Сборник лабораторных работ для студентов направления 050401 Металлургия Специальности Обработка металлов давлением бакалавр
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
Лабораторная работа № 5 «Выбор режима электродуговой и электроконтактной сварки» Электродуговая сварка Цель - изучение процесса сварки, сварочного оборудования, приобретение практических навыков выполнения простейших сварочных работ, выбор параметров режимов электродуговой сварки. Процесс соединения металлических элементов, при котором в качестве сварочного источника теплоты используют электрическую дугу, называют дуговой сваркой. Сварочная дуга - мощный и весьма концентрированный источник теплоты с температурой газа в столбе дуги 6000 - 7000°С. Важно усвоить условия возбуждения и стабилизации дуги, ее электрические и тепловые свойства, способы управления ее мощностью. При сварке стремятся к минимальному напряжению на дуге. Поэтому регулирование мощности дуги производят за счет изменения силы тока с помощью сварочного источника, управляя его вольт-амперной характеристикой. Надо усвоить комплекс основных требований к источникам тока: 1)легкое зажигание дуги и безопасность работы, что достигается напряжением холостого хода не более 60 - 70 В; 2) стабильное горение дуги на заданном режиме ; 3) варьирование силой тока; 4) ограничение тока при коротком замыкании сварочной цепи (чтобы исключить повреждение источника, например, при зажигании дуги соприкосновением электродов). Для выполнения этих требований чаще всего применяют источник переменного или постоянного тока с напряжением холостого хода 60-70 В и падающей вольт-амперной характеристикой регулируемой крутизны . При ручной дуговой сварке сварщик вручную манипулирует электродом, поддерживая заданную длину дуги, производя подачу электрода в дугу по мере плавления и перемещения его вдоль заготовки. При сварке плавящимся электродом на стержни электродов наносят защитно-легирующее покрытие, которое при расплавлении образует легкий шлак, покрывающий металл шва и ванну вязкой пленкой, препятствующей окислению. Настройку автоматической сварки по заданной толщине металла .производит наладчик, определяя необходимые величины силы тока, скорости сварки и напряжения на дуге, и задает скорость подачи электродной проволоки, равную скорости ее плавления на заданном режиме. Необходимо изучить особенности технологии сварки, уяснив, что при автоматической сварке токопровод близко расположен к дуге и можно использовать, не опасаясь перегрева электрода, большие токи ( до 3000 А ), и тем самым достичь максимальной производительности. Необходимо понять, что автоматическую сварку под флюсом рационально применять для получения однотипных узлов, имеющих протяженные прямолинейные и кольцевые швы,- для листовых заготовок повышенной толщины ( более 3 мм ) из различных сталей, меди, никеля, титана, алюминия и их сплавов. Выбор параметров режимов электродуговой сварки Ручная дуговая сварка Диаметр электрода, напряжение дуги, силу сварочного тока и скорость сварки устанавливают в соответствии с формой и размерами изделия. При этом необходимо обеспечить требуемое качество сварного соединения, максимальную производительность и минимальную стоимость изготовления конструкции. Диаметр электродов выбирают из толщины стали δ
Для электродов диаметром 3-6 мм при выборе величины сварочного токе Iсв(А) пользуются формулой Iсв=k* dэл где dэл- диаметр электрода, мм ; k - коэффициент, зависящий от марки электроде и его диаметра , А/мм. Для электрода с толстым покрытием и стержнем из низкоуглеродистой стали К = 35...60 А/мм и для электродов со стержнем из высоколегированной стали К = 35...40 А/мм. Напряжение на дуге для наиболее широко применяемых электродов в среднем составляет 25 - 28 В. Скорость сварки однослойного шва определяют, если известно время сварки, из соотношения, см/ч: υсв=  где L - длина сварных швов на изделии, см; tсв- время, требуемое для сварки шва длиной L, или по уравнению υсв=  где  - коэффициент наплавки, зависящий от величины сварочного тока и диаметра электрода ; составляет 14 -16 г/ (А • ч); - сварочный ток, А; r - плотность металла, г/см3;  - площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, см2, представляющая сумму площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва. Масса наплавленного металла, г: Gн.м= *L* rРасход электродов с учетом потерь приближенно можно принимать равным 1,6 - 1,8 от массы наплавленного металла. Расход электроэнергии, идущей на сварку изделия без учета потерь холостого хода, определяют как произведение напряжения на сварочный ток и на время сварки, кВт-ч: A= υg* *tВремя сварки изделия подсчитывают, зная скорость сварки, или определяют По формуле, г tсв=  Автоматическая сварка под слоем флюса Требуемую глубину провара hустанавливают в такой последовательности: при односторонней сварке она равна толщине металла h=δ , а при сварке угловых соединений h =0,6δ . Значение сварочного тока  где dэ- диаметр электродной проволоки, мм (при автоматической сварке используют проволоку диаметром 3-6 мм, см. разд. "Ручная дуговая сварка"). i - плотность тока, выбирают в пределах 2 - 6 А/мм2 , Напряжение на дуге, В: Ug=  где - сварочный ток, А;dэ - диаметр электродной проволоки, мм. Скорость cварки υсв, м/ч: υсв= где - коэффициент наплавки, составляющий 14 - 16 г/( А*ч) ; - сварочный ток, А; - плотность металла, г/см ; - площадь поперечного сечения наплавленного металла, см2Далее определяют массу наплавленного на изделие металла. При определении расхода электродной проволоки следует учитывать потери на угар и разбрызгивание (не весь металл проволоки переходит в шов), которые составляют для сварки под флюсом от 2 до 5 % от массы наплавленного металла. Расход флюса принимают равным массе наплавленного металла. Расход электроэнергии и время сварки подсчитывают по той же методике, что и для ручного процесса . Данные расчетов заносят в таблицу. Эскиз сварного соединения приведен на рисунке.  Типы сварных соединений, применяемых при основных способах сварки плавлением и давлением. Вопросы для самоконтроля 1. Каково напряжение для возбуждения дуги при использовании стельных электродов? 2. Что необходимо сделать для зажигания дуги в межэлектродном пространстве? 3. Какова температура в центре электрической дуги? 4. Какое напряжение электрической дуги при стабильном горении при стальных электродах? 5. Какие материалы применяют для увеличения устойчивости горения дуги? 6. Что является источником питания дуги на переменном токе? 7. Какая внешняя характеристика применяется для источников питания? 8. Какое напряжение в первичной обмотке сварочного трансформатора? 9. Для чего предназначен дроссель сварочного трансформатора? 10. Какой длины бывают плавящиеся электроды? 11. Какого диаметра электроды наиболее часто используются в практике' 12. Как изменяется сила сварочного тока с увеличением толщины свариваемого материала? 13. Почему наиболее качественный сварной шов получается при короткой дуге? 14. В каких пределах изменяется напряжение электрической дуги? 15. Кто впервые использовал электрическую дугу для сварки металлов? 16. Почему при автоматической сварке под слоем флюса можно в несколько раз повышать силу тока по сравнению с ручной? Укажите тип соединения, форму разделки кромок под сварку и дайте эскиз сечения шва с указанием его размеров. Подберите диаметр электрода. По размерам шва подсчитайте массу направленного металла. Определите расход электродов с учетом потерь, расхода электроэнергии и время сварки изделия и другие режимы сварки. Данные расчетов занести в таблицу.
Электрическая контактная сварка Цель-изучение сущности процесса и основных видов контактной сварки, приобретение практических навыков выполнения простейших сварочных работ, расчет параметров контактной сварки. При изучении контактной сварки рассмотрите сущность способа и уясните цель подогрева металла джоулевой теплотой. Необходимо понять, почему теплота интенсивнее выделяется в зоне сварки, т.е. контакте между заготовками, и почему эта зона имеет наибольшее электросопротивление. Уясните, почему стыковую, точечную и роликовую сварку называют контактной и в чем различие этих процессов. Стыковую сварку применяют для соединения заготовок контактных сечений (рельсы, трубы, прутки). Их торцы нагревают, а затем сжимают для обеспечения совместной пластической деформации заготовок. Сварку ведут по двум вариантам: сопротивлением и оплавлением. Сварку «сопротивление» применяют при соединении небольших заготовок (диаметром до 100 мм ), из однородных сплавов, о обработанными и очищенными торцами и с подгонкой по площади поперечного сечения в месте сварки. Сварку оплавлением применяют при соединении более крупных заготовок различных сечений из любых металлов без предварительной обработки торцов, нагрев ведут до полного оплавления торцов. При последующем сжатии жидкий металл с окислами и другими загрязнениями выдавливается из зоны сверки, а в совместной пластической деформации участвуют нагретые слои твердого металла. Точечная и роликовая сварка предназначена для соединения листовых заготовок. Края заготовок, собранные внахлестку, сжимают электродами и нагревают проходящим электрическим током. Важно отметить, что максимальный нагрев достигается в контакте между листами заготовок, он обычно приводит к частичному расплавлению заготовок по толщине и образованию литого ядра сварной точки. Давление способствует получению плотного металла в точке. Выбор параметров режимов контактной сварки При выполнении вариантов по контактной сварке (табл.2) после изображения схемы процесса, описания его сущности следует указать источник нагрева металла в месте контакта соединяемых заготовок. Необходимо начертить и описать цикл сварки (изменение давления и сварочного тока во времени), а также область применения способов сварки. Описать подготовку заготовок под сварку и ее назначение. Установочная длина при сварке сопротивлением при стыковой сверке L=(0,5 … 0,7) Д где Д - диаметр Заготовки, мм; L - установочная длина, суммарное расстояние между электродами , мм. При сварке оплавлением установочную длину с учетом припусков на оплавление и осадку приближенно можно считать равной: L=(0,5 … 1,0)Д Значение сварочного тока Iсв=j*Fзаг где j - плотность токе, А/мм2 ; Fзаг - площадь контактной поверхности, мм2 . При точечной сварке диаметр контактной поверхности электрода определяется в зависимости от толщины свариваемых заготовок: dT=2S+3 мм; где S - толщина более тонкой заготовки, мм. Зная диаметр контактной поверхности электрода, можно определить и площадь контактной поверхности при точечной и шовной сварке Fэл=  где  - диаметр контактной поверхности электрода, мм.Усилие при осадке, Н: P=K*Fзаг где К - усилие на электродах, МН/м2; Fзаг - площадь контактной поверхности, мм2. Таблица 2 Варианты задания
Зная время сварки одной точки, определите время сварки изделия. Вопросы для самоконтроля 1. Какой вид энергии применяется для нагрева контактирующих поверхностей при контактной сварке? 2. По какому закону определяется тепло, выделяемое при пропускании электрического тока через сварочный контур? 3. Какова предельная толщина листового металла при точечной сварке внахлестку? 4. Из какого материала изготавливаются электроды при точечной и шовной сварке? 5. Для каких изделий применяют стыковую сварку сопротивлением? 6. Для каких изделий применяют стыковую сварку оплавлением? 7. Для каких изделий применяют точечную и роликовую сварку? 8. Почему максимальный нагрев при контактной сварке достигается между заготовками? 9. Что такое установочная длина при стыковой сварке сопротивлением? 10. Для чего предусмотрена дополнительная медная пластина при односторонней точечной сварке? 11. Что является недостатком стыковой сварки оплавлением? 12. Для каких металлов и сплавов применяют мягкие режимы при точечной сварке? 13. Для каких металлов и сплавов применяют жесткие режимы при точечной сварке? 14. Какова толщина свариваемых листов при роликовой сварке ? Список рекомендуемой литературы Дальский A.M. Технология конструкционных материалов. -М.: Машиностроение, 1977 - 664 с. Полухин П.И. Технология металлов и сварка. - М.: Высш. шк., 1977. - 464с. Технология конструкционных материалов/Под ред. Г.А. Прейса.-К.: Выща. шк.,1984.- 352 с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||