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва (48)- временное сопротивление разрыву не менее 480 МПа; 2 - относительное удлинение не менее 22 %; 5 -ударная вязкость не менее 84,5 Дж/см2 при температуре минус 40 °С;

Б - основное покрытие; 1 - для сварки во всех пространственныхположениях; 0 - на постоянном токе обратной полярности.

Электроды в технических документах обозначаются более кратко; У0НИ-13/45-3,0-2 ГОСТ 946675.

Перед использованием электроды просушиваются в сушильном шкафу.

3.3. Сварочный пост

[^варочный пост - рабочее место сварщика, укомплектованное оборудованием для выполнения сварочных работ: источником питания, сварочными проводами, электрододержателем, защитным щитком, приспособлениями для сборки и сварки, вспомогательными инструментами. Сварочные посты могут быть стационарными и передвижными^/

Стационарные посты (рис.3.6.) располагаются в цехе, преимущественно в отдельных сварочных кабинах, в которых сваривают изделия небольших размеров. Площадь кабины должна составлять не менее 2 м 2 . Стенки кабин могут быть изготовлены из тонкого металла, фанеры, брезента. Фанера и брезент должны быть пропитаны огнестойким составом, напри-

Рис. 3.6.

Сварочный пост для ручной дуговой сварки:

1 - ящик для электродов;2 - рабочий стол;3 - зонт вытяжной вентиляции; 4 - ящик для инструмента; 5 - электрододержатель;

6 - йсточник питания; 7 - сварочные провода