4d71dcae-e407-4756-b018-de2356c62d8b-Ремонт-машин-321056 2. Лабораторнопрактическая работа 4 Восстановление деталей автомобиля способом сварки
 Скачать 240.13 Kb.
|
|
Лабораторно-практическая работа №4 Восстановление деталей автомобиля способом сварки 1 Цель работы Изучение ручной электродуговой сварки, как способа восстановления автомобильных деталей. Знакомство с применяемым оборудованием и материалами. Приобретение навыков по подбору оборудования и сварочных режимов. Определение характеристик процесса сварки 2 Общие сведения Механические повреждения в автомобильных деталях возникают при воздействии на них в процессе эксплуатации нагрузок, превышающих допустимые, а также в результате усталости металла. В деталях образуются трещины, пробоины, изломы и деформации. Часто такие повреждения появляются в элементах рамы, кузовах, коленчатых валах и многих других деталях. Кроме повреждений такого характера в стальных деталях образуются и коррозионные повреждения. Сварка наиболее распространенный способ восстановления деталей в авторемонтном производстве. Этим способом восстанавливают около 40% деталей. Широкое применение сварки обусловлено простотой технологического процесса и используемого оборудования, возможностью восстановления деталей из большинства применяемых в автомобилестроении металлов и сплавов, высокой производительностью и низкой себестоимостью. Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения металлических деталей путем местного нагрева их до расплавленного или пластического состояния (сварка плавлением и трением). Сваркой устраняют трещины, пробоины, для соединения и закрепления отломанных и дополнительных деталей, для восстановления герметичности. Для восстановления деталей применяют ручные и механизированные способы сварки. К ручным видам сварки относят: газовую, ручную электродуговую и аргоно-дуговую сварки. К механизированным видам – сварку под слоем флюса, сварку в защитной среде углекислого газа и контактную сварку. Ручную электродуговую сварку в авторемонтном производстве применяют, когда применение механизированных способов нерационально, а также при сварке деталей сложной формы. При сварке расплавленный металл подвергается воздействию окружающего воздуха: окислению, насыщению азотом, водяными парами и водородом. Окислы, образующиеся на поверхности металла, затрудняют дальнейшую обработку, кроме того, металл шва становится твердым и хрупким. Во избежание негативных последствий нагрева металла, необходимо защищать расплавленный металл сварного шва. Для защиты металла применяют флюсы, которые раскисляют расплавленный металл и образуют шлаки, которые, всплывая, создают защитную оболочку. При газовой сварке флюсы применяют в виде порошка или пасты, при ручной дуговой сварке – в виде покрытий электродов. В некоторых случаях для защиты шва применяют нейтральные газы, которые подаются в зону горения дуги, создавая защитную среду. Многочисленные типы флюсов, применяемых для сварки и наплавки металлов, можно разделить на три группы: плавленые, неплавленные и керамические. Для изготовления плавленого флюса его компоненты перемешивают в необходимой пропорции, расплавляют и после затвердевания измельчают до необходимого размера. Типичным представителем этой группы являются флюсы АН-348А, ОСЦ-45. АН-60 предназначенные для сварки углеродистых и низколегированных сталей. Неплавленные флюсы обычно изготавливают простым перемешиванием исходных компонентов. Эти флюсы могут быть твердыми или жидкими веществами. Типичным неплавящимся флюсом является АФ-4А, применяемый для сварки алюминия и его сплавов. Керамические флюсы отличаются от плавленых тем, что после перемешивания компоненты не плавятся, а спекаются при температуре порядка 800 0 С и тем самым сохраняются необходимые свойства исходных веществ, тогда как при плавлении частично снижается активность флюса. Представителем керамических флюсов является флюс АНК-18. Свариваемость сталей зависит от содержания углерода (до 0,3 %). При повышении содержания углерода свариваемость ухудшается, появляется склонность к образованию трещин. Малоуглеродистые стали можно сваривать газовой сваркой без применения флюса. При сварке углеродистых сталей применяют флюс – буру (Na 2 B 4 O 7 *10H 2 O). Большинство деталей автомобилей изготавливают из среднеуглеродистых (конструкционных) и низколегированных сталей, подвергаемых термической обработке. При сварке и наплавке деталей, изготовленных из этих сталей, возникают определенные трудности, связанные с нарушением термической обработки, окислением наплавленного металла и выгоранием легирующих элементов. Эти трудности можно преодолеть при правильном выборе электродов и режимов сварки. В качестве электродного наплавочного материала применяют стальные стержни из проволоки по ГОСТ 2246-70. По назначению электроды подразделяются: У – для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм 2 ; Л – для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм 2 ; Т – для сварки легированных теплоустойчивых сталей; В – для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Подразделение электродов на типы – по ГОСТ 9467 –75, ГОСТ 10051-75 и ГОСТ 10052-75. Каждому типу электродов могут соответствовать одна или несколько марок. Электроды разделяют на марки по техническим условиям и паспортам. Покрытие электродов классифицируются по толщине: М – с тонким покрытием, С – средним покрытием, Д – с толстым покрытием, Г – с особо толстым покрытием. По видам покрытия электроды подразделяют: А – с кислым покрытием, Б – с основным покрытием, Ц – с целлюлозным покрытием, Р – с рутиловым покрытием П – с покрытием других видов. По допустимым пространственным положениям сварки электроды подразделяют: 1 – для всех положений; 2 – для всех положений, кроме вертикального сверху вниз; 3 – для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх; 4 – для нижнего и нижнего «в лодочку». Кроме этого электроды подразделяют по роду тока и полярности применяемого при сварке тока, а также по номинальному напряжению холостого хода. Структура условного обозначения электродов приведена на рисунке 1. Рисунок 1 – Условное обозначение электрода 1 – тип; 2 – марка; 3 – диаметр, мм; 4 – обозначение назначения электродов; 5 – обозначение толщины покрытия; 6 – группа электродов; 7 - группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла; 8 – обозначение вида покрытия; 9 – обозначение допустимых пространственных положений сварки; 10 – обозначение рода применяемого тока, полярности и номинального напряжения холостого тока; 11 – обозначение стандарта (ГОСТ 9466-75); 12 - обозначение стандарта на типы электродов Например, на этикетке указано следующее обозначение: Э46А – УОНИИ – 13/45 – 3,0 – УД2 ГОСТ 9166-75,ГОСТ 9467-75 Е43 2 (5) – Б10 Это означает. Электроды типа Э46А по ГОСТ 9467-75, марки УОНИИ – 13/45, диаметром 3,0 мм, для сварки углеродистых и низколегированных сталей У, с толстым покрытием Д, 2-й группы, с установленной по ГОСТ 9467-75 группой индексов 43 2(5), указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, с основным покрытием Б, для сварки во всех пространственных положениях 1, на постоянном токе обратной полярности 0. При сварке стальных деталей в авторемонтном производстве наибольшее применение получили электроды марок УОНИИ-13/45 и –13/55. Металл, наплавленный этими электродами, обладает высокой пластичностью, значительной ударной вязкостью. Как правило, в металле, наплавленном электродами УОНИИ, не образуется трещин. Сварка этими электродами производится на постоянном токе при обратной полярности. При восстановлении стальных деталей находят также применение и другие марки электродов: ОЗН-300, -350 и –400; АНО-3, -4 и –5. Диаметр всех применяемых электродов 3-5 мм. В качестве источников тока при ручной электродуговой сварке стальных автомобильных деталей применяют выпрямители (ВДГ-301, -302, 303, ВДУ- 505) или машинные преобразователи (ПСО-300, -500 и др.). 3 Технология электродуговой сварки Основными элементами режима дуговой сварки являются: род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение дуги и скорость сварки. При увеличении тока увеличивается глубина провара. Ширина шва зависит от скорости сварки: увеличение скорости уменьшает ширину шва, а уменьшение скорости – увеличивает ее. Уменьшение диаметра электрода при том же токе повышает плотность тока и уменьшает подвижность дуги, что увеличивает глубину провара и сокращает ширину шва. Соответственно при увеличении диаметра электрода глубина провара уменьшается. При зажигании и горении дуги напряжение между электродами меняется от 60-70 В на момент холостого хода до 16-30В при устойчивом горении в зависимости от длины дуги и марки электрода. На рисунке 2 приведена статическая характеристика дуги. Рисунок 2 – Характеристика горения дуги Точка А соответствует моменту зажигания дуги, точка Б – точка устойчивого горения дуги. Основными характеристиками процесса плавления электрода является количество расплавленного электродного металла g э и относительные потери ψ (коэффициент потерь) электродного металла в процессе сварки при разбрызгивании, испарении и окислении. При установившемся процессе сварки плавление электрода под действием дуги происходит равномерно по следующей приближенной зависимости: g э = α р It , (1) где α р – коэффициент расплавления, определяемый опытным путем, г/А*ч; I – сила тока, А; t – время горения дуги, ч. Коэффициент расплавления зависит от материала электродного стержня и состава обмазки, от рода и полярности тока и колеблется в пределах 8 – 14 г/А*ч. При сварке на постоянном токе он несколько повышается. Потери наплавленного металла, определенные разностью массы g э расплавленного металла электрода и массы g н металла, образующего шов, определяется коэффициентом g − g ψ = , (2 ) Величина g э , возрастающая с увеличением тока, меняется в пределах 5 – 30% для обычных электродов. Коэффициент ψ также зависит от стабильности процесса сварки и особенностей отрыва и переноса капель через дуговой промежуток. Коэффициент расплавления α р изменяется незначительно с повышением плотности тока. В процессе сварки электродами на токе большей плотности скорость плавления увеличивается за счет подогрева стержня током. Приближенно можно принять, что масса наплавленного металла на изделие g = α н It , (3) где α н - коэффициент наплавки, г/А*ч. Коэффициент наплавки α н менее постоянен, чем коэффициент расплавления α р , так как потери меняются от действия различных факторов, в результате которых увеличиваются потери на разбрызгивание и угар. Для электродов с толстым покрытием различных марок коэффициент наплавки α н изменяется в пределах 7–14 , г/А*ч. Не вся мощность дуги используется для наплавки металла, так как неизбежны потери ее на излучение, конвективный теплообмен с окружающей средой, потери вместе с испаряющимся и разбрызгиваемым металлом, унос теплоты нагретыми газами, на плавление электрода и др. Рисунок 3 – Температурные зоны дуги Эффективная мощность дуги, т.е. мощность, расходуемая на нагрев металла для образования сварочного соединения, определяется по формуле э н g э Q э = η эф Q о (4 ) где η эф - эффективный КПД процесса нагрева металла, определяемый опытным путем методом калориметрирования. Для плавящихся электродов с толстым покрытием η эф = 0,7 – 0,85. Q о - общая мощность, потребляемая для сварки, Вт. Значительное ускорение плавления металла электрода во многих случаях нежелательно, так как нарушаются нормальные соотношения между количеством расплавленного основного и электродного металла, что приводит к нарушению формирования шва и является одним из факторов, определяющих силу тока дуги для данного электрода. Металл в зоне дуги (рисунок 4) характеризуется глубиной расплавления h=2–6 мм, высотой H=2–5мм, шириной b=2–25 мм и площадью поперечного сечения. Технологически важными характеристиками являются отношения b/H и b/h. Вследствие значительного перегрева металл шва теряет марганец, углерод и кремний. Фосфор и сера в металле шва сохраняются полностью. Рисунок 4 – Параметры наплавленного валика Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются сила сварочного тока, напряжение дуги и скорость сварки. Тип электрода определяют в зависимости от химического состава свариваемого металла, согласно паспортным данным изготовителя электродов, руководствуясь каталогами на электроды. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, положения шва в пространстве и размеров детали. По принятому диаметру электрода и положению шва в пространстве подбирают сварочный ток. .Для электродов диаметром 3–6 мм сила сварочного тока может быть определена по эмпирической формуле I=(20+6d)*d (5) где d – диаметр электрода, мм. При сварке стальных деталей дугу необходимо поддерживать, возможно, короткой. О длине дуги можно судить по звуку, издаваемому ею при горении. Дуга нормальной длины издает менее громкий равномерный звук, слишком длинная дуга – наоборот. Режим сварки зависит от толщины свариваемого металла. Чем выше квалификация сварщика, тем большую силу тока он может применять, не снижая качества сварного шва. Ручную электродуговую сварку ведут как на постоянном, так и на переменном токе, применяя электроды различных типов. Присадочным материалом и стержнями для электродов служит сварочная проволока марок Св-0,8, Св-0,8А, Св-0,8Г и т.д. Для изготовления электродов применяют проволоку диаметром 1,6, 2, 2,5, 3, 4, 5, 6, 8. Проволоку применяемую для наплавки обозначают буквами «Нп». Кроме тянутой проволоки, для сварки и наплавки используют порошковую проволоку, представляющую собой стальную трубку, заполненную порошкообразной шихтой, состоящей из металлического и флюсующего компонентов. Порошковые проволоки обозначают буквами «ПП». Режимы сварки стальных деталей приведены в таблице 1. Таблица 2 - Режимы ручной электродуговой сварки 4 Оборудование и материалы Для выполнения работы используется источник питания ТИР-300ДМ-1. Источник питания ТИР-300ДМ предназначен для сварки изделий плавящимся и неплавящимся электродом на переменном и постоянном токе прямой полярности, для аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом изделий из алюминия и его сплавов на переменном токе прямоугольной формы и для ручной сварки электродами с покрытием на постоянном или переменном токе. Все виды сварки могут выполняться как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Источник питания предназначен для работы: 1. В помещении или на открытом воздухе (под навесом) с температурой окружающего воздуха от –20 0 С до +30 0 С. 2. При относительной влажности окружающей среды при t +20 0 C не более 90%, а при t +30 0 С не более 50%. 3. На высоте над уровнем моря до 1000м. 4. Во взрывоопасной среде, не содержащей агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию. 5. При ударных сотрясениях и вибрациях, не превышающих промышленных норм. Основные технические данные и характеристики 1.Напряжение питающей сети, В 380 2.Частота питающей сети, Гц 50 3.Мощность, кВт 18 Сила сварочного тока, А 2-3 3 90-130 5-8 4-5 150-200 3-5 3-4 100-160 8 и более 5-6 180-270 Толщина стали, мм Диаметр электрода, мм Сила сварочного тока, А Толщина стали, мм Диаметр электрода, мм 10 4.Номинальный ток сварки, А 300 5.Напряжение холостого хода, не более, В 80 6.Пределы регулирования тока сварки, А: 1-ая ступень 10-130 2-ая ступень 40-300 7.Параметры импульсного режима, с 0,5; 0.6; 0.7; 0.8; 1.0; 1.2; 1.4; 1.7; 2.0; 2.5; 3.0. 8.Величина тока паузы, А: 1-ая ступень 25 2-ая ступень 50 9.Коэффициент полезного действия 0,75 10.Масса, кг 510 5 Порядок проведения работы 5.1 В зависимости от толщины металла определить силу сварочного тока и выбрать диаметр электрода. Силу сварочного тока установить потенциометром, расположенным па передней панели аппарата. 5.2 Установить необходимый род тока (переменный или постоянный), полярность и диапазон изменения силы тока. Для этого открыть переднюю панель аппарата и перевести шины в нужное положение. 5.3 Заправить электрод в электрододержатель, а массовый кабель соединить со свариваемой деталью. 5.4 Включить источник питания. Перед включением источника тока необходимо убедиться в исправности оборудования, проследить, чтобы сварочные кабели не были замкнуты между собой, концы кабелей должны находиться в подвешенном состоянии, крышка передней панели источника должна быть закрыта, источник питания должен быть заземлен медным кабелем. Для запуска аппарата необходимо нажать кнопку «Пуск» на передней панели аппарата, при этом запускается вентилятор охлаждения трансформаторов – аппарат готов к работе. 5.5 Выполнить сварку деталей (по заданию учебного мастера). 5.6 После остывания свариваемых деталей удалить шлаковую корку и произвести визуальную оценку сварочного шва. 5.7 Определить основные характеристики процесса сварки: - количество наплавленного металла, g н - коэффициент расплавления α р , - коэффициент наплавки α н , - коэффициент потерь ψ, - эффективную мощность дуги Q э - ширину наплавленного валика, мм - высоту наплавленного валика, мм Количество расплавленного металла g э определит расчетным методом, приняв плотность стержня электрода γ = 7,8 г/см 3 .Значение силы тока I снять по показанию амперметра. Время расплавления электрода установить по секундомеру. Длину расходованного для наплавки стержня электрода определит металлической линейкой с точностью ±1 мм. Для определения коэфициента расплавления воспользоваться формулой (1). Количество наплавленного металла определить методом взвешивания наплавляемого образца до, и после проведения сварки, после удаления шлаковой корки. Эффективную мощность дуги определить по формуле 4, приняв η эф = 0,7для значений сварочного тока до 200А , 0,75 для интервала 200 - 300А и 0,8 свыше 400А. Ширину и высоту наплавленного валика измерить штангенциркулем с точностью ± 0,1 мм. Результаты измерений и расчетов занести в отчет, оформляемый в виде протокола (Приложение А). 6 Техника безопасности при проведении сварочных работ Рабочий пост сварщика должен быть оборудован местной вытяжной вентиляцией для отсоса вредных паров, газов и т.д. Для предохранения глаз и лица сварщика от вредного воздействия дуги необходимо использовать щитки или маски со специальными светофильтрами в зависимости от силы сварочного тока. В целях исключения попадания под напряжение при замене электродов сварщик обязан быть в сухих брезентовых рукавицах, которые одновременно защищают его руки от расплавленного металла и лучистой энергии дуги. Перед началом работ сварщик обязан надеть специальную одежду - брезентовый костюм, ботинки и головной убор. 7 Содержание отчета Отчет о лабораторной работе должен содержать краткий конспект с основными теоретическими положениями. После заполнения таблиц необходимо записать выводы по работе, ответив на контрольные вопросы. 8 Контрольные вопросы 8.1 Сущность процесса электродуговой сварки 8.2 Характеристика сварочных электродов 8.3 Оборудование, используемое для ручной электродуговой сварки 8.4 Технологические параметры, определяющие качество сварки 8.5 По каким характеристикам осуществляется подбор сварочных электродов? |