Расчёт режимов ручной электродуговой сварки и автоматической сварки под флюсом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение профессионального высшего образования

Башкирский государственный университет

Кафедра ”Машины и аппараты”

Курсовая работа

На тему: «Расчет режимов ручной электродуговой сварки и автоматической сварки под флюсом»

Выполнил студент : Насибуллин А.Р.

Группы: 4-MA

Проверила: Павлова О.В.

Уфа 2010

Содержание

Введение

1. Общие понятия о свариваемости

2. Процессы, протекающие при сварке

3. Электрическая сварочная дуга

4. Требование к источникам питания сварочной дуги

5. Выбор материала и режимов сварки

6. Определение количества наплавленного металла для различных видов сварочных соединений со скосом кромок

7. Определение количества проходов для каждого из соединений

8. Определение скорости сварки для различных соединений

9. Автоматическая сварка под слоем флюса

10. Техника безопасности

Литература

Введение

Ручная электродуговая сварка -- наиболее распространенный способ соединения металлических деталей, использующий тепло электрической дуги. Электрическая дуга представляет непрерывный поток электронов и ионов, образующихся между двумя электродами в той или иной среде как постоянным, так и переменным токами.

Для создания и поддержания дуги необходимо ионизировать воздушный промежуток или специально созданную газообразную среду. Непрерывная ионизация воздуха или газа обеспечивается электронами, вылетающими с поверхности отрицательно заряженного электрода. Эти электроны сталкиваются с атомами или молекулами газообразных веществ, находящихся в пространстве между электродами, возбуждают или ионизируют их.

В дуговом разряде выбрасывание электронов с катода происходит под влиянием двух факторов: высокой температуры и напряженности электрического поля (автоэлектронная эмиссия).

Отрицательно заряженные частицы бомбардируют анод, а положительно заряженные -- катод. Взаимная бомбардировка ионов при соответствующем напряжении дуги превращает кинетическую энергию этих частиц в тепловую и световую; электроны превращаются в электроны проводимости, а ионы нейтрализуются.

Тепловая и световая энергия в сварочной дуге выделяется неравномерно. На аноде выделяется около 43% тепла за счет бомбардировки его электронами, имеющими более высокую кинетическую энергию, чем ионы, бомбардирующие катод; на катоде выделяется около 36% общего количества тепла сварочной дуги. Остальное тепло (-21%) образуется в столбе дуги.

Температура электрической дуги зависит от материала электродов; при угольных электродах она составляет на катоде около 3200°С, на аноде -- около 3900°С; при металлических электродах -- соответственно 2400 и 2600°С. В центре дуги, по ее оси, температура достигает 6000--7000°С.

При электродуговой сварке на нагревание и расплавление металла используется 60--70% тепла. Остальное его количество (30--40%) рассеивается в окружающем пространстве.

Дуга возникает при пропускании тока между металлическим (проволочным) электродом и основным металлом. Дуговой разряд (пламя дуги) имеет форму расширяющегося к поверхности изделия столба, у основания которого в толще изделия образуется кратер дуги или сварочная ванна. Для зажигания (возбуждения) дуги электрод под током соприкасают с изделием. Вследствие высокой плотности тока в месте контакта конец электрода и соприкасающийся с ним участок изделия сильно нагреваются. Эго обеспечивает образование дугового разряда в момент отвода электрода от поверхности изделия.

Под влиянием авто термоэлектронной эмиссии конец электрода и находящийся под ним участок изделия расплавляются, на изделии возникает сварочная ванна, в которую по каплям стекает расплавленный металл с электрода. Пространство между оплавляющимся торцом электрода и поверхностью сварочной вампы заполняется раскаленной средой, представляющей смесь частично ионизированного воздуха, паров металла и обмазки, которые образуются при высоких температурах в процессе взаимодействия материала электрода и его обмазки с воздухом. Электрод, перемещаясь, оставляет слой наплавленного металла.

Устойчивое горение, необходимое для высокого качества сварки, достигается при длине дуги а = 3--5 мм. Величину проплавления свариваемого металла называют глубиной сварки.

Обычно в сварочную ванну с электрода в виде капель стекает до 90% всего металла плавящегося электрода; остальной металл не достигает сварочной ванны вследствие частичного разбрызгивания, испарения и окисления и уходит в окружающую среду.



При любом способе сварки и положения шва в пространстве металл всегда переходит с электрода на изделие в виде капель. Капли (1) жидкого металла переносятся от электрода (3) к сварочной ванне (5) в результате совместного действия силы тяжести, сил поверхностного натяжения, давления образующихся в металле газов и сжимающего действия электромагнитных сил (2) на металл способствующих образованию шейки (4).

Силы поверхностного натяжения придают каплям сферическую форму, доводя их размер перед отрывом до критической величины. Это облегчает стекание капель в ванночку.

Поверхностное натяжение способствует переносу металла с электрода на изделие. Сила давления газов, возникающих при плавлении электрода, также помогает процессу переноса капли с электрода на деталь. Это очень важно при потолочной сварке. Электрический ток, проходящий по электроду, создает вокруг электрода магнитное силовое поле, которое, как указано, образует шейку при его расплавлении. Электромагнитные силы способствуют переносу капли металла при всех положениях шва в пространстве с электрода на изделие.

Для зажигания электрической дуги необходима сравнительно небольшая разность потенциалов на электродах: обычно для металлических электродов она составляет около 40--60 В при постоянном токе и около 50--70 В при переменном. После возбуждения дуги напряжение уменьшается. Дуга между металлическим электродом и свариваемым металлом устойчиво горит при напряжении 15--30 В, а между угольным или графитовым электродами и металлом -- при напряжении 30--35 В. Напряжение, необходимое для поддержания горения дуги, зависит от длины дуги, химического состава электродного стержня, его покрытия, давления газов в окружающей среде, величины и рода тока.

При работе на постоянном токе свариваемое изделие обычно присоединяют к положительному полюсу (аноду), а электрод -- к отрицательному полюсу (катоду). Такое соединение называют включением на прямую полярность. Иногда (особенно при малых сечениях изделия) во избежание прожога изделие присоединяют к катоду, а электрод -- к аноду. Такое соединение называют включением на обратную полярность.

Горение дуги при переменном токе менее устойчиво, чем при постоянном. Устойчивость дуги увеличивается с повышением напряжения, с увеличением частоты переменного тока или созданием специальной газовой среды путем обмазки электродов.

Автоматическая электродуговая сварка:

Сварка под слоем флюса. При автоматической дуговой сварке управление электрической дугой, подачу присадочного материалов и флюсов, установку и передвижение каретки вдоль шва осуществляют специальные механизмы.

Под автоматом располагают изделие, подготовленное под сварку. Ток от источника питания (обычно переменный) подводят к свариваемому изделию и к сварочной головке. При сварке на подготовленные кромки изделия впереди электрода насыпается флюс из бункера. Дуга возбуждается между свариваемым изделием и электродной проволокой. При горении дуги образуется жидкая металлическая сварочная ванна, закрытая сверху расплавленным шлаком и оставшимся нерасплавленным флюсом. Дуга горит под слоем флюса и, следовательно, без доступа воздуха. Не расплавившийся флюс отсасывается шлангом в бункер. Шов имеет ровную мелкочешуйчатую поверхность серебристого цвета; сверху он покрыт коркой шлака, легко удаляемой с поверхности шва. При автоматической сварке под слоем флюса применяют ток до 3000--4000 А.

Применение автоматической дуговой сварки под толстым слоем флюса (сварка закрытой дугой) позволяет значительно увеличить мощность дуги (до 150 кВт и более); повысить производительность сварки в 5--10 раз по сравнению с ручной за счет глубокого проплавления основного металла; улучшить прочностные свойства и получить более чистый наплавленный металл, чем при ручной дуговой сварке. Это объясняется более полной защитой расплавленной ванны и лучшей металлургической обработкой расплавленного металла шлаком.

Возбуждаемая дуга расплавляет не только электрод и основной металл, но и часть флюса. Расплавленный металл электрода в виде отдельных капель перемешивается с расплавленным флюсом и оседает в сварочной ванне. Образующиеся при высокой температуре дуги паро- и газообразные вещества -- продукты частичного испарения металла, разложения флюсов и остатки воздуха, находящегося в слое гранулированного порошкообразного флюса -- создают вблизи дуги замкнутую газовую полость. Последняя изолирует дугу от атмосферного воздуха.

Большая плотность тока и направленное давление газов способствуют движению металла и шлака в расплавленной ванне, обеспечивают глубокий провар основного металла и, в конечном итоге, высокие механические свойства.

Универсальный сварочный трактор ТС-17-М -- широко применяемый агрегат автоматической сварки под слоем флюса. Трактор работает при постоянной скорости подачи электродной проволоки и предназначен для сварки прямолинейных и кольцевых швов в нижнем положении: стыковых, угловых и нахлесточных соединений металлов толщиной -- 20 мм. Трактор можно использовать для получения внутренних кольцевых швов. Сварку производят на постоянном и переменном токе.

Другой распространенный автомат - трактор АДС-1000-2, позволяющий легко изменять режим сварки.

Полуавтомат ПШ-5 представляет универсальный и высокоманевренный сварочный агрегат, работающий при постоянной скорости подачи электродной проволоки. Он может работать также при питании постоянным током от сварочного генератора.

При автоматической сварке свойства сварного шва определяются и основном составом свариваемого металла, электродной проволоки и флюса. Сварочная проволока должна быть очищена от ржавчины и загрязнений. Этим условиям удовлетворяет холоднотянутая сварочная проволока.

При сварке малоуглеродистых и конструкционных сталей большое значение имеют процессы окисления марганца и других элементов. Флюс надо выбирать так, чтобы он хорошо раскислял металл в сварочной ванне. Температура плавления флюса при автоматической сварке не должна превышать 1200°С, а его вязкость в расплавленном состоянии должна быть незначительной. Для автоматической сварки применяют флюсы, в состав которых обычно входит ферросилиций, марганцевая руда, известняк, доломит, плавиковый шпат, глинозем.

Для легирования наплавленного металла при автоматической сварке открытой дугой применяют трубчатые электроды (порошковая проволока), внутрь которых насыпают порошок из различных ферросплавов.

1. Общие понятия о свариваемости

Процесс сварки - это комплекс одновременно протекающих процессов, основными из которых являются: тепловое воздействие на металл в около шовных участках, плавление, металлургические процессы, кристаллизация металла шва и взаимная кристаллизация металлов в зоне сплавления. Под свариваемостью, следовательно, необходимо понимать отношение металлов к этим основным процессам.

Свариваемость металлов рассматривают с технологической и с физической точек зрения. Тепловое воздействие на металл в около шовных участках в процессе плавления определяются способом сварки, его режимами.

Отношение металла к конкретному способу сварки и режиму принято считать технологической свариваемостью. Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение.

Сближение частиц и создание условий для их взаимодействия осуществляются выбранным способом сварки, а протекание соответствующих физико-химических процессов определяется свойствами соединяемых металлов. Эти свойства металлов определяют их физическую свариваемость.

Все однородные металлы обладают физической свариваемостью.

Свойства разнородных металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают физической свариваемостью.

Классификация сталей по свариваемости:

По свариваемости стали подразделяются на четыре группы:

1. Хорошо сваривающиеся.

2. Удовлетворительно сваривающиеся.

3. Ограниченно сваривающиеся.

4. Плохо сваривающиеся.

Основные признаки, характеризующие свариваемость сталей - склонность к образованию трещин и механические свойства сварного соединения.

К первой группе относятся стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Однако применение термообработки для снятия внутренних напряжений не исключается.

Ко второй группе относятся в основном стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещин не образуется. В эту же группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин нуждаются в предварительном нагреве, а также в предварительной и последующей термообработки.

К третьей группе относятся стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. При сварке их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Кроме того, большинство сталей, входящих в эту группу, подвергаются обработке после сварки.

К третьей группе относятся стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонны к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому сварку их выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

Сварка углеродистой стали:

На свариваемость сталей решающим образом влияют их химический состав, физические свойства и термическая обработка перед сваркой.

Углерод сильно влияет на качество сварного шва. Повышенное содержание углерода сказывается на прочности, твердости и вязкости шва. С увеличением содержания углерода в стали сверх 0,3% повышает само-закаливаемость переходной зоны основного металла, и сталь становится более хрупкой. При газовой сварке влияние углерода проявляется значительно меньше, чем при дуговой.

Углеродистые конструкционные стали хорошо свариваются любым способом при содержании до 0,25 % С и удовлетворительно при содержании до 0,55% С.

2. Процессы, протекающие при сварке

Сварка плавлением представляет собой комплекс металлургических и физико-химических процессов, протекающих в условиях высокой температуры, значительной концентрации тепла в небольшом объеме, быстрого нагрева и охлаждения расплавленного металла при наличии близлежащего холодного металла.

В результате сосредоточенного воздействия тепла сварочной дуги плавится электродный и основной металл. Совместно с металлом плавится электродное покрытие (при ручной дуговой сварке) или флюс (при сварке под флюсом). Расплавленный металл электрода переходит в сварочную ванну в основном в виде капель величиной от тысячных долей миллиметра до 5-6мм. Размер капель и их количество зависит от силы тока, химического состава стержня и покрытия (при ручной дуговой сварке), от электромагнитных явлений в дуге.

Расплавление электродного металла сопровождается обильным выделением газов, в основном от окисления углерода. На интенсивность газовыделения, а следовательно, и на характер металлургических процессов при сварке существенное влияние оказывает величина поверхности капель.

При совместном переходе капель расплавленного электродного металла и шлака через дуговой промежуток протекают химические реакции между металлом, шлаком и газами среды, окружающей дугу.

Реакции между газами и металлом успевают в основном пройти в дуговом промежутке, несмотря на малое время существования капель.

За счет энергии дугового разряда при сварке образуется участок расплавленного металла, называемый сварочной ванной.

Сварочная ванна перемещается вдоль шва с определенной скоростью, равной скорости сварки. Время, в течение которого сварочная ванна переместится вдоль шва на расстояние, соответствующее длине ванны, называют временем существования ванны. Размеры сварочной ванны и время ее существования зависят в основном от способа сварки, режима и физических свойств свариваемого материала.

В сварочной ванне на определенных этапах ее существования проходят следующие процессы:

- перемешивание шлака с расплавленным основным и электродным металлом;

- газовая и шлаковая защита ванны;

- окисление, раскисление и легированные металла ванны;

- растворение газов в металле ванны;

- образование пор и шлаковых включений;

- кристаллизация металла и формирование шва.

Металл шва представляет собой сплав основного и электродного металла (или присадочной проволоки). Соотношение между основным и электродным металлом в шве зависит от скорости плавления электрода, глубины ванны, объема наплавленного металла и ряда других факторов.

3. Электрическая сварочная дуга

металл сварочный электродуговой флюс

Сварочная дуга представляет собой электрический дуговой разряд в ионизированной смеси газов, паров металлов и компонентов, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и других средств. Она характеризуется высокой температурой газов и большим током в зоне разряда. Расстояние между электродом и свариваемым металлом называют областью дугового разряда или длиной дуги.

В обычных условиях при нормальных температурах газы состоят из нейтральных атомов и молекул и не обладают электрической проводимостью. Прохождение электрического тока через газы возможно только при наличии в них электронов и ионов. Процесс, при котором из нейтральных атомов и молекул образуются заряженные частицы (ионы и электроны), называется ионизацией.

Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания (соприкосновения) электрода со свариваемым металлом. Ток короткого замыкания практически мгновенно расплавляет металл в месте контакта, в результате чего образуется жидкая перемычка. При отводе электрода от изделия жидкая перемычка, образовавшая между электродами, растягивается, металл перегревается и его температура достигает температуры кипения; пары металла и газы под действием термо- и автоэлектронной эмиссии ионизируются - возбуждается дуга.

Источником сварочной дуги может быть постоянный или переменный электрический ток. Горение дуги постоянного тока более устойчиво. Сварка может проводится на прямой (электрод подключен к отрицательному полюсу) и обратной полярности.

Общее напряжение дуги равно сумме падений напряжений в ее отдельных областях определяется по формуле:

U _д =U_K+U_C+U_A = f(I _д),

где U_д- напряжение дуги, В;

Uk - падение напряжения на катоде, В;

U_c - падение напряжения в столбе дуги, В;

U_a - падение напряжения на аноде, В;

1_Д - сила тока дуги, А.

Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока называют статической (вольтамперной) характеристикой дуги.

При ручной сварке напряжение на дуге не зависит от силы тока. В этом случае с достаточной точностью статическая характеристика может быть выражена уравнением :

l_Д = 0,5 * (d + 2) = 0,5 * (4 + 2) = 3 мм;

U_д = а + в *l_Д,

где l_Д - длина дуги, мм;

а, в - постоянные коэффициенты, зависящие от материала электродов, давления и свойств газовой среды.

U_д = 35 + 2,5 * 3 = 42.5 В;

Из этого уравнения следует, что напряжение на дуге, при всех прочих равных условиях, будет зависеть от длины столба дуги.

Сварочная дуга переменного тока, вследствие того, что мгновенные значения переменного тока 100 раз в секунду переходят через нуль, получается менее стабильной и менее устойчивой. В каждый полупериод дуга угасает и вновь зажигается через некоторый промежуток времени. Время восстановления дуги снижается при повышении напряжения холостого хода и при использовании повышенных частот.

Напряжение зажигания электрической дуги U₃ и напряжение горения дуги U_д зависят также от способа защиты дуги от окружающей среды. Так для сварки открытой дугой напряжение зажигания и напряжение горения дуги имеют следующую зависимость:

U₃ = (1,3 ч2,5) *U_д = 2 * 42.5 =85 В

При сварке на больших силах тока под флюсом напряжение зажигания почти равно напряжению горения дуги.

4. Требования к источникам питания сварочной дуги

Свойства источника питания определяются его внешней характеристикой, которая представляет собой зависимость изменения напряжения источника от силы тока нагрузки.

Источники питания сварочной дуги должны обеспечивать возможность настройки различных режимов сварки, которая заключается в установлении оптимальной величины силы тока при заданном напряжении дуги. Для этой цели источник питания должен иметь регулирующее устройство, обеспечивающее получение в определенном диапазоне регулирования несколько внешних характеристик, которые должны обеспечивать устойчивое горение дуги при заданном напряжении и силе тока.

Режим работы характеризуется отношением длительности сварки к сумме длительности сварки и холостого хода, выраженной в процентах.

где t_СВ - время сварки;

t_П- время пауз.

За номинальный режим работы однопостовых сварочных генераторов, трансформаторов и выпрямителей принят режим при ПР = 65% или 60% и многопостовых источников питания - при ПР = 100%.

5. Выбор материала и режимов сварки

Толщина металла - 7мм., Углеродистая сталь - Ст. 3

Выбрать: Марку электрода, диаметр электрода, силу сварочного тока, присадочную проволоку. Рассчитать: Режимы ручной электродуговой и автоматической сварки под слоем флюса для стыкового, углового и таврового соединения.

Область применения государственных стандартов на основные типы швов и сварных соединений, конструктивные элементы: таблица 1 - область применения видов сварки.

Таблица 1

ГОСТ	Наименование	Область применения
5264-80	Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.	На соединения из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах. Стандарт не распространяется на сварные соединения стальных трубопроводов по ГОСТ 16037-80
8713-79	Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.	На соединения из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах. Стандарт не распространяется на сварные соединения стальных трубопроводов по ГОСТ 16037-80

Подберем электрод с покрытием рутилового типа марки АНО-4А предназначенный для ручной дуговой сварки по ГОСТ 1050-74 (всех степеней раскисления). Шлакообразующим служат рутил, а также полевой шпат, магнезит и другие. В качестве раскислителя и легирующего компонента применяют ферромарганец. Тип электрода Э-42, ток может быть как постоянным, так и переменным.

Коэффициент наплавки 7-8 (г/А*ч), который характеризует производительность процесса сварки и наплавки. Режим прокалки t=200-220° С, время 60мин. Материал для присадочной проволоки электродов для сварки углеродистых сталей выберем СВ-08. Способ сварки - ручная и автоматическая сварка под слоем флюса. Толщина металла 7мм. Необходимый электрод - 4мм.

Силу сварочного тока выберем в зависимости от диаметра электрода, толщины металла, вида соединения. При учете всех факторов работать необходимо при максимально возможной силе тока. Величину сварочного тока можно определить по формуле:

I_CB= d_Э²/4*j

где J - допускаемая плотность тока (А/мм²), при которой температура нагрева электродного стержня к концу плавления не превышает 600-650^о и выбираем по таблице:

Вид покрытия	Допускаемая плотность тока в электроде (А/мм2/ при dэ(мм)
	3	4	5	6
Рудно-кислое, рутиловое	14-20	11,5-16	10-13,5	9,5-12,5
Фтористо-кальциевые	13-18,5	10-14,5	8-12,5	8,5-12

I_CB=4²/4*16=64 А/мм²/ - получили величину сварочного тока.

6. Определение количества наплавленного металла для различных видов сварочных соединений со скосом кромок

Меньшая величина угла раскрытия кромок не обеспечивает нормального формирования корневого шва и вызывает появление дефектов сварного шва в виде непровара и шлаковых включений. Большая величина угла разделки вызывает повышенный расход электродов. Величина зазора влияет на глубину провара в зависимости от его толщины и измеряется с помощью специальных щупов. Малая величина зазора может вызвать непровар основного металла, большая - прожег. Величина притупления для V и Х-образных соединений устанавливается в зависимости от толщины свариваемого металла, измеряется с помощью стандартных измерительных средств. Малая величина притупления может вызвать прожег корневого шва, большая - непровар корня шва.

Смещение кромок влияет на потерю прочности сварного шва, регулируется с помощью специальных приспособлений, измеряется специальным шаблоном.

Стыковое соединение с V-образной подготовкой кромок, т.к. толщина металла S = 7мм, причем угол раскрытия кромок 25°, зазор С = 2мм, притупление q = 1,5 мм, провар h = 5м (h = S - С), е = 14мм, b = 2мм. Сварной шов односторонний.

Рис. 1. Стыковое соединение со скосом кромок

1) Определим площадь поперечного сечения наплавленного металла по формуле:

2) Масса наплавленного металла определяется по заданным на чертеже размерам шва. Для этого, после того, как была определена площадь поперечного сечения шва, устанавливаем объем наплавленного металла :

V_H= F_Ш*L

где L-длина шва = 100мм

V_H =40-100 = 4000 мм³

3) Масса наплавляемого металла: Q_М = 4000 * 0,0075 = 30 г



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Угловое соединение со скосом кромок: S = 7мм , е = 14мм, q = 1,5мм, b = 2мм, h = 2, а = 45°, сварочный шов односторонний

1) Площадь поперечного сечения наплавленного металла:

2) Объем наплавленного металла при длине шва L= 100мм:

V_H =F_m-L

V_H =27-100 = 2700 мм³

3) Масса наплавленного металла

Q_M =2700-0,0075 = 20 г

Для повышения работоспособности сварных конструкций, уменьшения внутренних напряжений и деформаций большое значение имеет порядок заполнения швов. Под порядком заполнения швов понимается как порядок заполнения разделки шва по поперечному сечению, так и последовательность сварки по длине шва.

По протяженности все швы условно можно разделить на три группы: короткие - до 300мм, средние 300-1000мм, длинные - свыше 1000мм. Короткие швы выполняют на проход от начала шва до его конца. Швы средней длины варят от середины к концам или обратно ступенчатым методом. Швы большой длины выполняют двумя способами: от середины к краям (одноступенчатым способом) и вразброс. При обратноступенчатом методе: весь шов разбивается на небольшие участки длиной по 150-200мм, на каждом участке сварку ведут в направлении, обратном общему направлению сварки. Длина участков обычно равна от 100 до 350мм. В зависимости от количества проходов (слоев), необходимых для выполнения проектного сечения шва, различают однопроходной (однослойный) и многопроходной (многослойный) швы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Тавровое соединение со скосом кромок: S = 7мм, е = 14мм, q = 2мм, b = 2мм, h = 2, а = 45°, сварочный шов односторонний

Площадь поперечного сечения наплавленного металла:

Объем наплавленного металла при длине шва L=100mm:

V_H =F_m-L

V_H =32-100 = 3200 мм³

Масса наплавленного металла:

Q_M =3200-0,0075 = 24 г

7. Определение количества проходов для каждого из соединений

При сварке площадь поперечного сечения металла наплавляемого за один проход, при котором обеспечиваются оптимальные условия формирования шва должна составлять:

для первого прохода:

F₁ = (6... 8)d₃ = 6 * 4 = 24

для последующих проходов:

F_n = (8... 12) * d_Э = 10 *4 = 40

Стык:

Угол:

Тавр:

8. Определение скорости сварки для различных соединений

Скорость сварки определяется по формуле [1]

где k_н - коэффициент наплавки

Y=0,0075

kH=8г/А ч

I_СВ =64А

Стык:

Угол:

Тавр:

9. Автоматическая сварка под слоем флюса

Сварка под флюсом - это дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса, обеспечивающего защиту сварочной ванны от контакта с воздухом.

Сварка под флюсом является одним из основных способов выполнения сварочных работ в промышленности и строительстве. Она существенно изменила технологию изготовления сварных изделий.

По степени механизации процесса различают автоматическую и механизированную сварку под флюсом.

Для получения качественных сварных швов взамен электродных покрытий применяют гранулированное вещество, называемое флюсом.

Автоматическая сварка под флюсом производится при помощи автоматической установки (сварочная головка или сварочный трактор). Эта установка подает электродную проволоку и флюс в зону сварки, перемещает дугу вдоль свариваемого шва и поддерживает ее горение.

Принципиальная схема автоматической сварки под флюсом выглядит так: электродная проволока подается в зону сварки. Кромки свариваемого изделия в зоне сварки покрываются слоем флюса, подаваемого из бункера. Толщина слоя флюса составляет 30-50мм.

Сварочный ток подводится от источника тока к электроду через токоподводящие мундштук, находящийся на небольшом расстоянии от конца электродной проволоки, благодаря чему при автоматической сварке можно применять большие сварочные токи. Дуга возбуждается между свариваемым изделием и электродной проволокой. При горении дуги образуется ванна расплавленного металла, закрытая сверху расплавленным шлаком и оставшимся нерасплавленным флюсом. Не расплавившийся флюс отсасывается шлангом обратно в бункер.

Пары и газы, образующиеся в зоне дуги, создают вокруг нее замкнутую газовую полость. Некоторое избыточное давление, возникающее при термическом расширении газов, оттесняет жидкий металл в сторону, противоположную направлению сварки. У основания дуги (в кратере) сохраняется лишь тонкий слой металла. В таких условиях обеспечивается глубокий провар основного металла. Так как дуга горит в газовой полости, закрытой расплавленным шлаком, то значительно уменьшаются потери теплоты и металла на угар и разбрызгивание.

По мере перемещения дуги вдоль разделки шва наплавленный металл остывает и образует сварной шов. Жидкий шлак, имея более низкую температуру плавления, чем металл, затвердевает несколько позже, замедляя охлаждение металла шва. Продолжительное пребывание металла шва в расплавленном состоянии и медленное остывание способствуют выходу на поверхность всех неметаллических включений и газов, получению чистого, плотного и однородного по химическому составу металла шва.

Автоматическую сварку под флюсом отличают следующие преимущества ]:

1. Высокая производительность, превышающая ручную сварку в 5-10раз. Она обеспечивается применением больших токов ввиду малых значений вылета h-электродной проволоки без опасения значительного ее перегрева в вылете и отслаивании обмазки как в покрытом электроде, более концентрированным и полным использованием теплоты в закрытой зоне дуги, снижением трудоемкости за счет автоматизации процесса сварки.

2. Высокое качество шва вследствие защиты металла сварочной ванны расплавленным шлаком от кислорода и азота, воздуха, легирования металла шва, увеличение плотности металла при медленном охлаждении под слоем застывшего шлака, экономия электродного металла при значительном снижении потерь на угар, разбрызгивание металла и огарки. При автоматической сварке эти потери достигают 20-30 %,в то время как при автоматической сварке под флюсом они превышают 2-5 %; экономия электроэнергии за счет более плотного использования теплоты дуги по сравнению с ручной сваркой. Затраты электроэнергии при автоматической сварке уменьшается на 30-40 %.

Кроме того, при автоматической сварке условия труда значительно лучше, чем при ручной: дуга закрыта слоем флюса, выделение вредных газов и пыли значительно снижено, поэтому нет необходимости в защите зрения и лица сварщика от воздействия излучений дуги, а для вытяжки газов достаточно естественной вытяжной вентиляции.



Рис. 1. Стыковое соединение со скосом кромок

Автоматическая сварка имеет и недостатки - это, прежде всего, ограничения.

Стыковая сварка односторонняя применяется при малоответственных сварных швах или в случаях, когда конструкция изделия не позволяет производить двустороннюю сварку шва. Значительный объем расплавленного металла, большая глубина проплавления и некоторый перегрев ванны могут привести к вытеканию металла в зазоры и нарушению процесса формирования шва. Чтобы избежать этого, следует закрыть обратную сторону шва стальной или медной подкладкой, флюсовой подушкой или проварить шов с обратной стороны.

Сварочным флюсом называют неметаллический материал, расплав которого необходим для сварки и улучшения качества шва.

Взаимодействуя в процессе сварки с жидким металлом, расплавленный флюс в значительной степени определяет состав металла, а, следовательно, и его механические свойства. По способу изготовления флюсы делятся на плавленые и не плавленые. Плавленые флюсы являются основными при автоматической сварке металла.

Расчет режима проводим в следующей последовательности: 1) Влияние химического состава основного металла из углеродистых и низкоуглеродистых сталей на сопротивляемость образованию трещин, выражается эквивалентом углерода С_э. СЭВом рекомендована эмпирическая формула для приближенной оценки свариваемости стали.

Где д для приближенной оценки свариваемости стали.

СЭ=0,15+0,5+0,3+0,3+0,3+0,3+0,4+0,5+0,0024*10=2,7524

2) Глубину проплавления при односторонней сварке принимают 0,7-0,85 толщины свариваемых листов [2]:

h_ПР=(0.7-0.8)*S

h_ПР=0,7*7=4,9

Для стыковых автоматных швов оптимальный коэффициент формы усиления принимают [2]:

h_УС=0,3

Определяем величину силы сварочного тока, необходимого для получения заданной глубины проплавления металла:

h_ПР = к*1_св

к = 1,2 мм/100А - коэффициент пропорциональности, зависящий от d_Э и марки флюса, от рода тока и полярности; наплавка, стык без разделки кромок, ток переменный.

5) Скорость подачи электрода Р_э = 1,8м/мин.

Скорость подачи электродной проволоки находим:

где F_э - площадь электрода,

d_э - диаметр электрода = 4мм/

Площадь наплавленного металла (Fн):

7) Скорость подачи электродной проволоки (V_под):

8) По скорости подачи электродной проволоки и сечению наплавленного металла и электродной проволоки определяют скорость сварки (Уев):

9) Напряжение на дуге зависит от силы сварочного тока, диаметра электродной проволоки, марки флюса и других параметров и может быть выбрано по справочнику: 40В. ширина проплавления при прямой полярности 15мм. ширина проплавления при обратной полярности 18мм, (причем «+» - электрод, а «-» - изделие); определим действительную площадь провара:

з_ПР- коэффициент проплавления (0,1 - 0,3), для нашего случая з_ПР = 0,3

Полученное значение площади провара сравниваем с площадью провара в справочнике. Ошибка не должна превышать ±10%. Т.к. зазор между деталями b = 0, то и наше полученное значение приближенно =0, (т.е. F_ПР?F_ПР)\ Если F_ПР значительно отличается от F_ПР, то необходимо пересчитать выбранные значения напряжения дуги и скорости сварки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Стыковое соединение со скосом кромок: ГОСТ 8713-79, характер сварного шва - односторонний, Ст. 3, способ сварки АФф, S = 7 мм, С = 2 мм, е = 18 мм, q = 1,5 мм, b = 2 мм, h = 5 мм, tg25° = 0,4663

Площадь наплавки (F_н):

F _н = 18 * 1,5 = 27 мм²,

отсюда находим скорость сварки



0.105*3600=378/ч

Действительная площадь провара:

Объем наплавленного металла определяем о формуле:

V=27*100=2700 ммі

Масса наплавленного металла определяем по формуле :

Qм=2700*0,0075=20,25гр

Скорость сварки оказывает существенное влияние на образование так называемой зоны наплавления. В связи с этим желательно проверить ее значение по величине коэффициента формы провара ц/ = 1,8. Используя влияние коэффициента формы провара на критическое содержание углерода в металле, при сварке углеродистых сталей проверяем по графику:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Зависимость коэффициента провара от содержания углерода. Качество сварки лежит в оптимальной зоне

10. Техника безопасности

1) При ручной дуговой сварке:

При выполнении сборочных и сварочных работ существуют следующие основные опасности для здоровья рабочих:

а) Поражение электрическим током:

Травма возникает при замыкании электрической цепи сварочного аппарата через тело человека. Причинами являются: недостаточная электрическая изоляция аппаратов и питающих проводов, плохое состояние специальной одежды и обуви сварщика, сырость и теснота помещений и другие факторы.

В условиях сварочного производства электротравмы происходят при движении электрического тока по одному из трёх путей: рука - туловище - рука, рука - туловище - нога, обе руки - туловище - обе ноги.

При движении тока по третьему пути сопротивление цепи наибольшее, следовательно, степень травматизма наименьшая. Наиболее сильное действие тока будет при движении его по первому пути.

Смертельным следует считать величину тока ОДА.

Безопасным напряжением считается 12В, а при работе в сухих, отапливаемых и вентилируемых помещениях - 36В.

Для защиты сварщика от поражения электрическим током необходимо надёжно заземлять корпус источника питания дуги и свариваемое изделие, не использовать контур заземления в качестве сварочного провода, хорошо изолировать рукоятку электродержателя работать в сухую и прочной специальной одежде, рукавицах, при дожде и снегопаде следует прекращать работу, пользоваться резиновым ковриком и переносной лампой не более 12В.

б) Заземление:

Заземление служит для защиты от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим частям электрических устройств /корпуса источников питания, шкафы управления и другие/, оказавшимся под напряжением в результате повреждения электрической изоляции.

2) При автоматической сварке:

Дополнительные правила при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом в среде защитных газов: При работе подвесных автоматов и сварочных тракторов питание током осуществляют перемещающимися проводами; кроме того, напряжение в цепях автоматической аппаратуры выше, чем при ручной дуговой сварке, поэтому все неподвижные провода заключают в металлические трубки, а подвижные в резиновые рукава, обшитые брезентом или обмотанные в два слоя киперной (прорезиненной) лентой.

Все части автоматов и полуавтоматов, которые в случае повреждения изоляции могут оказаться под напряжением, должны быть заземлены. Все болтовые и контактные соединения должны быть плотно зажаты, а наконечники залужены.

Бункер для флюса должен плотно закрываться крышкой. При засыпке флюса в бункер и при уборке использованного флюса надо стараться не поднимать пыли, а также следить за исправностью вентиляции.

Литература

1. “Конструирование сварных химических аппаратов” Справочник, Ленинград 1981г. 382 стр.

2. Акулов А.И.“Технология и оборудование сварки плавления”Москва машиностр 1977гг. 430стр.

3. Багрянский К.В. “Теория сварочных процессов” Киев высш. школа 1976гг. 423стр

Размещено на Allbest.ru