Лабораторна робота №8 Визначення основних технологічних характеристик ручного дугового наплавлення

1 МЕТА ЗАНЯТТЯ

1.1 Навчитися визначати коефіцієнти розплавлення α_р, наплавлення α_н, втрат ψ (на чад і розбризкування), продуктивність G процесу наплавлення;

1.2 Вивчити вплив сили струму, марки і діаметру електроду на коефіцієнти розплавлення і наплавлення, втрат на чад і розбризкування, продуктивність процесу ручного дугового наплавлення.

2 ОБЛАДНАННЯ

2.1Зварювальний пост з приладами електровимірювань.

2.2 Вага з гирями.

2.3 Секундомір.

2.4 Штангенциркуль, лінійка.

2.5 Пластини з маловуглецевої сталі (200х100х10 мм).

2.6 Електроди з товстим покриттям марок МР-3, УОНИ-13/45, АНО-4С або іншої марки (dел = 4 мм).

3 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Щоб охарактеризувати властивості електродного дроту і всього електроду, важливо знати коефіцієнт розплавлення α_р, г/(А·год). Коефіцієнтом розплавлення називають кількість електродного металу, що доводиться на 1 А в одиницю часу:

(8.1)

Для ручного електродугового зварювання та наплавлення залежно від марки використовуваних електродів коефіцієнт розплавлення α_р = 8…12 г/(А·год); для автоматичного зварювання α_р=12…24 г/(А·год).

Непостійність α_р в процесі горіння електроду при ручному наплавленні може призвести до нерівномірності розмірів валика. Цей параметр оцінюється коефіцієнтом нерівномірності ξ, який є відношенням продуктивності розплавлення в кінці горіння електроду до початкової продуктивності. Практично довжину електроду і щільність струму вибирають такими, щоб коефіцієнт нерівномірності ξ ≤ 1,3. При дуже високій щільності струму і великій довжині електродів нерівномірність їх розплавлення може стати значною, що погіршує якість наплавлення. Крім того, при нагріві електроду вище 600 °С руйнується електродне покриття і можливе насичення металу електроду киснем і азотом повітря ще до розплавлення його дугою. В результаті різкого знижується якість металу валика. Таким чином, надмірний попередній підігрів електродного стрижня струмом обмежує величину сили струму для даного діаметру електроду і перешкоджає подальшому підвищенню продуктивності наплавлення.

Коефіцієнт α_н зазвичай менший коефіцієнта α_р , оскільки не весь розплавлений електродний метал переходить у валик, що наплавляється: частина його вигорає, частина розбризкується. Втрати металу на чад і розбризкування, а також значення коефіцієнтів розплавлення і наплавлення залежать від струму наплавлення. Збільшення струму приводить до підвищення інтенсивності розплавлення електроду, а значить, до підвищення втрат на чад і розбризкування. На величини α_р і α_н, на втрати від чаду і розбризкування впливають кількість тих або інших домішок в електродному металі і електродному покритті, а також температура стрижня електроду.

У початковий момент наплавлення швидкість плавлення електродного металу невелика, але у міру розігрівання електроду джоулевим теплом струму, що проходить по ньому, швидкість його плавлення збільшується в два і більше разів при значній щільності струму. При цьому збільшуються α_р і α_н, втрати ж на чад і розбризкування практично не змінюються. Якість наплавлення буде забезпечена, якщо швидкість плавлення електроду спочатку відрізнятиметься від швидкості в кінці не більше ніж на 30%.

Покриття електродів істотно впливає на коефіцієнти розплавлення, наплавлення і на коефіцієнт втрат ψ, який рівний:

. [%] (8.2)

Коефіцієнт розплавлення електродів з товстим покриттям значно менший, ніж коефіцієнт непокритих і електродів із тонким покриттям за рахунок того, що деяка кількість теплоти дуги витрачається на плавлення покриття, але прямої залежності від товщини немає.

Коефіцієнт втрат ψ електродів з товстим покриттям зменшується в порівнянні з коефіцієнтом непокритих електродів за рахунок того, що матеріали покриттів при випаровуванні дають додаткову кількість газу, який захоплює за собою у наплавлюваний валик пари металу і його дрібні краплі.

Коефіцієнт наплавлення α_н електродів з товстим покриттям зазвичай менший коефіцієнта розплавлення, за винятком тих випадків, коли в покриття входить велика кількість металевих складових.

На α_р і α_н мають вплив полярність і сила струму, марка і діаметр електроду і т. д. Рід струму істотно їх не міняє. З переходом на змінний струм в деякій мірі зменшується ψ , але продуктивність практично не змінюється. Дослідження показали що α_р , α_н і ψ матимуть різні значення (за інших рівних умов) при наплавленні електродами різних марок.

4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1 Визначити коефіцієнти розплавлення, наплавлення, втрат на чад і розбризкування, продуктивність процесу при наплавленні валиків електродами різних марок.

1. Зачистити пластину.

2. Зважити пластину з точністю до 1 г.

3. Замаркувати кінці електродів умовними позначеннями.

4. Визначити масу G_cт металевого стрижня електроду за формулою:

(8.3)

де d - діаметр стрижня, см;

γ – густина металу, г/см³;

L - довжина електроду, см.

Для заданої марки електродів з товстим покриттям визначити коефіцієнт маси покриття k_п шляхом зважування з точністю до 0,1 г, розраховуючи за формулою (8.4):

[%] (8.4)

де G_ел і G_cт - відповідно маси покритого електроду і стрижня, г.

5. Підібрати силу струму наплавлення (наприклад, 160 А) немаркованим електродом на допоміжній пластині. При переході до наплавлення електродами іншої марки встановлена по амперметрі сила струму мінятиметься, тому необхідно в процесі наплавлення відзначати дійсну силу струму по амперметру, яку потім використовувати при розрахунках.

6. При встановленій у п.5 силі струму наплавити на пластину валик першим електродом, залишивши огарок завдовжки не більше 40 мм. Зафіксувати точний час горіння дуги і значення сили струму наплавлення.

7. Підрахувати масу огарка по формулі (8.3) або зважити.

8) Охолодити пластину з наплавленим валиком, висушити, ретельно очистити від бризок і шлаку.

9) Зважити пластину з наплавленим валиком.

10) Визначити коефіцієнти розплавлення α_р, і наплавлення α_н по наступних формулах:

, (8.5)

(8.6)

(8.7)

(8.8)

де - маса стрижня і огарка, г;

t – час горіння дуги, с;

G_p, G_н - маса розплавленого і маса наплавленого електродного металу, г;

G_п.н., G_д.н.- маси пластини після і до наплавлення, г. Розрахувати коефіцієнт втрат на чад і розбризкування по формулі (8.3).

4.2 Визначити по формулі (8.9) теоретичну продуктивність G, кг/годину:

(8.9)

де t - час горіння дуги, год.

По раніше вказаній методиці дослід повторити три рази в однакових умовах і обчислити середнє значення даних.

4.3 За результатами дослідження впливу струму наплавлення (в межах 160…250 А) побудувати графіки залежності α_р , α_н ,ψ,G_н від I_н для даної марки електродів.

Дані всіх вимірювань і результати розрахунків занести в таблицю.

5. ПРИКЛАДИ ВИРІШЕННЯ ЗАВДАНЬ

Завдання 1. Визначити кількість розплавленого металу, якщо наплавлення проводиться електродами УОНИ-13/45 при силі струму I_н = 160 А, часу наплавлення t= 0,32 години і α_р = 8,5 г/(А · год).

Рішення

Маса розплавленого металу визначається по формулі:

Отже,

Відповідь: G_p = 435 г.

Завдання для вирішення

Завдання 2. Визначити кількість наплавленого металу, якщо наплавлення проводиться електродами АНО-4С при силі струму I_н = 140 А, часу наплавлення t = 0,02 години.

Завдання 3. Визначити кількість наплавленого металу, якщо наплавлення проводиться електродами УОНИ-13/45 при електричній потужності споживаною дугою N = 4320 Вт, напрузі на дузі U_д = 24 В, час наплавлення t = 0,08 годин

Завдання 4. Визначити кількість наплавленого металу, якщо наплавлення проводиться електродами 12Н/ЛИВТ при електричній потужності споживаною дугою, N = 4400 Вт, напрузі на дузі U_д = 22 В, довжині шва L_ш= 0,42 м, швидкості наплавлення V_H =0,14 м/с.

Завдання 5. Визначити коефіцієнт наплавлення α_н , якщо відомі коефіцієнти розплавлення α_р = 14 г/(А ·год) і втрат ψ= 20%.

6.ЗМІСТ ЗВІТУ

У звіті по даній лабораторній роботі необхідно привести:

Основні теоретичні положення.

1. Методику постановки дослідів, приклади розрахунків.

2. Таблицю даних і результати розрахунків.

3. Графіки.

4. Висновки і аналіз отриманих результатів.

7. КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

7.1Від яких чинників залежить продуктивність дугового наплавлення плавким електродом ?

7.1 Що називається миттєвою продуктивністю процесу розплавлення, як вона визначається і від чого залежить ?

7.3 Що таке коефіцієнти розплавлення і наплавлення, як вони визначаються ?

7.4 Чим викликана непостійність αр в процесі горіння електроду при ручному дуговому наплавленні ?

7.5 Що таке коефіцієнт нерівномірності і від чого залежить його оптимальне значення?

7.6 Як оцінити коефіцієнт втрат і від чого залежить його величина ?

7.7 Як впливає щільність струму на розмір втрат при ручному дуговому наплавленні ?

7.8 У яких випадках коефіцієнт наплавлення може опинитися більше коефіцієнта розплавлення ?

7 РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА [1, 2, 3, 6, 7]

Перелік використаних та рекомендованих джерел

1 Воловик Е. Л. Справочник по восстановлению деталей. – М.: Колос, 1981. – 351 с.

2 Восстановление деталей машин: Справочник / Под ред. В.П.Иванова. – М.: Машиностроение, 2003. – 672 с.

3 Молодык Н. В., Зенкин А. Р. Восстановление деталей машин. – Справочник. - М.: Машиностроение, 1989, 480 с.

4 Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. – М.: Машиностроение, 1987 – 328 с.

5 Собелев Н.И., Титунин Б.А. Пластинирование деталей машин. – Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987 – 224 с.

6 Харламов Ю.А., Будагьянц Н.А. Основы технологии восстановления и упрочнения деталей машин: Учебное пособие в 2 томах. – Луганск: Издательство Восточно-украинского национального университета им. В.Даля, 2003 – 496 с.

7 Ющенко К.А., Борисов Ю.С., Кузнєцов В.Д. і інші Інженерія поверхні. – К.: «Наукова думка», 2007 – 558 с.