Ручне електродугове зварювання металів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторна робота № З

Ручне електродугове зварювання металів

Мета роботи: ознайомитися з основними відомостями про ручне електродугове зварювання металів плавким електродом, вибрати режим зварювання, отримати зварне з'єднання та перевірити його якість.

Обладнання, інструменти та матеріали: спецодяг зварювальника; джерело зварювального струму з провідниками та електродотримачем; електроди для ручного дугового зварювання сталі (марки АНО-4 або МР-3, См-11, УОНИ 13/45); пластини 200х150х(4...10)мм з маловуглецевої сталі; ковальські кліщі, стальна щітка, зубило та молоток; лупа 10-разового збільшення.

Теоретичні відомості

За допомогою різних методів зварювання виготовляють каркаси будинків і мости, морські та річкові судна, залізничні вагони і автомобілі, резервуари для збереження нафти і трубопроводи та інші конструкції. Надзвичайно широко зварювання використовується при різноманітних ремонтних роботах.

1. Сутність способів дугового зварювання

Одержання нероз'ємного з'єднання шляхом місцевого нагрівання або тиску називається зварюванням. Історично першим є ковальське (горнове) зварювання. Воно здійснюється стисканням між собою двох і и грітих металевих заготовок ковальським молотом.

Електродугове зварювання - технологічний процес отримання нероз'ємних з'єднань, при якому нагрівання та плавлення металу здійснюється дуговим розрядом, що виникає між зварювальним електродом і виробом, що зварюється.

Енергію, необхідну для виникнення та підтримання дугового розряду, отримують від джерел живлення постійного і змінного струму. При використанні постійного струму розрізняють зварювання на прямій та зворотній полярності. При зварюванні на прямій полярності зварювальний електрод приєднується до клеми «мінус» і служить катодом, а виріб - до клеми «плюс»; при зварюванні на зворотній полярності зварювальний електрод приєднується до клеми «плюс» і служить анодом , а виріб-до клеми «мінус».

Джерелом теплоти при дуговому зварюванні є електрична дуга, що горить між двома електродами, при цьому часто один електрод являє собою заготовку, що зварюється - така дуга називається дугою прямої дії. Якщо дуга горить між двома електродами, жоден з яких не є заготовкою - то така дуга називається непрямою опосередкованою, і при такому зварюванні виріб не приєднується до електричного ланцюга.

В залежності від матеріалу та кількості електродів, а також способу ввімкнення електродів і заготовки в ланцюг електричного струму, розрізняють наступні схеми дугового зварювання (рис. 4.31):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схеми електричного дугового зварювання

1. Зварювання неплавким електродом / (вугільним або вольфрамовим) дугою прямої дії 2 (рис. 4.31, а), при якій з'єднання виконується шляхом розплавлення основного металу З або основного та допоміжного, так званого присадного., металу 4.

2. Зварювання плавким (металевим) електродом І дугою прямої дії 2 (рис. 1 б) з одночасним розплавленням основного металу 3 і електрода, що поповнює зварювальну ванну рідким металом. Цим способом виконується близько 99 % усіх зварювальних робіт, із них до 80 % -при змінному струмі.

3. Зварювання непрямою дугою 5 (рис. 1, в), що горить між двома електродами 7, як правило, неплавкими. При цьому основний метал 3 нагрівається і розплавляється теплотою стовпа дуги.

4. Зварювання трифазною дугою б (рис. 4.31, г), при якому дуга горить як між електродами 1, так і між кожним електродом та основним металом 3.

2. Електрична дуга та її властивості

Дуга -- потужний стабільний електричний розряд в іонізованій атмосфері газів і парів металу. Іонізація дугового проміжку відбувається під час запалювання дуги та безперервно підтримується в процесі її горіння. Процес запалювання дуги в більшості випадків складається з трьох етапів (рис. 4.32):

а) короткого замикання електрода на заготовку;

б) відрив електрода від заготовки на відстань 3.. .6 мм;

в) утворення стійкого дугового розряду.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Схема процесу запалювання дуги при прямій полярності

Коротке замикання (рис. 2, а) виконується для розігрівання торця електрода 1 і заготовки 2 в зоні контакту. Після відведення електрода (рис. 2, б) з його розігрітого торця (катода) під дією електричного поля починається емісія електронів 3. Зіткнення електронів, які швидко рухаються у напрямку анода, з молекулами газів і парів металу призводить до появи іонів 4. В наслідок цього дуговий проміжок стає електропровідним і через нього проходить електричний розряд. Процес запалювання дуги закінчується утворенням стійкого дугового розряду (рис. 4.32, в). Можливе запалювання дуги без короткого замикання та відриву електрода - за допомогою високочастотного електричного розряду через дуговий проміжок, що забезпечує його первинну іонізацію. Для цього в зварювальний ланцюг на короткий час підключається джерело високочастотного змінного струму високої напруги (осцилятор). Цей спосіб застосовують для запалювання дуги при зварюванні неплавким електродом.

Електрична дуга - це концентроване джерело теплоти з високою температурою. Температура стовпа дуги 6 сягає 6000...7000° С, а температура катодної 5 і анодної 7 плям (рис. 4.32, в) сталевих електродів відповідно 2400° С та 2600° С.

Повна теплова потужність дуги (Дж/с) може бути обчислена за формулою:

Q=KIзв.*U0

де K - коефіцієнт несинусоїдальності напруги та струму. (Для постійного струму він дорівнює 1,0; для змінного - 0,7...0,97); зварювальний струм, A; U0 - напруга дуги, B.

Частка потужності дуги, що витрачається на нагрівання заготовок, називається ефективною тепловою потужністю зварювальної дуги, Дж/с:

q = Q

де - к. к. д. дуги, що визначається, як відношення ефективної потужності до повної.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3 Схема утворення зварного шва(наплавленого валика)

Величина залежить від способу зварювання, виду та складу зварювальних матеріалів. Середнє значення для ручного дугового зварювання - 0,8.

Після утворення сталої дуги основний метал розплавляється і в зоні зварювання утворюється так звана зварювальна ванна 3 (рис. 3).

В цю ванну зі швидкістю до 40 м/с безперервним потоком поступають краплини 4 металу електрода. Під тиском газів дуги утворюється заглиблення, що називається кратером. За глибиною кратера судять про глибину проварювання. Розплавлений метал після затвердіння утворює наплавлений валик (зварний шов) 1, з властивістю вилитого металу. Безпосередньо до нього прилягає перехідна зона 2, що називається зоною термічного впливу або навколошовною зоною. В цій зоні внаслідок значного нагрівання та швидкого охолодження відбуваються явища відпуску, нормалізації або гартування.

3.Зварювальні випрямлячі

Зварювальні випрямлячі складаються з трифазного понижувального трансформатора, блока селенових або кремнієвих випрямлячів і дроселя. Випрямлячі мають трифазну мостову схему, що забезпечує практично постійність випрямленої напруги. Дросель служить для отримання падаючої характеристики. У порівнянні з генераторами постійного струму випрямлячі мають високі динамічні характеристики через меншу електромагнітну інерцію. Вони забезпечують високу стабільність горіння дуги, особливо, на малих струмах. Внаслідок відсутності рухомих деталей випрямлячі прості та надійні в експлуатації.

4. Електроди для ручного зварювання

Електроди для ручного дугового зварювання і наплавлення поділяються за здатністю плавитися - на плавкі та неплавкі, а також за типом обмазки, за призначенням тощо. Найчастіше для ручного зварювання використовують плавкі електроди з покриттям.

Неплавкі електроди виготовляють з вольфрамових стрижнів, а також з електротехнічного вугілля або графіту. Вольфрамові електроди одержують методами порошкової металургії. Для більшої стійкості проти оплавлення торців їх легують, додаючи у порошок вольфраму перед пресуванням 1,1...1,4% окису лантану або 1,5...3,5 % окису ітрію. Вугільні та графітові електроди виготовляють у вигляді стрижнів діаметром 6.

15 мм і довжиною 250 і 500мм. Для підвищення стійкості їх. поверхню покривають тонким шаром міді.

Плавкі електроди для ручного зварювання виготовляють зі стрижнів зварювального дроту зі спеціальним покриттям (обмазкою).

Використовуються такі види зварювального дроту для електродів:

- сталевий зварювальний дріт (всього 76 марок) із маловуглецевих (6 марок), легованих (30 марок) і високолегованих (40 марок) сталей. Діаметр дроту від 0,3 до 12,0 мм, але для виготовлення електродів для ручного зварювання використовують найчастіше дріт діаметром від 1,5 до б мм;

дріт зварювальний з алюмінію та алюмінієвих сплавів;

дріт зварювальний з міді та мідних сплавів;

прутки чавунні.

До складу обмазки входять такі складові (за призначенням):

шлакоутворювачі (титановий концентрат, мармур, крейда, марганцеві руди тощо);

газоутворювачі (крохмаль, деревинне борошно, харчове борошно, целюлоза);

-розкислювачі (феромарганець, феросиліцій, алюміній);

-легуючі компоненти (хром, нікель, молібден, титан тощо); стабілізуючі компоненти (окиси калію та натрію, карбонат кальцію);

- з'єднувальні або компоненти, що клеять (рідке скло, декстрин). Електроди для ручного дугового зварювання підрозділяються на:

покриті металеві для ручного дугового зварювання сталей і наплавлення;

покриті металеві для ручного дугового зварювання конструкційних і теплостійких сталей;

покриті металеві для ручного дугового зварювання високолегованих сталей з особливими властивостями;

покриті металеві для ручного дугового наплавлення поверхневих шарів з особливими властивостями.

Загальні вимоги для всіх типів електродів: забезпечення стійкого горіння дуги; добре формування шва; отримання металу шва певного хімічного складу та властивостей; легка відокремлюваність шлакової кірки від поверхні шва та ін.

В основу класифікації електродів для зварювання вуглецевих і легованих сталей покладені механічні властивості зварного з'єднання або наплавленого металу в позначенні типу електрода після літери Е (у російськомовному позначенні - 3) стоять цифри, що позначають нижнє значення межі міцності. Літера А (наприклад, Е42А чи 342А), означає підвищені пластичні властивості наплавленого металу і зварного з'єднання.

Електроди Е38, Е42, Е46, Е50 та Е55 призначені для зварювання низьковуглецевих та середньовуглецевих сталей - Ст. З, Сталь 08кп, Сталь 20, Сталь 25Л, Сталь 45.

Електроди Е60, Е70, Е85 призначені для зварювання середньовуглецевих і низьколегованих сталей - Сталь 45, Сталь 40Х, Сталь 30ХГСА.

Електроди Е100, Е125, Е150 призначені для зварювання відповідальних конструкцій із середньовуглецевих і низьколегованих сталей - Сталь 18ХГТ, Сталь 30ХГСА.

Одному і тому ж типу електрода може відповідати декілька марок електродів з різним покриттям, що надає зварювальному шву ті чи інші технологічні властивості.

Тому, крім типу, в паспорт електрода заноситься ще й його марка, яка дається організацією-розробником і підприємством-виробником.

Наприклад, АНО-7 350А-5,0Ф ГОСТ 9467-70 розшифровується таким чином: АНО-7 - марка електрода, розробленого Інститутом електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України; 350А-5,0 - тип електрода (З - електрод для ручного дугового зварювання, 50 - мінімально гарантований часовий опір металу шва в кг/мм2, А - гарантоване отримання підвищених пластичних властивостей шва); 5,0 - діаметр електродного стрижня, мм; Ф - фтористо-кальцієве покриття; ГОСТ 9467-70 - номер стандарту на даний електрод.

В табл. 1 наведено механічні властивості і призначення електродів, які застосовуються для ручного зварювання маловуглецевих та низьколегованих сталей.

дуговий зварювання електрод шов

Типи електродів і механічні властивості

Таблица 1

5.Види зварних швів

Вид з'єднання деталей при зварювальних роботах характеризується видом зварного шва. Основними видами швів є (рис. 4.) стикові, кутові, таврові і внапуск. Конструктивні елементи різних швів регламентовані стандартом і в залежності від товщини зварюваних деталей та форми підготовлених кромок кожен вид шва має своє умовне позначеная.

Шви стикового типу використовуються для з'єднання деталей товщиною:

С1-1...3 мм; С2-1...6 мм; С4-2...8 мм; С15-3...50 мм; С21-12...б0лш; С22-30...100лш.

Кутові шви: У1 - 1...4 мм; У 4 - 1...30 мм; У6-4...26 мм; У8 -12...60мм; У9-12...60лш.

Таврові шви: ТІ -2-6мм; Т6- 4 -26мм; Т9-12...60мм.

Шви внапуск типу В2 - 2... 60 мм.

Стикові, кутові і таврові типи швів, у залежності від товщини листів, виконують з попередньою обробкою скосів (СІ5, С21, У6, Т6), з відбортованими кромками (СІ, У2) та без обробки (С2, У4, ТІ, В2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.4 Види та позначення основних зварних зєднань

6.Режими ручного дугового зварювання металів плавким електродом

Якість зварного з'єднання залежить від правильного вибору режиму та виконання процесу зварювання. Режим електродугового зварювання передбачає такі параметри: діаметр і тип електрода, сила струму, полярність і напруга дуги, швидкість зварювання.

Тип електрода обирають в залежності від хімічного складу їй механічних властивостей зварюваного металу (див. табл. 1). Механічні властивості металу шва повинні бути вищими або дорівнювати властивостям зварюваного металу.

Діаметр електрода при ручному електродуговому зварюванні обирають в залежності від товщини зварюваного металу (табл. 2), шар) шва і положення шва у просторі.

Таблиця 2

Співвідношення між діаметром електрода і товщиною зварюваного металу

Рекомендовані згідно таблиці діаметри електродів можна використовувати при виконанні нижніх швів. При виконанні стельових швів використовують діаметр електрода не більше 4 мм. Вертикальні і горизонтальні шви можна виконувати електродами дещо більшого діаметра.

Величину зварювального струму обирають в залежності від діаметра і типу електрода, роду струму, товщини та хімічного складу зварюваного металу, положення зварного шва у просторі (нижнє, вертикальне, верхнє). Між силою струму та діаметром електрода при нижньому положенні шва існує залежність:

де К - коефіцієнт пропорційності, А/мм (к = 35.. .60 для зварювання електродом зі сталевого маловуглецевого зварювального дроту марки СВ - 0,8А); dЕ - діаметр електрода, мм. Занадто великий струм призводить до перегрівання металу, а іноді - і до проплавлення виробу, що зварюється.

Напруга для сталого горіння дуги U залежить від її довжини:

7. Техніка ручного зварювання плавким електродом

Після запалювання та сталого горіння дуги електрод рівномірно подається до заготовки і поступово переміщується вздовж зварного з'єднання з підтриманням довжини дуги для забезпечення її горіння. Для проварювання та формування шва електрод розташовують з невеликим нахилом (15...20°) в напрямку руху. Для доброго проплавлення кромок деталей, що зварюються, та отримання (при необхідності) більш широкого шва електроду надається поперечно-коливальний рух з амплітудою, що дорівнює 2...З діаметрам електрода. Зварювання деталей великої товщини виконують багатошаровим швом.

8. Дефекти і зовнішній контроль швів

Дефекти, що з'являються в зварних з'єднаннях, розрізняють за місцем розташування (зовнішні та внутрішні) і причинами утворення. Характерні дефекти зварні с швів наведені в табл. 4.5.

Непровари - це відсутність сплавлення між наплавленим металом швг. та основним металом при зварюванні за один прохід (рис. 4.40, а) або відсутність сплавлення між окремими валика ми при багатошаровому зварюванні. Підрізи - це поздовжні поглиблення, що виникають в зварних швах (рис. 4.40, б). Підрізи є концентраторами напруг і послаблюють основний метал. При випробуваннях зварених деталей метал руйнується, починаючи з підрізів, при невеликих навантаженнях.

При зовнішньому огляді зварних швів перевіряють, чи немає не-проварів, підрізів, посилень шва (напливів), пропалень, не заварених кратерів, тріщин та інших дефектів, а також відповідність швів формам і розмірам

Таблиця 4.5

Дефекти зварних швів

Дефекти можна знайти візуально або через лупу (зі збільшенням у 10 разів). Розміри швів перевіряють різними вимірювальними інструментами, калібрами та шаблонами.

9. Техніка безпеки при ручному дуговому зварюванні

При електродуговому зварюванні зварювальник може піддаватися різним небезпекам:

ураженню електричним струмом;

опікам від дотику до гарячих предметів або гід бризок розплавленого металу;

ураженню очей променями зварювальної дуги;

отруєнню шкідливими газами або дисперсним пилом.

Величина струму, що протікає через організм людини, залежить від величини напруги, опору тіла людини і від навколишнього середовища. Встановлено, що небезпечним є струм більший за / = 0,01 А, при напрузі V = 36 В.

Для забезпечення електричної безпеки необхідно:

заземлити кожухи та корпуси електрозварювальних машин;

заземлити джерела зварювального струму;

-не торкатися голими руками струмопровідних частин зварювального устаткування при ввімкненому рубильнику;

-ручку електродотримача виготовляти з електроізоляційного матеріалу;

забезпечувати надійну та справну ізоляцію, а також необхідний переріз дротам;

щоб підлога у приміщенні була сухою, користуватися діелектричними килимками, рукавицями та калошами;

щоб рукавиці були цілими та сухими.

Для оберігання від брязків розплавленого металу необхідно:

бути вдягненим у брезентову куртку і штани;

штани заправити у шкіряні черевики або чоботи;

черевики щільно зашнурувати;

надіти головний убір без козирка.

Для захисту від шкідливих світлових, інфрачервоних і ультрафіолетових променів дуги очі та лице захищають щитком або шоломом, який має спеціальне скло.

Робоче місце в закритому приміщенні облаштовують витяжною вентиляцією.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 Непровари а) і підрізи б) зварного шва

Размещено на Allbest.ru