Обозначения электродов
11.5. Определение коэффициента наплавки Коэффициент наплавки представляет собой количество наплавленного металла в граммах за 1 ч наплавки при силе сварочного тока и I А. Величина его зависит от электрода, режима наплавки, размеров свариваемых деталей и от потерь тепла в окружающее пространство через деталь и воздух. Коэффициент наплавки, по сути, представляет собой КПД процесса сварки: - полезная часть энергии расходуется только на расплавление стержня электрода; - все остальное (нагрев детали, расплавление обмазки, световое излучение и др.) - это неизбежные потери на обеспечение процесса сварки. Определение коэффициента наплавки проводится по схеме, аналогичной рис. 11.5, только вместо балластного сопротивления подключается электродержатель. Наплавка металла выполняется на стальную пластину при стабильных значениях сварочного тока и напряжения. Сначала для пластины выбирается диаметр электрода d3, на трансформаторе устанавливается сила тока /н. В опыте замеряются параметры: - до сварки - диаметр d3 (мм) и начальная длина электрода /н (мм); - во время сварки - сила сварочного тока /н (А), продолжительность наплавки t (с); - в конце сварки - длина /к (мм) оставшегося электрода. где КП - коэффициент потерь металла электрода (выгорание, разбрызгивание при наплавке), Кп = 0, 05...0, 2; р - плотность металла, р = 7, 8 г/см3 для стали.Коэффициент наплавки вычисляется по формуле
Ориентировочные значения коэффициента наплавки находятся в пределах: - 7... 12 г/А-ч - ручная электродуговая сварка; - 15... 20 г/А-ч - наплавка под слоем флюса; - 25...30 г/А-ч - электрошлаковая наплавка. 11.6. Определение ферритной фазы Основной легирующий элемент нержавеющей стали - это хром (12...20%), а также элементы, придающие стали необходимые физико-механические свойства (Mn, Ti, Nb, Со, Мо...) и коррозийную стойкость (Ni). Характерным отличием коррозионно-стойких сталей является низкое содержание углерода: всего 0, 08...0, 12%. Для придания стали жаропрочных свойств (до 1100..Л150 °С) их легируют молибденом и вольфрамом (каждого более 7%). Высокая жаростойкость (окалиностойкость) сталей достигается легированием алюминием (до 2, 5%) и кремнием, способствующих созданию прочных и плотных окислов на поверхности деталей, предохраняющих от контакта с газовой средой. Сварка сталей типа 12Х18Н10Т сопровождается образованием горячих трещин, имеющих межкристаллический характер. При кристаллизации сначала кристаллизуется более тугоплавкая составляющая сплава. Она образует как бы жесткий каркас, между ребрами которого располагается жидкая фаза. Под действием усилий, возникающих при последующей кристаллизации жидкой фазы, каркас разрушается и в сварном шве образуются трещины. Горячие трещины чаще образуются в крупнозернистой структуре. Применение способов, способствующих измельчению кристаллов и дезориентации структуры, утончает межкристаллитные прослойки и повышает стойкость швов к образованию горячих трещин. Одним из таких способов является получение швов с двухфазной структурой, когда помимо аустенита в состав структуры входит некоторое количество первичного феррита. В коррозионно-стойких изделиях, работающих до температуры 400 °С, допускается содержание феррита до 20...25%», но в изделиях, работающих при более высоких температурах, количество феррита ограничено до 4...5%. Получение ферритно-аустенитных швов достигается их дополнительным легированием ферритобразующими элементами: хромом, алюминием, молибденом, марганцем и другими, подавляющими процесс образования горячих трещин. Кроме того, для минимизации образования трещин в электродах должен содержаться минимум легкоплавких химических соединений (серы и фосфора), а также должны обеспечиваться некоторые технологические рекомендации проведения сварки.
Ферритометр МК-1, 2Ф Ферритометр объемный МК-1.2Ф предназначен для измерения объемного содержания ферритной фазы в образцах сварных швов и изделий из нержавеющих сталей аустенитного и аустенитно- ферромагнитного классов. Принцип его работы основан на намагничивании образца импульсным полем, регистрации параметра измерительного сигнала, пропорционального намагниченности насыщения материала, и преобразовании его аппаратно и алгоритмически в величину содержания ферритной фазы (СФФ) в процентах. Так как измеряемый параметр пропорционален намагниченности насыщения материала, то показания ферритометра соответствуют СФФ. Характеристика ферритометра МК-1.2Ф: 1. Диаметр образцов 5 и 7 мм. 2. Диапазон измерения ферритной фазы до 20%. 3. Погрешность ферритометра не более 3%. Порядок работы: 1. Установить режим работы 5 или 7 мм. 2. Установить нуль. 3. Поместить образец в пенал. 4. Установить требуемый режим измерения. 5. Выполнить измерения. 11.7. Расчет режимов электродуговой сварки деталей В соответствии с вариантом задания на сварку (табл. 11.5) подобрать электрод, силу и напряжение электрической дуги, определить количество наплавленного металла и расход электродов. Порядок выполнения расчета Плавящий электрод подбирают исходя из свариваемого материала, необходимой прочности сварного шва и конструкции детали (толщины свариваемого металла). 1. Диаметр электрода d3 определяется толщиной h свариваемого металла детали:
Толщину детали h находят по номеру или диаметру свариваемого по заданию профиля (швеллера: № 12 - 4, 5 мм; № 14 - 4, 9 мм; трубы стальные: d = 80 мм - 3, 5 мм; d~ 32 мм - 2, 8 мм).
Таблица 11.5 Варианты сварки деталей
Соответственно для нижних границ (меньших значений) в диапазоне толщин металла h должны приниматься и меньшие значения d3. Диаметры электродов стандартизированы: 0, 3; 0, 6; 0, 8; 1, 0; 1, 2; 1, 4; 1, 6; 2, 0; 2, 5; 2, 8; 3, 0; 3, 2; 4, 0; 5, 0; 6, 0; 8, 0; 10, 0 и 12, 0 мм. Поэтому надо принимать после расчета ближайшее значение диаметра. 2. Сила сварочного тока /н подбирается в зависимости от диаметра электрода по соответствующей таблице или по эмпирической формуле IH=(20 + 6d,)d„ A. 3. Для плавящих стальных электродов напряжение горения дуги рассчитывается по формуле £ /н=10 + 2, 5/д, В. Длина дуги /д зависит от диаметра электрода: /д=0, 5(< ^э+2), мм. 4. Сечение сварного шва и размеры его катетов устанавливаются при проектировании сварного соединения, а в этой работе катеты К\ и Кг принимаются не более 3 мм для деталей толщиной до 3 мм включительно и 1, 2 толщины более тонкой детали при сварке деталей толщиной более 3 мм. Площадь сварного шва находится по формуле (размеры катетов в см) F = jK, K2, см2. 5. Количество наплавленного металла определяется его объемом и плотностью: G„=FJ, p, r, где /н - длина сварного шва, см (чаще всего рассчитывается исходя из схемы сварного соединения или приводится в табл. 11.5). 6. Расход электродов по весу определяется как G3=GBK„ где Кэ - коэффициент расхода электродов, учитывающий потери металла в виде брызг и недоиспользования длины электрода, Кэ= 1, 4...1, 6. Количество электродов, необходимое для сварки, находится по формуле где /э и d3 - длина стержня и диаметр электрода, см; р - плотность металла, р = 7, 8 г/см3 для стали. 7. Подобрать тип, марку и другие параметры электрода (см. табл. 11.2 и 11.3). Для сварки и наплавки конструкционных сталей применяются следующие типы электродов: - для низколегированных (строительных) сталей - Э34, Э38, Э42А, Э46, Э46А; - для среднеуглеродистых и низколегированных сталей - Э50, Э50А, Э55; - для легированных, повышенной прочности сталей - Э60, Э60А, Э70, Э85, Э100, Э125, Э145, Э150 (цифра - временное сопротивление 8В разрыва сварного соединения в кгс/мм2). Содержание отчета 1. Техническая характеристика сварочного трансформатора марки...: напряжение электрической сети... В и количество фаз... подсоединения трансформатора в сеть, напряжение холостого хода... В, способ регулирования силы тока..., продолжительность работы...%, номинальная сила сварочного тока... А и максимальный диаметр сварочных электродов... мм. 2. Необходимая площадь сечения сварочного кабеля... мм2 для этого трансформатора, защитные стекла щитка типа... 3. Снятие нагрузочной характеристики сварочного трансформатора:
4. График нагрузочной характеристики. 5. Расшифровка маркировки электродов (по варианту табл. 11.4). 6. Определение коэффициента наплавки для электрода типа...: диаметр электрода db =... мм, длина электрода (до сварки /нач = мм и после сварки /кон =... мм, А/ =... мм), напряжение £ /н =... В, сила тока/н =... А и продолжительность наплавки t=... с, плотность наплавленного металла р =... г/см3. GH =.... г; Кн =... г/А-ч. Заключение по коэффициенту наплавки.... 7. Определение ферритного числа:
8. Расчет режима сварки деталей и выбор электрода (по варианту табл. 11.5). 8.1. Привести схему (с размерами) сварного соединения деталей. 8.2. Расчет (п. 1...7): h~... мм, d3=... мм, /н =... А, /д =,.. мм, U}i ~... В, К\ ~... см, К 2 = … см, FH=... см2, /н=... см, Сн ~... г, G3 =... г, /э =... см, пэ=... шт. 8.3. Выбор электрода: тип..., марка.... 8.4. Выполнить маркировку выбранного электрода в соответствии с рис. 11.6. Работу выполнил Группа Дата.
Рассчитывается по эскизу сварного соединения. Длина электродов зависит от его диаметра: d3 - 3 мм - /э = 350 мм; < 4= 4, 5 и 6 мм - /э= 450 мм. 12 Материалы, оборудование и технология газовой сварки Цель работы: изучить материалы, оборудование и технологию газовой сварки. Оборудование и материалы: ацетиленовый генератор БАКС-1, кислородные баллоны и редукторы, газовые горелки, кислородные резаки, керосинорез ЮКГ-2, электролизная газосварочная установка «Лига-02», образцы металлов, флюсы, припои. Порядок выполнения работы: 1. Ознакомиться с газосварочным оборудованием и сварочными материалами. 2. Изучить основы технологии газовой сварки. 3. Провести газовую сварку (резку, пайку) деталей. 4. Освоить технику безопасности при проведении газосварочных работ. Введение Газовая сварка и резка широко используются в строительстве и при ремонте трубопроводов, машин и оборудования, так как она обладает высокой автономностью и транспортабельностью, удобством регулирования процесса, универсальностью и возможностью использования в специфических целях. Чугун, медь, свинец, латунь легче поддаются газовой сварке, чем электродуговой. Г азовая сварка чаще всего выполняется путем введения в пламя горения газа присадочной проволоки, которая плавится и заполняет сварочный шов. Иногда проводится формирование шва за счет расплавления кромок свариваемых деталей. По виду применяемых горючих газов сварка может быть: аце- тилено-кислородной, водородно-кислородной, пропан-бутановой, на природном газе, на парах керосина или бензина. Из-за относительно невысокой температуры горения газов (до 3150 °С у ацетилено-кислородной сварки, до 2850 °С у пропан- бутановой и до 2900 °С у керосино-кислородной сварки) производительность газовой сварки ниже, чем при электродуговой, так как в зоне горения электрической дуги температура достигает свыше 6000 °С. Чаще всего применяется ацетилено-кислородная сварка и резка металла. Пост ацетилено-кислородной газовой сварки включает в себя: -ацетиленовый генератор для получения ацетилена из карбида кальция или ацетиленовый баллон с редуктором; - кислородный баллон с редуктором; - шланги для подвода кислорода и ацетилена к газовой горелке от редуктора кислородного баллона и ацетиленового генератора (редуктора ацетиленового баллона); - сварочные горелки с набором наконечников, кислородные резаки; - присадочная проволока и флюсы; - сварочный стол и стул сварщика; - средства пожаротушения (вода, ящик с песком, огнетушители, ведра, лопаты и др.); - вентиляционные устройства. Газовая сварка требует повышенного внимания к пожаро- и взрывобезопасности в отличии от электродуговой сварки. Она может выполняться на стационарном посту или в передвижных условиях на строительной площадке. 12.1. Газы, применяемые при сварке Из горючих газов наиболее эффективен ацетилен: он выделяет наибольшее количество тепла (температура сгорания 3150 °С, т.е. выше, чем у других горючих газов) и легко получается непосредственно на месте выполнения газосварочных работ. Ацетилен С2Н2 - это газ, обладающий сильным специфическим запахом, его получают взаимодействием воды с карбидом кальция: СаС2 + Н20 -> С2Н2 + Са(ОН)2. Карбид кальция хранится в герметичных барабанах весом от 50 до 130 кг. В целях избежания возгорания газа перед вскрытием барабана необходимо убедиться в герметичности его стенок. Во избежание искры вскрытие крышки проводят ножом консервного типа или латунным зубилом, причем поверхность крышки желательно предварительно смазать слоем консистентной смазки толщиной 2...3 мм. На 1 кг карбида кальция расходуется 5...20 л воды. Выход ацетилена составляет 230...280 л на 1 кг карбида. Хранение ацетилена в баллоне Ацетилен с воздухом образует взрывоопасные смеси при содержании его в газовой смеси в весьма широких пределах - от 2, 2 до 81%. Воспламеняется ацетилен при 420 °С, а становится взрывоопасным уже при относительно невысоком давлении (выше 0, 18 МПа), однако его можно хранить в баллонах. Ацетилен хорошо растворяется в ацетоне. Уже при соотношении ацетилена к ацетону 23: 1 его взрывоопасность снижается до 1, 6 МПа, которая практически полностью устраняется при наличии в ацетиленовом баллоне пористой массы (древесный уголь, пемза и т.д.). Поэтому для предотвращения взрыва ацетилена в баллон вводят пористую массу и ацетон. Кислород С целью получения максимально возможной температуры сгорания газов в качестве окислителя используют чистый кислород, а не кислород воздуха, так как ацетилено-кислородная смесь дает температуру сгорания свыше 3000 °С, а ацетилено-воздушная - только 2000 °С. Технически чистый кислород получают методом глубокого охлаждения воздуха до температуры -194, 5 °С: при температуре -183 °С сжижается кислород, и только при температуре - 196 °С - азот. Следовательно, при -194, 5 °С азот будет еще в газообразном, а кислород уже в жидком состоянии, т.е. они хорошо разделяются. Кислород чаще всего хранится в сорокалитровых кислородных баллонах под давлением 15 МПа. Поэтому баллон вмещает 6000 л кислорода при нормальном (40 лх150) атмосферном давлении. Следует иметь в виду, что масло, жиры (замасленные тряпки и спецодежда) при соприкосновении с кислородом самовоспламеняются, поэтому необходимо соблюдать особые меры предосторожности при обращении с кислородными баллонами и редукторами. 12.2. Ацетиленовые генераторы Аппараты, в которых получают технический ацетилен, называются ацетиленовыми генераторами. В зависимости от принципа взаимодействия карбида кальция с водой различают следующие системы генераторов: «карбид в воду», «вода на карбид», а также контактного действия «погружением» и «вытеснением». В генераторах системы «карбид в воду» карбид кальция из загрузочного бункера периодически подается в резервуар с водой с помощью автоматических устройств в зависимости от расхода и величины давления ацетилена. Генераторы этой системы наиболее производительны. Они обеспечивают наиболее полное разложение карбида кальция и получение чистого и охлажденного ацетилена. Эти генераторы наименее взрывоопасны. В генераторах системы «вода на карбид» карбидом кальция загружают одну или две реторты, в которые из отдельного резервуара по трубе подается вода. Ацетилен, образующийся при разложении карбида кальция, из реторты по трубе поступает в нижнюю часть генератора, где собирается в газосборнике. Генераторы этой системы имеют наибольшую производительность, низкое давление и в большинстве случаев переносные. Генераторы контактной системы «погружением» или «вытеснением» характеризуются тем, что в них в зависимости от давления контакт карбида кальция с водой осуществляется периодически. В первом случае при увеличении давления выше предельного газгольдер поднимается и извлекает из воды корзину с карбидом кальция. В другом случае избыток давления ацетилена служит причиной вытеснения воды в сообщающийся сосуд, и разложение карбида кальция также прекращается. Генераторы контактной системы «вытеснения» иногда строят в соединении с генераторами систем «вода на карбид» и изготавливают в качестве переносных генераторов небольшой производительности. Ацетиленовые генераторы делятся на три типа по величине давления: низкого - 0, 001...0, 01 МПа, среднего - 0, 01...0, 15 МПа и высокого - свыше 0, 15 МПа. Для предохранения генератора от проникновения в него пламени (обратный удар) и взрыва газа применяют водяные затворы. На рис. 12.1 представлена схема жидкостного водяного затвора низкого давления. Затвор состоит из корпуса 1, водоналивной трубы 7, газопроводящей трубы 4 и воронки 5. При нормальной работе затвора (рис. 12.1, а) ацетилен через кран 7 поступает в газопроводящую трубу 4 через отверстие 11 в корпус 1, заполненный водой, по крану 9 и, пройдя через воду, сетку 2 и ниппель 8, проходит в шланг к горелке или резаку. Диск 10 имеет диаметр больший, чем водоналивная труба, и тем самым предохраняет выход ацетилена через нее в атмосферу.
 
Рис. 12.1. Схема водяного затвора ацетиленового генератора При обратном ударе (рис. 12.1, 6) горящие газы вытесняют воду из корпуса затвора в газопроводящую трубу и водоналивную воронку. При этом пламя отсекается от проникновения в генератор и газы, пройдя воду, водоналивную трубу и воронку, охлаждаются и через сетку 6 выходят в атмосферу. 12.3. Кислородные баллоны и редукторы Кислородный баллон - это цилиндрический сосуд, изготовленный из стальной цельнотянутой трубы. В верхней части его на горловине имеется внутренняя коническая резьба, куда ввинчивается запорный латунный вентиль. На горловину устанавливается предохранительный колпак, а на днище имеется башмак для устойчивости баллона.
Для получения постоянного рабочего давления кислорода высокое давление снижают и автоматически регулируют посредством редуктора (рис. 12.2). При завертывании винта 7 пружина 6 давит на мембрану 5, штифт 8, клапан 3 и пружину 2, отверстие 9 открывает-ся, и кислород из баллона, поступая в камеру высокого давления 1, переходит в камеру низкого давления 4 и затем проходит в горелку. С увеличением расхода кислорода давление в камере низ-кого давления снижается, и мембрана под действием пружины 6 больше приоткрывает клапан 3, кислород поступает в ка-меру в большем количестве, и рабочее давление восстанавливается. С уменьшением расхода кислорода работа редуктора происходит в обратном порядке. При газовой сварке давление кислорода на входе в горелку регулируется в пределах 0, 01...0, 4 МПа, а при резке значительно вы-ше - 0, 4... 1, 4 МПа. 12.4. Сварочные горелки и кислородные резаки Горелки для газовой обработки материалов классифицируются - по способу подачи горючей смеси (инжекторные и безынжекторные); - по назначению (универсальные, ручные, машинные); - по роду горючего газа (кислородно-ацетиленовые, пропанобутановые и др.). В безынжекторных горелках горючий газ и кислород подаются под одинаковым давлением в смесительную камеру, выходят из мундштука, и горючий газ сгорает в атмосфере кислорода. Эти горелки менее универсальны, сложны в регулировании процесса и используются для сварки очень тонкого металла (0, 05...0, 6 мм).
Наиболее распространены инжекторные горелки (рис. 12.3), работающие на ацетилене низкого давления. Кислород под давлением через вентиль 1 по каналу 2 поступает в инжектор 3. При выходе кислорода из инжектора с большой скоростью в смесителе наконечника 4 создается разряжение, и ацетилен, поступивший через вентиль 7 от баллона или генератора под меньшим давлением, всасывается через каналы 6 в смесительную камеру, где с кислородом образует горючую смесь. Горючая смесь проходит через наконечник 4 и при выходе из него зажигается. Во избежание горения смеси внутри наконечника (обратный удар) скорость истечения газовой смеси должна быть больше скорости ее горения (распространения пламени). Горелка комплектуется сменными наконечниками, каждый из которых обеспечивает определенный расход ацетилена и, следовательно, определенную тепловую мощность пламени. Чем больше номер наконечника, тем больше расход горючего газа. При резке металлов используется обычное оборудование для ацетиленовой сварки, но вместо горелки применяют газовый резак, чаще всего инжекторного типа. Резак отличается от горелки тем, что у него три вентиля (по сравнению с газовой горелкой у него имеется дополнительный вентиль подачи режущего кислорода), сопло расположено под прямым углом к оси резака, а давление и расход кислорода выше, чем при газовой сварке. Ацетилен и часть кислорода поступают в смесительную камеру, а большая часть кислорода (режущего) поступает непосредственно в сопло резака. В начале работы открывают вентили подачи ацетилена и подогревающего кислорода, поджигают и регулируют газовую смесь, нагревают металл до температуры вспышки, после чего открывают вентиль подачи режущего кислорода и разрезают заготовку или деталь. 12.5. Сварочная проволока Для заполнения зазора между свариваемыми деталями и образования сварочного шва используется присадочный материал в виде проволоки, прутков или полосок, нарезанных из металла, близкого по составу к свариваемому металлу. Прутки составом, соответствующим материалу детали, применяются для сварки чугунных или алюминиевых деталей, а сварочная проволока - для стальных, алюминиевых и медных деталей. Стальные холоднотянутые сварочные проволоки изготовляются диаметрами 0, 3; 0, 5; 0, 8; 1, 0; 1, 2; 10, 0 и 12, 0 мм из низкоуглеродистых (Св-Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА, Св-ЮГА, Св-10Г2) и легированных (Св- 08ГС, Св-12ГС, Св-08Г2С, Св-06Х19Н9Т, Св-07Х19Н10Б, Св-15ГСТЮЦА, Св-20ГСТЮА и др.) сталей. 12.6. Технология ацетилено-кислородной сварки Вентилями подачи кислорода и горючего газа инжекторной газовой горелки регулируется состав горючей смеси. Полное сгорание выполняется при соотношении по объему кислорода к ацетилену 2, 5: 1. Причем только 1, 1... 1, 5 части кислорода попадает из кислородного баллона, а остальное (1, 0... 1, 5) - из воздуха. Это будет нормальное пламя. Пламя будет окислительным при избытке кислорода. Сваривать металл окислительным пламенем нельзя, так как окисляется металл шва, возникают поры и трещины. Окислительное пламя применяется при сварке латуней и при пайке твердыми припоями. Науглероживающее пламя будет при избытке ацетилена. Избыточный углерод, находящийся в пламени, поглощается расплавленным металлом и ухудшает его качество. Слегка науглероживающее пламя применяется при сварке чугуна и наплавке твердыми сплавами.
|
, г/А-ч
