диплом сварка. Диплом. Дипломная работа По профессии спо Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))
 Скачать 4.78 Mb.
|
 а — капельный; б — струйный (I—IV — этапы процесса переноса капли) Струйный перенос электродного металла возникает при сварке с большой плотностью тока электродом малого диаметра. Обычно струйный перенос электродного металла приводит к меньшему выгоранию легирующих элементов в сварочной проволоке и к повышению чистоты металла капель и сварного шва. Скорость расплавления сварочной проволоки увеличивается. Поэтому струйный перенос имеет преимущества перед капельным переносом. Скорость расплавления электродного металла в значительной степени определяет производительность и эффективность процесса сварки, а коэффициент расплавления зависит от ряда факторов, характеризующих условия сварки: род и сила тока, полярность, напряжение дуги, состав электродной проволоки. Коэффициент потерь зависит от способа сварки, типа электрода и параметров режима. На потери значительно влияет характер переноса электродного металла в дуге при сварке. Стабильное течение процесса сварки. Процесс должен обеспечить получение сварного соединения с неизменными заданными свойствами и размерами. Процесс можно считать стабильным, если его электрические и тепловые характеристики не изменяются во времени или же изменяются по определенной программе. Стабильный процесс сварки может быть получен при непрерывном и прерывистом горении дуги, а также при прерывистом протекании в сварочной цепи. Сварку можно вести как стационарной, так нестационарной (импульсной) дугой. Основным условием стабильности процесса сварки стационарной дугой является постоянство силы тока, напряжения и длины дуги. В некоторых случаях при сварке стационарной дугой наблюдаются кратковременные изменения длины дуги, напряжения и силы тока, вызванные переносом крупных капель, однако при стабильном процессе характеристики плавления электрода и изделия определяются не ими, а параметрами стационарной дуги. По характеру протекания можно выделить следующие виды сварки стационарной дугой проволокой сплошного сечения Св-08Г2С: с естественными короткими замыканиями дуги; с непрерывным горением дуги и крупнокапельным переносом металла; с непрерывным горением дуги и мелкокапельным переносом металла; с непрерывным горением дуги и струйным переносом металла; с непрерывным горением дуги и струйно-вращательным переносом металла. Характерным признаком процесса с естественными короткими замыканиями является образование на электроде крупных капель, превышающих диаметр электрода в 1,5 раза и более, и закорачивание ими дуги. При струйном процессе жидкий металл на конце электрода формируемся в виде конуса, с конца которого отрываются капли диаметром менее 2/3 диаметра электрода. В процессе с мелко капельным переносом и непрерывным горением дуги жидкого конуса на конце электрода нет, а диаметр отрывающихся капель равен 0,8—1,5 диаметра электрода. Сварка в защитных газах легко поддается управлению. Наибольшее распространение получили сварка тонкой проволокой с принудительными короткими замыканиями и импульсно-дуговая сварка. Основным условием стабильности процесса сварки нестационарной дугой является строго закономерное изменение напряжения, силы тока и длины дуги, поэтому именно они определяют основные характеристики процесса (плавление и перенос электродного металла, проплавление детали и др.). При импульсной дуговой сварке управление производят путем импульсного повышения силы тока дуги. Основные виды импульсно-дуговой сварки следующие: с непрерывным горением дуги, с принудительными короткими замыканиями дуги и с принудительными обрывами дуги. Процесс можно вести с наложением на дугу как импульсов одинаковых параметров, так и групп импульсов с различными параметрами. В последнем случае энергию отдельных импульсов подбирают так, чтобы импульсы производили независимое управление отдельными явлениями при сварке. Например, при процессе с непрерывным горением дуги первый импульс А должен интенсивно расплавлять электрод, а второй Б — сбрасывать каплю с электрода в ванну, или же первые импульсы малой длительности В должны стабилизировать горение дуги на малых значениях силы тока, а последний в группе импульс Б — сбрасывать каплю с электрода. Импульсно-дуговую сварку с непрерывным горением дуги и наложением импульсов тока применяют при сварке в аргоне и смесях аргона с углекислым газом до 18% и аргона с кислородом. Сварку с частыми принудительными короткими замыканиями широко используют при сварке проволокой диаметром 0,5—1,4 мм в С02 и смесях аргона с углекислым газом более 20—25%. При сварке тонкой проволокой принудительные короткие замыкания задают путем снижения тока дуги по определенной программе. Сварка с принудительными короткими замыканиями достигается также при механической пульсации и вибрации электрода, подаваемого к изделию вдоль его оси, что реализуется при вибродуговой наплавке. Управление процессом можно выполнить путем наложения на электрод, дугу или сварочную ванну внешних стационарных, импульсных или высокочастотных магнитных полей. При этом удается изменить характеристики дуги, перемещение дуги и капли на электроде, а также сварочной ванны на изделии. Процесс сварки можно регулировать, изменяя состав защитного газа или вводя с электродом вещества, изменяющие эффективный потенциал ионизации дугового газа или поверхностное натяжение жидкой капли, что нашло применение при сварке в смесях газов и при сварке порошковыми проволоками в защитных газах. Кроме того, процесс можно изменить воздействием струи газа, подаваемой в зону сварки с большей скоростью. В этом случае изменяются характеристики дугового разряда, перенос электродного металла, погружение дуги в ванну, кристаллизация шва и др. Механические колебания электрода или сварочной ванны дают возможность изменять характер переноса электродного металла, кристаллизацию шва и его химический состав, форму провара и т.д. Прекращение процесса сварки. Эта стадия также оказывает большое влияние на качество сварного соединения. На практике применяют три способа прекращения процесса: отключением подачи электродной проволоки; разрывом цепи и после этого отключением напряжения источника питания и подачи защитного газа; снижением напряжения и силы тока сварки для заварки кратера (оптимальный вариант). Сварочные материалы для сварки в защитных газах Аргон вырабатывают из воздуха на установках разделения воздуха (содержание Ar в воздухе 0,9325%) трех сортов - высшего, 1 и 2 (в соотв. с ГОСТ 10157-79*). Аргон – газ без цвета, запаха и вкуса, тяжелее воздуха (плотность γ = 1,784 г/л); не ядовит и не взрывоопасен. Аргон высшего сорта (чистота 99,993%) применяют для сварки активных и редких металлов и сплавов (Ti, Zr, Nb и др.), а также ответственных изделий; 1-го сорта (чистота 99,987%) - для сварки алюминиевых и магниевых сплавов; 2-го сорта (чистота 99,95%) - для сварки нержавеющих, жаропрочных, высоколегированных сплавов, чистого Аl и малоответственных конструкций. Поставляется Аr в баллонах под давлением 150 кгc/см (15 МПа). В баллон емкостью 40л (40 дм3) входит 6м3 аргона. Баллон серого цвета с надписью зеленым цветом «Аr». Гелий (легче Аr в 10 раз, воздуха - в 7,3 раз; содержится в воздухе 0,000046 %) добывают из природных газов. При сварке его расход на30-40% выше Аr . Допускаются незначительные примеси N2, Н2, О2 и влаги. Гелий – газ без цвета, запаха и вкуса, легче воздуха (плотность γ = 0,178 г/л). Выпускают по ТУ 51-689-75 2-х сортов - особой чистоты (99,995%) и высокой чистоты (99,985%). Баллон с гелием коричневый, белая надпись «Гелий». Двуокись углерода (углекислый газ) СО2 поставляют в сжиженном виде в баллонах под давлением 75 кгс/см2 (7,5 МПа). Из баллона емкостью 40л, вмещающего 25кг жид- кой двуокиси углерода, при испарении получается 12,625м3 газообразного СО. Угле-2 кислый газ слегка кисловатого запаха и вкуса, тяжелее воздуха (плотность γ = 1,98 г/л); не ядовит и не взрывоопасен. В соответствии с ГОСТ8050-85, выпускают 3-х сортов: высшего сорта - чистотой не менее 99,8% СО2, 1-го сорта - не менее 99,5% СО2, 2-го - не менее 98,0%. Баллон с СО2 черного цвета с надписью желтым цветом - «углекислота». Электроды и проволок.а Для сварки в инертных газах в качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовую проволоку d =0,5 - 3мм или кованые прутки d =7 - 8мм. Так как температура плавления вольфрама высока(3377°С), расход таких электродов при сварке незначителен (0,04 - 1,5 г на I м шва). Для сварки постоянным током прямой полярности применяют вольфрамовые электроды диаметром d=1-7,5мм c содержанием тория 1,5 -2%. Это облегчает зажигание дуги и увеличивает устойчивость ее горения. Для сварки переменным током они непригодны. Применяют также нетоксичные лантанированые (лантан) и цирконированые (цирконий) вольфрамовые электроды, имеющие лучшие технологические свойства. В качестве присадочной проволоки при сварке в инертных газах неплавящимся электродом применяют проволоку диаметром Ø1,6 - 5 мм такого же химсостава, как и свариваемый металл. При сварке плавящимся электродом применяют проволоку диаметром Ø 0,8 - 3мм для легированных сталей, 1,6 - 3мм - для Аl и его сплавов соответствующего химсоставов. При сварке в СО2 применяют проволоку с повышенным содержанием легирующих и раскисляющих элементов, диаметр не более 3мм (Св-08ГС, Св-08Г2С - для Ст3 и НЛ; Св-10ХГ2С, Св-18ХГСА – для сталей повышенной прочности). Источники питания сварочной дуги Основные требования Источник питания для сварочных работ любого вида и класса должен удовлетворять следующим ключевым характеристикам: обеспечивать легкость зажигание дуги; поддерживать стабильное горение; контролировать верхний порог тока короткого замыкания; обладать хорошей динамикой; соответствовать требованиям по электробезопасности. Под динамикой в данном случае понимается скорость восстановления напряжения от момента контакта электрода с массой (возникновения короткого замыкания) до вспыхивания дуги, то есть образования электрического пробоя воздуха. Дуга вспыхивает при напряжении около 20 В. Время от момента короткого замыкания до вспышки дуги у хорошего источника питания должно составлять не более 0,05 секунды. Чем оно меньше, тем динамика выше. Кроме того, очень важно, чтобы источник поддерживал стабильное горение дуги, то есть автоматически регулировал изменение напряжения от режима холостого хода (60-90 В) до напряжения рабочего хода (18-20 В). Эти требования предъявляются ко всем без исключения устройствам. Им должен соответствовать даже самодельный сварочный аппарат, собранный для ручной дуговой сварки из блока питания компьютера. Кстати, из последнего собрать устройство для домашнего применения не так уж сложно. Импульсный блок питания как раз и предназначен для понижения сетевого напряжения. Но варить можно будет только тонкий металл. Принципы классификация  Источники питания сварочной дуги классифицируются по многим градациям. В их числе: по предназначению — для ручной сварки, сварки под флюсом или в среде защитного газа (например, аргонодуговой); по числу сварочных постов, которые можно подключить единовременно; по способности передвигаться — мобильные и стационарные; по способу производства энергии — преобразователи или производители; по роду выходного тока; по ВАХ (вольт-амперная характеритика). Основными параметрами сварочного аппарата для сварщика являются назначение данного конкретного агрегата и сварочный ток, который он выдает. Во многих случаях ключевым требованиям является подбор нужной вольт-амперной характеристики (ВАХ). Так, например, для сварки в среде защитных газов требуются устройства с жесткой характеристикой, варящие постоянным током. Для ручной и полуавтоматической сварки под флюсом применяются аппараты переменного и постоянного тока с падающей характеристикой. Некоторые современные источники питания сварочной дуги универсальны: имеют много режимов работы, в том числе позволяют менять род сварочного тока и изменять его ВАХ. Четыре вида преобразователей Основное различие между источниками питания сварочной дуги, определяющее их технические характеристики, массу, габариты и сферу применения — это различия по принципу преобразования электротока. Существуют следующие виды источников: трансформаторы; выпрямители; преобразователи; инверторы. Особняком стоят генераторы, так называемые агрегаты. Эти машины — не вторичные, а первичные источники энергии, они не преобразуют тем или иным способом питание от городской или промышленной сети, а вырабатывают его сами. Как правило, агрегаты строятся на базе двигателя внутреннего сгорания — бензинового или дизельного. Первые — дешевле, вторые имеют большую мощность и моторесурс. Трансформатор Это самый простой тип сварочного аппарата. Основой ему служит дроссель — реактивная катушка индуктивности. Простой понижающий трансформатор понижает вольтаж сети до величины холостого хода — 60…80 В. В дальнейшем при работе поддерживается напряжение сварки в 20 В. Трансформатор варит только переменным током. Его достоинство состоит в простоте конструкции (можно изготовить своими руками, рассчитав число витков обеих намоток). Он имеет высокий КПД, сравнительно небольшой расход энергии, отличается надежностью в сочетании с ремонтопригодностью. Трансформаторный источник питания дуги бесшумно работает, относительно немного стоит. Но использование для сварки переменного тока имеет и определенные недостатки. У такого источника питания сварочной дуги большие габариты и очень большая масса. Дуга горит нестабильно, и сильно зависит от скачков питающего напряжения. Возникает необходимости в использовании специальных покрытых электродов. Перечень металлов и сплавов, которые можно варить переменным током (в основном это низкоуглеродистые стали), ограничен. Выпрямитель Как следует из названия, это устройство, выпрямляющее переменный ток, то есть преобразующее его в постоянный. Для этого используются полупроводниковые элементы на основе селена либо кремния. Выпрямители могут быть однофазные и трехфазные, стационарные или мобильные, иметь любую вольт-амперную характеристику — либо жестко заданную производителем, либо изменяемую пользователем согласно его нуждам. У выпрямителей есть много достоинств. Это бесшумная работа, высокий КПД (выше, чем у трансформаторов), широкий диапазон использования (можно варить любые металлы и сплавы). У такого источника питания малые потери на холостом ходу, сравнительно небольшие габариты и вес и малое потребление энергии. Недостатков у них немного, но, к сожалению, они довольно существенные. Выпрямители, как источники питания сварочной дуги, очень сильно нагреваются во время рабочего процесса, поэтому нуждаются в хорошей системе охлаждения, за которой надо тщательно следить. Кроме того, они очень чувствительны к скачкам напряжения, не любят пыли, которая может вывести из строя систему охлаждения, и достаточно дороги. Преобразователи Преобразователь — устройство, механическим способом превращающее переменный ток в постоянный. По сути своей это электродвигатель, который вращает вал генератора постоянного тока. Когда-то это были первые устройства, способные производить сварку постоянным током. По похожему принципу работают и генераторы, питающиеся от бензинового или дизельного мотора. Несмотря на кажущуюся нелогичность конструкции, преобразователи также имеют свои плюсы и минусы. Основное их достоинство в том, что эти аппараты нечувствительны к перепадам напряжения — ток на выходе всегда имеет стабильную характеристику. Кроме того, они могут выдавать очень большой ток — 300, 500, некоторые модели 1000 А. В некоторых видах работ, например, при сварке толстых металлических плит, это принципиально. Их недостатки заключаются в большой массе (до 500 кг), а также в необходимости регулярного ТО из-за наличия вращающихся с высокой скоростью деталей. КПД преобразователей невысок из-за трат энергии на раскрутку вала двигателя. Инверторы Инверторы — особый класс источников питания сварочной дуги. Это сварочные аппараты, которые оптимально подходят для бытовых нужд. Благодаря малым размерам и удобству в обращении они активно используются там, где нужна мобильность, а также есть ограничения по мощности, которую можно взять от сети. Большинство инверторных источников питания сварочной дуги можно включать в обычную розетку, не боясь перегруза сети. Принцип действия этих устройств заключается в инверсии — зеркальном превращении одного состояния энергии в другое. Инверторный аппарат осуществляет сварку переменным током высокой частоты, который он получает из постоянного тока, а его, в свою очередь — из промышленного переменного. Инверсия позволяет увеличить частоту тока в 1000 раз — до 50 кГц. За счет этого удалось добиться существенного снижения размеров и веса аппарата. Благодаря некоторым инверторным источникам питания сварочной дуги можно производить сварку и постоянным, и переменным током, в зависимости от режима. К их достоинствам, кроме габаритов, относится малое энергопотребление, высокий уровень безопасности, плавная регулировка выходного тока и малое разбрызгивание расплава при сварке. Список недостатков невелик. Аппарат нуждается в тщательном уходе и защите от пыли, не любит морозов, и не очень дешев в ремонте. Инвертор можно назвать оптимальным аппаратом для ручной сварки. Вспомогательное оборудование Вспомогательное сварочное оборудование для ручных работ включает в сeбя: стол с приспособлениями для крепления обрабатываемых деталей; систему местной вытяжной вентиляции для удаления вредных веществ, образующихся при проведении газопламенных работ; грузоподъемное приспособление для перемещения обрабатываемых изделий в случае газовой сварки или резки тяжелых (и громоздких) деталей; противопожарный инвентарь и оборудование. Газоразборные посты, входящие в состав рабочего поста, могут быть встроены в стол или располагаться на трубопроводах потребления газов. Рабочие столы для сварки должны быть оборудованы металлической плитой или кирпичной кладкой. Оснащение столов общим или местным вентиляционным устройством производится в зависимости от характера выполняемых работ. На каждом рабочем посту должен быть необходимый инструмент (ключи) для подключения аппаратуры к источникам питания и устранения возможных неполадок в работе горелок и резаков. Рядом со сварочным столом должно быть ведро с водой для охлаждения горелок в процессе работы. Вспомогательное сварочное оборудование для механизированных работ включает: механизм перемещения обрабатываемого изделия (лист); раскроечный стол; систему вентиляции; систему уборки (удаления) обрезей и шлаков. Столы для машинной резки обычно имеют либо неподвижные точечные, либо уставные опоры в виде полос толщиной 1,5...3 мм, поставленных на ребро. Они выдерживают большие нагрузки и обеспечивают легкое удаление шлака. Иногда столы комплектуют специальными коробами — контейнерами, устанавливаемыми в приямке. Такие столы удобно использовать для механизированной уборки обрезей и мелких отходов после резки. Существуют различные типы местных вытяжных устройств, используемых при механизированной резке. Так, устройство для отсоса пыли и газов от машины для резки листового проката имеет воздухоприемник со всасывающим отверстием 160 х 160 мм. Воздухоприемник прикреплен к порталу машины, на одной оси с резаками перемещается с помощью шарнирно-сочлененных воздуховодов вдоль раскроечной рамы. Другие типы вентиляционных систем имеют двусторонние вытяжные устройства. При движении портала машины воздухоприемник движется по воздуховоду со щелями, закрытыми прорезиненной лентой. Рис5.Механизированная линия обработки барабанов с карбидом кальция |