Студопедия — Тверской государственный технический университет
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Тверской государственный технический университет

___________________________________________________________

 

Кафедра «Технология металлов и материаловедение»

 

 

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА

 

Методические указания к лабораторной работе по дисциплинам «Технология конструкционных материалов», «Технологические процессы машиностроительных производств», «Технология металлов и сварка» для студентов всех направлений и специальностей

 

 

Тверь 2006

Описаны сущность процесса ручной дуговой сварки и область ее применения, используемые материалы и оборудование. Рассмотрены основные параметры режима сварки и особенности определения их значений. Приведены задания, в том числе индивидуальные, по определению параметров режима ручной дуговой сварки и выполнению сварки встык двух заготовок.

Обсуждены и рекомендованы к печати на заседании кафедры (протокол № 9 от 09 марта 2006 г.).

Составители: Барчуков Д.А., Беляков А.В.

 

 

ÓТверской государственный

технический университет, 2006

 

РУЧНАЯДУГОВАЯСВАРКА

Цель работы:получить представление о сущности процессов ручной дуговой сварки, ознакомиться с ее технологическими возможностями и областями применения, используемыми материалами и оборудованием, изучить основные параметры режима ручной дуговой сварки и определение их значений.

Содержание работы: 1. Ознакомиться с сущностью процессов ручной дуговой сварки. 2. Изучить материалы и оборудование, применяемые при ручной дуговой сварке. 3. По исходным данным назначить параметры режима ручной дуговой сварки. 4. Разработать технологический процесс и произвести сварку (под контролем учебного мастера) встык двух заготовок из низкоуглеродистой стали.

 

Введение

Сварка - технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления прочных межатомных и (или) межмолекулярных связей. Сваркой соединяют однородные и разно­родные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами или молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для получения сварного соединения необходимо сблизить соединяемые поверхности на расстояния, при которых начинают действовать межатомные силы сцепления, а также обеспечить определенную температуру, время контакта и качество поверхности. Указанные условия реализуются путем энергетического воздействия на материал в зоне сварки. Энергия вводится в виде теплоты, упругопластической деформации, электронного, ионного, электромагнитного и других видов воздействия. В результате поверхностные атомы металлов и кристаллических неметаллических материалов образуют общие для соединяемых заготовок кристаллические решетки.

Способы сварки классифицируют по методу объединения поверхностей соединяемых заготовок на сварку плавлением (расплавление кромок соединяемых заготовок, образование общей сварочной ванны, после кристаллизации образуется сварной шов) и сварку давлением (заготовки соединяются путем совместной пластической деформации соединяемых поверхностей).

Большинство способов сварки получило название по виду энергии и физическим явлениям, благодаря которым происходит межатомная связь в месте соединение. Каждый способ имеет определенные технологические возможности и применяется при изготовлении конкретных изделий с учетом требований производства.


1. Сущность процесса ручной дуговой сварки

Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга. Дуга – мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает три этапа (рис.1):

Рис. 1. Схема процесса зажигания дуги

 

короткое замыкание электрода на заготовку (рис. 1, а) отвод электрода на расстояние 3-6 мм (рис. 1, б) и возникновение устойчивого дугового разряда (рис. 1, в). Без короткого замыкания дугу можно зажечь с помощью осциллятора (генератор высокочастотных колебаний).

Рис. 2. Схема процесса сварки плавящимся электродом
Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом (рис. 2) дуга 8 горит между стержнем электрода 7 и основным металлом 1. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну 9.

 

 

Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 6, образуя газовую защитную атмосферу 5 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов 3. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку 2.

ГОСТ 5264-80 предусмотрены четыре основных типа сварных соединений (рис. 3).

 

 
 

 


Рис. 3. Основные типы сварных соединений: а – стыковое; б – тавровое; в – угловое; г - нахлесточное

2.

3. Материалы и оборудование для ручной дуговой сварки

Электроды для ручной сварки представляют собой стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержень изготовляют из сварочной проволоки повышенного качества диаметром 0,2—12 мм. Сварочную проволоку всех марок в зависимости от состава разделяют на три группы: низкоуглеродистую (Св-08А, Св-08ГС и др.), легированную (Св-18ХМА; Св-10Х5М и др.) и высоколегированную (Св-06Х19Н10МЗТ; Св-07Х25Н13 и др.). В марках проволоки Св означает слово «сварочная», буквы и цифры —марку стали, из которой она изготовлена.

Покрытия электродов предназначены для обеспечения стабильного горения дуги, защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и получения металла шва заданного состава и свойств. В состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газообразующие, шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие составляющие. Электродные покрытия могут быть: кислыми А (SiO2, MnO); основными Б (CaO, CaF2, MgCO3); целлюлозными Ц (целлюлоза и др.); рутиловыми Р (TiO2, CaCO3). Электроды с кислыми и рутиловыми покрытиями применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей, с основными – для легированных и высоколегированных сталей.

Кроме того, электроды подразделяются на марки и типы. Марка электрода (МР-3,УОНИ-13/45, ЦЛ-11, ЦТ-15 и т.д.) определяет вид и состав покрытия, его технологические свойства: род и полярность тока, возможность сварки в разных пространственных положениях и др. Тип электрода обозначает прочностные и специальные свойства наплавленного металла. Каждому типу может соответствовать одна или несколько марок.

По назначению стальные электроды подразделяют на следующие классы: для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей; для сварки легированных сталей; для сварки теплоустойчивых сталей; для сварки высоколегированных сталей; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами. Электроды для сварки конструкционных сталей делят на типы Э38, Э42,..., Э150. Цифры в обозначении типа электрода означают σв наплавленного металла в 10-1 МПа. В обозначение типов электродов для сварки жаропрочных и высоколегированных сталей и наплавочных входит марочный состав наплавленного металла (Э-09МХ, Э-10Х5МФ, Э-08Х20Н9Г2Б, Э-10Х20Н70Г2М2В, Э-120Х12Г2СФ, и др.).

Для питания дуги электрическим током используют сварочные трансформаторы, преобразователи, выпрямители и агрегаты. От источника питания ток подводится сварочными кабелями через электродержатель к электроду и свариваемому изделию, между которыми горит дуга.

Сварочный трансформатор преобразует переменный ток электрической сети с напряжением 220 или 380 В и малой силой тока (6 и 10 А) в пригодный для электросварки переменный ток с низким напряжением и большей силой тока (250-300 А) той же частоты.

Сварочный выпрямитель используется в сварочной технике для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный, используя свойство некоторых материалов пропускать электрический ток в одном направлении.

Сварочный преобразователь состоит из сварочного генератора постоянного тока и приводного электродвигателя. Приводной электродвигатель преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую, а сварочный генератор - механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока, питающего сварочную дугу. Это устройство обычно применяется в промышленных условиях.

Сварочные агрегаты состоят из двигателя внутреннего сгорания и сварочного генератора постоянного тока. Агрегаты монтируют на подвижных платформах и используют в полевых условиях.

 

3. Параметры режима ручной дуговой сварки

К основным параметрам режима ручной дуговой сварки относятся сила тока Iсв, напряжение дуги UД и скорость сварки υсв. Значение силы тока выбирают в зависимости от диаметра, типа электрода и положения сварки:

Iсв=kdэ, А, (1)

где k – опытный коэффициент, равный 40-60 для электродов со стержнем из низкоуглеродистой стали и 35-40 для электродов со стержнем из высоколегированной стали, А/мм; dэ - диаметр стержня электрода, мм.

Для вертикального и потолочного положения сварки (рис. 4) значение Iсв уменьшают на 10-15%.

Рис. 4. Пространственные положения ручной дуговой сварки: а – нижнее; б – вертикальное; в – горизонтальное; г – потолочное

 

Диаметр электрода dэ выбирают исходя из толщины свариваемой стали δ:

δ, мм 1,1-2,0 2,1-5,0 5,1-10,0 10,1-15,0 свыше 15,0

dэ, мм 1,5-2,5 2,5-4,0 4,0-5,0 5,0-6,0 6,0-8,0

При толщине стали до 6 мм сваривают по зазору без разделки кромок заготовки. При больших толщинах металла выполняют одностороннюю или двустороннюю разделку кромок для обеспечения полного провара по толщине. Металл толщиной свыше 10 мм сваривают многослойным швом.

Напряжение на дуге UД постоянно, т.к. для ручной дуговой сварки статическая вольтамперная характеристика дуги соответствует жесткой области, и его значение находится в пределах 16-28 В. Меньшие значения UД не обеспечивают стабильного горения дуги, большие (>36 В) – не соответствуют условиям охраны труда и техники безопасности при выполнении сварочных работ.

Рассчитываемое значение скорости сварки υсв применительно к ручной дуговой сварке носит рекомендательный характер и используется при нормировании труда, так как в конечном итоге процесс сварки происходит под контролем сварщика и им же корректируется. Однако существенное отклонение от расчетного значения скорости сварки может привести к формированию некачественного сварного шва и появлению дефектов сварного соединения. Скорость сварки определяют по формуле:

υсв=, м/ч, (2)

 

где αн – коэффициент наплавки, г/А∙ч, зависит от марки электрода,

γ – плотность металла, г/см3 (для стали γ=7,8 г/см3),

Fн – площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, см2.

Время сварки tсв определяют по формуле:

tсв=L/υсв, ч, (3)

где L – длина сварного шва, м.

 

4. Область применения ручной дуговой сварки

Ручная дуговая сварка широко применяется при изготовлении сварных конструкций из различных металлов и сплавов, толщина заготовок в основном от 2 до 30 мм (ГОСТ 5264-80 предусматривает возможность ручной дуговой сварки заготовок толщиной от 1 до 120 мм), при монтажных, ремонтных и восстановительных работах в мелкосерийном производстве. Применяют для получения коротких швов, в том числе криволинейных. Сварку ведут в любых пространственных положениях, а также в труднодоступных местах, где затруднительно использование других способов сварки.

К недостаткам ручной дуговой сварки следует отнести низкую производительность и нестабильное качество сварного шва (т.к. качество зависит от квалификации сварщика).

 

Задание

1. По исходным данным из табл.1 в соответствии с заданным преподавателем вариантом определить основные параметры режима ручной дуговой сварки. Результаты расчета занести в табл.2.

Таблица 1

Исходные данные для определения параметров режима сварки

№ п/п Марка стали Толщина свариваемого металла δ, мм Положение сварки Площадь попе- речного сече- ния шва Fн, см2 Коэффициент наплавки αн, г/А∙ч
           
  Ст3   нижнее 4,4 8,5
  Ст3 3,0 нижнее 0,3 8,5
  Ст3 5,0 нижнее 0,7 8,5
  Ст3 10,0 нижнее 2,0 8,5
  15ХМ   вертикальное 4,4  
  15ХМ 3,0 вертикальное 0,3  
  15ХМ 5,0 вертикальное 0,7  
  15ХМ 10,0 вертикальное 2,0  
  Ст5   горизонтальное 4,4  
  Ст5 3,0 горизонтальное 0,3  
  Ст5 5,0 горизонтальное 0,7  
  Ст5 10,0 горизонтальное 2,0  
  18ХГС   потолочное 4,4  
  18ХГС 3,0 потолочное 0,3  
  18ХГС 5,0 потолочное 0,7  
  18ХГС 10,0 потолочное 2,0  

 

 

Таблица 2

Параметры режима ручной дуговой сварки

№ п/п   Марка свариваемой стали Диаметр электрода dэ, мм Сила тока Iсв, А   Напряжение на дуге Uд, В Скорость сварки υсв, м/ч Время сварки tсв, час
             

2. Под контролем учебного мастера выполнить сварку встык двух листовых заготовок из низкоуглеродистой стали без или с разделкой кромок (рис. 5) в зависимости от толщины свариваемых заготовок. Рассчитать и назначить параметры режима сварки. На сварочном оборудовании в процессе сварки проверить соблюдение рассчитанных значений силы тока и напряжения. Занести в табл. 3 данные о размерах свариваемых заготовок, используемых типе и марке электрода, параметрах режима сварки. Произвести измерение времени tсв, затраченного на сварку заготовок. Площадь поперечного сечения шва Fн определить по эмпирическим зависимостям с учетом размеров конструктивных элементов шва согласно [3].

 

Рис. 5. Виды стыковых сварных соединений: а – односторонний шов без разделки кромок; б – односторонний шов со скосом двух кромок; в – двусторонний шов с двумя симметричными скосами одной кромки; г – двусторонний шов с двумя симметричными скосами двух кромок

 

Таблица 3

Исходные данные и параметры режима сварки стыкового соединения

Толщина заготовок δ, мм Длина сварного шва L, м Диаметр электрода dэ, мм Тип и марка электрода Сила тока Iсв, А Напряжение на дуге Uд, В Время сварки tсв, час Площадь поперечного сечения шва Fн, см2
               

 

3. Используя формулы (2) и (3), определить расчетное значение коэффициента наплавки αн марки электрода, использованного для сварки. Сравнить полученное значение со справочным.

Расчетное значение αн=_____ г/А∙ч; справочное значение αн=_____ г/А∙ч.

Пример выполнения задания

Назначить основные параметры режима ручной дуговой сварки встык двух заготовок из Ст3 толщиной 4,0 мм (в нижнем положении). Длина сварного шва составляет 400 мм. Порядок выполнения задания:

а) в соответствии с исходными данными задания и [3, табл.1] назначаем основные параметры режима сварки для сварного соединения С2 (одностороннее стыковое соединение без скоса кромок);

б) для сварки заготовок из стали Ст3 используем электроды Э46, марка АНО-3, коэффициент наплавки которого составляет αн = 8,5 г/А∙ч;

в) выбираем диаметр электрода, равный 3 мм, для сварки металла толщиной 4 мм;

г) согласно формуле (1) значение силы тока составит Iсв = 40∙3 = 120 А;

д) напряжение на дуге назначаем в пределах Uд = 22..24 В;

е) площадь поперечного сечения шва определяем по известным эмпирическим формулам [3, табл.5]: Fн = 0,24 см2;

ж) по формуле (2) определяем расчетную скорость сварки:

υсв = 8,5∙120/100∙7,8∙0,24 = 5,45 м/ч;

з) рассчитываем время сварки по формуле (3): tсв = 0,4/5,45 ≈ 0,073 час.

 

Содержание отчета

1. Конспект теоретической части (определение дуги, рис. 3, формулы (1) - (3)).

2. Текст задания 1, табл. 1 (по вариантам), табл. 2.

3. Текст задания 2, рис. 5 (с разделкой кромок или без), табл. 3.

4. Текст задания 3, расчетное и справочное значения αн.

5. Выводы по работе.

 

Контрольные вопросы

1. Определение сварки.

2. Определение дуги и процесс ее зажигания.

3. Назовите основные типы сварных соединений по ГОСТ 5264-80.

4. Классификация и маркировка электродов.

5. Классификация и маркировка сварочной проволоки.

6. Оборудование, применяемое при ручной дуговой сварке.

7. В каких пространственных положениях можно производить ручную дуговую сварку?

8. Назовите основные параметры ручной дуговой сварки.

9. От каких параметров зависит значение силы тока Iсв?

10. Почему напряжение на дуге UД выбирают из интервала 16-28 В?

11. Каким образом определяют расчетное значение скорости сварки υсв?

12. Область применения ручной дуговой сварки.

13. Какой толщины металл может быть сварен ручной дуговой сваркой?

Библиографический список рекомендованных источников

1. Технология конструкционных материалов: Учебник/под ред. А.М. Дальского. Изд. 5-е, испр. М.: Машиностроение, 2003.

2. Болдырев А.М., Орлов А.С. Сварочные работы в строительстве и основы технологии металлов: Учебник. М.: Изд-во АСВ, 1994.

3. ГОСТ 5264-80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

 

 




<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Модуль формы СОСТАВ | КОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРКА

Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 359. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Шрифт зодчего Шрифт зодчего состоит из прописных (заглавных), строчных букв и цифр...

Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...

Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Типовые ситуационные задачи. Задача 1. Больной К., 38 лет, шахтер по профессии, во время планового медицинского осмотра предъявил жалобы на появление одышки при значительной физической   Задача 1. Больной К., 38 лет, шахтер по профессии, во время планового медицинского осмотра предъявил жалобы на появление одышки при значительной физической нагрузке. Из медицинской книжки установлено, что он страдает врожденным пороком сердца....

Типовые ситуационные задачи. Задача 1.У больного А., 20 лет, с детства отмечается повышенное АД, уровень которого в настоящее время составляет 180-200/110-120 мм рт Задача 1.У больного А., 20 лет, с детства отмечается повышенное АД, уровень которого в настоящее время составляет 180-200/110-120 мм рт. ст. Влияние психоэмоциональных факторов отсутствует. Колебаний АД практически нет. Головной боли нет. Нормализовать...

Эндоскопическая диагностика язвенной болезни желудка, гастрита, опухоли Хронический гастрит - понятие клинико-анатомическое, характеризующееся определенными патоморфологическими изменениями слизистой оболочки желудка - неспецифическим воспалительным процессом...

Конституционно-правовые нормы, их особенности и виды Характеристика отрасли права немыслима без уяснения особенностей составляющих ее норм...

Толкование Конституции Российской Федерации: виды, способы, юридическое значение Толкование права – это специальный вид юридической деятельности по раскрытию смыслового содержания правовых норм, необходимый в процессе как законотворчества, так и реализации права...

Значення творчості Г.Сковороди для розвитку української культури Важливий внесок в історію всієї духовної культури українського народу та її барокової літературно-філософської традиції зробив, зокрема, Григорій Савич Сковорода (1722—1794 pp...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия