Лабораторна робота №6 Ручне дугове зварювання металів

Мета роботи - вивчення фізичної суті дугового зварювання, технології, обладнання та матеріалів для ручного дугового зварювання, виконання розрахунків режиму зварювання, отримання практичних навичок виконання найпростіших електрозварювальних робіт.

1 Загальні відомості

Електричне дугове зварювання – це процес з'єднання металевих заготовок шляхом розплавлення їх кромок теплом електричної дуги з наступною сумісною кристалізацією розплавленого металу.

1.1 Джерела зварювального струму

Для дугового зварювання застосовують як постійний, так і змінний струм. Джерелами постійного струму служать зварювальні генератори постійного струму і зварювальні випрямлячі.

При зварюванні змінним струмом використовують переважно зварювальні трансформатори. Оскільки режим дугового зварювання характеризується частими короткими замиканнями, то для обмеження струму короткого замикання джерела струму у більшості випадків мають так звану падаючу зовнішню характеристику.

Зовнішньою характеристикою – називається залежність між напругою U на затискувачах джерела струму і струмом навантаження I. Падаючою ж характеристикою називається такий характер цієї залежності, коли зі збільшенням струму навантаження напруга на клемах джерела струму знижується.

На рис. 21 показано два види зовнішніх характеристик: жорсткої 1 і падаючої 2. Жорстку характеристику звичайно мають джерела струму, які призначені для силових або освітлювальних навантажень. Напруга у таких джерел при зміні струму навантаження залишається постійною.

Якщо ж джерело струму має падаючу зовнішню характеристику, то зі збільшенням струму навантаження напруга на затискувачах джерела струму падатиме і це приведе до обмеження струму короткого замикання.

Падаючу зовнішню характеристику зварювального трансформатора отримуємо за рахунок того, що послідовно з дугою і вторинною обмоткою трансформатора вмикають так звану дросельну або реактивну обмотку. При проходженні зварного струму у витках дросельної обмотки індукується е.р.с. (електрорушійна сила) самоіндукції, яка має напрям, протилежний основній е.р.с. трансформатора. Тому напруга, підведена до дуги, знижується від значення холостого ходу (55...80 В) до 15...45 В під час горіння дуги і майже до нуля при короткому замиканні.

Рисунок 21 - Зовнішні характеристики джерел струму:

1 - жорстка, 2 - спадна

Є кілька схем вмикання дросельної обмотки з трансформаторними обмотками (рис.22). При першій схемі (рис.22, а) первинна І і вторинна II обмотки знижувального однофазного трансформатора розташовані на залізному сердечнику 1, а дросельна обмотка III - на сердечнику 2, які є двома окремо виконаними апаратами.

При другій схемі вмикання (рис.22, б) трансформаторні (І - ІІ) і дросельна (ІІІ) обмотки розташовані на спільному залізному сердечнику і являють собою один апарат. Причому, та частина сердечника, на якій розміщені обмотки І і II, є власне трансформатором, а частина, на якій розташована обмотка ІІІ – дроселем. Сила зварювального струму регулюється зміною повітряного зазору "С".

Рисунок 22 - Схеми зварювальних трансформаторів:

І - первинна обмотка, ІІ - вторинна обмотка, III - дросельна обмотка.

1 - сердечник трансформатора; 2 - сердечник дроселя

1.2 Електроди для ручного дугового зварювання

Для ручного дугового зварювання використовують електроди, що розплавляються, і електроди, що не розплавляються. Найчастіше зварювання проводять електродами, що розплавляються. Їх виготовляють із стального зварювального дроту у вигляді стержнів діаметром від 1 до 12 мм (у більшості випадків до 6 мм) і довжиною від 150 до 450 мм, на які нанесені покриття. Електроди класифікують за такими ознаками: матеріалом, з якого вони виготовлені; призначенням для зварювання відповідних сталей; товщиною покриття, нанесеного на стержень; видом покриття; характером шлаку, який утворюється при розплавленні покриття; технічними властивостями металу шва; просторовими положеннями зварювання, родом та полярністю зварювального струму.

Застосування електродів повинно забезпечувати такі технологічні умови: легке запалювання і стійке горіння дуги; рівномірне розплавлення покриття; рівномірне покриття шва шлаком; легке відокремлення шлаку після зварювання; відсутність непроварів, пор, тріщин та інших дефектів в металі шва.

Покриття на електроді виконує такі функції:

- забезпечує стабільне горіння дуги за рахунок зниження потенціалу іонізації повітряного простору між електродом і деталлю, що зварюється. Для цього в покриття вводяться крейда, мармур, силікати натрію і калію, поташ;

- забезпечує газовий захист дуги, зони зварювання і розплавленого металу за рахунок речовин у складі покриття, які легко розкладаються при високій температурі - крохмалю, целюлози, магнезиту та ін.;

- забезпечує шлаковий захист поверхні розплавленого металу. Шлакоутворюючими компонентами покриття є марганцева руда, плавиковий шпат, рутил, мармур, крейда та ін.;

- розкислення металу зварювальної ванни. Як розкислювачі застосовують феромарганець, феросиліцій;

- легування металу шва феросплавами. Як скріплювач перерахованих компонентів звичайно використовують рідке скло (силікат натрію Nа₂O (SiO₂)_m).