Главная / Металлические конструкции / Лабораторная работа № 1 ручная дуговая сварка покрытым электродом

Лабораторная работа № 1 ручная дуговая сварка покрытым электродом

Цель работы: изучение сварочного оборудования и инструмента, практическое знакомство с процессом сварки, определение технологических параметров сварки и сварного соединения.

Схема сварки и основные параметры.

При этом виде сварки подача электрода в зону дуги и перемещение дуги вдоль сварного шва осуществляется вручную. Источников тепла является электрическая дуга — длительный электрический разряд, происходящий в газовом промежутке между электродом и изделием. Вольтамперные характеристики дуги приведены на рис. 1.1 а.

Рис. 1.1. Вольтамперные характеристики: а) дуги; б) источника питания; 1 — крутопадающая; 2 — пологопадающая; 3 — жесткая

График "напряженно — сила тока" построен при постоянной длине дуги. На графике можно выделить три участка. Первый участок характеризуется падением напряжения дуги при увеличении сварочного тока. Такая характеристика является следствием опережающего роста электропроводности дуги по отношению к росту силы тока. На втором участке рост электропроводности прямо пропорционален росту силы тока и поэтому на этом участке напряжение остается постоянным. На третьем участке электропроводность не увеличивается, что вызывает рост напряжения дуги при увеличении сварочного тока.

Схема процесса сварки приведена на рис. 1.2

Рис. 1.2. Схема сварки.

Дуга расплавляет кромки соединяемых элементов, а также металл электрода и его покрытие. В результате образуется сварочная ванна из жидкого металла, где расплавленные компоненты покрытия электрода всплывают на поверхность в виде шлака. После удаления источника тепла происходит кристаллизация расплавленного металла с образованием сварного шва, а застывший шлак образует поверхностную корку, защищающую металл шва от вредного воздействия воздуха. В состав покрытия электрода, кроме шлакообразующих, входят также компоненты, которые образуют газовую защиту дуги и расплавленного металла, легируют и рафинируют металл шва, поддерживают стабильное горение дуги.

Основными параметрами сварки являются: сила тока, длина дуги, напряжение на дуге, диаметр и скорость перемещения электрода.

С увеличением силы тока увеличивается глубина проплавления. То же происходит с уменьшением диаметра электрода при постоянной силе тока. С увеличением длины дуги, а также скорости перемещения электрода глубина проплавления уменьшается. С увеличением напряжения происходит увеличение ширины сварного шва. При дуговой сварке постоянным током обычно применяют прямую полярность, когда катодом является электрод, а анодом изделие. Однако возможна и обратная полярность, которую применяют в тех случаях, когда нужно уменьшить выделение тепла на изделии, например, при сварке тон кого или легкоплавкого металла. При сварке переменным током полярность не имеет значения.

Оборудование, сварочный инструмент и материалы.

Основным оборудованием при ручной сварке являются источники питания, к которым относятся трансформаторы, генераторы и выпрямители. Все источники питания должны удовлетворять следующим требованиям:

— напряжение холостого хода должно быть достаточным для зажигания дуги (60 — 90 В);

— иметь устройство для регулировки сварочного тока;

— восстанавливать рабочее напряжение после короткого замыкания за 0,02-0,04 с;

— обеспечивать безопасное ведение сварочных работ.

Внешняя вольтамперная характеристика источников питания (зависимость напряжения на зажимах от сварочного тока) может быть: крутопадающей (напряжение уменьшается с увеличением сварочного тока); пологопадающей (напряжение также уменьшается, но медленно); жесткой (напряжение не изменяется) (рис. 1.1.б).

Наиболее экономичным и надежным источником переменного тока является трансформатор. Трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника) и катушек первичной и вторичной обмотки (рис. 1.3) На первичной обмотке напряжение составляет 220 или 380 В. Снижение напряжения и, соответственно, увеличение силы тока на вторичной обмотке достигается за счет меньшего количества витков.

Рис. 1.3. Схема сварочного трансформатора; I — первичная обмотка; II — вторичная обмотка

Настройка режима работы трансформатора может осуществляться следующими способами:

— изменением расстояния между обмотками, которые в данном случав должны быть подвижными (при уменьшении расстояния между обмотками сила тока увеличивается и наоборот) (трансформаторы типа ТСК, ТС, ТД, ТСП);

— изменением положения подвижного магнитного шунта в магнитном сердечнике;

— включением в электрическую: цепь реактивной катушки (дросселя), изменением магнитного сопротивления которой за счет перемещения пакета пластин изменяют силу сварочного тока (трансформаторы типа СТЭ, СТН, ТСД).

При использовании двух последних способов расстояние между катушками остается постоянным.

Вольтамперные характеристики сварочных трансформаторов, используемых в строительстве, могут быть круто — и пологопадающими.

Выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный. Основными элементами выпрямителя являются понижающий трансформатор и выпрямительный блок. Последний собирается из селеновых, кремниевых или германиевых вентилей. Вентиль — это многослойный элемент, обладающий свойством проводить ток в одном направлении.

Другие источники питания — генераторы — служат источником постоянного тока и имеют привод двух видов: от электродвигателя (сварочные преобразователи) и от двигателя внутреннего сгорания (сварочные агрегаты). Их основными элементами являются приводной двигатель и сварочный генератор.

При использовании многопостовых источников питания их вольт-амперная характеристика должна быть жесткой, так как при падающей характеристике одновременная работа нескольких сварочных постов невозможна. Для получения падающей характеристики на каждом сварочном посту они подключаются к источнику питания через балластные реостаты (рис. 1.4). При этом сварочные посты подключаются параллельно к источнику питания, а балластные реостаты последовательно с дугой.

Регулировка сварочного тока производится с помощью рубильников, установленных на каждом балластном реостате, которые включают или выключают отдельно ступени сопротивлений.

Рис. 1.4. Схема на четыре сварочных поста: Р — рубильник; ИП — источник питания; БР — балластный реостат

От источника питания к изделию и электрододержателю ток поступает по гибким проводам с резиновой изоляцией. Длина этих проводов должна быть не более 30-40 м, при большей длине происходит существенное падение напряжения дуги, превышающее допустимые пределы — 4-5 %.

Электрододержатель — это приспособление для закрепления электрода и подвода к нему тока. Электрододержатели отличаются способом удержания электрода и бывают: вилочные, пружинные, зажимные и безогарковые.

Электрод состоит из металлического стержня (сварочной проволоки) и покрытия. Электроды подразделяются по типам, например, Э42, Э46, Э46А, Э50, Э50А, и по маркам, например, УОНИ 13/45, ОММ-5, ЦМ-7, АНО-5, ОЗС-4, ВСП-1 и др. Тип электрода отражает механические характеристики наплавленного металла, а марка электрода характеризует состав покрытия или условное обозначение изготовителя. Полная классификация электродов приведена в прил. I.

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Изучить настоящее пособие.

2. Решить задачу по подбору параметров ручной сварки (по табл. 1.1).

3. Ознакомиться с оборудованием и сварочным инструментом.

4. Научиться зажигать и управлять сварочной дугой.

5. По заданию преподавателя установить требуемый режим сварки и наплавить контрольный шов в нижнем положении. При этом длина и вид сварного шва (однопроходный или многопроходный, с разделкой кромок или без разделки, стыковой или угловой), а также толщина свариваемых изделий устанавливаются преподавателем. Диаметр электрода, величина сварочного тока и способ наплавления выбираются студентом самостоятельно.

Указания по выполнению контрольного задания

Определение параметров сварки

Как правило, при ручной сварке применяют электроды диаметром 3-8 мм, ток 100-480 А и напряжение дуги 18-30 В, В табл. 1.2 приведены значения диаметра электрода и силы тока в зависимости от толщины металла для сварки в нижнем положении (дуга располагается над изделием).

Таблица 1.2

Рекомендуемые параметры сварки электродом с покрытием

Толщина свариваемого металла, мм

Диаметр электрода, мм

Сварочный ток, А

4-5

3

100-140

4

160-200

6-12

4

160-200

5

220-280

13 и более

5

220-280

6

280-340

7

350-400

8

420-480

Допускается определять значение тока по формуле: I = 50D или I = (20 + 6D)D, где D — диаметр электрода в мм. При наплавке потолочных швов (дуга под изделием) сила тока уменьшается на 20-25%, а горизонтальных и вертикальных (дуга сбоку от изделия) — на 10-15%.

Тип электрода принимается по табл. 1.3.

Зажигание дуги и управление дугой.

Установить свободный конец электрода над изделием на расстоянии 5-6 см; закрыть лицо щитком или маской, коснуться электродом изделия и тот час же отвести электрод от изделия на расстояние 2-3 мм (обычно длина дуги составляет 0.5-1.1 диаметра электрода). При большей длине дуга гаснет. Если электрод успевает приплавиться к изделию, то его нужно сначала покачать и только затем оторвать от детали; после получения устойчивого горения дуги следует определить оптимальную скорость движения электрода, для этого поводить электродом с различной скоростью, всякий раз анализируя качество наплавленного шва.

Выполнение сварных швов.

При выполнении сварных швов следует, учитывать, что без разделки кромок можно соединять элементы толщиной до 8 мм при односторонней сварке и до 12 мм — при двусторонней. Для соединения больших толщин кромки соединяемых элементов должны иметь разделку (рис. 1.5).

Если на поверхности кромок соединяемых элементов имеется окалина, ржавчина, краска, смазка или влага, их необходимо удалить механическим или химическим способом.’ Сборка изделий для выполнения сварного соединения производится с учетом допустимых зазоров (рис. 1.5), после чего производится прихватка деталей, т. е. сварка короткими швами длиной 10-20 мм через 100-200 мм (прихватка обеспечивает фиксацию взаимного расположения деталей в процессе сварки). Сварные швы в зависимости от толщины свариваемого металла могут быть однослойные (рис. 1.6а) или многослойные (рис. 1.6 в, г, д), при этом каждый слой может выполняться за один (рис. 1.6 б, г) или несколько проходов (рис. 1.6 в). Для лучшего про плавления нулевой шов следует выполнять электродом диаметром 3-4 мм. При двусторонней сварке нулевой шов следует выполнять со стороны, противоположной прихваткам.

Рекомендуемое количество слоев в зависимости от толщины свариваемого металла приведено в табл. 1.4.

Рис. 1.5. Разделка кромок соединяемых элементов

Рис. 1.6. Поперечные сечения сварных швов

(цифрами указана последовательность наплавки): а — однопроходный; б — однопроходный, с подваркой корня; в — многопроходный; г — многослойный

При движении электрода только в продольном направлении относительно оси шва ширина валика наплавленного металла получается равной 0.8…1.5 диаметра электрода в зависимости от силы тока (с увеличением тока ширина валика увеличивается) и скорости движения (с увеличением скорости ширина валика уменьшается). Поэтому для получения более широких валиков необходимо совершать электродом и поперечные движения (рис. 1.7).

Рекомендуемое число слоев Таблица 1.4

Толщина свариваемого металла или высота катета

1-5

6

8

10

12

14

16

18-20

22

Число слоев при стыковом шве

1

2

2-3

3-4

4

4-5

5-6

5-6

6-7

Число слоев при угловом шве

1

1

1

2

2-3

3-4

5

5-6

6-7

Рис. 1.7. Схема основных траекторий движения конца электрода

В процессе сварки по мере плавления стального стержня необходимо перемещать электрод также и по направлению к изделию. Длина дуги должна быть постоянной и короткой, так как при большой длине дуги ухудшается качество наплавленного металла из-за ослабления газовой защиты, а также увеличивается разбрызгивание расплавленного металла электрода. При большой скорости сварки возможно образование непроваров, при малой скорости — прожогов (оптимальная скорость устанавливается, студентом опытным путем на первом этапе в процессе обучения зажигать дугу и управлять ею). При образовании шва за несколько проходов необходимо предыдущие слои очистить от шлака и брызг металла.

В практике строительства для выполнения сварных швов используются несколько приемов: напроход, от середины, обратноступенчатый, блоками, каскадом, горкой.

На рис. 1.8 приведены схемы указанных приемов. Выбор того или иного приема зависит от длины шва и его толщины. Первые три приема, используются для выполнения швов небольшой толщины (при высоте катета шва не более 8 мм).

Первый прием используется при сварке коротких швов длиной до 500 мм. Второй прием используется при длине до 1000 мм. Более длинные швы выполняются обратноступенчатым способом. Длина ступени принимается равной 100 — 350 мм, причем более короткие ступени назначаются при сварке тонкого металла, а более длинные — при сварке толстого металла. При использовании обратноступенчатого метода для выполнения многослойных швов каждый последующий слой наплавляется в противоположном направлении предыдущему, при этом концы смежных ступеней должны быть смещены относительно друг друга на 26-50 мм.

Рис. 1.8. Схема выполнения сварных: швов: а — напроход; б — от середины ; в – обратноступенчато; г — блоками; д — каскадами ; е — горкой

Наплавка шва блоками, каскадами и горкой используется только для выполнения многослойных швов. При этом длина секции (размер "а") принимается равной 300-400 мм при У-образной разделке кромок и 500-800 мм при Х-образной. В пределах каждой секции шов наплавляется обратноступенчатым способом с размером ступени 150-200 мм. Как правило, сварку металла толщиной более 25 мм выполняют "горкой" или "каскадом".

Большое влияние на формирование шва оказывает положение электрода относительно поверхности изделия (рис. 1.9): углом назад (на подъем) или углом вперед (на спуск).

Рис. 1.9. положения электрода при сварке и соответствующее сечение шва:

А — углом назад; б — углом вперед; в — на подъем; г — на спуск ; д, е — сечение шва

При сварке углом назад (на подъем) улучшаются условия оттеснения расплавленного металла из-под дуги, что способствует увеличению глубины проплавления (рис. 1.9 д). При сварке углом вперед (на спуск) расплавленный металл подтекает под дугу и уменьшает теплопередачу основному металлу, (что в свою очередь уменьшает глубину проплавления (рис. 1.9 е). Сварка углом вперед используется при соединении тонких листов или изделий из легкоплавких металлов.

На параметры сварки оказывает влияние пространственное положение шва в процессе его наплавки. По этому признаку различают сварные швы в нижнем положении, горизонтальные, вертикальные и потолочные. Наиболее благоприятны условия сварки в нижнем положении и наиболее неблагоприятны при сварке потолочных швов. При сварке горизонтальных и вертикальных швов сила тока уменьшается на 10-15 % по сравнению со сверкой в нижнем положении, а при сварке потолочных швов на 20-26 %, при этом применяют электроды малого диаметра и варят при самой короткой дуге,

Заканчивая наплавку сварного шва, не следует резко обрывать дугу, так как в этом случае образуется кратер, являющийся, как правило, местом образования трещин; дугу следует гасить медленным увеличением её длины, в этом случае наплавленный металл электрода Предупреждает образование кратера. После окончания сварки следует зачистить шов от шлака и металлических брызг и визуальным способом проанализировать качество сварного соединения.

Определение технологических характеристик электродов.

Перед началом выполнения контрольного сварного шва необходимо замерить поперечные характеристики разделки кромок соединяемых элементов «а» и «в» (рис. 1.10), диаметр металлического стержня электрода (D) и длину электрода (Lk).

Рис. 1.10. Сечение сварного шва

При выполнении контрольного шва необходимо зафиксировать за траченное время (T), после окончания сварки вторично измерить длину электрода (Lk). Указанные параметры необходимы для определения коэффициента потерь (Y), коэффициента расплавления (AP) и наплавления (AН):

Y = , AP = , AН =

GР — масса расплавленного металла электрода;

GН — масса наплавленного металла электрода;

I — сила сварочного тока;

Т — время выполнения контрольного сварного шва. Значения GР и GН определяются по следующим формулам:

Gp = (lн – lк)G, Gн = Aш lш G

Где g = 7,85 г/см3 — объемная масса стали; — длина контрольного шва; — фактическая площадь сечения сварного шва. Массу наплавленного металла можно определить взвешиванием соединяемых пластин до сварки и после наплавки сварного шва. Обычные значения определяемых коэффициентов следующие:

Y = 5-25 %; AР = (7…15) г/А×ч; AН = (6 — 12,5) г/А ч.

Содержание отчета.

Составление отчета является заключительным этапом выполнения лабораторной работы. Отчет должен включать следующие разделы:

— сущность сварки электродом с покрытием (начертить принципиальную схему сварки с указанием основных параметров и их влияния на характеристики сварного шва);

— схему сварочного поста с описанием оборудования;

— характеристику электродов;

— основные требования техники безопасности;

— решение задачи;

— характеристику сварного шва, наплавляемого по указанию преподавателя (тип шва, толщина соединяемых элементов, вид разделки кромок, поперечный разрез шва);

— описание приема, используемого для наплавления сварного шва и траектории движения электрода;

— анализ качества выполненного шва (наличие дефектов, причины их образования и т. д.);

— технологические характеристики наплавленного шва (коэффициент потерь, расплавления и наплавления).

Готовый отчет предъявляется преподавателю. Зачет по работе ставится при условии правильно составленного отчета и положительной оценки за ответы на дополнительные вопросы преподавателя.