Качественный сварной шов обеспечивается правильным подбором тепловой мощности сварочного пламени, видом пламени, способом сварки, углом наклона горелки, применением соответствующего присадочного материала и флюса.Тепловая мощность сварочного пламени оценивается по расходу ацетилена (л/ч) и определяется по формуле:
q =A S,
где А – коэффициент тепловой мощности (для малоуглеродистой стали А = 100 – 130 л/ч·мм);
S – толщина свариваемого металла, мм.
По мощности пламени определяют номер наконечника горелки.При использовании газовой сварки для изготовления металлических изделий предпочтительным типом соединения является стыковое. Нахлесточное и тавровое соединения вследствие возникновения в изделии значительных собственных напряжений нежелательны, а при сварке изделий большой толщины недопустимы.Сварка сталей толщиной до 2 мм осуществляется без скоса кромок и без зазора между листами или с отбортовкой кромок без присадочного металла. При толщине листа 2 – 5 мм соединение встык выполняют без скоса кромок, но с соответствующим зазором. Сталь толщиной более 5 мм сваривают только встык с применением одностороннего или двухстороннего скоса кромок.При толщине металла более 5 мм применяют правый способ сварки, при котором горелка движется впереди сварочной проволоки слева направо (рис. 4, а). Пламя направлено на наплавленный металл, что способствует более качественному формированию шва, увеличивает производительность, уменьшает расход ацетилена, но при малых толщинах может привести к прожогу металла.При толщине металла до 5 мм применяют левый способ сварки (рис. 4, б), при котором горелка движется справа налево. Присадочный пруток находится слева от горелки и передвигается впереди пламени, направленного от наплавленного металла в сторону основного металла, на нагрев которого расходуется значительная часть тепла, в результате чего наплавленный металл быстро охлаждается.
Рис. 4. Способы газовой сварки:
а – правый; б – левый
Угол наклона горелки к свариваемой поверхности зависит от толщины металла. При её увеличении нужна большая концентрация тепла и соответственно большой угол наклона горелки (рис. 5).
Рис. 5. Изменение угла наклона горелки в зависимости
от толщины свариваемого металла
Диаметр присадочной проволоки d (мм) определяют в зависимости от выбранного способа сварки и толщины свариваемого металла S (мм) по следующим формулам:
при левом способе: d = S / 2 + 1;
при правом способе: d = S / 2.
При сварке изделия толщиной более 15 мм диаметр проволоки принимают не более 6 – 8 мм. В качестве присадочного материала следует применять проволоку или прутки, близкие по химическому составу к металлу свариваемых изделий. Для сварки чугуна применяют специальные литые чугунные стержни; для наплавки износостойких покрытий – литые стержни из твердых сплавов. Для сварки цветных металлов и некоторых специальных сплавов используют флюсы, которые могут быть в виде порошков или паст. Для сварки меди и её сплавов – кислые флюсы (буру, буру с борной кислотой); для сварки алюминиевых сплавов – бескислородные флюсы на основе фтористых или хлористых солей лития, калия, натрия и кальция. Роль флюса состоит в растворении оксидов и образовании шлаков, легко всплывающих на поверхность сварочной ванны, а также предохранении расплавленного металла от дальнейшего окисления в процессе сварки, покрывая его тонкой пленкой. Во флюсы можно вводить элементы, раскисляющие и легирующие наплавленный металл.
Скорость сварки V (м/ч) определяется глубинной проплавления и зависит от свойств металла. V = C / S,
где С– коэффициент скорости сварки, м мм/ч;
для углеродистых сталей С = 12 – 15;
S – толщина металла, мм.
Время сварки t (ч) определяют из уравнения: t = L / V,
где L – длина шва, м;
V– скорость сварки, м/ч.
Полный расход горючего газа Q (л) определяется по формуле: Q = q · t,
где q – тепловая мощность сварочного пламени, л/ч;
t – время сварки, ч.
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Задание.
3. Рисунки: 1, 3, 4.
4. Результаты расчетов (табл. 2.).
5. Краткое описание сущности и технологии газовой сварки.
6. Выводы по выполненной работе.
Таблица 2 Исходные данные и результаты расчетов
| № п/п | Параметр | Расчетная формула | Численное значение |
| Толщина свариваемого металла S, мм | Прил. 1 | ||
| Длина шва L, мм | Прил. 1 | ||
| Способ сварки (правый, левый) | |||
| Коэффициент тепловой мощности А, л/ч·мм | |||
| Тепловая мощность пламени q, л/ч | |||
| Угол наклона мундштука горелки, град | Рис. 5 | ||
| Диаметр присадочной проволоки d, мм | |||
| Номер наконечника горелки | Табл. 1 | ||
| Коэффициент скорости сварки С, м·мм/ч | |||
| Скорость сварки V, м/ч | |||
| Вид пламени | |||
| Время сварки t, ч | |||
| Полный расход горючего газа Q, л |
4. Контрольные вопросы
1. Сущность газовой сварки.
2. Область применения газовой сварки.
3. Получение, хранение и транспортировка ацетилена.
4. Состав газосварочного поста.
5. Характеристика применяемых газов.
6. Характеристика горелок и их назначение.
7. Назначение газовых редукторов.
8. Строение ацетилено – кислородного пламени.
9. Виды пламени и область их применения.
10. Основные параметры режима газовой сварки.
11. Давление кислорода и ацетилена в баллонах и перед горелками.
12. Основные способы газовой сварки и их характеристика.
13. Сварочные материалы.
Приложение 1
Варианты заданий для выполнения работы
| Номер варианта | Толщина свариваемого металла S, мм | Длина шва L, мм | Номер варианта | Толщина свариваемого металла S, мм | Длина шва L, мм |
| 0,5 | 8,0 | ||||
| 1,0 | 8,5 | ||||
| 1,5 | 9,0 | ||||
| 2,0 | 9,5 | ||||
| 2,5 | 10,0 | ||||
| 3,0 | 11,0 | ||||
| 3,5 | 12,0 | ||||
| 4,0 | 13,0 | ||||
| 4,5 | 14,0 | ||||
| 5,0 | 15,0 | ||||
| 5,5 | 16,0 | ||||
| 6,0 | 17,0 | ||||
| 6,5 | 18,0 | ||||
| 7,0 | 19,0 | ||||
| 7,5 | 20,0 |
Лабораторная работа№4
ВЫБОР РЕЖИМОВ СТЫКОВОЙ И РОЛИКОВОЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ
Цель работы
Изучить технологию контактной сварки и область её применения, научиться рассчитывать параметры режима сварки.
Задание
1. Привести схемы процессов контактной сварки с кратким их описанием.
2. В соответствии с вариантом задания (прил. 3) рассчитать параметры режима стыковой сварки сопротивлением для прутков от 3 до 20 мм из углеродистой стали и непрерывной роликовой сварки заготовок из низколегированной листовой стали толщиной от 0,2 до 3 мм.
Основные положения
Контактная сварка относится к способам сварки давлением, при которой заготовки в месте соединения нагреваются теплом, выделяющимся при прохождении электрического тока, и сжимаются определённым усилием. Для получения качественных сварных деталей металл в месте контакта нагревают до расплавления и лишь в отдельных случаях (например, при стыковой сварке сопротивлением) до пластического состояния, обеспечивающего требуемую пластическую деформацию заготовок. В процессе этой деформации происходит удаление окислов из места соединения, устранение раковин и уплотнение металла.
При пропускании электрического тока через свариваемые заготовки максимальное количество теплоты выделяется в месте свариваемого контакта и определяется по закону Джоуля – Ленца: Q = 0,24 I2 R T,
где Q– количество теплоты, выделяемое в сварочном контуре, Дж;
I– сила сварочного тока, А;
R– полное сопротивление, Ом;
T – время протекания тока, с.
Полное сопротивление сварочного контура R состоит из сопротивления выступающих концов свариваемых заготовок Rз, сопротивления сварочного контакта Rк и сопротивления между электродами и заготовками Rэ, т.е. R = Rз + Rк +Rэ.
Сопротивление сварочного контакта Rк является наибольшим, так как поверхности стыка заготовок даже после тщательной обработки имеют неровности и соприкасаются только в отдельных точках. Благодаря этому происходит резкое уменьшение действительного сечения металла, через которое проходит ток, и в зоне контакта возникают большие плотности тока. Кроме того, на поверхности свариваемого металла имеются плёнки окислов и загрязнения с малой электропроводностью, которые также увеличивают электросопротивление.
В результате высокой плотности тока в точках контакта металл нагревается до термопластичного состояния или до оплавления. При непрерывном сдавливании нагретых заготовок образуются новые точки соприкосновения, и так до тех пор, пока не произойдет полное сближение до межатомных расстояний, т.е. сварка поверхностей.Однако, при сварке неочищенных поверхностей контактные сопротивления изменяются в широких пределах, что приводит к изменению температур нагрева заготовок, снижению стабильности прочностных показателей сварных соединений, увеличению износа электродов и возникновению дефектов.Режим нагрева при контактной сварке определяется силой тока и временем протекания его через свариваемые изделия. Обычно стремятся к получению интенсивного нагрева в возможно малый промежуток времени. Такой режим сварки называется жёстким и обеспечивает повышение производительности, экономию электроэнергии, уменьшение окисления деталей, уменьшение размеров зоны термического влияния и возможность сварки металлов с высокой теплопроводностью и специальных легированных сталей.Однако, если есть опасность возникновения закалочных структур, которые могут привести к образованию трещин в зоне сварного соединения, применяют мягкие режимы сварки, характерные увеличением длительности протекания тока при соответственном уменьшении его величины.Процесс контактной сварки характеризуется не только явлением нагрева, но и пластической деформацией при сжатии деталей. Слои нагретого металла, подвергаемые сжатию, претерпевают структурные изменения, выражающиеся в переориентировке кристаллов сварного соединения, что оказывает большое влияние на качество соединения. Величина оптимального давления находится в зависимости от температуры нагрева. С увеличением температуры необходимое усилие сжатия уменьшается.Контактная сварка находит широкое применение в промышленности, что обусловлено следующими её преимуществами: высокой производительностью; возможностью механизации процесса; возможностью соединения различных металлов и сплавов, а также разнородных металлов; минимальной деформацией свариваемых изделий.