книги / Сварка плавлением

нию кристаллизационных и холодных трещин. Для снижения твердости металла шва при сварке стальными электродами применяют два способа.

Первым способом в металле шва снижают содержание углерода, для чего уменьшают глубину проплавления основного металла или процесс сварки ведут по слою окислительного флюса, содержащего до 30 % окалины и выполняющего функцию окислителя углерода.

Вторым способом получают химический состав и структуру металла шва, близкую по химическому составу и структуре серого чугуна, что достигается нанесением на стержень из углеродистой стали толстого графитизирующего покрытия, содержащего 30 % ферросилиция и 30 % графита.

Сварка комбинированными медно-стальными электрода-

ми. В производстве применяют различные варианты комбинированных медно-стальных электродов, в частности медный стержень с толстым покрытием, содержащим железный порошок и пучок из медных и стальных электродов. Сварка медно-стальными электродами дает более удовлетворительные результаты по сравнению со сваркой электродами из малоуглеродистой стали. Пучок электродов обычно собирают из одного электрода типа Э42 и двух прутков меди. Отбеливание околошовной зоны при сварке этими электродами уменьшается за счет повышенного содержания меди в сварочной ванне, которая является графитизирующим элементом, но полностью не устраняется.

Сварка электродами из никелевых сплавов ведется коротки-

ми валиками (30–50 мм) с проковкой их в горячем состоянии с целью устранения напряжений от усадки при остывании металла шва. Наличие в сварочной ванне элементов-графитизаторов (монельметалл содержит 60–70 % Ni и 25–30 % Cu) уменьшает отбеливание околошовной зоны. Сварку следует производить при небольшой силетокаобратнойполярностиваликами малых сечений.

Дуговая сварка угольным электродом. При дуговой сварке угольным электродом применяют в качестве электродов угольные

71

или графитовые стержни. Присадочным материалом служат прутки чугуна, а для защиты и раскисления ванны применяют флюс, состоящий из технической безводной буры (Na2B4O7), прокаленной при температуре около 400 °С и растертой в порошок. Иногда в качестве флюса применяют смесь, состоящую из 23 % технической буры, 27 % соды (Са2СO3) и 50 % азотнокислого на-

трия (NaNO3).

Дуговая сварка чугунным электродом. В качестве электро-

дов применяют литые стержни диаметром 8–12 мм, на стержни наносят специальные графитизирующие покрытия. Сварку ведут на постоянном токе при обратной полярности как в горячем, так и в холодном состоянии. В состав покрытия входит графит, ферросилиций, термит, мрамор, алюминий (порошок), титановая руда и жидкое стекло.

Цель работы – изучить влияние марки электродов и подогрева на форму и размеры валика, качество и твердость металла наплавки и околошовной зоны.

Материалы и оборудование:

1)чугунные пластины 100×100×(10…16) мм;

2)электроды типа Э46 (несколько марок);

3)сварочный пост постоянного и переменного тока;

4)прибор для определения твердости;

5)ручной пресс для излома проб;

6)штангенциркуль;

7)секундомер.

Задания для лабораторной работы:

1.Зачистить чугунные пластины.

2.Прихватить их по торцам.

3.Заполнить специальную емкость водой, уложить в нее собранные пластины.

4.Подобрать силу сварочного тока (А) Iсв = (35…40)d.

5.Наплавить валики длиной 50–60 мм перпендикулярно к стыку без поперечных колебаний электродами разных марок, при

72

соответствующих режимах, отмечая силу тока, напряжение на дуге и время горения дуги. Наплавку каждого валика производить только на охлажденную до комнатной температуры пробу.

6.Зачистить образцы от шлака и брызг, определить качество наплавки по внешнему виду.

7.Измерить длину каждого валика.

8.Произвести излом пробы на прессе.

9.Размеры валиков (h, e, q) на образцах измерить штангенциркулем, рассчитать глубину провара.

10.На другой половине образца определить твердость каждого наплавленного валика, околошовной зоны и основного металла.

Содержание отчета

1.Краткие теоретические сведения.

2.Результаты испытаний занести в таблицу.

Результаты испытаний

3. Выводы и объяснения полученных результатов.

73

III. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Практическая работа № 1 Определение влияния режимов и погонной энергии ручной дуговой сварки на долю основного металла

в металле шва

Краткие теоретические сведения

Независимо от типа и способа выполнения шов состоит из определенных долей основного и электродного металлов. Вопрос влияния режимов ручной дуговой сварки на доли основного и электродного металлов на сегодняшний день достаточно актуален. Режим ручной дуговой сварки – это сила сварочного тока, напряжение на дуге, диаметр электрода, скорость перемещения дуги, угол наклона электрода и т.д. Сила сварочного тока Iсв может быть определена по следующей формуле:

Iсв kdэ,

где k – коэффициент, принимаемый для электродов диаметром dэ = 3…4 мм равным 30–45 А/мм2.

Увеличение силы сварочного тока приводит к увеличению эффективной тепловой мощности дуги Qэф, вследствие чего увеличиваются глубина проплавления, выпуклость, ширина валика и скорость плавления электрода. В результате этого доля основного металла в металле шва повышается.

Для определения доли основного металла в металле шва (а в данном случае наплавленного валика) требуется знать площадь сечениянаплавленного валикаFн (мм2), рассчитываемуюпоформуле

Fн 0,75eq,

и площадь сечения проплавленного металла, которая с некоторой погрешностью может быть определена по формуле

Fпр 0,75eh,

74

тогда

Fпр / (Fпр Fн ).

Повышение напряжения на дуге приводит к снижению глубины провара, так как увеличиваются потери тепла на лучеиспускание, угар и разбрызгивание. Вследствие увеличения длины дуги увеличивается площадь нагрева изделия, т.е. увеличивается ширина валика и, следовательно, уменьшается его выпуклость, так как на величину коэффициентов э и н напряжение влияет незначительно. Доля же основного металла в металле шва при ручной дуговой сварке с увеличением напряжения не меняется.

Увеличение диаметра электрода (при одной и той же силе сварочного тока) приводит к уменьшению плотности сварочного тока, температуры дуги, что влечет за собой уменьшение глубины провара и доли основного металла в металле шва, а также увеличение ширины валика.

Погонная энергия – это отношение эффективной тепловой мощности дуги, расходуемой на нагрев изделия, к скорости перемещения дуги, которое и определяет количество теплоты, введенное дугой в 1 см однопроходного шва или валика, т.е.

qп Qэф IсвUсв F 650F, vсв vсв

где F – площадь сечения шва или валика, мм2. Следовательно, увеличение энергии приводит к увеличению площади сечения шва, т.е. к изменению доли основного металла в металле шва и формы валика. Скорость перемещения дуги при однопроходной сварке равна скорости сварки.

Цель работы – изучить влияние режима ручной дуговой сварки, погонной энергии на долю основного металла шва и на его размеры.

Примеры решения задач

Задача 1. Определить погонную энергию qп, если известно, что площадь сечения валика F = 70 мм2.

75

Решение. Погонная энергия рассчитывается по формуле

qп Qэф IсвUсв F 650F 650 70 45 500 Дж/см.

vсв vсв

Ответ: qп 45 500 Дж/см.

Задача 2. Определить режимы и массу электродов при сварке встык пластин толщиной 8 мм и длиной 10 м. Сварка производилась электродами ОК 53.70 диаметром 4 мм. Площадь поперечного сечения шва 14 мм2.

Решение. Сила сварочного тока рассчитывается по формуле

Iсв 40 4 160 А.

Скорость сварки определяется по формуле

vсв н Iсв .

Fн

Следовательно,

где н берем по данным паспорта на эту марку электрода. Масса 1 м наплавленного металла при площади сечения шва

(мм2) численно равна объему 1 м шва (см3), т.е.

Gн1м V 7,8 14 109,2 г.

Масса 10 м шва

Gн Gн1мl 109,2 10 1092 г = 1,092 кг.

Масса электродов для сварки рассчитывается по формуле gэ 1,092 1,7 1,86 кг.

Ответ: vсв = 11,7 м/ч, Gн = 1,092 кг, gэ = 1,86 кг.

76

Задачи для решения

Задача 3. Определить площадь сечения валика, если qп = = 50 000 Дж/см, Fн = 80 мм2.

Задача 4. Определить эффективную тепловую мощность дуги, еслискоростьсваркиvсв = 9 м/чиплощадьсеченияваликаFн = 68 мм2.

Задача 5. Определить погонную энергию, при которой производилась наплавка валика на пластину при Iсв = 300 А, Uсв = 25 В,

vсв = 19 м/ч, = 0,8.

Задача 6. Определить режим сварки и вычислить массу электродов, необходимых для наплавки валика площадью поперечного сечения 38 мм2, длиной 8 м, если известно, что сварка производилась электродами ТМУ-21У диаметром 5 мм.

Задача 7. Определить силу сварочного тока и скорость перемещения дуги, если известно, что сварка производилась электродами УОНИ 13/55 диаметром 4 мм и площадь поперечного сечении валика 40 мм2.

Практическая работа № 2 Коэффициент плавления, наплавки, потерь на угар и разбрызгивание, производительность сварки

Краткие теоретические сведения

На производительность процесса электрической дуговой сварки влияют следующие факторы:

–сварочный ток;

–коэффициент плавления э;

–коэффициент наплавки н, который обычно меньше э, так как не весь расплавленный электродный металл переходит в шов: часть его выгорает, часть разбрызгивается.

Потери металла на угар и разбрызгивание, а также значения коэффициентов плавления и наплавки зависят от сварочного тока. Увеличение тока приводит к повышению температуры дуги, т.е. к интенсивности расплавления электрода и ускорению проте-

77

кания химических реакций. Следовательно, с увеличением токаэ и н увеличиваются, но на разные значения, так как увеличение температуры дуги приводит к увеличению количества образующихся газов и повышению их давления в капле, а значит, к повышению потерь на угар и разбрызгивание.

На величины э и н, на потери от угара и разбрызгивание влияют количество тех или иных примесей в электродном металле и электродном покрытии, а также температура стержня электрода. В начальный момент сварки скорость плавления электродного металла небольшая, но по мере разогрева электрода джоулевым теплом проходящего по нему тока скорость его плавления увеличивается в два раза, т.е. на 100 % и более при значительных плотностях тока. При этом увеличиваются э и н, потери же на угар и разбрызгивание практически не изменяются. Качество наплавки или шва будет особенно высоким, если скорость плавления электрода вначале будет отличаться от скорости в конце не более чем на 30 %. Джоулево тепло определяется уравнением

Q = Iсв2 Rt,

т.е. количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы сварочного тока, сопротивления проводника (источника питания) и времени сварки.

Покрытие электродов существенно влияет на коэффициенты плавления, наплавки и на коэффициент потерь

э н 100.

э

Коэффициент плавления толстопокрытых электродов значительно уменьшается по сравнению с коэффициентом тонкопокрытых электродов и сварочных проволок за счет того, что некоторое количество теплоты дуги расходуется на плавление, испарение и разложение покрытия, но прямой зависимости э от толщины покрытия нет.

78

Коэффициент потерь толстопокрытых электродов уменьшается по сравнению с коэффициентом сварочной проволоки за счет того, что материал покрытий при испарении дает дополнительное количество газа, который увлекает за собой в шов пары металла и мелкие капли.

Коэффициент наплавки н электродов с толстым покрытием обычно меньше коэффициента плавления, за исключением тех случаев, когда в покрытие входит большое количество металлических составляющих.

На э и н оказывают влияние полярность тока, тип соединения, положение шва в пространстве и т.д. Установлено, что род сварочного тока существенно их не меняет. С переходом на переменный ток в некоторой степени уменьшается , но производительность практически не меняется. Исследования показали, что , э и н будут иметь разные значения (при прочих равных условиях) при сварке электродами различных марок.

Цель работы – изучить влияние рода и силы тока, марки электродов на коэффициенты плавления и наплавки, потери на угар и разбрызгивание, определить производительность при ручной наплавке.

Пример решения задачи

Задача 1. Определить количество расплавленного металла, если сварка производится электродами УОНИ 13/55 при силе сварочного токаIсв= 160А, временисваркиt = 0,32 чи э= 8,5 г/(Ач).

Решение. Масса расплавленного металла определяется по формуле

Gэ эIсвt,

где t – время горения дуги, ч.

Ответ: Gэ 8,5 160 0,32 435 г.

Задачи для решения

Задача 2. Определить количество наплавленного металла, если сварка производится электродами ТМЛ-21У при силе сварочного тока Iсв = 140 А, время сварки t = 0,02 ч.

79

Задача 3. Определить количество наплавленного металла, если сварка производится электродами МР-3 при электрической мощности, потребляемой дугой, N = 4320 Вт, напряжении на дуге Uсв = 24 В, времени сварки t = 0,08 ч.

Задача 4. Определить количество наплавленного металла, если сварка производится электродами МТГ-02 при электрической мощности, потребляемой дугой, N = 4400 Вт, напряжении на дуге Uсв = = 22 В, длинешваl = 0,42 м, скоростисваркиvсв= 0,14 м/с.

Задача 5. Определить коэффициент наплавки н, если известныкоэффициентыплавления э = 14 г/(Ач) ипотерь = 20 %.

Практическая работа № 3 Расчет и проверка режимов автоматической сварки

под слоем флюса по заданной глубине провара

Краткие теоретические сведения

На практике обычно приходится рассчитывать режим автоматической сварки по шву, указанному на чертеже той или иной конструкции. Изменение размеров швов сварных конструкций нежелательно, так как их уменьшение снижает прочность конструкции, а увеличение вызывает дополнительный расход флюса, проволоки, электроэнергии, повышаетсяосновноевремянаизготовлениеизделия.

Сварные швы, выполненные автоматом, имеют три наиболее важных размера, влияющих на качество соединения: глубину провара h, ширину шва е, выпуклость (усиление шва) g. Их размеры устанавливаются по размерам шва, заданным на чертеже, затем по формулам определяется площадь сечения наплавленного валика Fн. Отношение ширины шва к глубине провара называется коэффициентом формы провара и рассчитывается по формуле

Коэффициент формы провара для автоматических швов должен быть в пределах 1,3–4,0, чтобы уменьшить вероятность образованиягорячих трещин.

80