диплом сварка. Диплом. Дипломная работа По профессии спо Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))
 Скачать 4.78 Mb.
|
 Капли расплавленного металла переходят с электрода в сварочную ванну при горении сварочной дуги во всех пространственных положениях (горизонтальное, вертикальное, потолочное). За 1 с от электрода отрываются и переходят на изделие несколько капель расплавленного металла. При больших плотностях тока за 1 с может образоваться несколько десятков капель. Формирование и перенос капель осуществляется под воздействием силы тяжести, сил поверхностного натяжения, давления газов, образующихся внутри расплавленного металла, давления газового потока, электростатических и электродинамических сил, реактивного давления паров металла. В зависимости от соотношения сил, действующих на каплю, различают следующие виды переноса электродного металла (рис. 5.15): ? крупнокапелъный с коротким замыканием дуги (характерен для ручной дуговой сварки покрытыми электродами с основным покрытием): диаметр капли dK больше диаметра электрода d3; ? среднекапельный (характерен для ручной дуговой сварки покрытыми электродами с рутиловым и кислым покрытием): dK = d3; ? мелкокапельный (характерен для ручной дуговой сварки покрытыми электродами с целлюлозным покрытием, а также наблюдается при сварке под флюсом и в защитных газах - аргоне, углекислом газе и др.): dK < d3; Виды переноса электродного металла Рис. 2Виды переноса электродного металла:  а - крупнокапельный с коротким замыканием дуги; б - среднекапельный; в - мелкокапельный ? струйный (имеет место при сварке в аргоне большими токами). Мелкокапельный и струйный переносы электродного металла обеспечивают более устойчивый процесс сварки и лучшее формирование шва. Разбрызгивание электродного металла при сварке обусловлено главным образом электрическим взрывом перемычки между отделяющейся каплей и концом электрода под действием электромагнитных сил. Сварку производят дугой переменного и постоянного тока. При сварке дугой переменного тока промышленной частоты (50 периодов в секунду) катодное и анодное пятна меняются местами 100 раз в секунду. В начале и конце каждого периода дуга угасает. Поэтому дуга, питаемая переменным током, горит менее устойчиво, чем дуга, питаемая постоянным током. При сварке переменным током полярность меняется 100 раз в секунду, поэтому безразлично, к какому зажиму сварочного трансформатора присоединены изделие и электрод. Дуговая сварка в защитных газах Данный вид сварки предназначен для защиты соединяемой зоны от неблагоприятных воздействий. ГОСТ дуговой сварки в среде защитных газов от 1976 года устанавливает основные нормы процесса: ключевые типы стыков, конструктивное исполнение и размеры. Также ряд характеристик регулирует ГОСТ 16037-80. Суть процесса дуговой сварки в среде защитных газов Профессионализм специалиста, безусловно, влияет на прочность скрепления деталей. Однако внешние условия не менее важны. Если второстепенные элементы попадут на спайку, это отразится на качестве промышленного изделия. Технология использования специальных газообразных субстанций появилась в двадцатом году прошлого столетия и помогла справиться с проблемой. Субстанции создают защищающий слой, исключают шлак и трещины на швах. Эта методика сварки успешно практикуется на производстве. Дуговую сварку в защитном газе классифицируют по двум признакам: по активному или нейтральному газу, применяемому для защиты зоны сварки; по плавящемуся или неплавящемуся электроду, применяемому для сварки. В каких областях промышленности используют защищенную газами сварку? Данный метод востребован. Область применения обширна: производство частей электроэнергетических установок, в том числе атомных, корпусов химического оборудования и емкостей для агрессивных, едких веществ, получение узлов летательных аппаратов, прокладка трубопроводов, работа с металлом – цветным, черным и легированным. Технология сварки в среде защитных газов Дуговая сварка в защитных газах – это современный, высокорезультативный способ. Специалист должен внимательно ознакомиться со стандартами работы, так как технология имеет ряд особенностей. На первом этапе металл необходимо подготовить к сварке: выровнять стыковочную плоскость, очистить от ржавчины, удалить зазубрины. Если мастер не выполнит данные манипуляции, возможен сварной брак. Далее рекомендуется изучить толщину и тип материала, тщательно настроить оборудование. После полной подготовки мастер разжигает дугу, подпаливая пламя горелки. Ряд разновидностей сварки требует прогрева заготовки и предварительной обработки металла горелкой. Технология сварки в среде защитных газов Вокруг дуги образовывается сварочная ванна, в этот момент с помощью специального устройства с определенной скоростью начинают подачу проволоки в зону расплава. Технология особенно удобна, если необходимо сделать продолжительный шов. Неплавкий электрод поддерживает дугу в течение длительного времени. При выборе необходимого режима сварки сложнее всего учесть характеристики подаваемого тока. Неплотные металлические листы требуют минимальных значений, важно обратить внимание на расположение деталей. Для удержания дуги и предотвращения растекания металла требуется делать вертикальный шов особенно аккуратно. Читайте также: «Контроль сварных швов: разбираемся в методах оценки» Если в сварочном процессе используют постоянный ток, у него должна быть обратная полярность. Для чего это нужно? С одной стороны, сокращается вероятность разбрызгивания, с другой – увеличивается расход металла. В отличие от прямой полярности, коэффициент наплавления снижается в полтора раза. При условии, что специалист работает правой рукой, ванну следует вести слева направо. Это позволит видеть, как формируется шов. При создании шва нужно вести аппарат по одной линии и на постоянной скорости. Важно выполнять все действия по направлению к себе. Если сварка движется слева направо, дуга отрывается от заготовки справа налево. В ряде случаев такая технологическая манипуляция требует дополнительного прогрева. Вот и все особенности дуговой сварки в защитных газах. Группы защитных газов Инертные и химические защитные газы создают условия для дуговой сварки. Инертные Чаще всего для работы используют гелий и аргон. Другие варианты химически стабильных газов, как правило, не применяются из-за высокой стоимости. Химически активные металлы, а также магниевые, алюминиевые сплавы соединяют при помощи более дорогого в сравнении с аргоном гелия. Гелий легче воздуха, в гелиевой атмосфере выброс энергии дуги наружу в два раза больше. Группы защитных газов Аргон применяется для сварки стали и чистого алюминия. При этом газ не растворяется в плавящемся металле. Азот также классифицируют как инертный газ. Сварщики знают, что он не может вступать во взаимодействие с медью. Химические В разряд химических, или химически активных, газов входит азот. Исключение составляет сварка медных изделий. При азотной сварке специалисты могут использовать трансформатор с любыми подходящими по остальным параметрам характеристиками, а не обязательно однофазный, как указано в теории. В сварке не используют горючий и взрывоопасный кислород, однако он может входить в состав смесей. Никель, некоторые марки нержавеющей стали и толстые детали варят только в водородной атмосфере. Водородная среда обеспечивает высокую текучесть металла и чистоту поверхности, однако воздействует на углеродистые стали, увеличивая их хрупкость. В сварке не рекомендуют использовать водород, если марка металла неизвестна. Читайте также: «Сварка медных проводов: разбираемся в технологии» Наиболее экономически выгодно варить в углекислоте. Высокая температура в активной области разлагает материю на три газа: оксид углерода, окись углерода и кислород. Для защиты поверхности от окисления в проволоку обязательно добавляют марганец и кремний. Эти вещества при реакции образуют всплывающий на поверхность шлак, который легко удаляется и не влияет на защитные показатели. Мастера используют углекислоту для варки чугуна, стойкой к коррозии стали слабого легирования, сталей с малым и умеренным углеродным вхождением. Применение смесей защитных газов Сварщики часто практикуют смешивание активных и инертных газов. Газовые смести помогают увеличить устойчивость дуги, глубину проплавления, формируют более качественный и плотный шов, уменьшают разбрызгивание, улучшают перенос металла в дуге, повышают производительность сварочного процесса. Применение смесей защитных газов Выбор вида смеси защитного газа обусловлен экономической эффективностью. Смесь аргона и гелия Смесь, состоящая из 35-40 % аргона и 60-65 % гелия, используется для работы с алюминием, медью, химически активными металлами, магниевыми и никелевыми сплавами. Пропорция идеальна для того, чтобы аргон обеспечил стабильность дуги, а гелий сохранил высокую глубину проплавления. Смеси аргона с кислородом или углекислым газом Добавка кислорода или углекислого газа снижает поверхностное натяжение жидкого металла расплавляемой электродной проволоки, уменьшает размеры капель, образующихся и отрывающихся от электрода. Также окислительные газы способствуют расширению диапазона токов при поддержании стабильного ведения процесса сварки. Если сравнивать сварку в чистом аргоне или углекислом газе со сваркой с применением смесей, можно выделить следующие преимущества: лучшее формирование металла шва, уменьшение разбрызгивания, лучшая форма провара, меньшее излучение дуги. При сварке с добавлением кислорода снижается критический ток, при котором происходит переход крупнокапельного переноса металла в мелкокапельный. Необязательно пользоваться готовыми газовыми смесями. Специалист самостоятельно может произвести смешивание на посту сварки. Состав смеси, подаваемой в горелку, увеличивается или уменьшается изменением расхода газов. Критерий расхода координируется редуктором и измеряется ротаметром РС-3. Сварка плавящимися и неплавящимися электродами Дуговая сварка в защитном газе использует в технологии два подхода: неплавящимся и плавящимся электродом. Дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом делает сварной спай при помощи расплавления углов сплава. Во втором случае переплавленный стержень играет роль главного вещества для интеграции. Работа с неплавящимся электродом Сварщики используют данный способ для неферромагнитных веществ. Чаще всего неплавкий электрод делают из вольфрама. Но также могут применять электротехнический уголь или графит. Профессионал отлично чувствует глубину, на которую проплавляется металл. В сочетании с самостоятельным управлением горелкой и присадочным материалом можно исключить появление непроваренных участков швов и другие отклонения от нормы. Сварка плавящимися и неплавящимися электродами Дуговая сварка неплавящимся электродом в защитном газе в основном предназначена для тонкостенных металлических изделий. Если же изделие выполнено из толстого листа металла, возможны трудности в процессе. Сварка плавящимся электродом особенно популярна среди мастеров, которые, проявляя творчество и фантазию, создают декоративные изделия из нержавеющей стали. Работа с плавящимся электродом Плавящийся электрод более доступен и прост в эксплуатации, чем его неплавкий аналог. Он позволяет использовать менее дорогостоящее оборудование и обработать больше типов металла. Используя данный метод, сварщик может работать в труднодоступных местах, гибко определять свою позицию в пространстве, планировать расположение техники, деталей и конструкций. Из недостатков этого способа дуговой сварки в защитных газах можно выделить: выброс агрессивных и опасных веществ в атмосферу; кропотливость и сложность работы даже для специалистов с существенным опытом; низкую скорость; повышенное влияние магнитных полей на дугу. В углекислотной среде сварщики могут использовать и порошковую проволоку. Если для изделия действуют повышенные требования качества, перед сваркой проводят специальные испытания проволоки. Оборудование для сварки Технология дуговой сварки в защитных газах предполагает использование в качестве источника питания инверторов с широкой регулировкой величины сварочного тока. В комплект оборудования входят устройство подачи сварочной проволоки и газовая система с баллонами, понижающими редукторами, шлангами. Сварку плавящимся электродом ведут постоянным или импульсным высокочастотным током. Читайте также: «Лучшие электроды для сварки» Ток, силу которого можно менять в зависимости от свариваемых материалов, напряжение для зажигания и стабильного горения дуги, скорость подачи и толщина проволоки – это параметры которые характеризуют оборудование дуговой сварки в защитных газах. Сварку полуавтоматом можно производить при помощи разных режимов. Преимущества и недостатки дуговой сварки в среде защитных газов Расскажем о преимуществах дуговой сварки в среде защитных газов, которые отличают этот метод от других: высокие характеристики шва; бюджетная цена большинства элементов; обеспечение высококлассной защитой; простота освоения технологии, доступность использования методики на крупном производстве; возможность модернизации, переноса в автоматический порядок и адаптации к любым внешним условиям; сварка металла любой толщины; высокая производительность; возможность сварки металлов, наделенных устойчивостью к коррозии: алюминия, цветных металлов и других. Преимущества и недостатки дуговой сварки в среде защитных газов Следует обратить внимание на ряд недостатков: сварка в открытом пространстве грозит выветриванием газообразных смесей и требует идеальной герметичности камеры; при сварке в закрытом пространстве необходимо наличие мощной системы вентиляции в помещении. В целом, дуговая сварка в защитном газе – простая, эффективная, экономически выгодная методика. Использование в сварке баллона с газом может доставлять неудобства при перемещении с места на место. Однако в этом случае сварщик использует специальную тележку, что значительно упрощает процесс. Затраты на газ, например, аргон, проволоку и полуавтомат минимальны. Важно, что в результате мы получаем отличное качество шва, возможность работать на открытом воздухе и в закрытом помещении, варить тонколистовой и толстолистовой металл. Режимы дуговой сварки в защитных газах Для сварки в защитном газе применяют чаще всего инверторные полуавтоматы. Они выступают в качестве основного источника питания и регулируют параметры выходного тока и напряжения. Диапазон регулировки зависит от конкретной модели. Но если брать стандартные параметры соединения, когда не нужно работать со сверхвысокой толщиной, то с ней может справиться практически любой аппарат. Помимо этого к основным параметрам, влияющим на режим, входит расход газа и скорость подачи проволоки. Здесь приведены стандартные данные для полуавтоматов:  Плавление и перенос электродного металла При дуговой сварке нагрев и расплавление электрода осуществляются за счет энергии, выделяемой дугой в активном пятне, расположенном на его торце. Вылет электрода нагревается за счет теплоты, выделяемой при прохождении по нему тока по закону Джоуля — Ленца. Вылет — это участок электрода от места контакта с токоподводящим устройством до его конца. Например, при сварке вручную вылет электрода в начале сварки составляет 200—400 мм и в конце — 30—40 мм. Количество теплоты, выделяемой в электроде в единицу времени, тем больше, чем больше плотность тока, удельное сопротивление и вылет электрода. При ручной сварке это приводит к значительному повышению температуры электрода, что ограничивает ток, применяемый при этом способе сварки. Качество шва будет обеспечено только тогда, когда температура электрода в момент расплавления его торца не будет превышать определенной температуры, например 600—700 °С при сварке стальными электродами. Нагрев электрода до более высоких температур приводит к отслаиванию покрытия, ухудшению формирования шва и увеличению потерь на разбрызгивание. Основная характеристика плавления электрода — линейная скорость его расплавления в единицу времени, которая зависит от состава электрода, вида покрытия, режима сварки, плотности и полярности тока. В общем случае скорость плавления электрода возрастает с увеличением силы тока примерно по линейной зависимости, определяется условиями выделения и передачи теплоты в анодной и катодной областях и зависит от полярности тока. При плавлении на торце электрода образуется капля жидкого металла. Большая удельная поверхность и высокие температуры капель способствуют интенсивному взаимодействию металла с окружающей средой. Поэтому характер переноса электродного металла значительно влияет на кинетику физико-химических процессов. Характер переноса электродного металла зависит от соотношения сил, действующих на каплю металла на торце электрода. К основным силам относят силу тяжести, силу поверхностного натяжения, электромагнитную силу, силу реактивного давления паров, аэродинамическую силу и др. Значения отдельных сил и направления их равнодействующих зависят от режима сварки, полярности тока, состава электродного металла, газовой среды, состояния поверхности и диаметра электрода. Сипа тяжести оказывает существенное влияние лишь при сварке на малых токах (стремление капли под действием собственного веса переместиться вниз). При сварке в нижнем положении сила тяжести играет положительную роль при переносе капли в сварочную ванну; при сварке в вертикальном и особенно в потолочном положениях она затрудняет процесс переноса электродного металла. Сила поверхностного натяжения проявляется в стремлении жидкости под действием молекулярных сил приобрести форму сферы, имеющей минимальную поверхность при данном объеме. Капля расплавленного металла сохраняет форму сферы до момента соприкосновения с поверхностью расплавленной ванны. В общем случае увеличение поверхностного натяжения способствует увеличению размеров капель, образующихся на торце электрода и переносимых через дуговой промежуток. Электромагнитная сила обусловлена взаимодействием проводника с током и магнитного поля, создаваемого этим током. Эта сила стремится деформировать проводник в радиальном направлении и разрушить перемычку между каплей и электродом. Ее значение пропорционально квадрату силы тока. Сила реактивного давления паров — одна из важных сил, оказывающих влияние на характер переноса металла. Испарение металла с поверхности капли и химическое взаимодействие жидкого металла со шлаком или газовой фазой, сопровождаемое образованием и выделением газа, приводят к возникновению реактивных сил. Металл испаряется главным образом в области активных пятен, перемещение которых вызывает изменение положения места приложения реактивных сил и значительную подвижность капель. Величина реактивных сил зависит от размеров активных пятен, плотности тока в них и теплофизических свойств материала электрода. Поскольку плотность тока в катодном пятне значительно выше, чем в анодном, влияние реактивного давления в большей мере проявляется на прямой полярности. Сжатие дуги приводит к увеличению плотности тока в пятнах, что вызывает повышение реактивного давления паров. В металлах с высоким давлением паров (магний, цинк) отталкивание капель реактивными силами наблюдается при сварке на обеих полярностях, а в металлах с низким давлением паров — главным образом при сварке на прямой полярности. Аэродинамическая сила проявляется в тех случаях, когда возникают мощные плазменные (газовые) потоки. Сила аэродинамического торможения пропорциональна плотности газа, его скорости и эффективной площади сечения капли, спроектированной на направление газового потока. При сварке электродами большого диаметра наблюдается в основном крупнокапельный и мелкокапельный перенос (рис. 3а) Тип переноса зависит от состава, диаметра электродной проволоки, режима сварки, рода тока. При малом напряжении (короткая дуга) перенос металла может осуществляться путем коротких замыканий, поскольку свободный рост капель затруднен. В момент коротких замыканий металл перетекает с торца электрода в ванну. С удлинением дуги масса переносимых капель увеличивается, так как создаются условия для свободного роста капли на торце электрода. При струйном переносе (рис. 3б)образуются мелкие капли, которые следуют одна за другой в виде непрерывной цепочки (струи). Схемы процессов переноса электродного металла в сварочную ванну Рис. 3 Схемы процессов переноса электродного металла в сварочную ванну: |