електродугового зварювання

1.1.

Основні теоретичні відомості

Електродугової зварюванням називається зварювання плавленням, при якій нагрів зварювальних кромок здійснюється теплотою електричної дуги

. Ручне дугове зварювання широко застосовують в суднобудуванні і судноремонті при з'єднанні заготовок зі сталей і кольорових металів завдяки її універсальності і можливості виконувати процес у всіх просторових положеннях свариваемого шва.

Ручна дугова зварка проводиться двома способами: не плавиться і плавиться. Другий спосіб, що виконується плавиться, є основним при ручного дугового зварювання

(Рис. 1).

Мал. 1. Схема ручного дугового зварювання електродом, що плавиться з покриттям.

1 - стрижень електрода
2 - покриття електрода
3 - основний метал
4 - зварений шов
5 - тверда шлаковая кірка 6 - електрична дуга
7 - газова захисна атмосфера
8 - рідка чавунна ванна
9 - рідка шлаковая ванна
10 - джерело струму

До електроду 1 і основного металу 3 підводиться постійний або змінний струм від спеціального джерела 10 і збуджується електрична зварювальний дуга 6. Теплота дуги розплавляє стрижень електрода і основний метал, утворюється металева ванна 8. Разом зі стрижнем плавиться покриття електрода 2, утворюючи захисну газову атмосферу 7 навколо дуги і рідку шлакову ванну 9 на поверхні розплавленого металу. Металева і шлаковая ванна разом створюють зварювальну ванну, яка, охолоджуючись, утворює зварний шов 4. Рідкий шлак, остигаючи, створює на поверхні зварного шва тверду шлакову кірку 5.

При розробці технологічного процесу ручної зварки, перш за все, необхідно правильно вибрати тип зварного з'єднання, який визначають взаємним розташуванням елементів, що зварюються і формою підготовки

(Оброблення) їх під зварювання.

ГОСТ 5264-80 встановлює наступні основні типи зварних з'єднань: стикові - умовне позначення С, нахлесточного - Н, таврові - Т і кутові - У.

Стикові з'єднання - найтиповіші зварні з'єднання, в яких торці деталей, що з'єднуються розташовуються так, що поверхня однієї деталі є продовженням іншого. При зварюванні заготовок великої товщини необхідно обробляти з'єднуються кромки для забезпечення провару по всьому перетину. У табл.

3 представлені два типи стикових зварних з'єднань: З 2, що застосовується при зварюванні одностороннім швом заготовок товщиною до 4 мм, без скосу кромок і С17, що застосовується при зварюванні заготовок одностороннім швом з V - подібним скосом кромок для товщини від 3 до 60 мм. З огляду на задану товщину зварюваного шва, виберіть тип стикового з'єднання (табл. 3). Крім форми оброблення крайок, яка буває, також U - образна і Х - образна, ГОСТ встановлює величину зазору b (мм) і притуплення a (мм) між крайками. Розкриття крайок і зазор необхідний для забезпечення провару всього перерізу, а притуплення запобігає пропал.

Таврові з'єднання - з'єднання, при яких торець одного елемента, примикає до поверхні іншого елемента свариваемой конструкції під деяким кутом (найчастіше прямим).

Нахлесточного з'єднання - з'єднання, в яких один елемент з'єднання накладається на інший.

Кутові з'єднання здійснюють при розташуванні зварюваних елементів під прямим або довільним кутом, і зварювання виконується по крайках цих елементів з однієї або з обох сторін.

Другим етапом при розробці технології ручної зварки є вибір типу і марки електрода. Типи і вимоги, що пред'являються до металевих електродів для ручного дугового зварювання конструкційних і теплостійких сталей, регламентовані ГОСТом 9467-75.

Для зварювання вуглецевих і низьколегованих конструкційних сталей передбачено дев'ять типів електродів (Е 38, Е 42, Е 42А, Е 46, Е 46А, Е 50, Е 50А, Е 55, Е 60)

; для зварювання легованих і конструкційних сталей підвищеної та високої міцності п'ять типів (Е 70, Е 85, Е 100, Е 125, Е 150) (табл. 5).

Тип електрода позначається буквою Е і цифрою, яка б показала гарантований межа міцності металу шва

(Тимчасовий опір) sb (10 -1 МПа). Буква А в позначенні вказує, що метал шва, наплавлений цим електродом, має підвищені пластичні властивості. Такі електроди застосовують при зварюванні найбільш відповідальних швів.

З огляду на задану марку стали і тимчасовий опір при розтягуванні цієї стали, (табл. 1) виберіть тип електрода (табл. 5). Якщо зварне з'єднання повинно працювати при ударних навантаженнях, вибирайте електрод з підвищеними пластичними властивостями

.

Кожному типу електрода відповідає кілька марок (табл.

7), на кожну з яких розроблені технічні умови. Марка електрода - це його промислове позначення, що характеризує стрижень і покриття.

Електродні покриття ділять на дві групи

: Тонкі (стабілізуючі) і товсті (якісні). Призначення тонкого покриття - полегшити виникнення дуги і стабілізувати її горіння. Воно не створює захисту для розплавленого металу шва, і тому при зварюванні відбувається його окислення і азотування. Шов виходить тендітним, пористим, з різними неметаллическими включеннями. Тому електроди з тонким покриттям використовують при виконанні невідповідальних зварних швів. Зварні з'єднання високої якості виконують електродами з товстим покриттям. Якісне покриття має наступні функції: забезпечує стійке горіння дуги; захищає розплавлений метал шва від впливу кисню та азоту повітря; розкислює утворюються в металі шва оксиди і видаляє невідновлювані оксиди в шлак, легуючих наплавляється метал, видаляє сірку і фосфор з розплавленого металу шва; утворює жужільну кірку над металом шва, уповільнює його охолодження і тим самим сприяє виходу газів і неметалевих включень на поверхню металу шва.

По виду покриття електроди поділяються: з рудно-кислим покриттям - умовне позначення А, з основним покриттям - Б, з целюлозним покриттям - Ц, з рутиловим покриттям - Р.

Рудно-кислі покриття містять руди у вигляді оксидів заліза і марганцю, при плавленні вони виділяють кисень, здатний окислити метал ванни

ілегуючі домішки. Для ослаблення дії кисню в покриття вводять розкислювачі у вигляді феросплавів. Кислі покриття мають хороші зварювально-технічні властивості, високопродуктивні, дозволяють зварювати метал з іржавими крайками і окалиною і отримувати щільні шви. Однак наплавлений метал має відносно малу ударну в'язкість і пластичність і знижений вміст легуючих домішок, до того ж ці електроди токсичні. До цього виду відносяться покриття: ОММ-5, ЦМ-7, ЦМ-8 та ін.

У рутилових покриттях основним компонентом є рутил (

TiO2). Завдяки високим зварювально-технологічними властивостями, механічними властивостями металу шва і сприятливим санітарно-гігієнічних характеристик електроди з рутиловим покриттям дуже широко застосовуються, в тому числі і натомість електродів з рудно-кислим покриттям. До рутиловим відносяться покриття: ЦМ-9, МР-3, АНО-3, АНО-5, ОЗС-3 і ін.

Целюлозні покриття містять велику кількість органічних складових, що розкладаються в процесі плавлення і забезпечують газову захист розплавленого металу. Ці покриття надають хорошу якість зварного шва при дотриманні теплового режиму. Їх недолік - великі втрати від розбризкування. До цієї групи покриттів відносяться: ОМА-2, ЦЦ-1, ВСЦ-4 і ін.

Основні покриття складені на основі плавиковогошпату

(Ca F2) і мармуру. Ці електродні покриття дають високу якість металу шва і застосовуються для зварювання відповідальних швів. Однак, так як основні електродні покриття адсорбируют вологу при зберіганні, перед застосуванням їх потрібно прожарювати. Кромки зварювальних виробів необхідно ретельно очищати від іржі і забруднень, інакше в звареному шві будуть пори. Широко використовуються електроди марок: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, СМ-11, АНО-7, АНО-8 та ін.

Одним з основних параметрів режиму ручного дугового зварювання є діаметрелектрода

d е (мм). Для стикових з'єднань діаметр електрода вибирають залежно від товщини зварювальних кромок (табл. 4).

У табл. 7 представлені найбільш часто застосовуються електроди. Кожному типу електрода відповідає кілька марок. У табл. 7 вказані діаметри і коефіцієнти наплавлення електродів. Коефіцієнт наплавлення оцінює масу електродного металу, яка перейшла в зварений шов протягом години горіння дуги, віднесену до одного амперу зварювального струму. З огляду на, що продуктивність зварювання прямопропорційна коефіцієнту наплавлення, а тип електрода і його діаметр вже обраний, підберіть марку електрода з табл. 7.

Величину зварювального струму I св

(А), основного параметра режиму зварювання, встановлюють за відомим діаметру електрода. При зварюванні стикового шва в нижньому положенні використовують формулу I св = Кdе, де d е - діаметр електрода (мм), К - коефіцієнт пропорційності, що залежить від діаметра електрода, визначається по табл. 4.

довжина дуги

L д (мм) значно впливає на якість зварювання. Коротка дуга горить стійко і спокійно. Вона забезпечує отримання високоякісного шва, так як розплавлений метал електрода швидко проходить дугового проміжок і менше піддається окисленню і азотуванню. Але занадто коротка дуга викликає "примерзанню" електрода, дуга переривається, порушується процес зварювання. Довга дуга горить нестійкий і з характерним шипінням. Глибинапроплавлення недостатня, розплавлений метал електрода розбризкується і більше окислюється і азотіруется. Шов виходить безформним, а метал шва містить велику кількість оксидів. Довжину дуги можна визначити за формулою Lд = 0,5 (d е + 2), де d е - діаметр електрода (мм). Саме широке застосування знайшла дуга з жорсткою характеристикою, коли напруга U д (В) практично не залежить від сили струму і пропорційно її довжині L д. Така дуга горить стійко і забезпечує нормальний процес зварювання. Для знаходження U д можна використовувати формулу Uд = a + b L д, де L д - довжина дуги (мм), a (В) коефіцієнт, що характеризує падіння напруги на електродах (при використанні сталевих електродів a = 10 - 12 В), b (В / мм) - коефіцієнт що характеризує падіння напруги на 1 мм довжини дуги (b = 2,0 - 2,5 В / мм).

Кількість металу, необхідного для зварного шва

Q н (г) можна визначити за формулою Q н = 10-3lS g, де l - довжина зварюваного шва (мм), S - площа поперечного перерізу шва (мм 2), g - щільність електродного металу, для сталі g = 7, 8 г / см 3. Для одностороннього стикового шва без скосу кромок площа поперечного перерізу S можна визначити за формулою: S = bd, де d-товщина зварюваного металу (мм), b - зазор (відстань) між зварюються деталями (мм).

Для одностороннього шва з

V - образним скосом двох кромок площа поперечного перерізу S можна визначити за формулою S = d (b - 1) +0,5 (d 2 + 1), де d і b - зазначені вище конструкційні елементи зварного шва. Величину зазору між зварюються деталями беремо з табл. 3.

Основний час горіння дуги tо

(Ч) визначимо за формулою tо = Q н / I св a н, де Q н - маса наплавленого металу (г), I св - сила зварювального струму (А), a н - коефіцієнт наплавлення (г / А год), ( табл. 7).

Мал. 2. Переміщення електрода при зварюванні У процесі зварювання електроду повідомляються наступні руху (рис. 2): а - у напрямку осі електрода 1 в зону дуги. Швидкість руху повинна відповідати швидкості плавлення електрода, щоб зберегти сталість довжини дуги; б - уздовж лінії свариваемого шва 2.

Швидкість переміщення не повинна бути великою, так як метал електрода не встигне сплавитися з основним металом (непровар). При малій швидкості переміщення можливі перегрів і перевитрата металу. Шов виходить широкий і товстий. Продуктивність зварювання виявляється низькою; в - поперечні коливальні рухи застосовують для отримання розширеного валика шириною 3

- 4 d е. Поперечні руху уповільнюють охолодження наплавляємого металу, полегшують вихід газів і шлаків і сприяють найкращому сплавлению основного і електродного металів і отримання високоякісного шва.

швидкість зварювання

V св (м / ч) можна визначити за формулою Vсв = 10-3l / t о, де l - довжина зварного шва (мм), tо - основний час горіння дуги (ч).

Процес зварювання включає не тільки час горіння дуги, але і допоміжні операції (установку електрода, поворот деталі і т.д.).

Це додатковий час залежить від організації робочого місця, кваліфікації зварника і враховується коефіцієнтом продуктивності М. Повний час зварювання Тп (ч) визначається за формулою Tп

= T о / М, де tо - основний час горіння дуги (ч), М - коефіцієнт продуктивності (М = 0,4 - 0,8).

Масу розплавленого металу

Q р (г) можна визначити, підрахували масу розплавлених електродів Qр = 10-3 gp d е 2 (l е - l ог) n / 4, де g - щільність електродного металу (для стали g = 7,8 г / см 3 ), d е - діаметр електрода (мм), lе - довжина електрода (мм) (з табл.4), l ог - довжина недогарка (мм), (приймають lог = 50 мм), n - число шарів (проходів) ( з табл. 6).

Втрати металу на угар і розбризкування характеризуються коефіцієнтом втрат

y (%), який визначається за формулою y = 102 (Q р - Q н) / Q р, де Qр - маса розплавленого металу (г), Qн - маса наплавленого металу (г).

Значення коефіцієнта втрат при ручній зварці не повинно перевищувати 10%.

У висновку, визначимо повний витрата електроенергії на зварювання А (кВт год) за формулою А = Iсв

U д t о, де Iсв - сила зварювального струму (А), Uд - напруга дуги (В), tо - основний час горіння дуги (ч).

Зміст