Завдання

1. Визначити розрахункову схему джерела нагріву при електрошлаковому зварюванні дротяним електродом.

2. Нарисувати розподілення температур вздовж електроду при ручному дуговому зварюванні електродом, що плавиться.

3. Перерахувати термодинамічні функції стану та визначити які з них потрібно використовувати при розрахунках в зварювальних процесах.

Зміст

1 Завдання 1 2

1. 1 Принципова схема джерела нагріву при електрошлаковому зварюванні дротяним електродом 2

2 Завдання 2 6

1 Завдання 1

1. 1 Принципова схема джерела нагріву при електрошлаковому зварюванні дротяним електродом

Електрошлакове зварювання розглядається як розвиток зварювання під шаром флюсу. Головна відміна в тому, що це процес бездуговий. Дуговий розряд використовується лише в початковий момент зварювання, потім шунтується шлаковою ванною. Нагрів і розплавлення металу відбувається за рахунок джоулевого тепла , яке забезпечується перегрітою (до 2000 ⁰С) шлаковою ванною.

Q = I² Rt, (1.1)

де І — електричний стум;

R — опір металевої та шлакової ванни;

При зварюванні використовують флюси з низькими іонізуючими властивостями. Температура плавлення шлаку вища температури плавлення металу. Використовують джерела живлення з жорсткою і полого спадаючою зовнішньою характеристикою. Ефективний коефіцієнт корисної дії 60–80%. Інструментом є електричний струм.

1 — бухта з електродним матеріалом; 2 — ролики; 3 — електродний матеріал (зварювання може вестись одним електродом, кількома електродами, стрічковим електродом); 4 — шлакова ванна; 5 — металева ванна; 6 — шов;

7 — зварюємий метал; 8 — мідні повзуни (охолоджуються водою)

Рисунок 1.1 — Схема електрошлакового зварювання (ЕШЗ)

1. 2 Якісна характеристика процесу при електрошлаковому зварюванні дротяним електродом

Електрошлакове зварювання дротяним електродом - це процес з’єднання металів, при якому розплавлення зон зварювання основного і електродного металів здійснюється за рахунок теплоти, що виділяється при проходженні електричного струму через шлакову ванну за законом Джоуля – Ленца: Q=0.24I²Rt.

Шлакова ванна (4) утворюється за допомогою зварювальної дуги на початку зварювання. Подаючи флюс до дуги, створюється значний шар електропровідного шлаку, після чого дуга занурюється в шлак, стає довшою і нестабільною. Це призводить до припинення розряду і замикання струму у зварювальному ланцюгу. Рідкий шлак нагрівається при проходженні електричного струму. Плавлення електродного дроту (3), що подається до зварювальної ванни (5), забезпечує теплота перегрітого (до 2000 ⁰С) шлаку. Частина теплоти витрачається також на оплавлення кромок зварювальних заготовок (7).

При електрошлаковому зварюванні дротяним електродом можливе зварювання за один прохід металу більших товщин: одним нерухомим дротовим електродом можна зварювати метал товщиною до 60 мм. При зворотно-поступальному русі електрода можна зварювати метали товщиною до 150 — 200 мм, а одночасна робота декількох електродів дозволяє зварювати практично метали як завгодно більших товщин за один прохід. Є досвід зварювання металів товщиною до 2000 мм.

Значні глибина металевої ванни й тривалість перебування металу в рідкому стані сприяють видаленню неметалічних включень і пухирців газу з металу. Конфігурація ванни зменшує можливість транскристалізації й утворення гарячих тріщин.

Уповільнені нагрівання й охолодження зони термічного впливу усувають явища загартування; швидкість нагрівання й охолодження в різних точках зони впливу в 10—100 разів менше, ніж при дуговому зварюванні; у багато разів більше тривалість перебування металу при високих температурах — більше 1000° С, що викликають ріст зерна; ширина зони впливу більше в кілька разів.

Недоліком електрошлакового зварювання є значне перегрівання металу навколошовної зони, що призводить до зниження пластичних властивостей, тому необхідна, як правило, наступна високотемпературна обробка для одержання потрібних механічних властивостей зварного з'єднання.

Електрошлакове зварювання застосовують також для зварювання сталей, алюмінієвих і титанових сплавів. Електрошлакове зварювання знайшло велике застосування у важкому машинобудуванні, у виробництві парових котлів високого тиску, станин великих пресів і прокатних станів, циліндрів гідравлічних пресів, частин великих гідравлічних турбін і гідрогенераторів, у будівельних металоконструкціях. Подальше вдосконалення ЕШЗ може відкрити й нові можливості застосування.