Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"Тюменский государственный нефтегазовый университет"
Технологический институт
Кафедра "Материаловедение и технология конструкционных материалов"
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ
РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
Методические указания
для лабораторных (практических) занятий
по дисциплинам "Технология конструкционных материалов", "Материаловедение и технология конструкционных материалов"
для студентов всех специальностей и направлений
очной и заочной форм обучения
Тюмень
ТюмГНГУ
Утверждено на заседании кафедры "Материаловедение и технология конструкционных материалов", протокол № 4 от "27" января 2012 г.
Составители: к.т.н., доцент Вождаев С.Н.
к.т.н., доцент Плеханов В.И.
к.т.н., доцент Балина О.В.
| © Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет", 2012 г. |
Методические указания предназначены для практического освоения принципов определения режимов ручной дуговой сварки в рамках изучаемого курса, формирования знаний, умений и навыков обучаемого.
В результате выполнения работы студент должен:
– знать технико-технические особенности определения режимов ручной дуговой сварки;
– уметь практически рассчитывать режимы ручной дуговой сварки;
– владеть навыками анализа и обоснования материала, проведения необходимых экспериментов, установления зависимости между параметрами, работать самостоятельно и в коллективе.
|
|
Цель работы – приобретение знаний, умений и навыков определения режимов ручной дуговой сварки.
Задачи.
1. Ознакомиться с сущностью и научиться рассчитывать режимы ручной дуговой сварки.
2. Пользуясь предложенной методикой, рассчитать режимы ручной дуговой сварки сварного соединения согласно индивидуального задания.
Оборудование и материалы
1. Лабораторные образцы сварных соединений.
Основные теоретические положения
Ручная дуговая сварка относится к термическому классу сварки. Процесс осуществляется сварочными электродами, подача которых в дугу и перемещение вдоль свариваемых заготовок выполняется сварщиком вручную. В процессе сварки происходит оплавление поверхностей свариваемых заготовок под воздействием электрической дуги с образованием общей ванны расплавленного металла, после кристаллизации которой и получается неразъемное соединение.
Электрическая дуга представляет собой мощный стабильный электрический разряд в газах, сопровождаемый выделением значительного количества тепла и света. Возникновение дуги обусловлено эмиссией электронов с катода и ионизацией газового промежутка. Выделение электронов с поверхности катода достигается за счет термо- и автоэлектронной эмиссии, а также эмиссии в результате ударов положительных ионов. Ионизацию газового промежутка вызывают нагрев, облучение и соударение частиц.
Температура столба дуги зависит от материала электрода и состава газов в дуге, а температура катодного и анодного пятен приближается к температуре кипения металла электродов. Эти температуры для дуги покрытого стального электрода составляют соответственно ~6000 K и ~3000 K. При этом в анодной области дуги, как правило, выделяется значительно больше тепловой энергии, чем в катодной.
|
|
Дуга горит между сварочным электродом и свариваемым (основным) металлом. Применяют неплавящиеся и плавящиеся электроды (рис. 1). Неплавящиеся электроды изготавливают из электротехнического угля, синтетического графита или вольфрама. Для плавящихся электродов наиболее распространенным материалом является холоднотянутая проволока, а также ленты и электродные пластины.
| 
|
| а | б |
Рис. 1. Схема ручной дуговой сварки неплавящимся (а)
и плавящимся (б) электродом:
1 – свариваемый металл; 2 – электрическая дуга; 3 – электрод;
4 – электрододержатель; 5 – присадочный материал
В зависимости от материала и числа электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие разновидности дуговой сварки:
– сварка неплавящимся электродом дугой прямого действия, при которой соединение выполняется путем расплавления только основного металла, либо с применением присадочного металла;
– сварка плавящимся электродом (металлическим) дугой прямого действия с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сварочную ванну жидким металлом;
– сварка косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, неплавящимися электродами, при этом основной металл нагревается и расплавляется теплотой столба дуги;
|
|
– сварка трехфазной дугой, при которой дуга горит между каждым электродом и основным металлом.
Ручной дуговой сваркой соединяют углеродистые, легированные и высоколегированные стали, чугуны, медь, алюминий, титан и сплавы на основе указанных металлов. Применяют переменный (сварочные трансформаторы) или постоянный (сварочные выпрямители и генераторы) электрический ток. Сварочные трансформаторы проще в эксплуатации, значительно долговечнее и обладают более высоким КПД. Постоянный ток предпочтителен в технологическом отношении: повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях, появляется возможность вести сварку при прямой и обратной полярностях и т.д.
Ручная сварка позволяет выполнять швы в любых пространственных положениях: нижнем, вертикальном, потолочном. Ручная сварка удобна при выполнении коротких криволинейных швов в любых пространственных положениях, при выполнении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы.
Оборудование для ручной сварки: источник питания дуги, электрододержатель, гибкие провода, защитная маска или щиток.
Электроды для ручной сварки представляют собой стержни длиной 50…450 мм с нанесенными на них покрытиями, которые обеспечивают стабильное горение дуги, защиту расплавленного металла, получение шва заданного состава и свойств. При сварке сталей в качестве стержней используют стальную сварочную проволоку диаметром, мм: 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 и 8,0.
Покрытия в зависимости от химического состава бывают рутиловыми (обозначаются буквой "Р"), кислыми (А), основными (Б), целлюлозными (Ц), смешанными (например РБ) и прочими (П). В состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газообразующие, шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие составляющие.
По назначению стальные электроды, согласно государственным стандартам, подразделяются на 4 типа:
1) Электроды для сварки конструкционных сталей. Обозначаются буквой "Э" и цифрой, указывающей минимальный предел прочности в 10-1 МПа, например: Э38, Э50, Э85, Э150. Здесь различают электроды для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей
с временным сопротивлением разрыву до 600 МПа (в условном обозначении электродов ставится буква "У") и электроды для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа (обозначаются "Л").
2) Электроды для сварки легколегированных теплоустойчивых сталей, например: Э-09М, Э-05Х2М, Э-10Х1М1НФС. Здесь и далее число, стоящее после буквы "Э", указывает содержание углерода в сотых долях процента, последующие буквы и цифры показывают гарантированное содержание легирующих элементов в наплавленном металле по тем же правилам, что и при маркировке сталей. В условном обозначении ставится буква "Т".
3) Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами (В): Э-02Х11НВМФ, Э-02Х19Н9Б. Эти электроды применяют для сварки коррозионно-стойких, жаропрочных и жаростойких высоколегированных сталей.
4) Электроды для наплавки поверхностных слоев, например: Э-10Г2, Э-80В18Х4Ф, Э-350Х26Г2Р2СТ обозначаются "Н".
Каждому типу электрода соответствует одна или несколько марок электродов, т.е. негостированных обозначений электродов, присвоенных заводом-изготовителем. Марка электродов характеризуется определенным составом покрытия, маркой электродной проволоки, технологическими свойствами и характеристиками наплавленного металла.
Условное обозначение электродов для сварки сталей состоит из типа и марки электрода, марки и типа покрытия, диаметра, механических характеристик наплавленного металла и металла шва, обозначения рода используемого тока, пространственного положения шва и номера ГОСТа.
Например, обозначение 
расшифровывается следующим образом: Э46А – тип электрода по ГОСТ 9466-75 (Э – электрод для дуговой сварки; 46 – минимальное значение временного сопротивления sВ=460 МПа; А – металл шва обладает повышенной пластичностью); УОНИ-13/45 – марка электрода;
3,0 – диаметр стержня электрода; У – электрод для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей; Д2 – электрод с толстым покрытием второй группы. Цифры 432(5) характеризуют прочностные и пластические характеристики металла шва; Б – тип покрытия (основное);
1 – указывает род используемого тока, 0 – пространственное положение и способ получения шва.