Изучение процесса сварки плавлением. Выбор режима ручной дуговой сварки конструкций из стали

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №1

Сварка металлов

Изучение процесса сварки плавлением. Выбор режима ручной дуговой сварки конструкций из стали

Содержание:

 

1. Классификация и обозначение покрытых электродов для ручной дуговой сварки

2. Устройство и работа сварочного трансформатора и выпрямителя

3. Выбор режима сварки

4. Техника ручной дуговой сварки

5. Порядок проведения работы 6. Содержание отчета

Изучение процесса сварки плавлением. Выбор режима ручной дуговой сварки конструкций из стали

Цель работы: ознакомиться с процессом зажигания и строением электрической сварочной дуги, обозначением покрытых электродов, устройством и работой сварочного трансформатора и выпрямителя, выбором режима и технологии дуговой сварки покрытыми электродами.

Оборудование и материалы. Сварочные трансформаторы выпрямитель, предохранительные щитки, сварочные электроды типа Э42, Э46, заготовки из углеродистой и низколегированной стали.

Общие сведения Процесс зажигания и строение электрической дуги

При дуговой сварке плавящимся электродом расплавление кромок свариваемых заготовок и электрода осуществляется за счет теплоты электрической сварочной дуги. Электрическая сварочная дуга - стационарный мощный электрический разряд при значительной плотности ток (0,5-100 А/мм²) в сильно ионизированной газовой среде между двумя электродами, одним из которых обычно являются свариваемые заготовки. В процессе горения сварочной дуги выделяется

Рис.1.1. Схема электрической дуги при сварке металлическим электродом с покрытием

 большое количество теплоты, образуется яркое световое излучение, невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, газы и пыль. Электрическая сварочная дуга (рис.1.1, а) состоит из катодного 3 и анодного 5 пятен и столба дуги 4. Снаружи она окружена ореолом 6, состоящим из смеси газов, паров и пыли. Для зажигания дуги необходимо легко коснуться стержнем с покрытием 2 электрода свариваемой заготовки (рис.1.1, б) с замыканием электрической цепи накоротко, после чего отвести электрод от заготовки на расстояние 2-4 мм. Происходит быстрый разогрев торца электрода за счет теплоты, выделяемой током короткого замыкания. После отвода электрода с разогретого торца металлического стержня, являющегося катодом, свободные электроны под действием электрического поля устремляются к аноду (заготовке). Им сообщается значительная кинетическая энергия. В межэлектродном зазоре электроны сталкиваются (соударяются) с молекулами и атомами воздуха и между собой. Эти соударения могут быть упругими и неупругими. При упругом соударении часть кинетической энергии электронов передается атому или молекуле воздуха. В результате температура в дуговом промежутке (столбе дуги) повышается до 6000-7000 °С. При неупругом соударении происходит ионизация молекулы воздуха с выделением электронов, положительных и отрицательных ионов. Электроны и отрицательные ионы продолжают движение к аноду и бомбардируют его поверхность. В результате торможения их движения происходит превращение кинетической энергии в тепловую и поверхность анода (анодное пятно) разогревается до t = 2600-3000 °С. Положительные ионы под действием сил притяжения движутся к катоду и, бомбардируя его поверхность, нагревают ее (катодное пятно) до 2000-2600 °С. В дуге постоянного тока прямой полярности (минус на электроде, плюс на заготовке) на аноде выделяется большее количество теплоты (41-42 % от общего количества Од), чем на катоде (36-38 %), в связи с тем, что анод подвергается более мощной бомбардировке заряженными частицами. В дуге переменного тока различие температур катодного и анодного пятен сглаживается вследствие их периодической смены с частотой, равной частоте тока (50 Гц).

 Для устойчивого горения дуги необходимы постоянный межэлектродный зазор (длина дуги), определенные напряжение и ток в цепи, достаточная ионизация воздушного промежутка, стабильность свойств источника тока, питающего дугу.

1. Классификация и обозначение покрытых электродов для ручной дуговой сварки

Покрытые электроды для ручной дуговой сварки классифицируют по назначению, виду и толщине покрытия, допустимому пространственному положению сварки или наплавки, роду и полярности сварочного тока. По назначению различают электроды для сварки стали, чугуна, алюминия, меди. Обозначения электродов для сварки: углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с s_в >600 МПа — У; легированных конструкционных сталей с s_в до 600 МПа — Л; легированных теплоустойчивых сталей — Т; высоколегированных и сталей с особыми свойствами — В; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н. В зависимости от механических свойств наплавленного металла применяются электроды 14 типов: Э42, Э46А, Э50...Э150. Тип электрода обозначается буквой Э с цифрой, указывающей гарантированное временное сопротивление разрыву наплавленного металла в КГс/мм². Буква А после цифр обозначает повышенную пластичность наплавленного металла. По виду покрытия электроды разделяются на: А — с кислым покрытием (ОММ-5, АНО-2, СМ-5, ЦМ-7, МЭЗ-04 и др.), содержащим оксиды железа, марганца, кремния, иногда титана. При плавлении покрытия выделяется большое количество 02, Hg, кроме того, оно токсично. Эти электроды обеспечивают стабильное горение дуги на переменном и постоянном токе. Металл шва отличается повышенной степенью окисления, плотностью и пластичностью; Б — с основным покрытием (УОНИ-13/45, УОНИ-13/5БК, УОНИ-В/85, АНО-Т, ОЗС-5, ДСК-50, СН-11, УП-1/45 и др.), содержащим мрамор — СаСОз, плавиковый шпат — CaF₂, кварцевый песок, ферросплавы. Наплавленный металл имеет большую прочность на ударный изгиб, малую склонность к старению и появлению трещин. Эти электроды применяются для сварки на постоянном токе обратной полярности ответственных конструкций из углеродистых и легированных сталей; Р — с рутиловым покрытием (ОЗС-12, АНО-32, ОЗС-6, АНО-6, МР-4, ОЗЛ-32 и др.), содержащим рутил — TiO₂, мрамор — СаСОз, полевой шпат — K₂O*Al2O₃ *6 SiO₂, каолин, иногда железный порошок. Они обеспечивают устойчивое горение дуги и хорошее формирование шва во всех пространственных положениях;

 Ц — с целлюлозным покрытием (ОМА-2, ВСЦ-1, ВСЦ-2, ВСП-1, ВСЦ-4М и др.). При плавлении покрытия выделяется большое количество газов. Эти электроды применяются для сварки металла малой толщины и при сварке в монтажных условиях. П — с прочими покрытиями (ильменитовым, рутил- ильменитовым — АНО-24, рутилосновным — АНО-ЗО, фтористокальциевым — АНО-Д и др.). В состав покрытия входят: стабилизирующие, шлакообразующие, легирующие, раскисляющие, газообразующие, формующие, связывающие компоненты. Покрытие обеспечивает газовую и шлаковую защиту зоны сварки и расплавленного металла, рас-кисление и легирование металла сварочной ванны, стабильность горения дуги. По толщине покрытия (отношению диаметра электрода D к диаметру стержня d) электроды изготавливают: М — .с тонким покрытием D/d < 1,2; С — со средним покрытием 1,2 < D/d < 1,45; Д — с толстым покрытием 1,45 < D/d < 1,8; Г — с особо толстым покрытием D/d > 1,8. По допустимому пространственному положению сварки электроды разделяются: для всех положений — 1; для всех положений, кроме вертикального — 2; для нижнего, горизонталь- ного и вертикального — 3; для нижнего — 4. По качеству изготовления, состоянию поверхности покрытия электроды бывают 1, 2, 3 групп. По роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока и номинальному на- пряжению холостого хода источника переменного тока электроды подразделяются: 0 — обратная полярность постоянного тока, 4 — любая, 5 — прямая, 6 — обратная для постоянного тока и для переменного тока с напряжением холостого хода 70 В. Примеры условного обозначения электродов: а) тип Э46А по ГОСТ 9467-75 марки УОНИ-13/45 диаметром 3,0 для сварки углеродистых и низколегированных сталей — У, с толстым покрытием — Д, 2-й группы с механическими свойствами направленного металла: s_в > 460 МПа (43), d — 22% (2), KCU = 0,35 Дж/мм² при t = -40 °C (5) с основным покрытием Б для сварки во всех пространственных положениях — 1, на постоянном токе обратной полярности 0:

Э46А-УОПИ-13/45-3,ОУ,0 ГОСТ 9466 -75, ГОСТ 9467-75 Е432(5)-Б1.0

 б) типа Э-09Х1МФ по ГОСТ 9467-75 марки ЦЛ-20 диаметром 40 мм для сварки легированных теплоустойчивых сталей — Т с толстым покрытием Д 3-й группы с механическими свойствами наплавленного металла — прочностью на ударный изгиб KCU = 0,35 Дж/мм² при ОС (2) и длительной прочностью при t < 580 °С (7) с основным покрытием Б для сварки во всех пространственных положениях 1 на постоянном токе обратной полярности 0: