сварка. Дуговые способы сварки сущность, схемы, оборудование. Титульный лист Теплоухов Олег Юрьевич

• Название: Титульный лист Теплоухов Олег Юрьевич
• Анкор: сварка
• Дата: 26.09.2022
• Размер: 70.6 Kb.
• Имя файла: Дуговые способы сварки сущность, схемы, оборудование .docx
• Тип: Реферат; #697268

Титульный лист

Теплоухов Олег Юрьевич,

кандидат наук, доцент кафедры технологии машиностроения

Содержание

Введение 3

1.Общие сведения о сварочной дуге 4

2.Виды сварочных дуг 6

3.Техника ручной дуговой сварки 7

3.1 Подготовка металла под сварку 8

3.2Техника выполнения швов 8

3.3Выбор режима ручной дуговой сварки 10

4.Анализ перспективных направлений развития технологического процесса 11

Заключение 14

Список источников 15

Введение

Развитие многих отраслей промышленности во многом зависит от успехов сварочной науки и техники. В настоящее время около 70 % всех сварочных работ выполняют методами плавления, среди которых наибольшее распространение получила электродуговая сварка, которая используется при производстве автомобильного, железнодорожного, морского и речного транспорта и при производстве трубопроводов. Электродуговая сварка позволяет сваривать почти все конструкционные стали, серый и ковкий чугуны, медь, алюминий, никель, титан и их сплавы.

Электродуговая сварка – достаточно популярная совокупность процессов сварочной технологии. Источник теплоты – электрическая дуга, которая соединяет сварочный электрод со свариваемой деталью. Сила сопротивления дуги больше, чем сварочного электрода и проводов. Исходя из этого, большая часть тепловой энергии тока выделяется непосредственно в плазму электрической дуги. В истории создания электродуговой сварки стояли многие русские ученые. Впервые явление дугового разряда было открыто в 1802 г. российским академиком В. В. Петровым.

Цель проекта – провести анализ схем и технологического процесса дуговых способов сварки и на этой основе разработать перспективные направления развития технологического процесса.

Задачами исследования стали следующие:

- определить сущность и технологию дуговой сварки, ее виды;

- выделить направления для развития технологического процесса.

Объектом исследования является дуговая сварка.

Предметом исследования являются схемы и оборудование дуговой сварки.

Методами исследования выступают анализ литературы, сравнение, синтез.

1. Общие сведения о сварочной дуге

Сварочной дугой называется устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров материалов, используемых при сварке. Сварочная дуга характеризуется большой плотностью тока и высокой температурой.

Для образования и поддержания горения дуги необходимо иметь в промежутке между электродами электрически заряженные частицы — электроны, а также положительные и отрицательные ионы. Процесс образования ионов и электронов называется ионизацией, а газ, содержащий электроны и ионы, ионизированным. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения.



Рис. 1.Схема сварочной дуги и падения напряжений в ней¹

Ионизированный газ концентрируется в объеме около 1см³. Но и в этом небольшом пространстве различают три области (рис. 1). Две из них — катодная и анодная — пограничные между электродами и ионизированным газом. В этих областях наблюдается значительное падение напряжения, вызванное образованием около электродов пространственных зарядов (скоплением заряженных частиц). На поверхности анода и катода образуются электродные пятна, через которые проходит сварочный ток. Электродные пятна выделяются яркостью свечения.

Третью область, расположенную между катодной и анодной областями, — называют столбом дут.

Общая длина сварочной дуги L_A равна сумме длин всех трех областей:
L_A = L_a + L₀ + L_K,
где:

L_K — длина катодной области;

L₀ — длина столба дуги;

L_a — длина анодной области.

Длина дуги редко превышает 10-15мм².

Температура в столбе сварочной дуги достигает 5000—12 000°С и зависит от плотности тока, состава газовой среды дуги, материала и диаметра электрода.

2. Виды сварочных дуг

В зависимости от числа электродов и способов включения электродов и свариваемой детали в электрическую цепь различают следующие виды сварочных дуг (рис. 2):

- прямого действия,когда дуга горит между электродом и изделием;

- косвенного действия,когда дуга горит между двумя электродами, а свариваемое изделие не включено в электрическую цепь;

- трехфазную дугу,возбуждаемую между двумя электродами, а также между электродом и основным металлом.

По роду тока различают дуги, питаемые переменным и постоянным током. При применении постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности. При прямой полярностиэлектрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, а изделие — к положительному полюсу и служит анодом. При обратной полярности электрод подключается к положительному полюсу и служит анодом, а изделие — к отрицательному и служит катодом³.



Рис. 2. Виды сварочных дуг: а - прямого действия; б - косвенного; в – комбинированного
В зависимости от материала электрода различают дуги между неплавящимися электродами (угольными или вольфрамовыми) и плавящимися металлическими электродами.

3. Техника ручной дуговой сварки

Сущность способа представлена на рис. 3.



Рис. 3. Схема процесса ручной дуговой сварки металлическим электродом с покрытием (стрелкой указано направление сварки)⁴

При ручной дуговой сварке (рис. 3) подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производятся вручную. Для обеспечений заданного состава и свойств шва сварку выполняют покрытыми электродами, к которым предъявляют специальные требования. Дуга горит между стержнем электрода 1и основным металлом 5. Под действием теплоты дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическую сварочную ванну 5. Капли жидкого металла 4 с расплавляемого электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 2, образуя газовую защиту 3 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла.

Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги металл сварочной ванны затвердевает и образуется сварной шов 6. Жидкий шлак, остывая, образует на поверхности шва твердую шлаковую корку 7, которую затем удаляют.

3.1 Подготовка металла под сварку

Подготовка металла под сварку заключается в правке, разметке, резке, обработке кромок, гибке и очистке металла, а также сборке деталей. Правка производится для устранения деформаций прокатных материалов. Листовой и сортовой металл правят в холодном состоянии на листоправильных вальцах и прессах. Сильно деформированный металл правят в горячем состоянии.

Разметка выполняется с целью нанесения размеров детали на металл. Разметка может быть выполнена индивидуально, по шаблонам, а также оптическим и машинным методами. Индивидуальная разметка — очень трудоемкий процесс. Шаблоны обычно изготовляют из алюминиевого листа. Для разметки используют инструменты: линейку, угольник, рулетку и чертилку⁵.

Оптическим называют метод разметки по чертежу, проектируемому на размечаемую поверхность металла. Разметочно-маркировочные машины с пневмокерном выполняют разметку со скоростью до 8—10 м/мин при погрешности ± 1 мм. В этих машинах применяют программное управление.

Сборка деталей под сварку выполняется с целью установления взаимного пространственного положения элементов сварной конструкции.

2. 
   Техника выполнения швов
   

Длина дуги. В процессе сварки необходимо поддерживать дугу определенной длины, которая зависит от марки и диаметра электрода. Длина дуги оказывает существенное влияние на качество сварного шва и его геометрическую форму. Увеличение длины дуги снижает ее устойчивое горение, уменьшает глубину проплавления основного металла, повышает разбрызгивание электродного металла и усиливает вредное влияние окружающей атмосферы на расплавленный металл. Ориентировочно длина дуги должна составлять 0,5— 1 диаметра электрода. Умение поддерживать дугу постоянной длины характеризует квалификацию сварщика⁶.

Сварку можно вести слева направо, справа налево, от себя и к себе. Независимо от направления сварки электрод должен быть наклонен к оси шва так, чтобы основной металл проплавлялся на наибольшую глубину и правильно формировался шов. Для получения плотного и гладкого шва при сварке в нижнем положении на горизонтальной плоскости угол наклона электрода должен быть примерно 15° от вертикали в сторону ведения шва - углом назад.

Движения электрода. В процессе сварки электроду сообщается движение в трех направлениях. Первое движение — поступательное, направлено по оси электрода. Этим движением поддерживается постоянная длина дуги в зависимости от скорости плавления электрода.



Рис. 3. Направление сварки: а - слева направо; б - справа налево; в - от себя; г - к себе⁷

Третье движение — перемещение электрода поперек шва для получения требуемых шва и глубины проплавления.



Рис. 4. Основные виды траекторий поперечных движений конца электрода при слабом (а, б), усиленном (в — ж) прогреве свариваемых кромок, усиленном прогреве одной кромки (з, и), прогреве корня шва (к)

Поперечные колебательные движения конца электрода (рис. 4) определяются формой разделки, размерами и положением шва, свойствами свариваемого материала, навыком сварщика. Ширина швов, получаемых с поперечными колебаниями, обычно составляет 1,5—5 диаметров электрода.

2. 
   Выбор режима ручной дуговой сварки
   

Под режимом сварки понимают группу контролируемых параметров, определяющих ее условия. Параметры режима сварки подразделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам режима ручной сварки относят величину, род и полярность тока, напряжение на дуге, скорость сварки и диаметр электрода. Род и полярность тока также влияют на форму и размеры шва. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара на 40—50% больше, чем постоянным током прямой полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на аноде и катоде. При сварке переменным током глубина провара на 15—20% меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности⁸.

4. Анализ перспективных направлений развития технологического процесса

Реалии конкурентной борьбы постоянно ставят перед промышленностью все новые и новые задачи, выдвигают все новые и новые требования. То, что вчера называлось передовым, сегодня стало современным, а завтра уже устареет. Это относится и к сварочному оборудованию, поэтому сварщикам нужно следить за его развитием, осваивать передовые технологии. Это обуславливает актуальность анализа перспективных методов сварки⁹.

Перспективность метода - это наличие в нем потенциала для дальнейшего развития, после которого этот метод станет лучшим среди других по ряду критериев.

Сварка взрывом относится к разновидности сварки давлением и является одним из перспективных способов получения композиционных материалов различного назначения. Неподвижную пластину и метаемую пластину располагают на заданном расстоянии. На метаемую пластину укладывают заряд взрывчатого вещества с детонатором. Сварка производится на опоре (металлическая плита, бетон, песок и т.д.). При инициировании по заряду взрывчатого вещества распространяется фронт детонации. Под действием высокого давления расширяющихся продуктов взрыва метаемая пластина приобретает скорость порядка нескольких сотен метров в секунду и соударяется с неподвижной пластиной, в результате чего образуется сварное соединение.

Разработаны технологии сварки взрывом изделий плоской и цилиндрической геометрии, а также сварки целых конструкций. Высокопроизводительный и экономичный процесс сварки взрывом позволяет получать соединения практически любых разнородных металлов и сплавов с прочностью на уровне прочности основных металлов. Так, получение крупногабаритных заготовок биметаллов титан-сталь, алюминий сталь, цирконий-сталь, и многих других возможно только с помощью сварки взрывом.

Сварка взрывом - уникальный метод, позволяющий получить зону сплошного соединения по поверхностям двух и более металлов или сплавов площадью до десятков квадратных метров. При этом наносимый слой может иметь толщину от 0,1 мм до 30 мм, а толщина металла- основы не ограничена.

Методом сварки взрывом можно получать разнообразные биметаллические, многослойные и композиционные материалы с улучшенными прочностными, коррозионно-стойкими, жаропрочными и другими свойствами для нужд химического машиностроения, нефтегазовой, алюминиевой, электротехнической и других отраслей промышленности. Номенклатура материалов, сваренных взрывом, достаточно велика и постоянно расширяется. Из вышеприведенного следует, что сварка взрывом прочно занимает свою нишу, но для других, наиболее распространенных и востребованных областей не перспективна.

Сварка трением - это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия¹⁰.

Сварка трением является разновидностью сварки давлением, при которой механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в тепловую; при этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения¹¹.

Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой или вставки между деталями, при возвратно-поступательном движении деталей в плоскости стыка с относительно малыми амплитудами Д и при звуковой частоте Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением Р. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения.

В зоне стыка при сварке протекают следующие процессы. По мере увеличения частоты вращения свариваемых заготовок при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых пленок, присутствующих на них в исходном состоянии. Граничное трение уступает место сухому. В контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков с ненасыщенными связями поверхностных атомов, между которыми мгновенно формируются металлические связи и немедленно разрушаются вследствие относительного движения поверхностей. Этот процесс происходит непрерывно и сопровождается увеличением фактической площади контакта и быстрым повышением температуры в стыке.

При этом снижается сопротивление металла деформации, и трение распространяется на всю поверхность контакта. В зоне стыка появляется тонкий слой пластифицированного металла, выполняющего роль смазочного материала, и трение из сухого становится граничным¹².

Под действием сжимающего усилия происходит вытеснение металла из стыка и сближение свариваемых поверхностей (осадка). Контактные поверхности оказываются подготовленными к образованию сварного соединения: металл в зоне стыка обладает низким сопротивлением высокотемпературной деформации, оксидные пленки утонены, частично разрушены и удалены в грат, соединяемые поверхности активированы. После торможения, когда частота вращения приближается к нулю, наблюдается некоторое понижение температуры металла в стыке за счет теплоотвода.

Заключение

Задачей сварочной операции является получение механически неразъемных соединений, подобных по свойствам свариваемому материалу. Это может быть достигнуто, когда по своей природе сварное соединение будет максимально приближаться к свариваемому металлу.

Свойства твёрдых тел, в том числе и механические (прочность, упругость, пластичность и др.), определяются их внутренними энергетическими связями, т.е. связями межмолекулярного, межатомного и ионного взаимодействия.

В зависимости от материала сварной конструкции, её габаритов, толщины свариваемого металла и других особенностей свариваемого изделия предпочтительное применение находят определённые разновидности электрической дуговой сварки. Так, при изготовлении конструкций из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей наибольшее применение находят как ручная дуговая сварка качественными электродами с толстым покрытием, так и автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом, а так же сварка в углекислом газе; при сварке конструкций из высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов на их основе предпочтительное использование находит аргонно-дуговая сварка, хотя при определённых условиях применяются и некоторые другие разновидности электрической дуговой сварки.

Список источников

1. 
   Виноградов В.С. Оборудование и технология дуговой автоматической и механизированной сварки / В.С. Виноградов. М.: Академия, 2017. 319 c.
   
2. 
   Горбач В.Д. Автоматическая дуговая сварка с ЧПУ судовых конструкций / В.Д. Горбач, В.С. Головченко. М.: Судостроение, 2020. 344 c.
   
3. 
   ГОСТ. Сварка, пайка и термическая резка металлов. Сборник гостов. Часть 1. М.: Стандартов, 2018. 288 c.
   
4. 
   Люшинский А.В. Диффузионная сварка разнородных материалов / А.В. Люшинский. - М.: Академия, 2019. 208 c.
   
5. 
   Моисеенко В.П. Материалы и их поведение при сварке / В.П. Моисеенко. М.: Феникс, 2016. 304 c.
   
6. 
   Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на ручную дуговую сварку. М.: Экономика, 2015. 143 c.
   
7. 
   Овчинников В.В. Оборудование, техника и технология сварки и резки металлов / В.В. Овчинников. - М.: КноРус, 2020. 649 c.
   
8. 
   Организация производства на промышленных предприятиях. Учебник. / Под ред. И.Н. Иванова. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2020.
   
9. 
   Планирование и организация машиностроительного производства. Учебное пособ. Н.С.Сачко-2 изд.-М.:НИЦ ИНФРА-М, 2020.
   
10. 
    Руссо В.Л. Дуговая сварка в инертных газах / В.Л. Руссо. М.: Судостроение, 2017. 120 c.
    

1^ Горбач В.Д. Автоматическая дуговая сварка с ЧПУ судовых конструкций / В.Д. Горбач, В.С. Головченко. М.: Судостроение, 2020. С.22.

2^ Люшинский А.В. Диффузионная сварка разнородных материалов / А.В. Люшинский. - М.: Академия, 2019. С.77.

3^ Виноградов В.С. Оборудование и технология дуговой автоматической и механизированной сварки / В.С. Виноградов. М.: Академия, 2017. С.129.

4^ Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на ручную дуговую сварку. М.: Экономика, 2015. С.14.

5^ Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на ручную дуговую сварку. М.: Экономика, 2015. С.52.

6^ Руссо В.Л. Дуговая сварка в инертных газах / В.Л. Руссо. М.: Судостроение, 2017. С.93.

7^ Планирование и организация машиностроительного производства. Учебное пособ. Н.С.Сачко-2 изд.-М.:НИЦ ИНФРА-М, 2020. С.76.

8^ Моисеенко В.П. Материалы и их поведение при сварке / В.П. Моисеенко. М.: Феникс, 2016. С.66.

9^ Организация производства на промышленных предприятиях. Учебник. / Под ред. И.Н. Иванова. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2020. С.67.

10^ Организация производства на промышленных предприятиях. Учебник. / Под ред. И.Н. Иванова. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2020. С.227.

11^ Люшинский А.В. Диффузионная сварка разнородных материалов / А.В. Люшинский. - М.: Академия, 2019. С.77.

12^ Виноградов В.С. Оборудование и технология дуговой автоматической и механизированной сварки / В.С. Виноградов. М.: Академия, 2017. С.80.