Напоминание

Технология сварочных работ


Автор: Брызгалова Елена Александровна
Должность: преподаватель специальных дисциплин
Учебное заведение: Рузаевское отделение ГБПОУ РМ "Саранский политехнический техникум"
Населённый пункт: Республика Мордовия, город Рузаевка
Наименование материала: Электронный учебник
Тема: Технология сварочных работ
Дата публикации: 04.02.2019
Раздел: среднее профессиональное





Назад




Электронный учебник по

МДК 01.01 «Технология

сварочных работ»

Разработал:

преподаватель ГБОУ РМ «Саранский политехнический техникум»

(Рузаевское отделение) Е.А.Брызгалова

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Раздел 1. Классификация основных видов и способов электрической

сварки плавлением

Тема 1.1 Классификация электрической сварки плавлением

Тема 1.2 Сущность основных видов и способов сварки плавлением

Раздел 2. Теоретические основы электрической сварки плавлением

Тема 2.1 Сварочная дуга и сущность процессов, протекающих в ней

Тема

2.2

Действие

магнитных

полей

и

ферромагнитных

масс

на

сварочную дугу

Тема 2.3 Перенос металла в сварочную ванну при дуговой сварке

Тема 2.4 Тепловые процессы при электрической сварке плавлением

Раздел 3. Сварочные материалы

Тема 3.1 Сварочная проволока и неплавящиеся электродные стержни

Тема 3.2 Металлические плавящиеся электроды для ручной дуговой

сварки

Тема 3.3 Флюсы для дуговой и электрошлаковой сварки

Тема

3.4

Защитные

газы,

применяемые

при

электрической

сварке

плавлением

Раздел

4.

Металлургические

процессы

при

дуговой

и

электрошлаковой сварке

Тема 4.1 Особенности металлургических процессов при сварке

Тема

4.2

Особенности

металлургических

процессов

при

сварке

толстопокрытыми электродами

Тема

4.3

Особенно сти

мет аллургиче ских

проце ссов

п р и

механизированных способах сварки

Тема 4.4 Плавление и кристаллизация металла шва. Структура шва и

зоны термического влияния

Раздел 5. Сварочные напряжения и деформации

Тема 5.1 Причины возникновения сварочных напряжений и деформаций.

Классификация напряжений и деформаций

Тема

5.2

Способы

предотвращения

деформаций

и

исправления

деформированных участков

Раздел

6.

Технология

электрической

сварки

плавлением

низкоуглеродистых сталей

Тема 6.1 Сварные соединения и швы

Тема 6.2 Технология ручной дуговой сварки плавящимися электродами

Тема 6.3 Технология сварки под слоем флюса

Тема 6.4 Технология электрошлаковой сварки

Тема 6.5 Технология сварки в среде защитных газов

Раздел

7.

Технология

электрической

сварки

плавлением

легированных сталей

Тема 7.1 Технология сварки низко - и среднелегированных сталей

Тема 7.2 Технология сварки высоколегированных сталей

Тема 7.3 Особенности сварки разнородных и двухслойных сталей

Раздел 8. Наплавка твёрдых сплавов и сварка чугуна

Тема 8.1 Наплавка твёрдых сплавов

Тема 8.2 Сварка чугуна

Раздел 9. Сварка цветных металлов и сплавов

Тема 9.1 Сварка алюминия и его сплавов

Тема 9.2 Сварка титана и его сплавов

Тема 9.3 Сварка меди и её сплавов

Лабораторные работы

Тесты

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Для получения неразъемного соединения при сварке плавлением кромки

свариваемых элементов

металла

в

месте

соединения

расплавляются,

самопроизвольно сливаются в общую, так называемую сварочную ванну, где

соответственно

происходят

процессы

кристаллизации,

физико-химические

процессы.

При

удалении

источника

тепла

(дуги)

металл

сварочной

ванны

застывает, образуя, сварной шов, который соединяет свариваемые кромки в

единое

целое.

Изменения

в

структуре

металла

более

всего

происходят

в

околошовной зоне.

Металл

шва

и

основной

металл

зоны

термического

влияния

(околошовной зоны), в котором произошли структурные изменения, называются

сварным соединением.

Сварка

имеет

много

разновидностей.

Главным

образом

она

подразделяется на сварку плавлением и сварку давлением. К сварке плавлением

относят: ручная дуговая сварка покрытыми электродами, полуавтоматическая

сварка

в

среде

защитных

газов,

автоматическая

сварка

под

слоем

флюса,

плазменная

сварка,

электрошлаковая,

электронно-лучевая,

газовая

и

т.д.

К

сварке давлением относят: контактная сварка, сварка взрывом, сварка трением

т.д.

Задача

данной

дисциплины

-

помочь

студентам

специальности

«Сварочное производство» понять суть процессов, происходящих при сварке,

выявить зависимость между её основными параметрами и режимами, а также

отработать навыки студентов в выборе режимов сварки и сборочно-сварочного

оборудования.

Изучение

сварочного

производства

требует

знаний

и

в

других

дисциплинах, тесно связанных с этой дисциплиной, а именно: физики, химии,

математики.

РАЗДЕЛ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОНОВНЫХВИДОВ ИСПОСОБОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ.

ТЕМА 1.1 Классификация электрической сварки плавлением.

Сварка плавлением характеризуется расплавлением свариваемых кромок

под действием сварочной дуги, которая выделяет тепло 6000-7000

0

.

Вид сварки объединяет сварочные процессы по виду источника энергии,

непосредственно

используемого

для

образования

сварного

соединения.

К

термическому классу относятся такие виды сварки, которые осуществляются

плавлением

с

использованием

тепловой

энергии,

а

именно:

дуговая,

электрошлаковая,

электронно-лучевая,

плазменная,

ионно-лучевая,

тлеющим

разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная и литейная.

К термомеханическому к л а с с у сварки относятся такие виды сварки,

которые осуществляются с использованием тепловой энергии и давления, а

именно:

контактная,

диффузионная,

индукционно-прессовая,

газопрессовая,

термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитно-прессовая и

печная.

К механическому классу сварки относятся такие виды сварки, которые

осуществляются с использованием механической энергии и давления, а именно;

холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и магнитно-импульсная.

Классификация

сварки

металлов

по

техническим

признакам.

К

техническим

признакам

относятся:

способ

защиты

металла

в

зоне

сварки,

непрерывность процесса и степень механизации сварки.

По

способу

защиты

металла

различают

сварку

в

воздухе,

вакууме,

защитных газах, под флюсом, по флюсу, в пене и с комбинированной защитой.

В качестве защитных могут применяться активные газы (углекислый газ, азот,

водород, водяной пар, смесь активных газов), инертные газы (аргон, гелий,

смеси аргона с гелием), а также смесь инертных и активных газов. Защита

расплавленного металла газом может быть струйной или в контролируемой

атмосфере.

Если

струйная

защита

расплавленного

металла

осуществляется

только со стороны сварочной дуги, то она называется односторонней, если со

стороны сварочной дуги и корня шва — двусторонней.

По непрерывности процесса различают непрерывные и прерывистые

виды

сварки;

по

степени

механизации

ручные,

механизированные,

автоматизированные и автоматические.

ТЕМА 1.2 Сущность основных видов и способов электрической сварки

плавлением.

Дуговая сварка. Дуговая сварка относится к сварке плавлением. При

этом виде сварки плавление основного и присадочного металла осуществляется

электрической дугой, горящей между электродом и свариваемым металлом.

Расплавленный

основной

и

присадочный

металл

(электрод

или

проволока)

образуют сварочную ванну, в результате кристаллизации металла сварочной

ванны

образуется

сварной

шов.

Для

получения

полного

сплавления

свариваемых кромок, когда толщину свариваемых листов нельзя проплавить за

один проход, кромки перед сборкой под сварку скашивают, т. е. делают разделку

(скос кромок).

Электрошлаковая

сварка.

Плавление

свариваемого

н

присадочного

металлов

осуществляется

теплом,

выделяющимся

при

прохождении

электрического

тока

через

расплавленный

шлак

в

период

установившегося

процесса сварки.

Вначале,

в

первый

период,

возникает

дуга,

которая,

расплавив

небольшое количество флюса, шунтируется, т. е. прекращается горение дуги и

начинается прохождение тока через расплавленный шлак.

Электрошлаковая сварка классифицируется по виду электрода, наличию

колебаний электрода, количеству электродов с общим подводом сварочного

тока.

По

виду

электрода

электрошлаковая

сварка

делится

на

сварку

проволочным,

пластинчатым

электродом

и

плавящимся

мундштуком;

по

наличию колебаний электрод, а — без колебаний и с колебаниями электрода; по

количеству электродов с общим подводом сварочного тока — одноэлектродную,

двухэлектродную и многоэлектродную.

Электронно-лучевая сварка. Этот вид сварки выполняется в камерах с

разрежением

до

133(10

-4

-10

-6

).

Тепло

образуется

за

счет

бомбардировки

поверхности

металла

электронами,

имеющими

большие

скорости,

анодом

является свариваемая деталь, а катодом — вольфрамовая спираль.

Электронно-лучевая

сварка

может

выполняться

без

колебаний

и

с

колебаниями

электронного

луча.

По

направлению

колебаний

различают

электронно-лучевую сварку с продольными, поперечными, вертикальными и

сложными колебаниями электронного луча.

Плазменная

сварка.

Этот

вид

сварки

основан

на

пропускании

электрического тока большой плотности через газовую среду, находящуюся под

некоторым

давлением,

в

результате

чего

газ

получает

ионизированное

состояние,

называемое

плазмой.

Температура

плазменной

струи

достигает

порядка

30000

0

С.

Плазменная

сварка

может

выполняться

с

поперечными,

продольными

и

сложными

колебаниями

плазменной

струи,

а

также

без

колебаний плазменной струи.

Газовая сварка основана на плавлении свариваемого и присадочного

металлов

высокотемпературным

газокислородным

пламенем.

В

качестве

горючего

для

сгорания

в

кислороде

применяют

ацетилен,

водород,

пропанобутановую

смесь,

пары

керосина,

бензина,

городской,

природный,

светильный, нефтяной, коксовый и другие газы.

Световая сварка по виду источника света подразделяется на солнечную,

лазерную и искусственными источниками света. В практике пока в основном

находит

применение

только

лазерная

сварка.

Этот

вид

сварки

основан

на

применении

специального

светового

луча,

который

плавит

металл.

Для

получения сильного светового луча используют особые установки, называемые

лазерами.

Термитная сварка состоит в том, что свариваемые детали помещают в

огнеупорную форму, а в установленный сверху тигель засыпают термит —

порошкообразную смесь алюминия с железной окалиной. При горении термита

развивается высокая температура (более 2000

0

С), образуется жидкий металл,

который

при

заполнении

формы

оплавляет

кромки

свариваемых

изделий,

заполняет зазор, образуя, сварной шов.

Контрольные вопросы

1. Какие виды сварки относятся к термическому, термомеханическому и

механическому классу?

2. Назвать виды сварки по способу защиты металла.

3.

Назвать

виды

сварки

по

непрерывности

процесса

и

степени

механизации.

4.

В

чем

заключается

сущность

ручной

дуговой,

электрошлаковой,

электронно-лучевой, плазменной и газовой сварки?

РАЗДЕЛ

2

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СВАРКИ ПЛВАЛЕНИЕМ.

Тема 2.1 Сварочная дуга и сущность процессов, протекающих в ней.

Сварочной дугой называется разряд электрического тока, возникающий

между электродом и деталью при их соприкосновении.

Виды электрически заряженных частиц в газах. Заряженными частицами

в газах могут быть электроны, положительные и отрицательные ионы.

Количество

энергии,

выделенное

при

присоединении

электрона

к

нейтральному

атому

или

отрицательно

заряженному

иону

и

выраженное

в

электрон-вольтах,

называется

сродством

к

электрону.

Электрон-вольтом

называется

единица

энергии,

которую

приобретает

электрон,

ускоренный

электрическим полем с разностью потенциалов в 1 В.

Энергия,

израсходованная

на

отрыв

электрона,

называется

работой

ионизации.

Работа

ионизации,

выраженная

в

электрон-вольтах,

называется

потенциалом

ионизации.

Если

сообщить

связанному

электрону

газовой

молекулы

или

атома

некоторое

количество

дополнительной

энергии,

то

электрон перейдет на новую орбиту с более высоким энергетическим уровнем,

а молекула или атом будут находиться в возбужденном состоянии. Количество

энергии, выраженное в электрон-вольтах, которое необходимо затратить для

возбуждения атома или молекулы газа, называется потенциалом возбуждения.

Возбужденное состояние атома или молекулы газа является неустойчивым, и

электрон

может

снова

возвратиться

на

стационарную

орбиту,

а

атом

или

молекула

перейдет

в

нормальное

невозбужденное

состояние.

Энергия

возбуждения

при

этом

передается

в

окружающее

пространство

в

форме

светового электромагнитного излучения.

Сварочная

дуга

характеризуется

выделением

большого

количества

тепловой

энергии

и

сильным

световым

эффектом.

Она

является

концентрированным

источником

тепла

и

применяется

для

расплавления

основного и присадочного материалов.

В

зависимости

от

того,

в

какой

среде

происходит

дуговой

разряд,

различают: открытую дугу, горящую в воздухе, где составом газовой среды

зоны дуги является воздух с примесью паров свариваемого металла, материала

электродов и электродных покрытий;

закрытую дугу, горящую под флюсом, где составом газовой среды зоны

дуги являются пары основного металла, проволоки и защитного флюса;

дугу, горящую в среде защитных г а з о в — закрытую дугу (в состав

газовой

среды

зоны

дуги

входят

атмосфера

защитного

газа,

пары

расплавленного

металла

проволоки

и

основного

металла).

Сварочная

дуга

классифицируется

по

роду

применяемого

тока

(постоянный,

переменный,

трехфазный)

и

по

длительности

горения

(стационарная,

импульсная).

При

применении постоянного тока различают дугу прямой и обратной полярности.

При

прямой

полярности

отрицательный

полюс

силовой

цепи

катод

находится на электроде, а положительный полюс — анод — на основном

металле. При обратной полярности плюс на электроде, а минус на изделии,

В

зависимости

от

типа

применяемого

электрода

дуга

может

возбуждаться

между

плавящимися

(металлическим)

и

неплавящимся

(угольным,

вольфрамовым

и

др.)

электродами.

По

принципу

работы

дуги

бывают прямого, косвенного и комбинированного действия.

Дугой прямого действия называют дуговой разряд, происходящий между

электродом и изделием. Косвенная дуга представляет собой дуговой разряд

между

двумя

электродами

(атомно-водородная

сварка).

Комбинированная

дуга

-

это

сочетание

дуги

прямого

и

косвенного

действия.

Примером

комбинированной

дуги

служит

трехфазная

дуга,

у

которой

две

дуги

электрически связывают электроды с изделием, а третья горит между двумя

электродами, изолированными друг от друга.

Рис. 1. Виды сварочных дуг: а - дуга прямого действия; б - косвенная

дуга; в - комбинированная дуга

Возбуждение

дуги

производят

двумя

способами:

касанием,

либо

чирканьем, сущность которых показана на рис. 1.

В сварочной дуге дуговой промежуток разделяется на три основные

области:

анодную,

катодную

и

столб

дуги.

В

процессе

горения

дуги

на

электроде и основном металле имеются активные пятна, представляющие собой

более нагретые участки электрода и основного металла, через которые проходит

весь ток дуги. Активное пятно, находящееся на катоде, называется катодным, а

пятно, находящееся на аноде, — анодным.

Дугу можно зажигать двумя способами. Первый способ «клевком» в

вертикальном

положении

электрод

соударяется

о

поверхность

металла

и

образуется

разряд

электрического

тока.

Второй

способ

называется

«чирканьем».

Тепло, выделяемое дугой определяется по формуле:

Q= 0,24I

св

U

д

t,

где I

св

- сила сварочного тока, А; U

д

- напряжение дуги, В; t - время горения, сек.

ТEM4 2.2 ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ФЕРРОМАГНИТНЫХ

МАСС НА СВАРОЧНУЮ ДУГУ.

Зажигание и устойчивое горение дуги при любом роде тока зависит от

динамической

характеристики

источника

питания

дуги.

Источник

питания

должен поддерживать горение дуги при наличии возмущений в виде изменения

напряжения

в

сети

и

обеспечивать

регулирование

сварочного

процесса

в

зависимости

от

состояния

поверхности

свариваемого

изделия

и

скорости

подачи сварочной проволоки.

Технические особенности горения дуги на постоянном или переменном

токе

выражаются

в

том,

что

дуга,

как

гибкий

газовый

проводник,

может

отклоняться

от нормального положения под воздействием магнитных полей,

создаваемых

вокруг

дуги

и

в

свариваемом

изделии.

Магнитные

поля

воздействуют на движущиеся заряженные частицы столба дуги и тем самым

воздействуют на всю дугу. Такое явление принято называть магнитным дутьем.

Магнитные

поля

оказывают

отклоняющее

воздействие

на

дугу

при

неравномерном

и

несимметричном

расположении

поля

относительно

дуги,

особенно при сварке на постоянном токе.

Наличие вблизи сварочной дуги значительных ферромагнитных масс

также нарушает симметричность магнитного поля дуги и вызывает отклонение

дуги в сторону этих масс.

Магнитное дутье ухудшает стабилизацию горения дуги и затрудняет

процесс сварки. Для снижения влияния магнитного дутья на сварочную дугу

необходимо применять специальные меры. К таким мерам относятся: сварка

короткой дугой; подвод сварочного тока к точке, максимально близкой к дуге;

наклон электрода в сторону действия магнитного дутья, размещение у места

сварки дополнительных ферромагнитных масс.

Если невозможно избавиться от влияния магнитного дутья указанными

способами, то следует заменить источник питания и производить сварку на

переменном токе, при котором влияние магнитного дутья значительно меньше.

ТЕМА

2.3

ПЕРЕНОС

МЕТАЛЛА

В

СВАРОЧНУЮ

ВАННУ

ПРИ

ДУГОВОЙ СВАРКЕ.

При горении сварочной дуги происходит взаимодействие электрического

и

магнитного

полей,

в

результате

чего

возникают

электромагнитные

силы,

которые направлены от наружной поверхности дуги к ее оси и сжимают столб

дуги (пинч-эффект).

Под

действием

сжимающих

электромагнитных

сил

и

высокой

температуры на конце электрода происходит плавление металла, образование и

отрыв капли, которая переносится на изделие. В зависимости от размера и

скорости образования капель различают капельный и струйный перенос. Размер

капель

зависит

от

плотности

сварочного

тока

и

напряжения

дуги.

При

увеличении плотности сварочного тока происходит уменьшение размера капель

жидкого металла, а число их увеличивается. При повышении напряжения дуги

размер капель жидкого металла увеличивается, а число их уменьшается для

уменьшения

разбрызгивания

металла

при

дуговой

сварке

плавящимся

электродом сварку проводят с повышенной плотностью сварочного тока при

относительно малых значениях напряжения дуги или применяют импульсный

режим сварки.

При

ручной

сварке

в

виде

капель

переносится

в

сварочную

ванну

примерно

95%

электродного

металла,

остальное

это

брызги

и

пары,

значительная часть которых осаждается в разных местах на изделии.

Капельный

перенос

происходит

при

сварке

штучными

покрытыми

электродами. В этом случае большинство капель заключено в оболочку из

шлака, образовавшегося из расплавляемого покрытия. Аналогичные процессы

переноса

металла

электрода

в

шов наблюдаются при сварке под флюсом и

сварке порошковой проволокой.

Струйный процесс переноса металла характерен для сварки плавящимся

электродом в защитных газах.

При струйном переносе образуются мелкие капли, которые следуют одна

за другой в виде непрерывной цепочки (струи). Струйный процесс переноса

электродного

металла возникает при сварке проволокой малого диаметра с

большой

плотно стью

тока.

Например, при

сварке

полуавтоматом

(механизированной)

в

аргоне

проволокой

(электродом) диаметром

1,6

мм

струйный перенос металла осуществляется при критическом токе 300 А.

При

сварке

на

токах

ниже

критического

наблюдается

уже

капельный

перенос

металла.

Обычно

струйный

перенос

электродного

металла

приводит

к

меньшему

выгоранию

легирующих

элементов

в

сварочной

проволоке

и

к

повышенной чистоте металла капель и сварного шва. Скорость расплавления

сварочной

проволоки

при

этом

увеличивается. Поэтому

струйный

перенос

имеет преимущества перед капельным.

При импульсно-дуговой сварке перенос металла через дугу имеет свои

особенности.

Импульсно-дуговая

сварка

плавящимся

электродом

имеет

существенное

преимущество

по сравнению

со

сваркой

неплавящимся

и

плавящимся электродами в защитных газах и другими видами сварки, так как с

помощью

специальной

системы

создаются

условия управляемого

и

направленного переноса металла с незначительными потерями металла на угар

и разбрызгивание.

Существуют две разновидности управляемого переноса металла. Первая

состоит в том, что при каждом импульсе сварочного тока от электрода отделяется

и переносится в сварочную ванну одна капля расплавленного металла (при

сварке в среде аргона). Вторая разновидность состоит в том, что во время

прохождения импульса сварочного тока большей длительности, чем в первом

случае, происходит интенсивное плавление электрода со струйным переносом

металла. Этот процесс переноса металла характерен для сварки активированным

электродом на постоянном токе прямой полярности в активных и инертных газах,

а также при сварке в аргоне постоянным током обратной полярности.

ТЕМА 2.4 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКЕ

ПЛАВЛЕНИЕМ.

Сварочная

дуга

является

мощным

концентрированным

источником

теплоты, температура столба дуги по его продольной оси составляет более

6000

0

С, при этом большая часть электрической энергии, потребляемая дугой,

превращается в тепловую. Распределение теплоты вдоль дугового промежутка

происходит

в

соответствии

с

падением напряжения

в

его

областях.

При

электрошлаковой

сварке

теплота

получается

за

счет

прохождения

тока

по

шлаковой

ванне.

Электрическая

мощность

(Вт)

в

общем

виде

выражается

уравнением:

Р= I

св

U

св

,

где I

св

— ток, протекающий в сварочной цепи, А; U

СВ

— напряжение на дуге или

шлаковой ванне, В.

Электрическая

энергия,

потребляемая

при

электрической

сварке,

в

основном

превращается

в

тепловую.

Поэтому

полную

тепловую

мощность

сварочной дуги или шлаковой ванны можно определить по уравнению:

Q= kI

св

U

св

,

где k - коэффициент, учитывающий влияние, оказываемое несколько меньшим

напряжением зажигания дуги, чем напряжение холостого хода.

При

сварке

на

постоянном

токе

коэффициент

(принимается

равным

единице, а при сварке на переменном токе (k=0,70-0,97), в зависимости от

состава атмосферы дуги, состава шлаковой ванны, теплофизических свойств

электродов

и

соотношения

между напряжением

холостого

хода

источника

питания дуги и напряжением дуги. Не вся теплота используется полностью на

расплавление

металла,

часть

ее

расходуется

непроизводительно.

Характер

использования

полной

тепловой

мощности

процесса

можно

установить

по

тепловому балансу, показывающему, как и на что расходуется полная тепловая

мощность при дуговой или электрошлаковой сварке. Эффективная тепловая

мощность процесса электрической сварки плавлением есть количество теплоты,

введенное в изделие в единицу времени. Непроизводительная часть расходуется

на теплоотдачу в окружающую среду, на нагрев ползунов (при электрошлаковой

сварке) и т. д.; эта часть составляет потери теплоты при сварке. Эффективная

тепловая мощность определяется из уравнения:

Q

эф

=Qη=kI

св

U

св

η,

η=Q

эф

/Q,

где η - эффективный КПД нагрева изделия.

Эффективная тепловая мощность зависит от способа сварки, состава

покрытия и флюса, материала электрода, а также типа сварного шва. Так,

например, при одной и той же электрической мощности КПД дуги будет больше

при сварке стыкового соединения с разделкой кромок, чем при наплавке на

плоскость. Теплота, выделяемая в дуге, наиболее рационально используется при

автоматической сварке.

При дуговой сварке нагрев и расплавление электрода осуществляются за

счет энергии, выделяемой дугой в активном пятне, расположенном на его торце.

Нагрев

вылета

электрода

происходит

за

счет

теплоты,

выделяемой

при

прохождении

по

нему

тока

по

закону

Джоуля-Ленца.

Вылетом

называется

участок электрода от места контакта с токоподводящим устройством до его

конца.

Например,

при

сварке

вручную

вылет

электрода

в

начале

сварки

составляет 200-400 мм и в конце сварки 30-40 мм. При автоматической и

механизированной сварке под флюсом и в защитных газах вылет электродной

проволоки

составляет

12-70

мм

в

зависимости

от

ее

диаметра

и

теплофизических

свойств.

Количество

теплоты,

выделяемое

в

электроде

в

единицу времени, будет тем больше, чем больше плотность тока, удельное

сопротивление

и

вылет

электрода.

При

ручной

сварке

это

приводит

к

значительному повышению температуры электрода, что ограничивает величину

тока, применяемую при этом способе сварки. Качество шва будет обеспечено

только тогда, когда температура электрода в момент расплавления его торца не

будет превышать 600-700

0

С. Нагрев электрода до более высоких температур

приводит

к

отслаиванию

покрытия,

ухудшению

формирования

шва

и

увеличению потерь на разбрызгивание. Механизированные способы сварки,

благодаря малому вылету электрода, позволяют применять большую плотность

тока

и

поэтому

более

производительны.

Производительность

сварки

характеризуется

погонной

энергией. Погонная энергия сварки представляет

собой

отношение

эффективной

тепловой

мощности дуги

к

скорости

ее

перемещения.

q

п

=Q

эф

/υ=I

св

U

д

η/υ.

Исходя

из

этой

формулы

устанавливается,

что

поперечное

сечение

однопроходного

или

многопроходного

шва

(валика),

выполненного

дуговой

сваркой, будет находиться в прямой зависимости от ее погонной энергии.

Контрольные вопросы

1. Что называется сварочной дугой?

2. Сущность процессов, протекающих в сварочной дуге.

3. Классификация сварочной дуги.

4. Назвать способы зажигания сварочной дуги.

5. Как влияют магнитные поля и ферромагнитные массы на сварочную

дугу?

6. Как осуществляется перенос металла в сварочную ванну при дуговой

сварке?

7.

Тепловые

процессы,

протекающие

при

электрической

сварке

плавлением.

РАЗДЕЛ 3. СВАРОЧНЫЕ MA ТЕРИАЛЫ.

ТЕМА

3.1

СВАРОЧНАЯ

ПРОВОЛОКА

И

НЕПЛАВЯЩИЕСЯ

ЭЛЕКТРОДНЫЕ СТЕРЖНИ.

При

электрической

сварке

плавлением

применяют

следующие

сварочные

материалы:

сварочная

проволока,

неплавящиеся

и

плавящиеся

электродные стержни, покрытые электроды.

Стальная сварочная проволока, предназначенная для сварки и наплавки,

регламентируется ГОСТ 2246-70. Она классифицируется по группам и маркам

стали.

ГОСТ

предусматривает

три

группы

сварочной

проволоки:

низкоуглеродистую

6

марок,

легированную

30

марок

и

высоколегированную — 39 марок.

Обозначение марок проволоки составляется из сочетания букв и цифр.

Первые две буквы "Св" означают — сварочная проволока. Следующие за ними

первые две цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента.

Далее

следуют

буквенные

обозначения

элементов,

входящих

в

состав

проволоки.

При

содержании

легирующих

элементов

в

проволоке

до

1%

ставится только буква этого элемента, если содержание легирующих элементов

превышает

1%,

то

после

буквы

указывается

процентное

содержание

этого

элемента в целых единицах.

Например,

Св-08ГС

расшифровывается

следующим

образом:

Св

сварочная; 0,8% углерода; до 1% марганца; до 1% кремния.

Для плавящихся электродов наиболее распространенным материалом

является холоднотянутая калиброванная проволока диаметром 0,3 — 12,0 мм, а

также

горячекатаная

или

порошковая

проволока,

электродные

ленты

и

электродные пластины. Если в конце марки проволоки стоит буква А, то эта

проволока

изготовлена из

более

высококачественной

стали

меньшим

содержанием вредных примесей — серы и фосфора). Проволоку поставляют в

мотках, намотанную на катушки, или в кассетах. Поверхность проволоки должна

быть чистой, без окалины, ржавчины, грязи и масла. Низкоуглеродистая и

легированная

проволоки

подразделяются

на

неомедненную

и

омедненную.

Омедненная

проволока

находит

все

большее

применение.

По

особым

требованиям проволоку изготавливают из стали, выплавленной электропшаковым,

вакуум-дуговым

или

вакуум-индукционным

методами.

Различные

виды

проволоки имеют свое условное обозначение: Э — для изготовления электродов, О —

омедненная, Ш — полученная из стали, выплавленной электрошлаковым переплавом;

ВД — полученная из стали, выплавленной вакуум-дуговым переплавом; ВИ —

полученная из стали, выплавленной в вакуум-индукционной печи. К каждому

мотку проволоки должна быть прикреплена бирка, в которой указывается завод-

изготовитель, марка стали, диаметр проволоки, ГОСТ. К каждой партии проволоки

прилагается документ (сертификат), удостоверяющий соответствие проволоки

требованиям ГОСТа. Стальная сварочная проволока применяется для изготовления

покрытых штучных электродов, для сварки под флюсом и в среде защитных газов.

Если

сварочная

проволока

не

обеспечивает

требуемого

химического

состава наплавленного металла, то применяют порошковую проволоку. Эта

проволока представляет собой низкоуглеродистую стальную оболочку, внутри

которой запрессован порошок. Этот порошок состоит из ферросплавов, за счет

которых осуществляется легирование металла шва или железный порошок для

увеличения

наполнения

шва.

Порошковую

проволоку

изготавливают

сворачиванием ленты в трубку при протяжке ее через калиброванное отверстие

(фильеру). В практике находят применение трубчатые и другие конструкции

порошковой проволоки.

Более сложные конструкции порошковой проволоки приводят к увеличению

глубины проплавления, уменьшению выгорания полезных примесей (марганца и

кремния), снижению содержания кислорода и азота в наплавленном металле, более

равномерному

плавлению сердечника.

По

составу

сердечника

порошковая

проволока делится на пять типов: ПП-АН1; ПП-АН7; ПП-2ДСК; ПП-АН10 и ПП-

АН9. Из них первые три типа используют для сварки без дополнительной защиты, а

два последних для сварки в углекислом газе.

Неплавящиеся электродные стержни изготавливают из электротехнического

угля или синтетического графита, а также из вольфрама. Угольные (ГОСТ 4425-

72)

и

графитовые (ГОСТ 4426-71) электроды имеют форму цилиндрических

стержней диаметром 5-25 мм и длиной 200-300 мм. Конец электродов затачивается

на конус. Графитовые электроды более электропроводны и обладают большей

стойкостью против окисления на воздухе при высоких температурах. Это позволяет

применять повышенную плотность тока и сократить расход электродов.

Наиболее широкое применение имеют вольфрамовые электроды. Они

изготавливаются из чистого вольфрама или с различными присадками следующих

марок: ЭВЧ, ЭВЛ, ЭВИ-1, ЭВИ-2 (ГОСТ 23949-80). Наличие присадок (1-3%)

обеспечивает улучшенное зажигание дуги, повышает стойкость электрода при

повышенной

плотности

тока.

Электроды

из

вольфрама

с активизирующими

присадками применяют для сварки переменным и постоянным током прямой и

обратной полярности.

Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой металлический

стержень,

на поверхность которого методом окунания или опрессовкой под

давлением

наносится

покрытие (обмазка) определенного состава и толщины.

Покрытие должно обеспечить устойчивое горение дуги; получение металла шва

требуемых химического состава и свойств и др. Эти требования обеспечиваются

материалами

электродного

стержня

и

покрытия,

в

состав

которых

входят

стабилизирующие, шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и другие

вещества.

Стабилизирующие вещества предназначены для обеспечения устойчивого

горения

дуги. Это достигают введением в покрытие материалов, содержащих

соединения щелочных и щелочноземельных металлов: калия (К), натрия (Na),

кальция (Са), которые обладают низким потенциалом ионизации, что обеспечивает

устойчивое зажигание и горение дуги. Этими материалами являются: поташ,

кальцинированная сода, полевой шпат, мел, мрамор и другие известняки.

Шлакообразующие вещества при расплавлении образуют шлак, который

защищает капли электродного металла и сварочную ванну от атмосферных газов. К

ним относятся: марганцевая руда, гематит, гранит, мрамор, магнезит, кремнезем,

полевой шпат, плавиковый шпат и др.

Газообразуюшие вещества при нагревании разлагаются и образуют газы,

которые оттесняют атмосферные газы от плавильной зоны и обеспечивают

дополнительную защиту расплавленного металла. В качестве газообразующих

веществ используются: крахмал, декстрин, оксицеллюлоза,

древесная

мука,

мрамор, магнезит, доломит.

Раскисляющие вещества восстанавливают часть металла, находящегося в

расплавленном состоянии в виде окислов. Достигается это за счет элементов и

компонентов,

имеющих большее, чем железо, сродство к кислороду и другим

элементам, окислы которых необходимо удалить (вывести) из металла шва. С этой

целью в покрытие вводятся: ферромарганец, ферросилиций, ферротитан.

Легирующие вещества дополняют металл шва такими элементами, которые

придают

ему повышенную

прочность,

износоустойчивость,

коррозионную

стойкость и т. д. В основном в качестве легирующих элементов используют

ферросплавы и значительно реже — чистые металлы.

Связующие и цементирующие добавки связывают порошковые материалы

покрытия в однородную, вязкую массу и цементируют покрытие на электродном

стержне, чтобы после сушки покрытие не осыпалось. Хорошими связующими

материалами являются натриевое жидкое стекло и калиевое жидкое стекло. В

качестве

добавок применяют и другие элементы — пластификаторы: бентонит,

каолин, силикатная глыба и др.

Материалы,

используемые

для

изготовления

электродных

покрытий,

должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов или ТУ.

На электроды для сварки и наплавки сталей имеются четыре ГОСТа

(электроды металлические для ручной дуговой сварки и наплавки): ГОСТ 9466-75;

ГОСТ 9467-75; ГОСТ 10051-75; ГОСТ 10052-75. Классификация электродов, общие

технические требования к ним, а также размеры, правила приемки, методы

испытаний, требования к упаковке, маркировке, хранению и транспортировке

определены в ГОСТ 9466-75. Требования ГОСТа содержат также указания по системе

обозначения электродов для их опознания. Требования к электродам для ручной

дуговой сварки углеродистых, низколегированных конструкционных и других

сталей определены ГОСТ 9467-75.

Типы этих электродов обозначаются буквой Э, затем следуют цифры,

указывающие прочностную характеристику наплавленного металла. Например,

обозначение Э-42 означает, что электроды этого типа по ГОСТ 9467-75 обеспечивают

минимальное временное сопротивление 420 МПа.

ТЕМА

3.2

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

ПЛАВЯЩИЕСЯ

ЭЛЕКТРОДЫ

ДЛЯ

РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ СТАЛЕЙ.

Электрод

для

дуговой

сварки

представляет

собой

металлически

стержень,

на поверхность которого нанесено специальное покрытие Состав

металла стержня и электродного покрытия влияет на состав и свойства сварного

шва

и

на

горение

дуги.

Общие

требования

к

электродам:

обеспечение

устойчивого

горения

дуги;

хорошее

формирование

шва;

получение металла

определенных свойств и химического состава, свободного от дефектов; спокойное и

равномерное плавление электродного стержня и покрытия в процессе сварки;

минимальные потери электродного металла от угара и разбрызгивания; высокая

производительность сварки; легкая отделимость шлаковой корки с поверхности

шва; достаточная прочность покрытия, сохранение заданных свойств электродов в

течение требуемого промежутка времени; минимальная токсичность.

Для

удовлетворения

этих

требований

в

покрытие

электродов

вводят

следующие вещества. Шлакообразующие — основная часть покрытий. Они

образуют шлак на поверхности ванны и защищают капли электродного металла и

сварочную ванну от непосредственного контакта с атмосферой. Газообразующие —

органические вещества, разлагающиеся при нагревании с образованием газов,

которые оттесняют воздух от дугового промежутка. Раскисляющие - ферросплавы,

сплавы железа с активным металлом. Например, ферромарганец реагирует с

растворенным

в

ванне

кислородом,

а

также

с

кислородом

оксидов

и

восстанавливает чистое железо, при этом марганец окисляется и уходит в шлак.

Легирующие — хотя легирование через покрытие менее эффективно, чем через

проволоку. Чаще легирование ведут за счет ферросплавов, вводимых с целью

раскисления металла шва. Стабилизирующие - соединения элементов с низким

потенциалом ионизации, облегчающие горение дуги и ее повторное зажигание на

переменном токе (при переходе тока через ноль). Кроме того, в покрытие вводят

пластификаторы и связующие, придающие покрытию прочность и хорошее

сцепление со стержнем.

Все металлургические процессы при ручной дуговой сварке происходят

в электродной капле и сварочной ванне. Капля электродного металла

разогрета

до большей температуры, чем сварочная ванна, и имеет удельную

площадь

гораздо

большую, поэтому химические реакции в ней идут более

интенсивно. Основная проблема, затрудняющая получение прочного и плотного

шва, попадание в металл шва атмосферных газов. Главные среди них кислород,

водород, азот. Выделение азота и водорода в сварочной ванне является основной

причиной образования пор. Чтобы не допустить газы в металл шва, необходимо

предотвратить их контакт с жидким металлом. Вещества типа мрамора или

известняка, разлагаясь в дуге, выделяют большое количество окиси или закиси

углерода, которые

оттесняют

воздух

от

дуги

и

защищают

жидкий

металл.

Диссоциация соединений углерода и кислорода приводит к насыщению плазмы

дуги кислородом. Чтобы избежать растворения кислорода в жидком металле, в

состав

покрытия

вводят

ферромарганец

или

ферросилиций.

Марганец

и

кремний более активны по отношению к кислороду, чем железо, поэтому они,

окисляясь,

предохраняют

от

окисления

жидкий

металл

сварочной

ванны

и

капли

электродного

металла.

Таким

образом,

при

сварке

покрытыми

электродами

реализуются

три

способа

защиты

жидкого

металла

от

атмосферных

газов:

слоем

шлака,

газом

от

легко

испаряющихся

веществ

покрытия, металлургическими (химическими) реакциями раскисления. Борьба

с водородом этими методами также ведется, однако количество водорода в

атмосфере очень мало и главным источником водорода в шве является влага на

поверхности

свариваемых

деталей

и

в

составе

покрытия электрода.

Более

эффективными

против

водорода

оказываются

обезвоживание

поверхности

детали ацетоном (спиртом) и прокаливание электродов перед сваркой.

На электроды для сварки и наплавки сталей имеются четыре ГОСТа

(электроды металлические для ручной дуговой сварки и наплавки): ГОСТ 9466-75;

ГОСТ 9467-75; ГОСТ 10051-75; ГОСТ 10052-75. Классификация электродов, общие

технические

требования

к

ним,

а также размеры, правила приемки, методы

испытаний, требования к упаковке, маркировке, хранению и транспортировке

определены в ГОСТ 9466-75. Требования ГОСТа содержат также указания по

системе обозначения электродов для их опознания. Требования к электродам для

ручной дуговой сварки углеродистых, низколегированных конструкционных и

других сталей определены ГОСТ 9467-75.

Покрытия

электродов.

Электродные

покрытия

со стоят

и з

шлакообразующих,

газообразующих,

раскисляющих,

легирующих,

стабилизирующих и связующих (клеящих) компонентов.

Шлакообразующие составляющие защищают расплавленный металл от

воздействия кислорода и азота воздуха и частично рафинируют (очищают) его.

Они

образуют

шлаковые

оболочки

вокруг

капель

электродного

металла,

проходящих через дуговой промежуток, и шлаковый покров на поверхности

металла

шва.

Шлакообразующие

составляющие

уменьшают

скорость

охлаждения

металла

и

способствуют

выделению

из

него

неметаллических

включений.

Шлакообразующие

составляющие

могут

включать

в

себя

титановый концентрат, марганцевую руду, полевой шпат, каолин, мел, мрамор,

кварцевый

песок,

доломит,

а

также

вещества,

повышающие

стабильность

горения дуги.

Газообразующие составляющие при сгорании создают газовую защиту,

которая предохраняет расплавленный металл от кислорода и азота воздуха.

Газообразующие составляющие состоят из древесной муки, хлопчатобумажной

пряжи, крахмала, пищевой муки, декстрина и целлюлозы.

Раскисляющие

составляющие

необходимы

для

раскисления

расплавленного металла сварочной ванны. К ним относятся элементы, которые

обладают большим сродством к кислороду, чем железо, например марганец,

кремний,

титан,

алюминий

и

др.

Большинство

раскислителей

вводится

в

электродное покрытие в виде ферросплавов.

Легирующие

составляющие

необходимы

в

составе

покрытия

для

придания металлу шва специальных свойств: жаростойкости, износостойкости,

сопротивляемости

коррозии F

повышения

механических

свойств.

Легирующими элементами служат марганец, хром, титан, ванадий, молибден,

никель, вольфрам и некоторые другие элементы.

Стабилизирующими

составляющими

являются

те

элементы,

которые

имеют небольшой потенциал ионизации, например калий, натрий и кальций.

Связующие

(клеящие)

составляющие

применяют

для

связывания

составляющих покрытия между собой и со стержнем электрода. В качестве них

применяют калиевое ила натриевое жидкое стекло, декстрин, желатин и другие.

Основным связующим веществом служит жидкое стекло.

Все покрытия должны удовлетворять следующим требованиям:

-

обеспечивать стабильное горение дуги;

0)

физические

свойства

шлаков,

образующих

при

плавлении

электрода, должны обеспечивать нормальное формирование шва и удобное

манипулирование

электродом;

не

должны

происходить

реакции

между

шлаками, газами и металлом, способные вызвать образование пор в сварных

швах;

1)

материалы покрытия должны хорошо измельчаться и не вступать в

реакцию с жидким стеклом или между собой в замесе;

-

состав

покрытий

должен

обеспечивать

приемлемые

санитарно-

гигиенические условия труда при изготовлении электродов и в процессе их

сгорания.

Электрод,

состоящий

из

электродного

стержня

и

покрытия,

при

плавлении образует расплавленный металл и шлак. Шлак должен обладать

определенными физическими и химическими свойствами.

К

физическим

свойствам

шлака

относят

температуру

плавления,

температурный

интервал

затвердевания,

теплоемкость,

теплосодержание,

вязкость,

способность

растворять

окислы,

сульфиды

и

т.

д.,

плотность,

газопроницаемость и коэффициенты линейного и объемного расширения.

К

химическим

свойствам

относят

способность

шлака

раскислять

расплавленный

металл

сварочной

ванны,

связывать

окислы

в

легкоплавкие

соединения, а также легировать расплавленный металл сварочной ванны.

Шлаки, образующиеся при плавлении электродных покрытий, бывают

«длинные»

и

«короткие».

«Длинными»

называют

такие

шлаки,

в

составе

которых содержится значительное количество кремнезема. Для сварки во всех

пространственных положениях применяют электроды, покрытия которых при

плавлении дают «короткие» шлаки; возрастание вязкости расплавленного шлака

с

п о н и ж е н и е м

т е м п е р а т у р ы

п р о и с х о д и т

б ы с т р о ,

п о э т о м у

закристаллизовавшийся

шлак

препятствует

стеканию

металла

шва,

находящегося

еще

в

жидком

виде.

«Короткие»

шлаки

дают

электроды

с

рутиловым и основным покрытием.

Электроды А марок СМ-5, КПЗ-32Р и УНЛ-1 и другие предназначены

для сварки низкоуглеродистых сталей во всех пространственных положениях.

Электроды Б марок УОНИ-13/45, СМ-11, УП-1/45, УП-2/45 и

ОЗС-2 предназначены для сварки низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и

низколегированных

сталей.

Металл

шва

имеет

высокую

стойкость

против

образования

кристаллизационных

трещин

и

характеризуется

низким

содержанием водорода. Электроды этой группы пригодны для сварки во всех

пространственных положениях.

Электроды Р марок АНО-3, ЛНО-4, МР-1, МР-3, ОЗС-4, ОЗС-6, РБУ-4,

РБУ-5,

ЗРС-2,

ОЗС-3,

ЗРС-1

предназначены

для

сварки

низкоуглеродистых

сталей во всех пространственных положениях.

Электроды

Б

марок

УОНИ-13/55,

ДСК-50,

УП-1/55,

УП-2/55,

К-5А

предназначены

для

сварки

низкоуглеродистых,

среднеуглеродистых

и

низколегированных сталей. Они характеризуются малым содержанием водорода

и высокой стойкостью шва против образования кристаллизационных трещин.

Сварка этими электродами возможна во всех пространственных положениях.

Электроды

марки

УОНИ-13/65

предназначены

для

с ва р к и

среднеуглеродистых и низколегированных хромистых, хромомолибденовых и

хромокремнемарганцовых сталей во всех пространственных положениях.

Процентное содержание углерода в наплавленном металле дня ниже

перечисленных электродов составляет: КПЗ-32Р и УНЛ-1-0,07; УОНИ-13/45,

СМ-11, УП-1/45 и УЛ-2/45-0,10; ОЗС-2, АНО-3 и АНО-4-0,08; МР-1-0,12; МР-3-

0,11; ОЗС-4 и ОЗС-6-0,10; РБУ-4 и РБУ-5-0,08; ЗРС-2-0,12;ОЗС-3-0,10; ЗРС-1

-0,12; УОНИ-13/55-0,09; ДСК-50, УП-1/55 и УП-2/55-0,10; УОНИ-13/65-0,13.

Электроды для сварки теплоустойчивых сталей.

Электроды А марки ЦЛ-14 предназначены для сварки конструкций из

сталей 12МХ, 15ХМ и 20МХ-Л, работающих при температуре до 550

0

С. Сварка

возможна во всех пространственных положениях.

Электроды Б марки ГЛ-14 предназначены для сварки конструкций из

стали 12МХ, работающей при температуре до 560

0

С. Сварка возможна во всех

пространственных положениях.

Электроды Б марки ЦЛ-30-63 предназначены для сварки сталей 34ХМ и

20ХЗМВФ. Сварка возможна в нижнем и вертикальном положениях.

Электроды

Б

Марки

ЦЛ-20-63

используют

при

сварке

перлитных

хромомолибденованадиевых

сталей

20ХМФ,

20ХМФ-Л

и

12Х1М1Ф.

Конструкции из указанных сталей длительно работают при температуре до

570

0

С.

Электроды Б марки ЦЛ-26М-63 предназначены для сварки конструкций

жаропрочных сталей- перлитного класса 15ХМФКР и 12Х2МФБ, работающих

при температуре до 600

0

С

Электроды Б марки ЦЛ-17-63 предназначены для сварки сталей Х5М и

15Х5МФА, работающих при, температурах до 450

0

С.

Электроды Б марки СЛ-16 предназначены для сварки сталей Х5ВФ,

06X13 и XI7.

Электроды Б марки ЛМЗ-1 предназначены для сварки сталей типа 1X13.

Сварка возможна только в нижнем положении.

Сварку

электродами

ЦЛ-20-63,

ЦЛ-26М-63,

ЦЛ-17-63

и

СЛ-16

выполняют во всех пространственных положениях.

ЭЛ Е К Т Р ОД Ы

Д Л Я

С ВА Р К И

КО Р Р О З И О Н Н О С ТО Й К И Х ,

ЖАРОСТОЙКИХ И ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Для

сварки

коррозионностойких

сталей

рекомендуются

следующие

марки электродов:

ОЗЛ-14 - для сварки сталей ОХ18Н10Т, ОХ18Н10 и Х18Н10Т и им

подобных, когда к металлу шва предъявляются требования стойкости против

межкристаллитной коррозии;

ОЗЛ-8 - для сварки сталей Х18Н9, Х18Н9Т и им подобных, работающих

при температуре до 350

0

С;

ЦЛ-11 - для сварки сталей Х18Н10Т, Х18Н9Т, ОХ18Н12Т, ОХ18Н12Б,

1Х21Н5Т, 1Х16Н13Б и им подобных, когда к металлу шва предъявляются

жесткие требования стойкости к межкристаллитной коррозии;

ЦТ-15-1 — для сварки стали Х18Н12Т и ей подобных, работающих при

температуре 600 — 650

0

С, и высоком давлении;

ЗИО-3

-

для

сварки

сталей

Х18Ш0Т,

Х18Н9Т

и

им

подобных,

работающих при температуре до 560

0

С или в условиях, когда к металлу шва

предъявляются требования стойкости против межкристаллитной коррозии.

Для сзарки жаростойких сталей и сплавов используются электроды ОЗЛ-

6, ЦЛ-25, ОЗЛ-4, ОЗЛ-9а и ГС-1, ОЗЛ-5 и ЦТ-17.

Электроды

ОЗЛ-6

предназначаются

для

сварки

сталей

Х25Т,

Х28

и

других, работающих при температуре 1150

0

С; ЦЛ-25-для сталей Х25Т, Х28,

Х23Н18, работающих при температуре выше 850

0

С; ОЗЛ-4-для сталей Х25Т,

Х28, Х23Н18, работающих при температуре 900-1100

0

С; ОЗЛ-9А -для сталей

Х23Н13,

Х23Н18

и

им

подобных,

работающих

в

окислительных

и

науглероживающих

средах

при

температуре

900-1050

0

С;

ГС-1-для

сталей

Х20Ш4С2, Х25Н20С2 и им подобных, работающих при температуре до 1050

0

С

(первого

слоя);

ОЗЛ-5

-

для

сталей

Х25Н20С2,

Х20Ш4С2,

работающих

в

интервале температур 900 — 1100

0

С; ЦТ-17 — для стали Х20Н14С2 и ей

подобных, работающих при температурах 900-1100

0

С.

ТЕМА 3.3 ФЛЮСЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ И ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ.

Сварочными

флюсами

называют

специально

приготовленные

неметаллические

гранулированные

порошки

с

размером

отдельных

зерен

0,25—4 мм (в зависимости от марки флюса). Флюсы, расплавляясь, создают

газовый

и

шлаковый

купол

над

зоной

сварочной

дуги,

а

после

химико-

металлургического

воздействия

в

дуговом

пространстве и сварочной ванне

образуют на поверхности шва шлаковую корку, в которую выводятся окислы,

сера, фосфор, газы.

В зависимости от свариваемых металлов и требований, предъявляемых

при этом к металлургическим процессам, флюсы могут иметь самые различные

композиции.

Флюсы

принято

разделять

в

зависимости

от

способа

их

изготовления, назначения и химического состава. По способу изготовления

флюсы разделяют на неплавленые (керамические) и плавленые.

Технология изготовления керамических флюсов сходна с технологией

изготовления покрытий электродов. Сухие компоненты шихты замешивают на

жидком стекле; полученную массу измельчают путем продавливания ее через

сетку на специальном устройстве типа мясорубки, сушат, прокаливают при тех

же режимах, что и электродные покрытия, и просеивают для получения частиц

зерен

определенного

размера.

Частицы

сухой

смеси

компонентов

могут

скрепляться

спеканием

при

повышенных

температурах

без

расплавления.

Полученные комки гранулируют до необходимого размера (так называемые

спеченные флюсы).

Неплавленные

флюсы

могут

быть

приготовлены

и

в

виде

простой

механической

смеси

(флюсы—смеси);

Из

группы

неплавленых

флюсов

наибольшее распространение получили керамические флюсы, состав которых

близок

к

составу

покрытий

основного

типа.

Легирование

металла

такими

флюсами достигается введением в них необходимых ферросплавов. Флюсы при

изготовлении не подвергаются операции расплавления, поэтому количество и

сочетание

ферросплавов

и

других

легирующих

элементов

может

быть

различным, что позволяет легко получать любой требуемый состав металла

наплавки.

Эта особенность флюсов является главным их преимуществом. Однако

п р и использовании

таких

флюсов

химический

состав

металла

шва

сильно

зависит от режима сварки. Изменение величины сварочного тока, и особенно

напряжения дуги, изменяет соотношение масс расплавленных флюса и металла,

а следовательно, и состав металла шва, который может быть неоднородным

даже по длине шва.

Керамические флюсы обладают и другим серьезным недостатком —

легко разрушаются вследствие малой механической прочности его частиц, что

делает его разнородным по размерам. Эти флюсы имеют большую стоимость и

при

сварке

обычных сталей

не

применяются.

Основная

область

их

использования

сварка

высоколегированных

специальных

сталей

и

наплавочные работы.

Плавленые

флюсы

представляют

собой

сплавы

окислов

и

солей

металлов. Процесс изготовления их включает следующие стадии: расчет и

подготовку

шихты,

выплавку

флюса,

грануляцию,

сушку

после

мокрой

грануляции

и

просеивание.

Предварительно измельченные и взвешенные в

заданной

пропорции

компоненты

смешивают

и

загружают

в дуговые

или

пламенные печи. После расплавления и выдержки, необходимой для завершения

реакций, жидкий флюс при температуре около 1400

0

выпускают из печи.

Грануляцию

можно

осуществлять

сухим

и

мокрым

способами.

При

сухом

способе

флюс

выливают

в

металлические

формы,

после

остывания

отливку дробят в валках до крупки размерами 0,1—3 мм, затем просеивают.

Сухую

грануляцию

применяют

для

гигроскопичных

флюсов

(содержащих

большое количество фтористых и хлористых солей). Преимущественно это

флюсы для сварки алюминиевых и титановых сплавов. При мокром способе

грануляции выпускаемый из печи тонкой струей жидкий флюс направляют в

бак с проточной водой. В некоторых случаях струю флюса дополнительно над

поверхностью воды разбивают сильной струей воды.

Высушенную при температуре 250—350

0

С массу дробят и пропускают

через

два сита с 16 и 400 отверстиями на 1 см . Остаток на втором сите

представляет собой готовый флюс. Обычно это неровные зерна от светло-серого

до красно-бурого или коричневого цвета (в зависимости от состава).

Хранят и транспортируют флюсы в стальных бочках, полиэтиленовых

метисах и другой герметичной таре.

Принципиальное отличие плавленого флюса от керамического состоит в

том, что плавленый флюс не может содержать легирующих элементов в чистом

виде, в процессе выплавки они неизбежно окислятся. Легирование плавлеными

флюсами

происходит

путем

восстановления

элементов

из

окислов,

находящихся во флюсе.

Бескислородные флюсы целиком состоят из фторидных и хло-ридных

солей металлов, а также других составляющих, не содержащих кислород. Их

используют для сварки химически активных металлов (алюминия, титана и

др.).

В связи с широким применением плавленых флюсов на основные марки

флюсов существует ГОСТ 9087—69 «Флюсы сварочные плавленые», в котором

регламентирован химический состав 10 марок плавленых флюсов, указаны цвет,

строение и размеры зерна и даны рекомендации по области их применения.

Для двух марок флюсов АН-20 и АН-26 сделано разделение не только по

размеру зерна, но и в зависимости от строения зерен флюса — стекловидного

или

пемзовидного характера.

Строение

зерен

флюса

зависит

от

состава

расплава флюса, степени перегрева в момент выпуска в воду, в связи, с чем флюс

может получиться плотным, с прозрачными зернами — «стекловидный», либо

пористым, рыхлым — «пемзовидным». Пемзовидным флюс при том же составе

имеет в 1,5—2 раза меньший удельный вес. Эти флюсы хуже защищают металл

от

действия

воздуха,

но

обеспечивают

лучшее

формирование

швов

при

больших силах тока и скоростях сварки.

Флюсы различают также и по размеру зерен. Так, флюсы АН-848-А;

ОСЦ-45; АП-20-С; АН-26-П имеют размер зерен 0,35-3 мм; флюсы АН-348-

АМ; ОСЦ-45-М; ФЦ-9; АН-20 - 0,25-1,6 мм; флюсы АН-8; АН-22 и АН-26 -

0,35-4 и флюс АН-26-СП - 0,25-4 мм. Стекловидные флюсы с размером зерен не

более 1,6 мм предназначены для сварки электродной проволокой (диаметром не

свыше 3 мм).

В

обозначении

марки

флюса

буквы

означают:

М

мелкий,

С

стекловидный,

П

— пемзовидный, СП — смешанный. Пример условного

обозначения флюса по стандарту: флюс АН-348-АМ - ГОСТ 9087-69.

Так как химический состав металла шва тесно связан с химической

активностью

флюса

и

составом

сварочной

проволоки,

флюс

для

сварки

различных марок углеродистой и низколегированной стали и марку проволоки

выбирают

одновременно,

т.е.

выбирают

систему

флюс

проволока.

Для

предупреждения образования в швах пор металл швов должен содержать не

менее 0,2—0,4% кремния и марганца. Это и определяет систему выбора флюса

и сварочной проволоки.

При механизированной сварке меди и ее сплавов успешно используют

обычные

марки флюсов

ОСЦ-45,

АН-348-А,

АН-20,

АН-26,

т.

е.

флюсов,

широко применяемых для сварки сталей. Для сварки алюминия и его сплавов

по слою флюса разработаны две основные марки бескислородные флюсов: АН-

А1 и АН-А4

Эти флюсы изготовляют сплавлением входящих в их состав солея или

механическим

их

смешиванием,

флюс

АН-А1

пригоден

только

для

сварки

алюминия.

При сварке алюминиево-магниевых сплавов натрий, входящий в

состав

флюса

в

виде NaCl, попадая в сварочную ванну, восстанавливается

магнием,

что

приводит

к

пористости

швов,

а

это

существенно

снижает

пластичность металла шва. По указанной причине для сварки алюминиево-

магниевых

сплавов

применяют

флюс

АН-А4,

который

не

содержит

солей

натрия.

Для

электрошлаковой

сварки

алюминия

также

разработаны

специальные флюсы.

При сварке титана используют бескислородные флюсы типа АН-Т1, АН-

ТЗ

и

др.,

в

состав

которых

в

основном

входят

фтористые

и

хлористые

соединения, фтористые соединения могут реагировать с окислами титана и

растворять их, но для обеспечения необходимых технологических свойств флюса

в них вводят хлористые соединения.

ТЕМА 3.4 ЗАЩИТНЫЕ ГАЗЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ.

Защитные газы делятся на две группы: химически инертные и активные.

Газы

первой

группы

с

металлом,

нагретым

и

расплавленным,

не

взаимодействуют и практически не растворяются в них. При использовании

этих газов дуговую сварку можно выполнять плавящимся или неплавящимся

электродом. Газы второй группы защищают зону сварки от воздуха, но сами

либо

растворяются

в

жидком

металле,

либо вступают с ним в химическое

взаимодействие.

Ввиду

химической

активности

углекислого

газа

по

отношению

к

нагретому вольфраму (окисление и разрушение вольфрама) для дуговой сварки

в

углекислом

газе

используют

плавящиеся

электроды

или

неплавящиеся

(угольные или графитовые).

К

химически

инертным

газам,

используемым

при

сварке,

относятся

аргон и гелий. Из химически активных газов основное

значение

имеет

углекислый газ.

Аргон — газообразный чистый поставляется по ГОСТ 10157—73 трех

сортов: высший, первый и второй. Содержание аргона соответственно равно:

99,99%; 99,98%; 99,95%. Примесями служат кислород, азот и влага.

Хранится и транспортируется аргон в газообразном виде в стальных

баллонах под давлением 150 ат, т. е. в баллоне находится 6,2 м газообразного

аргона в пересчете на температуру 20

0

С и давление 760 мм рт. ст. Возможна

также транспортировка аргона в жидком виде в специальных цистернах или

сосудах с последующей его газификацией. Баллон для хранения аргона окрашен

в серый цвет, надпись зеленого цвета.

Аргон высшего сорта предназначен для сварки химически активных

металлов (титана, циркония, ниобия) и сплавов на их основе. Аргон первого

сорта рекомендуется для сварки неплавящимся электродом сплавов алюминия,

магния и других металлов, менее чувствительных к примесям кислорода и

азота. Аргон второго сорта используют при сварке

коррозионно-стойких

сталей.

Гелий — газообразный чистый поставляют по техническим условиям.

Содержание примесей в гелии высокой частоты не более 0,02%, в техническом

до 0,2%. Примеси: азот, водород, влага. Хранят и транспортируют гелий так же,

как и аргон, в стальных баллонах водяной емкостью 40 л при давлении 150

атмосфер. Цвет баллона коричневый, надпись белого цвета. В связи с тем, что

гелий в 10 раз легче аргона, расход гелия при сварке увеличивается в 1,5—3

раза.

Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050—76. Для сварки используют

сварочную углекислоту

сортов I

и II, которые отличаются лишь содержанием

паров воды (соответственно 0,178 и 0,515 Н

2

О в 1 м

3

СО

2

). Применяют иногда и

пищевую углекислоту, имеющую в баллоне в виде примеси свободную воду, в

связи

с

чем

требуется

особенно

тщательное

осушение

газа.

Углекислоту

транспортируют и хранят в стальных баллонах или цистернах большой емкости

в

жидком

состоянии

с

последующей

газификацией

на

заводе,

с

централизованным

снабжением

сварочных

постов

через

рампы.

В

баллоне

емкостью 40 л содержится 25 кг СО

2

, дающего при испарении 12,5 м газа при

давлении 760мм рт. ст. Баллон окрашен в черный цвет, надписи желтого цвета.

При

применении

углекислого

газа

вследствие

большого

количества

свободного кислорода в газовой фазе сварочная проволока должна содержать

дополнительное количество легирующих элементов с большим сродством к

кислороду, чаще всего Si и Мn (сверх того количества, которое требуется для

легирования металла шва). Наиболее широко применяется проволока Св-08Г2С.

При применении защитных газов следует учитывать технологические

свойства

газов (например, значительно больший расход гелия, чем аргона),

влияние на форму проплавления и форму шва и стоимость газов.

Стремление

уменьшить

повышенное

разбрызгивание

металла

и

улучшить формирование шва при сварке в углекислом газе дало толчок к

применению смесей углекислого газа с кислородом (2—5%). В этом случае

изменяется характер переноса металла; он переходит в мелкокапельный; потери

металла на разбрызгивание уменьшаются на 30—40%.

При сварке сталей по узкому зазору с целью стабилизации процесса

сварки

и

уменьшения

расхода

дорогого

и

дефицитного

аргона

вполне

целесообразно применение двойных смесей (75% Аr + 4-25% СО

2

) и тройных смесей

(аргона, углекислого газа и кислорода).

Для

алюминиевых

сплавов

весьма

эффективно с точки зрения производительности применение смеси, состоящей из

70% Не и 30% Аr. В этом случае значительно увеличивается толщина металла,

свариваемого за один проход, и улучшается формирование шва. Газовые защитные

смеси имеют весьма значительные перспективы, по широкое их применение требует

организации централизованного снабжения сварочного производства смесями нужного

состава. Только в этом случае применение смесей может дать

значительный

экономический эффект.

Контрольные вопросы

1. Как обозначается сварочная проволока?

2. Назвать виды сварочной проволоки.

3. Назвать виды и марки неплавящихся электродов.

4. Какие вещества входят в состав покрытия электрода?

5. Перечислить требования к покрытиям электрода.

6. Что такое сварочный флюс и для чего он используется?

7. Назвать виды флюсов по способу их изготовления.

8. Назвать группы защитных газов и что к ним относится.

РАЗДЕЛ 4. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ДУГОВОЙ

СВАРКЕ И ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКЕ.

ТЕМА

4.1

ОСОБЕННОСТИ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

ПРИ СВАРКЕ.

Рассматриваемые стали обладают хорошей свариваемостью. Технология

их сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основные

из которых — обеспечение надежности и долговечности конструкций (особенно

из термически упрочняемых сталей, обычно используемых при изготовлении

ответственных конструкций). Важное требование при сварке рассматриваемых

сталей

обеспечение

равнопрочность

сварного

соединения

с

основным

металлом

и

отсутствие

дефектов

в

сварном

шве.

Для

этого

механические

свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего

предела соответствующих свойств основного металла.

В

некоторых

случаях

конкретные

условия

работы

конструкций

допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного

соединения.

Однако

во

всех

случаях,

особенно

при

сварке

ответственных

конструкций,

швы

не

должны

иметь

трещин,

непроваров,

пор,

подрезов.

Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым.

Сварное

соединение

должно

быть

стойким

против

перехода

в хрупкое

состояние.

Иногда

к

сварному

соединению

предъявляют

дополнительные

требования

(работоспособность

при

вибрационных

и

ударных

нагрузках,

пониженных температурах

и

т.

д.).

Технология

должна

обеспечивать

максимальную

производительность и

экономичность

процесса

сварки

при

требуемой надежности конструкции.

Кристаллизация

металла

шва.

Кристаллизация

жидкого

металла

при

охлаждении начинается с неполностью оплавленных зерен основного металла,

расположенных на границе расплавления, к решетке которых и пристраиваются

атомы

кристаллизующейся

фазы.

После

затвердения

металла

шва

(кристаллизации)

на

участках

расплавления

образуются

зерна,

состоящие

частично из основного металла и металла шва, обеспечивающие в сварном

соединении непрерывную металлическую связь «основной металл — шов —

основной металл». При движении сварочной дуги вдоль свариваемых кромок в

передней части ванны происходит процесс плавления, а в тыльной — процесс

кристаллизации.

Таким

образом,

происходит

формирование

сварного

шва.

Протяженность сварочной ванны зависит от типа источника тепла, его тепловой

мощности,

режимов

сварки

и

теплофизических

свойств

свариваемого

материала.

Диссоциация простых и сложных газов. В результате столкновений и

ударов в зоне высокой температуры сварочной дуги происходит распад молекул

газа

на

атомы.

Молекулярный

водород,

кислород

и

азот

распадаются

и

переходят

в

атомарное

состояние.

Атомарный

кислород,

азот

и

водород

обладают

большей

активностью

и

интенсивнее

растворяются

в

металле,

ухудшая его свойства; снижают его пластичность и повышают хрупкость.

Взаимодействие кислорода с расплавленным металлом сварочной ванны.

В зоне сварочной дуги имеются газовая, шлаковая и металлическая фазы.

Находящийся

в

газовой

фазе

молекулярный

и

атомарный

кислород

соединяется с металлом сварочной ванны.

Железо

с

кислородом

образует

три

соединения

(окисла),

имеющих

весьма важное значение в металлургических процессах, происходящих при

сварке плавлением: закись железа FeO, содержащую 22,27% О

2

, закись-окись

железа Fe

3

О

4

, содержащую 27,64% О

2

, окись железа Fe

2

О

3

, содержащую 30,06%

О

2

.

Из всех трех окислов растворима в железе только закись. Остальные

окислы в железе практически не растворимы и на его свойства влияния почти

не оказывают.

Однако

окалина

и

ржавчина

на

свариваемых

кромках,

содержащие

высшие

окислы

(закись-окись

и

окись

железа),

свободным

железом

могут

раскисляться до закиси по реакциям Fe

3

О

4

+ Fe = 4FeO, Fe

2

О

3

+ Fe = 3FeO.

Образующаяся закись железа растворяется частично в шлаке и частично

в расплавленном металле, вследствие чего в сварном шве образуются поры. В

твердом железе растворимость кислорода невелика.

Для уменьшения растворимости окисла в металле необходимо иметь

соответственно

более

низкую

концентрацию

окисла

в

шлаке,

в

результате

окисел будет стремиться перейти из металла в шлак. Наоборот, более высокая

концентрация окисла в шлаке способствует его переходу в металл.

При наличии в газовой фазе сложных газов, таких, как, например, СО

2

и

Н

2

О,

которые

при

диссоциации

выделяют

кислород,

также

происходит

окисление металла сварочной ванны.

Если жидкий металл содержит элементы-раскислители, которые имеют

большее сродство к кислороду, чем металл сварочной ванны, то в этом случае

концентрация кислорода в сварочной ванне может быть значительно уменьшена

за счет элементов раскислителей.

Взаимодействие

водорода

азота

и

сложных

газов

с

расплавленным

металлом сварочной ванны. Водород в составе газовой фазы может находиться

в молекулярном или атомарном состоянии, что зависит от температуры. При

более

высоких

температурах

молекулярный

водород

диссоциирует

на

атомарный и ионизированный. Металлы, способные растворять водород, можно

разделить на две группы. К первой группе относятся металлы, не имеющие

химических соединений с водородом (железо, никель, кобальт, медь и др.).

Концентрация водорода в сварочной ванне может быть уменьшена путем

создания

нерастворимых

соединений

водорода

в

металле,

как,

например,

фтористого

водорода HF, а также путем некоторого - окисления сварочной

ванны.

Азот. В зависимости от температуры азот, как и водород, в газовой фазе

зоны дуги может находиться в молекулярном, атомарном и ионизированном

состояниях. Основным источником азота в газовой фазе зоны дуги является

окружающая атмосфера. С железом он образует нитриды Fe

2

N

(11,15% N) и

Fe

4

N (5,9 % N). Азот способствует образованию пор в металле шва. Увеличение

концентрации

азота

в

низкоуглеродистых

сталях

влияет

на

прочностные

и

пластические свойства этих сталей, а также способствует старению металла.

Иногда его вводят в состав легированных сталей для получения аустенитной

структуры.

Углекислый газ. В составе газовой фазы зоны дуги углекислый газ СО

2

присутствует в значительных количествах. Это особенно заметно при сварке

электродами, покрытие которых создано на основе мрамора и плавикового

шпата.

В

процессе

плавления

такого

покрытия

происходит

диссоциация

карбоната кальция с образованием углекислого газа.

Углекислый газ активно окисляет жидкий металл.

Кислород, находясь в сварочной ванне, образует с железом закись железа

FeO, которая, растворяясь в сварочной ванне, снижает прочностные свойства

металла шва.

Водород, оставшийся в расплавленном металле, впоследствии является

причиной образования холодных трещин.

Азот способствует старению шва, образованию пор в шве, а в целом

снижает прочностные свойства сварного соединения.

Влияние

серы

и

фосфора

на

качество

сварных

соединений.

Сера,

соединяясь с железом, образует сульфид железа FeS, которой является вредной

примесью в металле шва. Сульфид железа в период кристаллизации сварочной

ванны

образует

эвтектику FeS

— Fe,

имеющую

меньшую,

чем

сталь,

температуру плавления (940

0

С) и малую растворимость в жидкой стали. Это

является

причиной

образования

горячих

трещин,

поскольку

эвтектика

при

кристаллизации

располагается

между

зернами

стали.

Вредное

влияние

оказывает

и

фосфор,

снижающий

ударную

вязкость

металла

шва.

Для

ликвидации

вредного

влияния

серы

и

фосфора

необходимо

уменьшить

их

содержание в металле шва путем создания их соединений, нерастворимых в

металле.

ТЕМА

4.2

ОСОБЕННОСТИ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

ПРИ СВАРКЕ ТОЛСТОПОКРЫТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ.

Электрод состоит из покрытия и стального стержня. В состав покрытия

и

стержня

вводятся

компоненты,

обеспечивающие

в

процессе

сварки

необходимую

металлургическую

обработку

сварочной

ванны.

Электродные

покрытия во время горения сварочной дуги между электродом и изделием

защищают зону сварки от кислорода и азота воздуха, раскисляют и легируют

расплавленный

металл

сварочной

ванны,

создают

устойчивость

дугового

разряда

и

обеспечивают

заданные

механические

свойства

сварному

шву,

а

также

необходимую

структуру

металла

и

требуемый

химический

состав

сварного шва.

Защита зоны сварки от атмосферного влияния кислорода и азота бывает

шлаковая, газовая и шлако-газовая.

В покрытиях современных электродов используется в основном шлако-

газовая защита. Электродные покрытия должны иметь определенный интервал

затвердевания, что в свою очередь определяет применимость электродов для

варки в различных положениях.

В покрытиях кислого типа для шлаковой защиты используют окислы

железа, марганца, титана и кремния.

Газовая

защита

дугового

пространства

создается

органическими

составляющими (например, крахмалом).

Поэтому для погашения образования закиси железа, способной хорошо

растворяться в расплавленном металле, и вводится ферромарганец. Хотя и в

этом

покрытии

находится

много

ферромарганца,

содержание

кислорода

в

наплавленном металле остается достаточно высоким. Покрытия кислого типа

мало

чувствительны

к

ржавчине,

находящейся

на

свариваемых

кромках,

вследствие большой окислительной способности.

Покрытия основного типа, построенные на основе мрамора (СаСОз) и

плавикового

шпата

(СаF

2

),

газовую

защиту

сварочной

ванны

обеспечивают

диссоциацией мрамора.

Раскислителями

в

покрытии

основного

типа

являются

ферро-титан,

ферромарганец и ферросилиций.

Элементы

-

раскислители

углекислый

газ

(СО

2

)

переводят

в

окись

углерода

(СО), хотя часть СО

2

остается невосстановленной. Поэтому газовая

фаза

этих

электродов

по отношению

к

жидкому

металлу

является

окислительной во всем температурном интервале сварки. Наличие в покрытии

сильных раскислителей (титан, кремний, марганец, а в некоторых случаях и

алюминий) обеспечивает невысокую концентрацию кислорода в наплавленном

металле,

а

наличие

в

покрытии

фтористого

кальция

(СаF

2

)

обеспечивает

удаление водорода из расплавленного металла сварочной ванны.

Однако

ввиду

высокой

раскисленности

покрытия

растворимость

водорода в металле ванны остается высокой. Поэтому при сварке по ржавым

кромкам, повышенной влажности покрытия и при сварке длинной дугой в

сварных швах образуются поры. Наличие в покрытии марганца связывает серу

в

сульфид

марганца,

что

предотвращает

образование

трещин

при

сварке

электродами основного типа.

Рутиловые покрытия, построенные на основе рутила имеют некоторые

шлакообразующие компоненты в виде полевого шпата, магнезита и др. Газовая

защита в них создается органическими веществами (целлюлозой, декстрином) и

карбонатами. Раскислите л ем в этом покрытии является ферромарганец.

Электроды с целлюлозным покрытием содержат до 50% органических

газообразующих составляющих (пищевая мука, целлюлоза и т. д.), образующих

в

процессе

дугового

разряда

в

больших

количествах

СО

и

Н

2

.

Для

предупреждения насыщения

расплавленного

металла

сварочной

ванны

водородом

и

предупреждения парообразования

повышают

степень

окисленности

сварочной

ванны

путем

введения

в

покрытие

титанового

концентрата

(TiО

2

-FeO),

марганцевой

руды

(МnО)

и

плавикового

шпата.

Плавиковый шпат связывает водород в нерастворимое в металле соединение

(HF)

фтористый

водород.

При

выборе

электродов

для

сварки

металлов

необходимо учитывать следующие основные особенности:

-

марку свариваемого металла;

-

требования,

предъявляемые

к

сварным

соединениям

по

химическому

составу,

структуре

и

механическим

свойствам,

а

также

технологическую применимость рассматриваемой марки электродов.

ТЕМА

4.3

ОСОБЕННОСТИ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКЕ.

Газы по защитному свойству расплавленного металла сварочной ванны

от

воздействия

азота

и

кислорода

воздуха

подразделяются

на

инертные

и

активные,

К инертным газам относятся аргон и гелий, которые практически не

взаимодействуют с расплавленным металлом сварочной ванны.

К активным газам относятся углекислый газ, азот, водород и кислород.

Активные

газы

по

своему

химическому

взаимодействию

с

расплавленным

металлом

сварочной

ванны

могут

быть

нейтральными

и

реагирующими. Например, азот по отношению к меди является нейтральным

газом, т. е. не образует с медью никаких химических соединений. Активные

газы и продукты их распада в процессе дугового разряда, т. е. во время сварки,

могут соединяться с расплавленным металлом сварочной ванны и растворяться

в нем, из-за чего резко снижаются механические свойства сварного шва, а его

химический

состав

не

будет

соответствовать

установленным

требованиям

стандартов. Однако следует отметить, что некоторые растворимые в металле

активные газы не всегда бывают вредными примесями.

Например,

азот

в

углеродистых

сталях

является

вредной

примесью

(образуются

нитриды),

из-за

чего

резко

снижаются

механические

свойства

сварного шва и стойкость к старению, тогда как в сталях аустенитного класса

азот

является

полезной

добавкой.

При

аргонодуговой

сварке

углеродистых

сталей для поддува можно применять не только аргон или углекислый газ, но и

азот, если в сварочную ванну будут введены элементы-раскислители в виде

кремния и марганца. Поэтому выбор газа и присадочного материала должны

обеспечивать заданные механические свойства, химический состав и структуру

сварного шва. При сварке в защитной среде инертных газов расплавленный

металл сварочной ванны изолирован от воздействия кислорода и азота воздуха;

поэтому металлургические процессы могут происходить между элементами,

содержащимися только в расплавленном металле сварочной ванны.

Расплавленный

металл

сварочной

ванны

-

может

насыщаться

кислородом, находящимся в инертном газе, в виде свободного кислорода и

паров воды. Поэтому для подавления реакции окисления углерода в период

кристаллизации расплавленного металла сварного шва в сварочную ванну через

присадочный материал должны быть введены элементы-раскислители в виде

кремния

и

марганца.

При

сварке

легированных

сталей,

имеющих

в

своем

составе необходимое количество раскислителей, реакция образования окиси

углерода

подавляется.

Таким

образом,

при

сварке

в

защитных

газах

для

подавления

образования

окиси

углерода,

способной

образовывать

поры

в

сварном шве и устранения азотирования сварного шва, необходимо в сварочную

ванну ввести элементы-раскислители.

При сварке в защитной среде углекислого газа последний, защищая

расплавленный металл сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, сам в

свою очередь, разлагаясь в дуговом разряде, является окислителем металла.

Таким образом, как и при сварке в защитной среде инертных газов, в

этом случае образуется окись углерода, которая в процессе кристаллизации

металла сварочной ванны создает в нем поры. Для подавления образования

окиси углерода (СО) через присадочную проволоку в расплавленный металл

сварочной ванны вводятся элементы-раскислители — кремний и марганец.

ТЕМА

4.4

ПЛАВЛЕНИЕ

И

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

МЕТАЛЛА

ШВА.

СТРУКТУРА ШВА И ЗОНЫ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ.

Процесс

кристаллизации

сварочной

ванны.

Хорошо

свариваются

те

металлы и сплавы, которые в своем составе имеют элементы, обладающие

неограниченной взаимной растворимостью как в жидком, так и в твердом

состоянии.

Такие

металлы

и

сплавы

не

будут

образовывать

соединения,

вызывающие

охрупчивание

сварного

соединения.

Хорошую

взаимную

растворимость имеют железо и никель, железо и ванадий, железо и хром,

молибден и тантал, никель и вольфрам, никель и медь, никель и кобальт, хром и

молибден, хром и ванадий, хром и титан т. д.

Процесс кристаллизации сварных швов отличается от кристаллизации

слитков высокими скоростями кристаллизации, поскольку после интенсивного

нагрева металла концентрированным источником тепла происходит быстрый

отвод

тепла

в

свариваемое

изделие.

Скорость

охлаждения

сварных

швов

исчисляется десятками и сотнями градусов в секунду.

Кристаллизацию сварных швов изучают металлографическим методом,

путем исследования образовавшейся структуры. Металлографическим методом

установлено, что в верхней части швов располагаются наиболее крупные, а в

нижней наиболее мелкие.

Процесс

кристаллизации

сварных

швов

осуществляется

прерывисто,

чем объясняется появление кристаллизационных слоев, каждый из которых

состоит

из

нескольких

основных

участков:

нижнего

с

небольшим

содержанием

углерода,

серы

и

фосфора

(имеющего

наиболее

интенсивное

п о ч е р н е н и е

п р и

т р а в л е н и и ) ; среднего

наиболее

ш и р о ко го ,

характеризующегося сравнительно однородным почернением

и

содержащего

углерод, серу и фосфор в тех же количествах, что и металл шва, а также

верхнего, — характеризующегося интенсивным ослаблением почернения.

Первый участок возникает в результате кристаллизации тонкой прослойки

жидкого металла, примыкающей к оплавленной поверхности, которая обогащена

углеродом, серой и фосфором, переместившимися из примыкающих участков

основного металла.

Второй участок кристаллизуется из жидкого металла исходного состава.

Вследствие большой скорости кристаллизации затвердевший металл ванны по

однородности близок к жидкому металлу, из которого он образовался. Третий

участок слоя в верхней части второго участка формируется более обедненным

углеродом, серой и фосфором.

Образование последующих слоев происходит таким же способом. При

формировании столбчатых кристаллитов из каждого оплавленного кристаллита

основного металла вырастает целая группа одинаково ориентированных дендритов,

составляющих столбчатый кристаллит. Направленность главных осей дендритов

определяется направлением теплоотвода, а геометрические размеры дендритов

зависят от геометрических размеров столбчатых кристаллитов. Более крупным

столбчатым кристаллитам соответствуют более крупные разветвленные дендриты.

В процессе затвердевания сварных швов перед фронтом растущих кристаллитов

маточный раствор насыщается различными примесями. В самую последнюю

очередь

затвердевает

средняя часть

швов,

поэтому

обычно

в

ней

сосредоточивается максимальное количество примесей.

Контрольные вопросы

1. Назвать особенности металлургических процессов при дуговой сварке.

2.

Назвать

особенности

металлургических

процессов

при

сварке

толстопокрытыми электродами.

3.

Назвать

особенности

металлургических

процессов

при

механизированной сварке.

4. Особенности плавления и кристаллизации металла шва.

5. Структура шва и зоны термического влияния.

РАЗДЕЛ 5. СВАРОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ.

Т Е М А

5 . 1

П Р И Ч И Н Ы

В О З Н И К Н О В Е Н И Я

СВАР ОЧНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ

И ДЕФОРМАЦИЙ. КЛАССИФИКАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И

ДЕФОРМАЦИЙ.

Механические свойства металлов и сплавов. К механическим свойствам

металлов и сплавов относятся: прочность, твердость, упругость, пластичность,

ударная вязкость, ползучесть и усталость.

Прочность

это

способность

металла

или

сплава

противостоять

деформации

и

разрушению

под

действием

приложенных

нагрузок

растягивающих,

сжимающих,

изгибающих,

скручивающих

и

срезающих.

Нагрузки бывают внешними (вес, давление и др.) и внутренними (изменение

размеров тела от нагревания и охлаждения, изменение структуры металла и т.

д.), а также статическими, т. е. постоянными по величине и направлению

действия, или динамическими, т. е. переменными по величине, направлению и

продолжительности

действия.

Методы

определения

прочности

рассмотрены

отдельно.

Твердостью

называется

способность

металла

или

сплава

оказывать

сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела.

Деформации в сварных конструкциях являются результатом наличия

внутренних напряжений, которые могут вызываться различными причинами.

К неизбежным причинам, способствующим возникновению напряжений

и деформаций, относятся такие, без которых процесс обработки происходить не

может.

К

этим

причинам

при

сварке

относят

неравномерный

нагрев,

кристаллизационную

усадку швов,

структурные

изменения

металла

шва

и

околошовной зоны и т. д.

К

сопутствующим

причинам,

способствующим

возникновению

напряжений и деформаций, относятся такие, без которых процесс сварки может

происходить. К таким причинам ции сварных узлов (близкое расположение швов,

их

частое

пересечение,

неправильно выбранный

тип

соединения

и

т.

д.),

применение устаревшей техники и технологии сварки (неверно выбраны способы

наложения слоев и диаметр электрода, не соблюдаются режимы сварки и т. д.),

низкая квалификация сварщика, нарушение геометрических размеров сварных

швов и т. д.

Кристаллизационная

усадка

металла

шва

вызывается

тем,

что

при

охлаждении металл шва уменьшается в объеме, но поскольку одновременно

шов имеет жесткую связь с относительно холодным основным металлом, его

усадка вызывает появление внутренних напряжений.

Кристаллизационная

усадка

незакрепленного

(свободного)

образца

приведет лишь к его укорочению. В процессе снижения температуры в жестко

закрепленной

детали

будут возникать

силы

растяжения,

стремящиеся

ее

разорвать.

Механизм

образования

напряжений

и

деформаций

при

сварке.

Классификация напряжений. Остаточные напряжения при сварке возникают в

результате

появления термопластических деформаций, которые образуются от

неравномерного

распределения

температуры

в

изделии.

Такие

деформации

бывают упругие и упругопластические.

Остаточные

напряжения

в

зависимости

от

объема

тела,

в

пределах

которого они уравновешены, классифицируются следующим образом.

Остаточные

напряжения

первого

рода

уравновешиваются

в

крупных

объемах, соизмеряемых

с

размерами

изделия

или

его

частей,

и

обладают

определенной ориентацией в зависимости от формы изделия. Эти напряжения

определяют расчетом, исходя из теории упругости и пластичности, а также

экспериментально.

Остаточные

напряжения

второго

рода

уравновешиваются

в

пределах

микрообъемов тела, т. е. в пределах одного или нескольких зерен металла. Эти

напряжения не имеют определенной направленности и не зависят от формы

изделий. Находят эти напряжения опытным путем.

Остаточные напряжения третьего рода уравновешиваются в мельчайших

объемах — в пределах атомной решетки. Они также не имеют определенной

направленности

и

определяются

экспериментально

по

степени

изменения

интенсивности линий на рентгенограммах.

В

строительных

конструкциях

и

в

машиностроении

инженерными

расчетами определяют только напряжения первого рода.

Классификация

сварочных

деформаций.

Сварные

конструкции

в

результате появления упругопластических деформаций в сварных соединениях

могут изменить свои размеры и претерпеть общие деформации. Последние

могут быть продольными и поперечными, деформациями изгиба, скручивания и

потери устойчивости.

В

результате

продольных

и

поперечных

деформаций

происходит

сокращение элементов по длине и ширине. Эти деформации образуются при

симметричной укладке швов.

Деформации

изгиба

образуются

при

несимметричном

расположении

сварных

швов

в конструкциях и сопровождаются продольным сокращением

элементов

продольной

усадкой

швов

и

поперечным

сокращением

поперечной

усадкой

швов.

Этот

вид

деформации

в

практике

встречается

довольно часто.

Деформации

скручивания

образуются

вследствие

несимметричного

расположения

швов

в

поперечных

сечениях

элементов

и

встречаются

относительно редко.

ТЕМА

5.2

СПОСОБЫ

ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

ДЕФОРМАЦИЙ

И

ИСПРАВЛЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

Рациональное

конструирование

сварных

узлов.

Рабочие

чертежи

сварных

конструкций

следует

разрабатывать

с

учетом

мероприятий

по

уменьшению

сварочных

напряжений

и

деформаций.

Для

этого

сварные

соединения конструируют таким образом, чтобы объем наплавленного металла

был

минимальным.

Например,

при

толщине

металла более

12

мм

следует

применять Хи К-образную подготовке кромок. С этой же целью заменяют

прерывистые соединения на сплошные швы меньшего сечения. Выполняют

стыковые швы при минимальном угле раскрытия шва и минимальном зазоре.

Избегают резких переходов сечений, а также применяют преимущественно

стыковые соединения и не допускают концентрации и пересечений сварных

швов.

Технология сборки и сварки. Порядок сборки под сварку, способ сварки,

режимы сварки и последовательность наложения шва по его длине и сечению

оказывают значительное влияние на величину деформаций и напряжений при

сварке. Чтобы уменьшить остаточные деформации и напряжения конструкций и

изделий при сборке, по возможности не допускают скрепления узлов и деталей

прихватками,

которые

создают

жесткое

закрепление.

Для

обеспечения

подвижного

состояния

закрепленных

деталей используют

клиновые

центровочные и другие сборочные приспособления.

На образование остаточных деформаций и напряжений значительное

влияние оказывает способ сварки.

На

величину

и

характер

сварочных

напряжений

и

остаточных

деформаций влияет погонная энергия сварки и режим сварки. Увеличение

сечения

шва, как

правило, способствует

росту

деформаций.

Величина

остаточных деформаций и напряжений зависит и от порядка наложения швов

по длине и сечению. Например, при сварке листовых конструкций вначале

выполняют поперечные швы отдельных поясов, а затем соединяют пояса между

собой.

Уравновешивание деформаций. Сущность этого способа заключается в

том, что устанавливают определенную последовательность наложения швов,

при

которой деформации от предыдущих швов снижаются при выполнении

последующих швов. Этот способ широко применяют при сварке стержневых

конструкций или деталей симметричного сечения.

Обратные деформации. Перед сваркой конструкции или элемента для

уменьшения остаточной

деформации

искусственно

создают

деформацию,

обратную по знаку по отношению к той, которая может возникнуть при сварке.

На рис. 51 показаны некоторые примеры использования обратной деформации.

Жесткое закрепление. Закрепление обеспечивает уменьшение сварочных

деформаций по сравнению со сваркой в незакрепленном состоянии, если зона

нагрева

до температур

выше

600

0

С

не

превышает

0,15

общей

ширины

свариваемого элемента. Если зона нагрева будет более 0,15 ширины листа, то

жесткое закрепление не уменьшает деформаций, а наоборот, может увеличить

их.

Контрорльные вопросы

1. Классификация сварочных напряжений и деформаций.

2. Причины возникновения сварочных напряжений и деформаций.

3. Способы уменьшения или предотвращения деформаций и напряжений.

4. Исправление деформированных конструкций.

РАЗДЕЛ

6.

ТЕХНОЛОГИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СВАРКИ

ПЛАВЛЕНИЕМ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ.

ТЕМА 6.1 СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ШВЫ.

Неразъемное

соединение,

выполненное

сваркой,

называется

сварным

соединением.

Сварные

соединения

и

швы

классифицируются

по

следующим

основным признакам:

виду соединения — стыковые, угловые, тавровые и нахлесточ-ные;

положению,

в

котором

выполняется

сварка

нижнее

«в

лодочку»,

н и ж н е е

у гл о в о е , нижнее

стыковое,

горизонтальное,

вертикальное,

полупотолочное и потолочное (ГОСТ 11969-79);

конфигурации

прямолинейные,

кольцевые,

вертикальные,

горизонтальные;

протяженности — сплошные и прерывистые;

применяемому виду сварки;

способу удержания расправленного металла шва;

количеству наложения слоев;

применяемому для сварки металлу;

расположению свариваемых деталей относительно друг друга;

действующему на шов усилию;

объему наплавленного металла;

форме свариваемой конструкции;

форме подготовленных кромок под сварку.

По виду сварки швы сварных соединений разделяют на:

швы дуговой сварки (ГОСТ 5264—80);

швы автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом (ГОСТ

8713-79);

швы дуговой сварки в защитных газах (ГОСТ 14771 — 76);

швы электрошлаковой сварки (ГОСТ 15164 — 78);

швы электрозаклепочные (ГОСТ 14776-79);

швы контактной электросварки (ГОСТ 15878 — 79);

швы газовой сварки;

швы паяных соединений.

По

способу

удержания

расплавленного

металла

швы

сварных

соединений

делятся

на

швы,

выполненные

без

подкладок

и

подушек;

на

съемных

и

остающихся

стальных

подкладках;

на

медных,

флюсо-медных,

керамических

и

асбестовых

подкладках,

а

также

флюсовых

и

газовых

подушках. В зависимости от того, с какой стороны накладывается шов, с одной

или

двух

сторон,

по

применяемому

для

сварки

материалу

швы

сварных

соединений подразделяются на швы соединения углеродистых и легированных

сталей (ГОСТ 5264-80; 14771-76; 15164-78; 8713 — 79 и др.); швы соединения

цветных

металлов

(ГОСТ

16038-70;

14806-69);

швы

соединения

биметалла

(ГОСТ 16098—70); швы соединения винипласта и полиэтилена (ГОСТ 16310-

70).

По расположению свариваемых деталей относительно друг друга швы

сварных соединений могут быть под острым или тупым углом (ГОСТ 11534-75;

11533-75), под прямым углом, а также располагаться в одной плоскости (ГОСТ

5264 — 80; 8713-79; 14771-76; 15164-78).

По объему наплавленного металла различают нормальные, ослабленные

и усиленные швы.

По сечению сварные швы могут быть выполнены за один проход —

однопроходная

сварка

за

несколько

слоев

(каждый

слой

одним

валиком,

послойно валиками (многослойная многопроходная сварка.

Техника

выполнения

стыковых,

тавровых

и

угловых

сварных

соединений. Сварку стыковых соединений выполняют с одной или двух сторон.

Вертикальные швы выполняют двумя способами: снизу-вверх и сверху

вниз. При сварке снизу-вверх дугу возбуждают в нижней точке соединения и

после образования ванночки расплавленного металла электрод отводят немного

вверх и в сторону. Дуга при этом должна быть направлена на основной металл.

Расплавленный

металл

при

отводе

электрода

вверх

затвердевает,

образуя

«полочку», на которую наплавляют, и которая удерживает последующие капли

металла при движении электрода вверх. Электрод рекомендуется наклонять

вверх под углом 20—25° к горизонту.

При сварке сверху вниз дугу возбуждают в верхней точке шва и придают

электроду

сначала

перпендикулярное,

а

после

образования

кратера

наклонное положение. Метод сварки сверху вниз рекомендуется применять в

основном лишь для соединения тонкого металла и для выполнения первых

слоев при наличии разделки кромок.

Вертикальные швы следует выполнять током на 10 — 15% меньшим,

чем

при

выполнении

швов

в

нижнем

положении,

и

короткой

дугой.

Используемые для наложения вертикальных швов электроды должны иметь

«короткие» шлаки. При выполнении вертикальных швов, как и при выполнении

швов в нижнем положении, получают узкие и широкие валики.

При сварке стыковых горизонтальных соединений подготовка кромок

необходима только для верхней кромки. Дугу возбуждают вначале на нижней

горизонтальной кромке, а затем перемешают на скошенную кромку.

По

форме

свариваемой

конструкции

швы

сварных

соединений

выполняются на плоских и сферических конструкциях, а по расположению на

изделии швы бывают продольными и поперечными.

Элементы

геометрической

формы

подготовки

кромок

под

сварку.

Элементами

геометрической

формы

подготовки

кромок

различаются

односторонние и двусторонние швы.

Угол разделки кромок выполняют при толщине металла более 3 мм,

отсутствие

разделки

может

привести

к

непровару

по

сечению

сварного

соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки

кромок для обеспечения провара электросварщик всегда старается увеличить

сварочный- ток.

Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого

сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает сварочные

напряжения и деформации.

Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить

полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого)

слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.

Длиной

скоса

листа

регулируют

плавный

переход

от

толстой

свариваемой детали к более тонкой, устраняют концентраторы напряжений в

сварных конструкциях.

ТЕМА

6.2

Т Е Х Н ОЛО ГИ Я

РУ ЧН О Й

Д У ГО В О Й

СВАРКИ

ПЛАВЯЩИМИСЯ ЭЛЕКТРОДАМИ.

Под

режимом

сварки

понимают

совокупность

условий,

создающих

устойчивое

протекание

процесса

сварки,

а

именно:

стабильное

горение

сварочной дуги, получение сварных швов необходимых размеров, формы и

качества. Режим сварки складывается из ряда параметров. Параметры режима

сварки подразделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам

режима сварки при ручной дуговой сварке относят величину, род и полярность

тока, диаметр электрода, напряжение, скорость сварки и величину поперечного

колебания конца электрода, а к дополнительным — величину вылета электрода,

состав

и

толщину

покрытия

электрода,

начальную

температуру

основного

металла, положение электрода в пространстве (вертикальное, наклонное) и

положение изделия в процессе сварки.

Выбор диаметра электрода. Диаметр электрода выбирают в зависимости

от

толщины

свариваемого

металла;

марки

свариваемого

металла;

формы

разделки кромок и номера выполненного валика-шва; положения, в котором

выполняется сварка; вида соединения.

Диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемого металла

выбирают в основном при сварке в нижнем положении, хотя такой выбор не

исключен

при

сварке

в

других

пространственных

положениях.

При

сварке

металла в нижнем положении (если не учитывать форму разделки кромок)

имеется

следующая

экспериментальная

зависимость

между

толщиной

свариваемого металла и диаметром электрода.

Электроды диаметром 2-3 мм при сварке металла толщиной от 4 мм и

выше применяют при выполнении первого слоя — так называемого корневого

шва.

Диаметр

электрода

при

прочих

равных

условиях

выбирают

в

зависимости от марки свариваемого металла. Для уменьшения тепловложения в

основной

(свариваемый)

металл

(для

снижения

возможности

образования

трещин), особенно при сварке закаливающихся сталей и чугуна, электрод берут

диаметром 2-3 мм, что обеспечивает получение валика небольшого сечения.

Диаметр электрода выбирают также в зависимости от формы разделки

кромок под сварку. Если разделки кромок нет, то диаметр электрода можно

подбирать

по

выше

приведенной

зависимости.

Если

же

имеется

разделка

кромок, то при наложении первого слоя, независимого от марки свариваемого

металла, применяют электроды диаметром 2-3 мм и редко 4 мм. Применение

электродов

больших

диаметров

(свыше

4

мм),

как

правило,

приводит

к

непровару,

зашлаковыванию

и

образованию

ряда

других

дефектов.

Последующие

с л о и выполняют

электродами

диаметром

4

мм,

а

если

толщина металла свыше 12 мм и сварку выполняют в нижнем положении, то

могут быть применены электроды диаметром 5 мм. Декоративный слой при

сварке металла толщиной более 12 мм в нижнем положении можно выполнить

электродами диаметром 4 мм и более. При выполнении швов в вертикальном и

других пространственных положениях первый слой накладывают электродами

диаметром

2—3

мм

и

редко

4

мм,

а

последующие

слои,

в

том

числе

и

декоративный слой, выполняются электродами диаметром 4 мм.

Диаметр электрода должен выбираться в зависимости от свариваемого

соединения. При сварке стыкового соединения выбор диаметра электрода надо

осуществлять,

как

было

сказано

выше.

При

сварке

тавровых,

угловых

и

нахлесточных

соединений

существует

такое

правило

выбора

диаметра

электрода:

для

швов,

выполняемых

в

несколько

слоев,

первый

слой

делают

электродами диаметром 2, 3, 4 мм. Чем ответственнее конструкция, тем меньше

диаметр

применяемого

электрода,

что

способствует

получению

хорошего

провара

в

корне

шва,

уменьшает

тепловложение

в

основной

металл,

а,

следовательно, снижает сварочные напряжения и деформации;

для

швов,

выполняемых

за

один

проход,

применяют

электроды

диаметром 2, 3, 4, 5 и 6 мм — в зависимости от толщины свариваемых листов.

Тип

и

марку

электрода

подбирают

в

зависимости

от

прочности,

механических и эксплуатационных свойств сварного соединения.

Напряжение дуги. Напряжение на дуге изменяется пропорционально

длине дуги. При увеличении длины дуги возрастает ее напряжение и поэтому

увеличивается доля тепла, идущая на плавление электрода и основного металла.

В результате этого ширина сварного шва увеличивается, а глубина провара и

высота усиления уменьшаются. Напряжение на дуге зависит от величины тока и

диаметра электрода. Оно обычно бывает 18-45 В. Сварку лучше выполнять

короткой дугой, где напряжение устанавливается 18-20 В. Длинная дуга издает

резкий звук, сопровождающийся хлопками и значительным разбрызгиванием

расплавленного металла. Поэтому опытный сварщик по звуку дуги может даже

на некотором расстоянии судить о ее длине. С целью уменьшения длины дуги

следует быстрее опускать вниз электрододержатель с электродом.

Скорость сварки. С увеличением скорости сварки ширина сварного шва

уменьшается,

наряду

с

этим

глубина

провара

увеличивается,

что

является

следствием того, что жидкий металл не успевает подтекать под дугу и толщина

его

прослойки

мала.

При

дальнейшем

увеличении

скорости

сварки

время

теплового действия дуги на металл и глубина провара уменьшается, а при

значительной

скорости

сварки

будет

даже

образовываться

несплавление

основного металла с металлом шва.

Род и полярность тока. Род и полярность тока также влияют на форму и

размеры шва. При сварке постоянным током обратной полярности глубина

провара

на

40-50%

больше,

чем

при

сварке

постоянным

током

прямой

полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся

на

аноде

и

катоде.

Поэтому

обратная

полярность

применяется

при

сварке

тонкого

мет а лла

с

целью

исключения

прожога

и

при

с в а р к е

высоколегированных сталей с целью исключения их перегрева. При сварке

переменным

током

глубина

провара

на

15-20%

меньше,

чем

пря

сварке

постоянным током обратной полярности.

Род и полярность тока выбирают по типу электродного покрытия, марке

свариваемого металла, толщине свариваемого металла.

Наклон

электрода.

Ручную

дуговую

сварку

можно

выполнять

вертикальным электродом, углом вперед и углом назад. В виду того что столб

дуги стремится сохранить направление оси электрода, то в каждом из этих

случаев форма сварочной ванны и, следовательно, форма шва будет различной.

При сварке углом вперед, как правило, жидкий металл подтекает под дугу,

поэтому глубина провара и высота усиления уменьшаются, а ширина шва

увеличивается.

При

сварке

углом

назад

жидкий

металл

давлением

дуги

вытесняется

из-под

нее,

поэтому

глубина

провара

и

высота

усиления

увеличиваются.

Наклон изделия. В зависимости от расположения соединений на изделии

или

от

наклона

изделия

ручная

дуговая

сварка

может

быть

выполнена

на

горизонтальной плоскости, на подъем и спуск. Влияние наклона изделия и

пространственного

расположения

соединений

на

изделии

на

форму

шва

примерно

такое,

что

и

влияние

наклона

электрода.

При

сварке

на

подъем

расплавленный металл под действием собственного веса вытекает из-под дуги,

в результате чего увеличиваются глубина проплавления и высота усиления, а

ширина шва уменьшается. При сварке на спуск жидкий металл подтекает под

дугу, что уменьшает глубину проплавления и увеличивает ширину шва.

Предварительный

подогрев

и

последующую

термическую

обработку

выполняют

в

случаях,

когда

металл

склонен

к

образованию

закалочных

структур, например, закалочные структуры образуются в сварных соединениях

при

сварке

средне-

и

высокоуглеродистых

сталей,

низколегированных,

теплоустойчивых и высоколегированных сталей и т. д., и когда металл обладает

значительней теплопроводностью и теплоемкостью (медь и др.).

Положение

в

пространстве,

котором

выполняется

сварка.

Ручную

дуговую сварку практически можно выполнять во всех пространственных

п о л ож е н и я х :

н и ж н е м ,

в лодочку,

полувертикальном,

вертикальном,

полугоризонтальном и горизонтальном, а также полупотолочном и потолочном.

Возможность выполнения сварки в том или ином положении зависит, прежде

всего, от марки свариваемого металла и типа покрытия электрода.

Выбор сварочного тока. Сварочный ток устанавливают в зависимости от

диаметра применяемого электрода и пространственного положения, в котором

выполняется сварка.

Для сварки в нижнем положении сварочный ток может быть определен

по формуле:

I

св

=К∙d

э

,

где I

св

— сварочный ток, А; К — коэффициент пропорциональности, зависящий от

диаметра и типа электрода, А/мм; d

э

— диаметр электрода, мм.

Техника

манипулирования

электродом.

Во

время

сварки

сварщик

сообщает концу электрода движение в трех направлениях.

Первое движение — поступательное по направлению оси электрода, для

поддержания необходимой длины дуги. Длина дуги оказывает большое влияние

на качество сварного шва и его форму. Длинной дуге соответствует интенсивное

окисление

и

азотирование

расплавленного

металла

и

повышенное

его

разбрызгивание. При сварке электродами основного типа увеличение длины

дуги приводит к пористости металла шва.

Второе движение — вдоль оси валика для образования сварного шва.

Скорость движения электрода зависит от величины тока, диаметра электрода,

типа и пространственного положения, в котором выполняется шов. Правильно

выбранная

скорость

перемещения

электрода

вдоль

оси

шва

обеспечивает

требуемую

форму

и

качество

сварного

шва.

При

большей

скорости

перемещения

электрода

основной

металл

не

успевает

проплавляться,

вследствие чего образуется непровар. Недостаточная скорость перемещения

электрода приводит к перегреву и прожогу (сквозное проплавление) металла, а

также снижает качество и производительность сварки. Правильно выбранная

скорость продольного движения электрода вдоль оси шва позволяет получить

его ширину на 2-3 мм больше, чем диаметр электрода.

Сварной шов, образованный в результате первого и второго движения

электрода, называют ниточным. Его применяют при сварке металла небольшой

толщины, при наплавочных работах и подварке подрезов.

Третье

движение

колебание

концом

электрода

поперек

шва

для

образования уширенного валика, который применяют чаще, чем ниточный. Для

образования

уширенного

валика

электроду

сообщают

поперечные

колебательные движения чаще всего с постоянной частотой и амплитудой,

совмещенные

с

поступательным

движением

электрода

вдоль

о си

подготовленного

под

сварку

соединения

и

оси

электрода.

Поперечные

колебательные

движения

электрода

разнообразны

и

определяются

формой,

размерами, положениями шва в пространстве, в котором выполняется сварка, и

навыком сварщика. В процессе колебания электрода середину пути проходят

быстро, задерживая электрод по краям. Такое изменение скорости колебания

электрода обеспечивает лучший провар по краям. Ширина валика не должна

быть более 2-3 диаметров электрода, что соответствует ГОСТ и технологии

сварки.

При

выполнении

более

широких

валиков

в

результате

охлаждения

шлака возможно образование дефектов в сварном шве.

Обычно сварку выполняют вертикально расположенным электродом или

при его наклоне относительно шва, углом вперед или назад. При сварке углом

назад обеспечивается более полный провар и меньшая ширина шва.

ТЕМА 6.3 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА.

Широкое применение этого способа в промышленности при производстве

конструкций из

сталей,

цветных

металлов

и

сплавов

объясняется

высокой

производительностью процесса и высоким качеством, и стабильностью свойств

сварного соединения, улучшенными условиями работы, более низким, чем при

ручной

сварке,

расходом

сварочных

материалов

и

электроэнергии.

К

недостаткам

способа

относится

возможность

сварки

только

в

нижнем

положении ввиду возможного стекания расплавленных флюса и металла при

отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10-15

0

.

Сущность

способа.

Наиболее

широко

распространен

процесс

при

использовании одного электрода - однодуговая сварка. Сварочная дуга горит

между голой электродной проволокой и изделием, находящимся под слоем

флюса. В расплавленном флюсе газами и парами флюса и расплавленного

металла образуется полость — газовый пузырь в котором существует сварочная

дуга. Давление газов в газовом пузыре составляет 7-9 г/см, но в сочетании с

механическим давлением, создаваемым дугой, его достаточно для оттеснения

жидкого металла из-под дуги, что улучшает теплопередачу от нее к основному

металлу. Повышение силы сварочного тока увеличивает механическое давление

дуги и глубину проплавления основного металла h

пр

.

Кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны приводит к

образованию сварного шва. Затвердевший флюс образует, шлаковую корку на

поверхности шва.

Существуют

разновидности

сварки

под

флюсом,

когда

в

некоторых

случаях целесообразно применение двухдуговой или многодуговой сварки. При

этом дуги питаются от одного источника или от отдельного источника для

каждой дуги. При сварке сдвоенным (расщепленным) электродом дуги, горящие

в

общую

ванну,

питаются

от

одного источника.

Это

несколько

повышает

производительность

сварки

за

счет

повышения

количества

расплавленного

электродного металла.

Электроды

по

отношению

к

направлению

сварки

могут

быть

расположены последовательно или перпендикулярно. При последовательном

расположении

глубина проплавления

шва

несколько

увеличивается,

а

при

перпендикулярном

уменьшается.

Второй вариант

расположения

электродов

позволяет

выполнять

сварку

при

повышенных

зазорах

между

кромками.

Изменяя расстояние между электродами, можно регулировать форму и размеры

шва.

Удобно

применение

этого

способа

при

наплавочных

работах.

Однако

недостатком способа является некоторая нестабильность горения дуги.

При двухдуговой сварке используют два электрода (при многодуговой

несколько). Влияние параметров режима сварки на форму и размеры шва.

Форма и размеры шва зависят от многих параметров режима сварки: величины

сварочного тока, напряжения дуги, диаметра электродной проволоки, скорости

сварки и др. Такие параметры, как наклон электрода или изделия, величина

вылета электрода, грануляция флюса, род тока и полярность и т. п. оказывают

меньшее влияние на форму и размеры шва.

Необходимое условие сварки — поддержание дуги. Для этого скорость

подачи электрода должна соответствовать скорости его плавления теплотой

дуги. С увеличением силы сварочного тока скорость подачи электрода должна

увеличиваться. Электродные проволоки меньшего диаметра при равной силе

сварочного

тока

следует

подавать

с

большей

скоростью.

При

некотором

уменьшении скорости подачи длина дуги и ее напряжение увеличиваются. В

результате уменьшаются доля теплоты, идущая на расплавление электрода, и

количество расплавляемого электродного металла.

Влияние

параметров

режима

на

форму

и

размеры

шва

обычно

рассматривают

при изменении

одного

из

них

и

сохранении

остальных

постоянными. Приводимые ниже закономерности относятся к случаю наплавки

на пластину, когда глубина проплавления не превышает 0,7 ее толщины (при

большей

глубине

проплавления

ухудшение

теплоотвода от

нижней

части

сварочной ванны резко увеличивает глубину проплавления и изменяет форму и

размеры шва).

С увеличением силы сварочного тока глубина проплавления возрастает

почти линейно до некоторой величины. Это объясняется ростом давления дуги

на поверхность сварочной ванны, которым оттесняется расплавленный металл

из-под дуги (улучшаются условия теплопередачи от дуги к основному металлу),

и

увеличением

погонной

энергии. Ввиду

того,

что

повышается

количество

расплавляемого электродного металла, увеличивается и высота усиления шва.

Ширина шва возрастает незначительно, так как дуга заглубляется в основной

металл (находится ниже плоскости основного металла).

Увеличение плотности сварочного тока (уменьшение диаметра электрода

при постоянном токе) позволяет резко увеличить глубину проплавления. Это

объясняется

уменьшением

подвижности

дуги.

Ширина

шва

при

этом

уменьшается. Род и полярность тока оказывают значительное влияние на форму

и

размеры

шва,

что

объясняется

различным

количеством

теплоты,

выделяющимся на катоде и аноде дуги.

При

сварке

на

постоянном

токе

прямой

полярности

глубина

проплавления на 40-50%, а на переменном — на 15-20% меньше, чем при

сварке на постоянном токе обратной полярности.

Таблица

1.

Значения

сварочного

тока,

при

которых

достигается

одинаковая

глубина

проплавления

электродной

проволокой

различного

диаметра.

Глубина

проплавле-

ния, мм

Диаметр

электродной

проволоки,

мм

Сила

сварочного

тока, А

Плотность

тока, А/мм

2

Глубина

проплавле-

ния, мм

Диаметр

проволоки,

мм

Сила

сварочного

тока, А

Плотность

тока, А/мм

2

3

2

200

64

8

2

525

167

5

450

23

5

725

37

5

2

400

127

12

2

700

224

5

550

28

5

47

При автоматической сварке стыковых соединений на весу практически

сложно получить шов с проваром по всей длине стыка из-за вытекания в зазор

между

кромками расплавленного

металла

и

флюса

и,

как

результат,

образования

прожогов.

Для

предупреждения

этого

применяют

различные

приемы, способствующие формированию корня шва. Сварку односторонних

швов можно выполнять по предварительной ручной подварке если невозможна

автоматическая.

Односторонняя

сварка

на

остающейся

стальной

подкладке

возможна в тех случаях, когда допустимо ее применение с эксплуатационной

точки зрения

Толщина подкладки при однослойных швах составляет 30-40% толщины

основного металла или равна толщине первого слоя в многослойных швах. При

использовании для сварки односторонних швов съемных медных подкладок

качество шва зависит от надежности поджатия к ним кромок. При зазорах свыше

0 , 5

мм расплавленный

металл

может

вытекать

в

него,

что

приводит

к

образованию дефектов в шве. Недостаток этого способа — трудность точной

укладки кромок длинного стыка вдоль формирующей канавки неподвижной

медной подкладки.

Для улучшения формирования корня шва в увеличенную по глубине

формирующую

канавку

в

медной

подкладке

можно

засыпать

флюс

так

выполняют сварку

на

флюсомедной

подкладке.

Односторонняя

сварка

на

флюсовой подушке при плотном поджатии флюса обеспечивает полный провар

кромок

и

хорошее формирование корня шва при меньшей точности сборки

кромок

толщиной

2

мм

и

выше. Флюс под стыком поджимается воздухом,

подаваемым в шланг 3, а при сварке кольцевых швов — специальной гибкой

лентой

5,

Свариваемые

листы

от

перекоса

при

поджатии

флюса

должны

удерживаться

специальными

грузами

или

силами

магнитного

поля

на

специальных магнитных стендах.

Формирование корня шва на флюсовой подушке позволяет выполнять

автоматическую сварку однопроходных швов без разделки или с V-образной

разделкой кромок

па

металле

толщиной

до

15

мм,

корневого

шва

в

многопроходных швах с V- или X-образной разделкой кромок, а также сварку по

заданному повышенному зазору без разделки кромок металла толщиной до 50

мм. Применение этого способа в последние годы сокращается из-за трудности

плотного поджатия флюса под стык по всей его длине, В местах его неплотного

поджатия образуются прожоги.

ТЕМА 6.4 ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ.

Электрошлаковая сварка — это сварка плавлением, при которой для

нагрева

металла

используется

теплота,

выделяющаяся

при

прохождении

электрического тока через расплавленный электропроводный шлак (рис. 2). Это

самый

высокопроизводительный

способ

автоматической

сварки

металла

значительной толщины.

Производится она так. В пространство между свариваемыми кромками

изделия

и

шлакоудерживающими

приспособлениями

(медными

ползунами,

начальными

планками)

вводятся

флюс

и

электродная

проволока.

Процесс

сварки

начинается

с

возбуждения

дуги

между

электродной

проволокой

и

начальной

планкой.

Теплотой

дуги

расплавляются

флюс

и

электродная

проволока. Образуется

Рис. 2. Электрошлаковая сварка: 1 — начальная скоба для возбуждения

процесса сварки; 2 — металлическая (сварочная) ванна; 3 — токоподводящий

мундштук; 4 — подающие ролики; 5 — электродная проволока; 6 — шлаковая

ванна; 7 — медные формующие ползуны; 8 — сварной шов; 9 — сборочная

скоба; 10 — свариваемые деталиванна расплавленного металла, покрытая слоем

жидкого шлака.

Электродная проволока, находясь в ванне нагретого шлака, плавится, и

дуга гаснет. Сварочный ток, проходя через расплавленный шлак, нагревает его

до

температуры

1600-1700°С.

Дальнейший

бездуговой

процесс

плавки

происходит за счет теплоты, выделяемой в шлаке сварочным током. По мере

заполнения шва металлом медные ползуны, охлаждаемые проточной водой,

перемещаются

снизу-вверх

и

формируют

сварной

шов.

Применяя

электрошлаковую

сварку

несколькими

электродными

проволоками

или

электродами в виде ленты, можно сваривать кромки изделия практически любой

толщины.

Важным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность

сварки швов сложной конфигурации, при этом электродная проволока подается

через специальный плавящийся мундштук, форма которого соответствует форме

свариваемого

шва.

Мундштук

плавится

вместе

с

электродной

проволокой,

заполняя свариваемый шов металлом.

Качество металла шва при электрошлаковой сварке значительно выше,

чем при автоматической сварке под флюсом. Это объясняется постоянным

наличием над металлом шва жидкой фазы металла и нагретого шлака, что

способствует более полному удалению газов и неметаллических включений.

Резко

снижается

влияние

на

качество

шва

влажности

флюса,

ржавчины

и

различных загрязнений свариваемых кромок изделия. Трудоемкость операций по

подготовке изделия под сварку снижается за счет исключения работ по разделке

и

подготовке

кромок

к

сварке.

Кромки

обрезают

кислородной

резкой

под

прямым

углом

к

поверхности

свариваемых

листов.

Удельный

расход

электроэнергии, флюса и электродной проволоки сокращается, так как процесс

протекает в замкнутой системе при небольшом количестве флюса и полном

использовании

электродного

металла.

Увеличенный

вылет

электродной

проволоки

и

значительные

плотности

тока

обеспечивают

высокую

производительность

наплавки,

достигающую

27

кг/ч,

в

то

время

как

при

автоматической сварке под флюсом он составляет примерно 12 кг/ч, а при

ручной — только 2 кг/ч. Расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла

уменьшается

вдвое,

а

расход

флюса

в

20-30

раз

по

сравнению с

автоматической сваркой под флюсом.

Производительно сть

элект рошлаковой

сварки

п р е в ы ш ает

производительность

автоматической

сварки

под

флюсом в

7-10

раз,

а

при

большой

толщине

свариваемых

кромок о н а

в

1 5 - 2 0

р а з

в ы ш е

производительности

многослойной автоматической

сварки.

Постепенный

подогрев

свариваемых

кромок

и

замедленный

нагрев

околошовной

зоны

уменьшают возможность образования в ней закалочных структур. Поэтому при

электрошлаковой сварке самозакаливающихся сталей образование закалочных

трещин менее вероятно. Освоение электрошлаковой сварки позволило заменить

громоздкие и тяжелые цельнолитые и цельнокованые станины и корпуса более

легкими и компактными сварно-литыми и сварно-коваными деталями.

Для

производства

электрошлаковой

сварки

разработаны

три

типа

аппаратов:

рельсовые аппараты, перемещающиеся по вертикальным рельсам или

специальным направляющим вдоль свариваемого шва (аппараты типов А-820М,

А-535 и А-681);

безрельсовые

аппараты,

движущиеся

по

свариваемому

изделию

и

связанные с ним механическим креплением (аппараты типов А-304 и А-612);

шагающие

магнитные

аппараты,

перемещающиеся

по свариваемому

изделию с помощью системы шагающих электромагнитов (аппарат типа А-

501М).

Источниками питания многоэлектродных аппаратов для электрошлаковой

сварки являются трехфазные сварочные трансформаторы ТШ С-1000—3 и ТШС-

3000—3. Они обеспечивают в каждой фазе сварочный ток соответственно в

1000 и 3000 А. Первичная и вторичная обмотки трансформаторов состоят из

секций с отводами, что позволяет изменять вторичное напряжение в пределах

38-54 В. Трансформаторы работают с принудительным охлаждением (ТШС-

1000—3 — воздушное; ТШС-3000—3 — водяное). Можно применять также

трансформаторы типов ТСД-500, ТСД-2000, СТН-750 и др.

Для электрошлаковой сварки применяют флюсы марок АН-8 и АН-22.

Электрошлаковой

сваркой

можно

выполнять

стыковые,

тавровые,

угловые и кольцевые соединения. Например, при сварке кольцевых стыков

котельных

барабанов применяют трехзлектродные аппараты типов А-385 и А-

401. При толщине стенок кольцевого стыка 90 мм и внутреннем диаметре 1300

мм аппаратом типа А-385 шов заваривается за один проход за 2 часа. Для

сварки прямолинейных швов применяют двухэлектродный аппарат типа А-372Р,

работающий

на

сварочных

токах

400-1000

А

при напряжении

48-50

В

и

скорости подачи электродной проволоки 150-500 м/ч.

Электрошлаковая сварка нашла применение при изготовлении и монтаже

различных

металлоконструкций.

Для этих работ используют малогабаритные

одноэлектродные сварочные аппараты типов А-681, А-820 и др.

Для

электрошлаковой

сварки

плавящимся

мундштуком применяют

малогабаритные однофазные аппараты типов А-645, А-1304.

ТЕМА 6.5 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ.

При этом способе в зону дуги подается защитный газ, струя которого,

обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный

металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования.

Сварку в защитных газах отличают следующие преимущества:

1)высокая

производительность

2-3

раза

выше

обычной

дуговой

сварки);

2)возможность сварки в любых пространственных положениях, хорошая

защита зоны сварки от кислорода и азота атмосферы, отсутствие необходимости

очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке;

3)малая зона термического влияния;

4) относительно малые деформации изделий;

5)возможность наблюдения за процессом формирования шва;

6) доступность механизации и автоматизации.

Недостатками этого способа сварки являются необходимость принятия

мер, предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки,

применение

газовой

аппаратуры,

а

в

некоторых

случаях

и

применение

относительно дорогих защитных газов.

Разработаны

следующие

разновидности

сварки

в

защитном

газе:

в

инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в нейтральных двухатомных газах

(азот, водород), в углекислом газе. Наиболее широкое применение получили

аргонодуговая

сварка

и

сварка

в

углекислом

газе.

Инертный

газ

гелий

применяется очень редко ввиду его большой стоимости. Сварка в двухатомных

газах (водород и азот) имеет ограниченное применение, так как водород и азот в

зоне

дуги

диссоциируются

на

атомы

и

активно

взаимодействуют

с

большинством металлов.

Сварка в углекислом газе, благодаря его дешевизне, получила широкое

применение при изготовлении и монтаже различных строительных конструкций

из углеродистых и низколегированных сталей.

Углекислый газ, подаваемый в зону дуги, не является нейтральным, так

как под действием высокой температуры он диссоциируется на оксид углерода

и

свободный

кислород.

При

этом

происходит

частичное

окисление

расплавленного

металла

сварочной

ванны,

и,

как

следствие,

металл

шва

получается пористым с низкими механическими свойствами. Для уменьшения

окислительного

действия

свободного

кислорода

применяют

электродную

проволоку с повышенным содержанием раскисляющих примесей (марганца,

кремния).

Шов

получается

беспористый,

с

хорошими

механическими

свойствами.

По

способу

защиты

(рис.

3)

различают

местную

и

общую

защиту

свариваемого узла (сварку в контролируемой атмосфере). Основным способом

местной защиты является струйная, при которой защитная среда создается

газовым потоком при центральной, боковой или комбинированной подаче газа.

При центральной подаче газа дуга, горящая между электродом и основным

металлом,

со

всех

сторон

окружена

газом,

подаваемым

под

небольшим

избыточным давлением из сопла горелки, расположенного концентрично оси

электрода.

Это

самый

распространенный

способ

защиты.

Иногда

с

целью

экономии инертных газов, а также получения оптимальных технологических и

металлургических свойств защитной среды применяют горелки, конструкция

которых

обеспечивает

комбинированную

защиту

двумя

концентрическими

потоками газов. Например, внутренний поток образуется аргоном, а внешний —

углекислым газом. При сварке высокоактивных металлов надо защищать не

только расплавленный металл, но и зону металла, нагреваемую при сварке до

температуры более 300°С с лицевой и обратной стороны шва. Для расширения

струйной защиты с лицевой стороны шва применяют дополнительные колпаки-

приставки,

надеваемые

на

сопло

горелки.

Защита

обратной

стороны

шва

обеспечивается

поддувом

защитного

газа.

Боковую

подачу

газа

применяют

ограниченно.

Наиболее

эффективная

защита

металла

шва

и

зоны

термического

влияния обеспечивается при сварке в камерах с контролируемой атмосферой.

Камеры

предварительно

продувают

или

вакуумируют,

а

потом

заполняют

защитным (инертным) газом под небольшим давлением.

Рис. 3. Подача защитных газов в зону сварки: а - центральная одним

концентрическим потоком; б - центральная двумя концентрическими потоками;

в - боковая; г - в подвижную камеру (насадку); 1 - электрод; 2 - защитный газ; 3,

4

-

наружный

и

внутренний

потоки

защитных

газов;

5

-

насадка;

6

-

распределительная сетка.

Сварку

в

защитных

газах

можно

о суще ствлять

вруч ную ,

полуавтоматически

и

автоматически.

Ручная

сварка

применяется

при

соединении кромок изделий толщиной до 25-30 мм и при выполнении коротких

и

криволинейных

швов.

Полуавтоматическая

и

автоматическая

сварки

применяются при массовом и крупносерийном производствах.

Сварка

в

защитных

газах

производится

как

неплавя-щимся,

так

и

плавящимся

электродом.

Неплавящиеся

электроды

служат

только

для

возбуждения и поддержания горения дуги. Для заполнения разделки кромок в

зону

дуги

вводят

присадочный

металл

в

виде

прутков

или

проволоки.

Применяются

такие

неплавящиеся

электроды:

вольфрамовые,

угольные

и

графитовые. Вольфрамовые электроды изготовляют из проволоки марки ВТ-15

диаметром 0,8-6 мм, содержащей 1,5-2,0% диоксида тория. Торий способствует

более

легкому

возбуждению

и

устойчивому

горению

дуги.

Однако

торий

является

радиоактивным

веществом,

и

его

применение

сопряжено

с

соблюдением специальных санитарных правил. Для сварки алю-миния и его

сплавов успешно применяют электроды из проволоки марки ВЛ-10 (вольфрам с

присадкой

лантана).

Лантан

снижает

расход

вольфрама

и

повышает

устойчивость

горения

дуги.

Расход

вольфрама

при

сварке

незначителен

и

составляет при сварочном токе 300-400 А около 0,05-0,06 г на метр сварного

шва.

Угольные

и

графитовые электроды применяют редко, так как они не

обеспечивают достаточно устойчивое горение дуги, а сварной шов получается

пористым

с

темным

налетом.

Плавящиеся

электроды

применяют

в

виде

соответствующей сварочной или порошковой проволок.

Аргон

одноатомный

инертный

газ

без

цвета

и

запаха,

тяжелее

воздуха. Получают аргон из воздуха. Аргон поставляется двух сортов: высшего

и первого. Высший сорт содержит 99,992% аргона, не более 0,006% азота и не

более 0,0007% кислорода. Первый сорт содержит аргона 99,987%, азота — до 0,01

% и кислорода — не более 0,002%. Аргон поставляется в газообразном виде в

баллонах типа А под давлением 15 МПа. Баллоны окрашены в серый цвет с

зеленой полосой и зеленой надписью: «Аргон чистый».

Аргон применяют при сварке ответственных сварных швов и при сварке

высоколегированных сталей, титана, алюминия, магния и их сплавов.

Гелий — одноатомный инертный газ без цвета и запаха. Газообразный

гелий производится также двух сортов: гелий высокой чистоты (99,985% гелия)

и гелий технический (99,8%). Транспортируется и поставляется в баллонах типа

А при максимальном давлении 15 МПа. Баллоны окрашены в коричневый цвет

белой надписью «Гелий». Сравнительно большие коэффициенты линейного

расширения

и

большая

литейная

усадка

приводят

к

возникновению

значительных внутренних напряжений, деформаций и к образованию трещин в

металле шва и околошовной зоны. Резкое уменьшение механической прочности

и

возрастание

хрупкости

металлов

при

нагреве

могут

даже

привести

к

непредвиденному разрушению изделия.

Для

выполнения

качественного

сварного

соединения

применяют

различные технологические меры, учитывающие особенности каждого металла

(сплава).

Контрольные вопросы

1. Что называется сварным соединением?

2. Назвать виды сварных швов и сварных соединений.

3. Что называется режимом сварки?

4. Основные и дополнительные параметры режима сварки.

5. Технология ручной дуговой сварки плавящимися электродами.

6. Влияние параметров режима сварки под соем флюса на форму и

размеры шва.

7. Технология сварки под слоем флюса.

8. Какие флюсы используются при сварке?

9. В чем сущность электрошлаковой сварки?

10. Технология сварки в среде защитных газов.

РАЗДЕЛ

7.

ТЕХНОЛОГИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СВАРКИ

ПЛАВЛЕНИЕМ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ.

Т Е М А

7 . 1

Т Е Х Н О Л О Г И Я

С В А Р К И

Н И З К О -

И

СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ.

Низколегированные стали обладают небольшой чувствительностью к

термическому циклу

сварки;

регулированием

режима

сварки

(термического

цикла) удается обеспечить получение необходимых свойств в околошовной

зоне.

Это

связано

с

невысоким

содержанием

углерода

и

низкой

степенью

легирования. Обычно в сталях этой группысодержание углерода не превышает

0,25%, а суммарное легирование — 4%.для изготовления различных изделий в

машиностроении используют также углеродистыеи низколегированньте стали,

содержание

углерода

в

которых

увеличено

по

сравнению

с

содержанием

углерода в низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталях

общего

назначения,

что

при

соответствующей

термообработке

позволяет

существенно повысить их прочность. В зависимости от режима термообработки

временное сопротивление этих сталей составляет 60-150 кгс/мм

2

. Содержание

углерода

в

них р а в н о 0,25-0,5% п р и суммарном

легировании д о 3-4%.

П р и м е р а м и

м а р о к

с т а л е й

э т о й

г р у п п ы

м о г у т

с л у ж и т ь

35Х,

40Х,

35Г2,

40Г2,

50Г2,

3ОХГТ,

3ОХГНА,

3ОХГСА

и

д р .

По чувствительности к термодеформационному циклу сварки к этой же группе

можно отнести углеродистьте стали, например марок 30, 35, 40, 45, 50 и др., а

так

же

теплоустойчивые

молибденовые,

хромомолибденовые

и

хромомолибденованадиевые

стали,

например

марок

20М,

20ХМ,

3ОХМА,

38ХМЮА, 25ХГМ1Ф и др. Повышение содержания углерода, а также степени

легирования стали увеличивает склонность стали к резкой закалке, в связи с

чем такие стали обладают высокой чувствительностью к термическому циклу

сварки

и

околошовная

зона

оказывается

резкозакаленной,

а

следовательно,

непластичной при всех режимах сварки, обеспечивающих удовлетворительное

формирование шва.

Для

снижения

скорости

охлаждения

околошовной

зоны

с

целью

получения

в

ней

структур, обладающих

некоторым

запасом

пластичности,

достаточным

для

предотвращения

образования

трещин

под

действием

термодеформационного

цикла

при

сварке

этих

сталей

необходим

предварительный подогрев свариваемого изделия. Закаливаемость стали можно

оценить, изучая кинетику распада аустенита.

Выбор

сварочных

материалов

для

обеспечения

эксплуатационной

надежности сварных соединений необходимо, чтобы швы обладали не только

заданным

уровнем

прочности,

но

и

высокой

пластичностью.

Поэтому

при

выборе

сварочных

материалов

необходимо

стремиться

к

получению

швов

такого химического состава, при котором их механические свойства имели бы

требуемые

значения.

Легирование

металла

шва

элементами,

входящими

в

осцовной

металл,

всегда

повышает

его

прочностные

характеристики,

одновременно снижая пластичность. Это всегда следует учитывать при выборе

сварочных

материалов

для

легированных

конструкционных

сталей.

Так,

например, при сварке низколегированной стали с временным сопротивлением

50 кгс/мм

2

применение электродов типа Э50А может привести к значительному

повышению

временного

сопротивления

металла

шла

и

существенному

снижению

пластичности

и

ударной

вязкости.

Это

происходит

ввиду

легирования металла элементами, содержащимися в основном металле при

проплавлении последнего. Характер изменения этих свойств зависит от доли

участия

основного

металла

в

формировании

металла

шва.

Поэтому,

как

правило,

следует

выбирать

такие

сварочные

материалы,

которые

содержат

легирующих элементов меньше, чем основной металл. Легирование металла

шва

за

счет

основного

металла

позволит

повысить

свойства

шла

до

необходимого уровня. Однако следует помнить, что доля участия основного

металла в металле шва, а значит, и степень легирования зависят от способа

сварки,

применяемого

режима

сварки

и

других

технологических

приемов.

Поэтому

при

разработке

технологического

процесса

сварки

необходима

расчетная

проверка

-ожидаемых

механических

свойств

металла

шла

для

принятых режимов сварки и сварочных материалов.

При

сварке

среднелегированных

глубокопрока ливающихся

высокопрочных

сталей необходимо

выбрать

такие

сварочные

материалы,

которые

обеспечат

получение

швов,

обладающих

высокой

деформационной

способностью при минимально возможном количестве водорода в сварочной

ванне. Это может быть достигнуто применением низколегированных сварочных

электродов, не содержащих в покрытии органических веществ и подвергнутых

высокотемпературной прокалке (низководородистые электроды).

Ручная

дуговая

сварка

покрытыми

электродами.

Конструктивные

элементы подготовки

кромок

для

ручной

дуговой

сварки

штучными

электродами

такие

же,

как

и

для сварки

углеродистых

сталей,

т.

е.

в

соответ ствии

с

рекомендация ми

ГО СТ

5264—69.

Для

с в а р к и

низколегированных сталей повышенной прочности выбирают электроды типов

Э50А—Э85 и др. по ГОСТ 9467—75; для низколегированных теплоустойчивых

сталей — электроды типов Э-М — Э-Х5МФ, в зависимости от состава и

свойств

свариваемой

стали. Для сварки среднелегированных высокопрочных

сталей используют электроды типов ЭА-1Г6, ЭА-2Г6, ЭА-ЗМ6.

Сварку

среднелегированных

высокопрочных

сталей

аустенитной

сварочной проволокой марок Св-08Х2ШЮГ6 или Св-08Х20Н9Г7Т выполняют

только под слабоокислительными или основными флюсами, предназначенными

для сварки высоколегированных хромоникелевых сталей, например 48-ОФ-6,

АН-20 и др. При этом режимы сварки должны обеспечивать требуемые размеры

и форму швов и минимально возможное проплавление основного металла. С

этой целью в некоторых случаях применяют сварку трехфазной дугой под

керамическими основными флюсами. Температуру предварительного подогрева

при сварке низколегированных сталей с повышенным содержанием углерода

рассчитывают

по

методике,

причем

расчетную скорость охлаждения или в

зависимости от характера термообработки до и после сварки и требований к

свойствам сварных соединений выбирают на тех же основаниях, что и при

ручной дуговой сварке.

Сварка в среде защитных газов, сварка в среде защитных газов находит

широкое

применение

при

изготовлении

тонколистовых

конструкций

из

низколегированных

и среднелегированных

высокопрочных

сталей,

и

конструкций

из

металла

средней

и

большой толщины.

Конструктивные

элементы

подготовки

кромок

под

сварку

в

среде

защитных

газов

следует

выполнять в соответствии с требованиями ГОСТ 14771—69. В зависимости от

разновидности способа сварки в защитных газах подготовка кромок должна

быть различной. Так как при сварке в защитных инертных газах расплавленный

металл

изолирован

от

атмосферного

воздуха,

то

в

сварочной

ванне

могут

протекать

металлургические

процессы,

связанные

с

наличием

в

нем

растворенных газов и легирующих элементов, внесенных из основного или

дополнительного металла.

При использовании смесей инертных с активными газами возникают

металлургические

взаимодействия

между

элементами,

содержащимися

в

расплавленном металле, и активными примесями в инертном газе.

ТЕМА

7.2

ТЕХНОЛОГИЯ

СВАРКИ

ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ

СТАЛЕЙ.

Высоколегированные аустенитные стали имеют повышенное содержание

основных легирующих элементов — хрома и никеля (обычно не ниже 16 и 7%

соответственно), придающих им соответствующую структуру и необходимые

свойства.

Для

сокращения

высоколегированные

стали

можно

обозначать

в

соответствии

с

содержанием

основных

легирующих

элементов

цифрами,

например

18-8,

25-20

и

др.

Первая

цифра

обозначает

содержание

хрома,

вторая — никеля.

Никель — дефицитный и дорогой легирующий элемент и поэтому в тех

случаях, когда условия работы конструкции позволяют, используют, стали с

пониженным его содержанием или безникелевые хромистые стали. В сплавах

на

железоникелевой

основе содержание

никеля

еще

выше,

чем

в

хромоникелевых

сталях.

В

никелевых

сплавах

никель служит

основой,

а

железо — легирующей присадкой. Эти сплавы благодаря своим свойствам

находят применение в ответственных конструкциях, работающих в сложных и

специфических условиях.

Высоколегированные

стали

и

сплавы

по

сравнению

с

менее

легированными

обладают

высокой

хладостойкостью,

жаропрочностью,

коррозионной стойкостью и жаростойкостью. Эти важнейшие материалы для

химического,

нефтяного,

энергетического машиностроения

и

ряда

других

отраслей

промышленности

используют

при

изготовлении

конструкций,

работающих

в

широком

диапазоне

температур:

от

отрицательных

до

положительных. Несмотря на общие высокие свойства высоколегированных

сталей, соответствующий подбор состава легирования определяет их основное

служебное назначение, в соответствии с этим их можно разделить на три

группы: коррозионностойкие, жаропрочные и жаростойкие (окалиностойкие).

Благодаря

их

высоким

механическим

свойствам

при

отрицательных

температурах высоколегированные стали и сплавы применяют в ряде случаев и

как хладостойкие.

Для уменьшения коробления изделий из высоколегированных сталей

следует

применять

способы

и

режимы

сварки,

характеризующиеся

максимальной

концентрацией

тепловой

энергии.

Примерно

в

5

раз

более

высокое,

чем

у

углеродистых

сталей,

удельное

электросопротивление

обусловливает больший разогрев сварочной проволоки в вылете электрода или

металлического

стержня

электрода

для

ручной

дуговой

сварки.

При

автоматической и полуавтоматической дуговой сварке следует уменьшать вылет

электрода и

повышать

скорость

его

подачи.

При

ручной

дуговой

сварке

уменьшают длину электродов и допустимую плотность сварочного тока.

Одна из основных трудностей при сварке рассматриваемых сталей и

сплавов предупреждение образования в швах и околошовной зоне горячих

т р е щ и н . Предупреждение

образования

этих

дефектов

достигается:

ограничением (особенно при сварке глубоко аустенитных сталей) в основном и

наплавленном металлах содержания вредных (серы, фосфора) и ликвирующих

(свинца, олова, висмута) примесей, а также газов — кислорода и водорода. Для

этого

следует применять режимы, уменьшающие долю основного металла в

шве, и использовать стали и сварочные материалы с минимальным содержанием

названных примесей.

ТЕМА 7.3 ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ И

ДВУХСЛОЙНЫХ СТАЛЕЙ.

Возможны сочетания сталей различных структурных классов в сварных

соединениях можно

подразделить

на

две

группы: I

сварные

соединения

перлитных сталей С высокохромистыми сталями мартенситного, мартенситно-

ферритного и ферритного классов; II — сварные соединения перлитных сталей

с

аустенитными,

хромоникелевыми

коррозионностойкими

и

жаропрочными

сталями.

При сварке перлитных сталей с 12%-ными хромистыми сталями с целью

обеспечения наибольшей пластичности шва применяют сварочные материалы

перлитного

класса.

В

этом

случае

в

переходных

участках

со

стороны

высоколегированной

стали

с

содержанием

до

5%

Сг

сохраняется

высокая

пластичность

и

вязкость.

Для

снижения

размеров

диффузионных

прослоек

перлитный

наплавленный

металл

должен

легироваться

определенным

количеством

карбидообразующих

элементов.

При

сварке

деталей

больших

толщин целесообразно электродами типа Э-ХМ делать наплавку на кромки

высоколегированной стали, а заполнение разделки осуществлять без подогрева

электродами типов Э42А или Э50А в зависимости от требований к прочности

перлитного шва.

Контрольные вопросы

1. Технология сварки низколегированных сталей.

2. Технология сварки среднелегированных сталей.

3. Технология сварки высоколегированных сталей.

4. Особенности сварки разнородных и двухслойных сталей.

РАЗДЕЛ 8. НАПЛАВКА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ И СВАРКА ЧУГУНА.

ТЕМА 8.1 НАПЛАВКА ТВЁРДЫХ СПЛАВОВ.

Процессы наплавки занимают важное место в сварочной технике при

ремонте и восстановлении первоначальных (необходимых) размеров и свойств

изделий

(деталей), изготовлении

новых

изделий

в

целях

обеспечения

надлежащих свойств конкретных поверхностей и т. п.

В первом случае (при восстановлении, ремонте) наплавку выполняют

примерно тем же металлом, из которого изготовлено изделие, однако такое

решение не всегда целесообразно. Иногда при изготовлении новых деталей (и

даже

при

ремонте) целесообразней

на

поверхности

получить

металл,

отличающийся

от

металла

детали, действительно,

в

ряде

случаев

условия

эксплуатации

поверхностных

слоев

значительно отличаются

от

условий

эксплуатации всего остального материала изделия. Так, например, если деталь

(изделие) должна определять общую прочность, которая зависит от свойств

металла и его сечения, то поверхностные слои часто дополнительно должны

работать на абразивный иди абразивно-ударный износ (направляющие станин,

зубья

ковшей землеройных

орудий,

желоба

валков

канатно-подъемных

устройств

и

др.).

Условия

работы могут

усложняться

повышенной

температурой,

эрозионно-коррозионным

воздействием окружающей среды —

морской

воды,

различных

реагентов

в

химических

производствах

и др.

В

качестве

примера

можно

указать

клапаны

двигателей,

уплотнительные

поверхности задвижек, поверхности валков горячей прокатки и т. п.

Иногда такие детали и изделия целиком изготовляют из металла, который

обеспечивает

и требования

к

эксплуатационной

надежности

работы

его

поверхностей. Однако это не всегда наилучшее и, как правило, не экономичное

решение. Часто оказывается целесообразней все изделие изготовлять из более

дешевого и достаточно работоспособного металла для конкретных условий

эксплуатации и только на поверхностях, работающих в особых условиях, иметь

необходимый по толщине слой другого материала.

Необходимые

свойства

металла

наплавленного

слоя

зависят

от

его

химического

состава,

который,

в

свою

очередь,

определяется

составом

основного и дополнительного металлов и долями их участия в образовании

шва. Влияние разбавления слоев основным металлом тем меньше, чем меньше

доля основного металла в формировании слоя. В связи с этим для случаев (а их

большинство),

когда

желательно

иметь

в

наплавленном

слое состав,

максимально приближающийся к составу наплавляемого металла, необходимо

стремиться

к

минимальному

проплавлению

основного

металла,

т.

е.

к

уменьшению. При многослойной наплавке состав каждого слоя различен, так

как

различна

доля

участия основного

металла

(на

который

наплавляют)

в

образовании наплавленного слоя. Если при наплавке 1-го слоя основной металл

непосредственно

участвует

в

формировании

шва,

то

при

наплавке

2-го

и

последующих

слоев

он

участвует

косвенно,

определял

состав предыдущих

слоев. При наплавке большого числа слоев при некоторых условиях наплавки

состав металла поверхностного слоя может быть идентичен дополнительному

наплавляемому металлу.

Применяют следующие виды наплавки.

Ручная

дуговая

наплавка

выполняется

покрытым

плавящимся

или

неплавящимся электродом. Плавящиеся наплавочные электроды применяются в

соответствии с назначением каждого типа и марки. Неплавящиеся электроды

применяют

при

наплавке

на

поверхность

детали

порошковых

смесей.

Применяются электроды из литых твердых сплавов и в виде трубки, заполненной

легирующей порошкообразной смесью. Ручная наплавка малопроизводительна и

применяется при наплавке деталей сложной конфигурации.

Автоматическая

и

полуавтоматическая

наплавка

под флюсом

производится

проволокой

сплошного

сечения,

ленточным

электродом

или

порошковой проволокой. Легирование наплавляемого слоя осуществляют через

электродную проволоку,

легированный

флюс

(при

проволоке

и з

низкоуглеродистой стали) или совместным легированием через проволоку и

флюс. Иногда в зону дуги вводят легирующие вещества в виде пасты или

порошка.

Наплавку

в

защитных

газах

применяют

при

наплавке

деталей

в

различных пространственных положениях и деталей сложной конфигурации.

Возможность

наблюдать

за процессом

формирования

валика

позволяет

корректировать его, что очень важно при наплавке сложных поверхностей.

Наплавку производят чаще всего в аргоне или углекислом газе плавящимся или

неплавящимся электродом. Наибольшее распространение получила наплавка в

углекислом

газе постоянным

током

обратной

полярности.

Однако

следует

учесть,

что

углекислый

газ

окисляет

расплавленный

металл,

и

поэтому

необходимо применять наплавочную проволоку с повышенным содержанием

раскислителей.

Недостатком

этого

вида

наплавки

является

относительно

большое разбрызгивание металла.

Наплавка самозащитной порошковой проволокой или лентой открытой

дугой не требует защиты наплавляемого металла и по технике выполнения в

основном не отличается от наплавки в защитном газе. Преимуществом этого

вида является возможность наплавки деталей на открытом воздухе. Сварщик,

наблюдая

за

процессом,

может

обеспечить хорошее

формирование

наплавляемых

валиков.

Наплавка самозащитной

проволокой

менее

сложна,

хорошо поддается механизации.

Плазменная наплавка производится плазменной (сжатой) дугой прямого

или

косвенного

действия.

Присадочным

материалом

служит

наплавочная

проволока и порошкообразные смеси. Существуют различные схемы наплавки,

которые

получили

широкое

распространение

благодаря

высокой

производительности (7-30 кг/ч), возможности наплавки тонких слоев при малой

глубине

проплавления

основного

металла.

При

этом

получают

гладкую

поверхность и высокое качество наплавленного слоя.

Вибродуговая

наплавка

выполняется

специальной

автоматической

головкой, обеспечивающей вибрацию и подачу электродной проволоки в зону

дуги. При вибрации электрода происходит чередование короткого замыкания

сварочной

цепи

и

разрыва

цепи

(паузы).

В

зону

наплавки

подается

охлаждающая жидкость. Она защищает наплавленный металл от воздействия

воздуха

и,

охлаждая

деталь,

способствует

уменьшению

зоны

термического

влияния, снижает сварочные деформации и повышает твердость наплавляемого

слоя. В качестве охлаждающей жидкости применяют водные растворы солей,

содержащих

ионизирующие

вещества

(например,

кальцинированной

соды),

облегчающие периодическое возбуждение дуги после разрыва цепи (паузы).

Э л е к т р о ш л а ко в а я

н а п л а в к а

х а р а к т е р и з у е т с я

в ы с о к о й

производительностью. Способ позволяет получать наплавленный слой любого

заданного химического состава на плоских поверхностях и на поверхностях

вращения (наружных и внутренних). Наплавка выполняется за один проход

независимо от толщины наплавляемого слоя.

Газовая наплавка имеет ограниченное применение, так как при наплавке

возникают большие остаточные напряжения и деформации в наплавляемых

деталях. Для наплавки применяют литые твердые сплавы.

Для наплавки деталей экскаваторов, землеройных машин, работающих

при

ударных

нагрузках,

применяют

электроды

марки

12АН/ЛИВТ

(тип

Э-

95Х7Г5С),

дающие

наплавляемый

слой

твердостью

до

32HRC.

Наплавку

стальных и чугунных деталей, подверженных абразивному износу без ударной

нагрузки, производят электродами марки Т-590 тип Э-320Х25С2ГР. Детали,

работающие

в

условиях

сильного

износа

и

при

ударных

нагрузках,

рекомендуется наплавлять

электродами

марки

Т-620

(тип

Э-320Х23С2ГТР)

диаметром 4-5 мм.

Механизированную наплавку производят наплавочной проволокой. Она

маркируются буквами Нп и цифрами и буквами, характеризующими химический

состав

металла проволоки. Подбираются проволоки в зависимости от объекта

наплавки

и

требуемой

твердости

наплавляемого

слоя. Марки

углеродистой

проволоки в зависимости от содержания углерода дают слой твердости от 160НВ

(Нп-25)

до

340НВ

(Нп-85).

Проволока

легированная

и

высоколегированная

позволяет получать слой твердости от 180НВ (Нп-40Г) до 52HRC (Ш-40Х13).

При наплавке используют флюсы. Допускается производить наплавку

рабочих

поверхностей

деталей

электродной

проволокой

марки

Св-08

под

легирующим

керамическим фл ю с о м

м а р к и

А Н К - 1 8

и

А Н К - 1 9 .

Механизированную

наплавку

производят

также

наплавочной

порошковой

проволокой или лентой под слоем флюса АН-348-А, АН-20 (С, СП и П), АН-22,

АН-60 и др. Для наплавки деталей машин из углеродистой стали под флюсом

типа

АН-348-А

применяют порошковую проволоку марок ПП-АН-120, ПП-

АН121 (твердость слоя 300-350 НВ) или ПП-АН-122 (твердость слоя 50-56

HRC); для наплавки высокомарганцовистых сталей применяют проволоку ПП-

АН-105

(твердость

слоя

20-25 HRC), для наплавки высокохромистых сталей

рекомендуют

порошковую

проволоку

марок

ПП-АН-170

и

ПП-АН-171.

Порошковые ленты марок ПЛ-АН-101, ПЛ-АН-102 и ПЛ-АН-112 применяют для

наплавки под флюсом и открытой дугой.

ТЕМА 8.2 СВАРКА ЧУГУНА.

Чугуны

это

железоуглеродистые

сплавы,

в

которых присутствуют

следующие примеси, %: углерода — 2,0-4,0; марганца — 0,5-1,6; кремния — 0,5-

4,0; серы — 0,02-0,2 и фосфора — 0,02-0,2, Специальные чугуны имеют также

легирующие примеси: никель, хром, медь, титан и алюминий.

Углерод в чугуне может находиться в виде карбида Fe

3

C.

Такой чугун,

называемый

белым,

обладает

повышенной

твердостью

и

плохо

поддается

механической

обработке.

В

сером

чугуне

углерод

находится

в

свободном

состоянии в виде прослоек графита и только частично может быть в виде

вторичных карбидов.

Кремний способствует графитизации чугуна и увеличению размеров

графитовых включений. Марганец при содержании в чугуне до 0,7% слабо

способствует графитизации, а при содержании свыше 1% препятствует распаду

карбида железа. Сера является вредной примесью: повышает густотекучесть

чугуна, ухудшает литейные качества и дает соединение Fe

3

S, способствующее

образованию трещин при сварке. Сера препятствует распаду карбида железа и

выделению свободного углерода. Фосфор является слабым графитизатором:

улучшает литейные качества чугуна, повышая жидкотекучесть.

Из легирующих примесей сильным графитизатором является алюминий.

Выделению графита способствуют также никель, кобальт, медь, титан. Хром,

ванадий

и

молибден,

препятствуя

распаду

карбида

железа,

действуют

как

размельчители зерна.

Широкое применение получают модифицированные и высокопрочные

чугуны, имеющие ферритную или перлитную основу, или их сочетание. Эти

чугуны обладают высокими механическими свойствами и применяются при

изготовлении

ответственных

деталей

машин.

Их

высокие

механические

свойства

обусловлены

тем,

что

вместо

вытянутых

пластинок

и

прожилок

графита,

нарушающих

целостность

металлической

основы,

графит

в

высокопрочном

чугуне

имеет

глобулярную

форму,

обеспечивающую

наибольшую однородность металлической основы.

Трудности

сварки

чугунов

обусловлены

их

физико-механическими

свойствами:

быстрое

охлаждение

жидкого

металла

в

зоне

сварки, а

также

выгорание кремния из расплава шва способствуют местному «отбеливанию»

металла

шва

и

околошовной

зоны, т.е.

переходу

графита

в

химическое

соединение с железом — цементит, который трудно поддается механической

обработке;

отсутствие периода пластического состояния и высокая хрупкость

приводят,

вследствие

неравномерного нагрева

и

охлаждения,

а

также

неравномерной усадки металла, к появлению больших внутренних напряжений

и трещин как в самом сварном шве, так и в околошовной зоне;

низкая температура плавления, непосредственный переход чугуна из

твердой фазы в жидкую, и наоборот, затрудняют выход газов из металла шва, и

шов получается пористым;

высокая жидкотекучесть чугуна не позволяет производить сварку не

только в вертикальном, но и в наклонном положении шва.

Горячей сваркой чугуна называют сварку с предварительным нагревом.

Предварительный нагрев уменьшает разность температур основного металла и

металла в зоне соединения и тем самым снижает температурные напряжения

при сварке. Вместе с этим снижается скорость охлаждения сплава после сварки,

что способствует предупреждению отбела и получению шва хорошего качества.

Подготовка к сварке состоит из вскрытия, вырубки и тщательной зачистки

разделки шва до чистой поверхности металла. Вскрытие и очистку разделки шва

(дефектного

места)

выполняют

механическим

путем

вырубкой

или

сверлением.

Трещины

разделывают Y-

и л и U-образной

формы.

Разделка

дефектного

участка

должна

иметь

плавные

формы.

Для

предупреждения

вытекания

металла

и

придания

шву

нужного

очертания

вокруг

разделки

выкладывают

форму

из

плотно

прилегающих

к

изделию

графитовых

или

угольных пластин. Применяют также кварцевый песок, замешанный на жидком

стекле (100-150 г на 1 кг песка) и просушенный при температуре 40-60°С. При

сварке

излома

необходимо

применять

приспособления,

фиксирующие

относительное расположение свариваемых частей и обеспечивающие точность

сварки.

Применяют общий или местный подогрев. При массовом производстве для

общего

подогрева

деталей

и

последующего

их

охлаждения

после

сварки

применяют методические печи конвейерного типа. Для подогрева отдельных

крупных деталей применяют нагревательные колодцы или ямы, выложенные

огнеупорным кирпичом. Если подогреву подвергается только часть детали, т. е.

производится

местный

подогрев

в

зоне

соединения,

подлежащего

сварке

(полугорячая

сварка),

то

используют

горны,

газовые

и

сварочные горелки,

индукционные нагреватели и др. Температура нагрева должна находиться в

пределах 400-700°С. Подогрев производят медленно и равномерно, чтобы не

вызвать в детали больших внутренних напряжений и не создать трещин.

Для сварки чугунов применяют чугунные прутки следующих марок: ПЧ1 и

ПЧ2 — для газовой сварки серого чугуна с перлитной и перлитно-ферритной

основой; ПЧЗ — для газовой сварки серого чугуна с ферритной структурой;

ПЧН1 и ПЧН2 — для пайкосварки; ПЧИ — для износостойкой наплавки;(ПЧВ —

для газовой сварки высокопрочных чугунов с шаровидным графитом. Прутки

марок ПЧ1, ПЧ2, ПЧЗ и ПЧВ применяются с покрытием толщиной 1-1,5 мм,

состоящим из графита серебристого (25%), плавикового шпата (30%), карбида

кремния (40%) и алюминиевого порошка (5%), замешанных на жидком стекле

(60% от сухих компонентов). Прутки изготовляют диаметром от 4 до 16 мм и

длиной 250-700 мм.

Применяют

графитизирующие

покрытия,

содержащие графит,

ферросилиций, мрамор, титановую руду, замешанные на жидком стекле. Иногда

в покрытие вводят термит, что замедляет остывание металла шва. Толщина

покрытия — 2 мм.

Сварку

выполняют

на

постоянном

токе

прямой

полярности, однако

можно сваривать и переменным током. При толщине металла до 20 мм сварку

производят электродами диаметром 6 мм, при толщине 20-40 мм применяют

электроды диаметром 8 мм, а при толщине свыше 40 мм можно рекомендовать

электроды диаметром 10 мм. Сварочный ток определяется из расчета 50-60 А на

1 мм диаметра электрода. Сварку можно выполнять угольными электродами

диаметром 6-12 мм в зависимости от толщины свариваемой детали. Сварочный

ток составляет 200-450 А. Присадочным материалом служат прутки марок ПЧ1,

ПЧ2, ПЧЗ и ПЧВ, а флюсом — бура или смесь буры (50%) и соды (50%). Ток

постоянный, прямой полярности или переменный.

Важным условием качественной сварки является поддержание ванны

наплавляемого металла в жидком состоянии в течение всего периода сварки.

Для

этого

весь

объем

сварочных

работ

выполняют

без

перерыва.

После

окончания

сварки

деталь

подвергают

медленному

охлаждению.

Для

этого

заваренные участки засыпают слоем мелкого древесного угля и накрывают

асбестом, чта предупреждает отбел чугуна и исключает возникновение больших

внутренних напряжений и трещин.

Сварка с предварительным нагревом является самым надежным способом

предупреждения дефектов чугунных изделий любого размера и конфигурации.

При точном соблюдении технологического процесса можно получить плотный и

прочный шов.

Холодной сваркой чугуна называют сварку без предварительного нагрева.

Ее

применяют

тогда,

когда

трудно

или

экономически

нецелесообразно

производить сварку с предварительным подогревом из-за больших габаритов

изделия,

опасности

коробления

и

возникновения

больших

внут ренних

напряжений.

Рекомендуются следующие режимы сварки:

Диаметр, мм 4 6

8 10 12 14 16

Длина, мм

250 350 450 450 500 600 700

Хо р о ш и е

р е з ул ьт а т ы

д а ю т

э л е к т р о д ы

и з

а у с т е н и т н ы х

высоколегированных чугунов (никелевых, никелькремнистых).

Никель, не вступая в реакцию с углеродом, хорошо сплавляется с железом

и

как

графитизатор

препятствует

отбеливанию

чугуна.

Электроды

имеют

покрытие, состоящее из 70% карборунда и 30% углекислого стронция или

углекислого бария, замешанных на жидком стекле (30 г на 100 г сухой смеси).

Толщина покрытия — 0,6-0,8 мм. Электроды из никелевых чугунов применяют

при сварке и наплавке поверхностей, подлежащих последующей механической

обработке.

Качество

шва

невысокое

из-за

склонности

металла

шва

к

образованию трещин.

Сварка стальными электродами. Большая разница в усадке чугуна и стали

не позволяет получить прочное сцепление между наплавленным и основным

металлом

при

сварке

стальными

электродами.

Поэтому

таким

способом

сваривают швы, не работающие на растяжение или слабо нагруженные. Для

повышения стойкости и снижения твердости металла шва уменьшают долю

основного металла в металле шва, уменьшая глубину проплавления. Для этого

сварку выполняют при малых сварочных токах электродами малого диаметра.

Чтобы металл е зоне сваренного шва имел структуру серого чугуна,

применяют

электродные

стержни

из

низкоуглеродистой

стали

с

толстым

графитизирующим

покрытием,

состоящим

из,

%:

из

ферросилиция

33,

графита — 37, мела — 7 и натриевого жидкого стекла — 23. Однако полная

графитизация происходит лишь при большом объеме наплавленного металла и

при заварке крупных деталей с малой скоростью охлаждения металла шва.

Для усиления связи металла шва с основным металлом применяют сварку

стальными электродами с постановкой шпилек (ввертышей). Завариваемый шов

тщательно очищают от грязи и масла и в зависимости от толщины металла и

назначения

шва

применяют V- или Х-образную разделку. На обработанной

поверхности ставят стальные шпильки диаметром 6-12 мм в шахматном порядке

на расстоянии друг от друга в 4-6 диаметров шпильки. Иногда для усиления

связи применяют стальные соединительные планки, ребра, косынки.

Заварку шва начинают с обварки шпилек кольцевыми валиками, а затем

накладывают

круговые

швы

и

окончательно

заполняют

завариваемый

шов

металлом.

Сварку

производят

короткими

участками

(40-60

мм)

вразброс

с

перерывами, чтобы не допустить нагрева детали выше 60-80°С. Сварочный ток

составляет 30-40 А на 1 мм диаметра электрода. Диаметр электродов — 3-4 мм с

покрытием типа УОНИ-13. Ток постоянный, обратной полярности. В целях

повышения графитизирующего действия производят сварку пучком электродов

малого диаметра. Такой прием обеспечивает более полное взаимодействие капель

наплавляемого металла с покрытием и хорошую графитизацию металла шва. В

зависимости от толщины свариваемого металла пучок электродов составляется

из 5-20 стержней диаметром 1-2 мм. Сварочный ток определяют из расчета 10-12

А на 1 мм сечения пучка электродов. Покрытие состоит из 40% графита и 60%

ферросилиция, замешанных на жидком стекле.

Сварка электродами из цветных металлов и сплавов. Большее применение

получили электроды из меди и ее сплавов. Медь, обладая графитизирующей

способностью, снижает общую твердость металла и уменьшает отбел чугуна.

Хорошие результаты дают электроды марки МНЧ с покрытием основного типа.

Стержень

электрода

изготовляют

из

проволоки

типа

НМЖМц-28—2,5-1,5

(монельме-талл), а покрытие состоит из смеси, содержащей 55-60% мела и 40-

45% графита. Применяют также покрытие, содержащее 45% графита, 15%

кремнезема, 20% огнеупорной глины, 10% соды и 10% древесной золы. Сварку

вы-полняют постоянным током обратной полярности. Рекомендуются электроды

диаметром 3 мм при сварочном токе 90-120 А. Сварку ведут возможно короткой

дугой небольшими участками — 20-25 мм. После сварки производят проковку

металла шва.

Комбинированные электроды для холодной сварки чугуна состоят из меди

и железа. Применяют следующие сочетания: а) стержень из меди марки Ml,

железо вводят в покрытие электрода в виде железного порошка; б) медный

стержень покрывают тонкой оболочкой из жести толщиной 0,3 мм (в виде ленты

шириной 6-7 мм или в виде трубки); в) стержень из низкоуглеродистой стали

покрывают оболочкой из тонкой медной ленты (медной трубкой) или применяют

электролитическое покрытие медью тол щиной 0,7-1,0 мм; г) пучок электродов

составляют из од ного стального электрода с покрытием типа УОНИИ-13 и

нескольких тонких медных стержней. Широкое применение получили электроды

ОЗЧ-1 (стержень медный Ml) и АНЧ-1 (стержень типа Св-04Х19Н9 с медной

оболочкой),

покрытия

которых

содержат

мрамор,

кварцевый

песок

и

ферросплавы.

Сварка

производится

постоянным

током

обратной

полярности.

Сварочный ток определяют из расчета 30-40 А на 1 мм диаметра электрода.

Успешно

применяется

механизированный

способ

сварки

и

наплавки

порошковой

проволокой.

Он

обеспечивает

высокую

производительность

и

хорошие условия труда сварщика. Для сварки чугуна с пластинчатым графитом

применяют проволоку типа ПП-АНЧ2, а для высокопрочных чугунов — типа

ПП-АНЧ5.

Сварку выполняют на полуавтоматах марок А-765, А-1035, А-1197

прозолокой диаметром 3 мм, постоянным током прямой полярности.

Газовая сварка чугуна применяется как удобный и сравнительно простой

способ. Сварку выполняют с предварительным местным или общим подогревом.

Скос

кромок

делают

односторонний Y-образный

с

углом

разделки

90°.

Присадочным материалом служат чугунные прутки диаметром 6-12 мм и длиной

350-500 мм марок ПЧ1, ПЧ2, ПЧЗ и ПЧВ. Флюс марки ФСЧ-1 (23% прокаленной

буры,

27%

безводного

углекислого

натрия

и

50%

азотнокислого

натрия)

в

порошкообразном виде периодически подсыпается в расплавленный металл шва.

Применяют также низкотемпературную сварку чугуна, сущность которой

заключается

в

том,

что

свариваемые

кромки

изделия

подогревают

не

до

расплавления, а до температуры 800-850°С. В разделку кромок вводят флюс, а

затем

наплавляют

металл.

Присадочными

стержнями

служат

прутки

марки

ПНЧ-1 или ПНЧ-2, покрытые флюсом. Флюсы-пасты содержат 5% диоксида

титана, 10 — азотнокислого калия, 12 — фтористого натрия, 40 — плавленой

буры, 11 — ферротитана, 15 — углекислого лития, 7% — железного порошка и

7 массовых частей керосина на 50 частей сухой смеси. Допускается применение

флюса ФСЧ-1 при использовании прутков ПЧН-1 и флюса ФСЧ-2 (18% буры, 25 —

кальцинированной соды, 56,5 — натриевой селитры, 0,5% — углекислого лития)

при сварке прутками типа ПЧН-2.

Место

сварки

тщательно

очищают,

после

чего

изде-лия

подвергают

местному или общему подогреву до температуры 300-400°С восстановительным

пламенем горелки. Свариваемые кромки покрывают слоем пасты и нагревают

нормальным пламенем горелки до температуры 750-790°С. Паста плавится и

покрывает тонким слоем поверхность кромок. Сварку ведут справа налево. После

заварки сварное соединение медленно охлаждают. Шов получается плотным и

хорошо

поддается

механиче ской

обработке.

Применяют

т а к же

низкотемпературную

пайко-сварку

латунными

припоями.

Кромки

подготавливают методом механической обработки и очищают от жировых пятен

растворителем (бензин, ацетон и др.). После предварительного нагрева до 300-

400°С на кромки наносят флюс марки ФПСН-1, содержащий 25% углекислого

газа, 25% кальцинированной соды, 50% борной кислоты. Процесс пайкосварки

ведут нормальным пламенем, используют припои марки ЛОК-59. Пламенем

горелки расплавляют конец прутка припоя и заполняют разделку шва. После

затвердевания металл шва проковывают медным молотком.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1) Почему свариваемость чугунов хуже свариваемости сталей?

2) В каких случаях применяют сварку чугунов с подогревом и в каких без

подогрева ?

3) Какие электроды и присадочные материалы применяют при сварке

чугунов?

4) Какие флюсы используют при сварке чугунов?

5) В чем отличие пайки от сварки?

6. Что называется наплавкой?

7. Перечислить виды наплавки и в чем заключается их сущность?

РАЗДЕЛ 9. СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ.

ТЕМА 9.1 СВАРКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ.

Трудности сварки алюминия и его сплавов вызываются наличием на

поверхности свариваемых кромок тугоплавкой оксидной пленки (температура

плавления 2050°С), препятствующей сплавлению основного и присадочного

металлов.

Удаление

оксидной

пленки

производят

тремя

способами:

механическим (наждачным инструментом, металлической щеткой, шабрением),

химическим

(травлением,

применением

при

сварке

флюсов,

содержащих

фтористые

и

хлористые

соли)

и

электрическим

(сварка

постоянным

током

обратной полярности или переменным током, катодное распыление).

Следует

иметь

в

виду,

что

при

нагреве

до

температуры 400-500°С

прочность

алюминия

резко

падает

и

деталь

может

разрушиться

даже

под

действием собственного веса.

Дуговую сварку строительных конструкций производят угольным или

плавящимся

электродом.

При

сварке

угольным

электродом

присадочным

материалом служат прутки из алюминия АО, А1 или сплавов АМц, АК. Наличие

кремния

в

присадочном

материале

повышает

текучесть

металла,

снижает

усадку и уменьшает опасность образования трещин в металле шва.

Сварку

выполняют

постоянным

током

прямой

поляркости.

Диаметр

электрода выбирают в пределах 6-15 мм в зависимости от толщины свариваемых

кромок.

Сварочный ток соответственно составляет 150-500 А. Перед сваркой

присадочный пруток и свариваемые кромки покрывают флюсом. При сварке

плавящимся электродом применяют стержни из сварочной проволоки марок

СвА97,

СвАМц,

СвАК5

или

проволоки

из

сплава

того

же

состава,

что

и

свариваемый

металл.

Сварку

производят

постоянным

током

обратной

полярности с возможно короткой дугой. Сварочный ток определяют из расчета

15—30 А на 1 мм диаметра электрода.

Для

удаления

пленки

оксидов

применяют

флюс

АФ-4А, содержащий

хлористого натрия — 28 %, хлористого калия — 50%, хлористого лития — 14% и

фтористого натрия — 8%.

При сварке металлическим электродом применяют различные покрытия,

которые

содержат

хлористый

натрий,

хлористый

калий,

фтористый

калий,

фтористый натрий, криолит, сернокислый натрий, хлористый литий и др. В

качестве

связующего

вещества

применяют

декстрин

или

густой

раствор

поваренной соли. Покрытие наносят на стержень электрода слоем в 1-1,2 мм.

Листы толщиной до 3 мм сваривают с отбортовкой, а при толщине металла 4-8

мм — без скоса кромок. Листы толщиной более 8 мм сваривают со скосом

кромок с углом раскрытия 60-70°. Кромки листов толщиной более 8 мм перед

сваркой подогревают до температуры 200-250°С. После сварки швы тщательно

очищают от шлаков и остатков флюса — промывают горячей водой, протирают

щеткой и ветошью. Для более полной очистки применяют травление 5%-ным

раствором азотной кислоты с последующей промывкой горячей водой и сушкой.

Автоматическую и полуавтоматическую сварку по флюсу применяют для

листов и деталей с толщиной кромок более 8 мм. Дуга горит не в слое флюса, а

над флюсом. Тонкого слоя флюса достаточно, чтобы защитить сварочную ванну и

удалить оксидную пленку. При большей толщине слоя флюса дуга шунтируется

через

шлак,

обладающий

высокой

электропроводностью,

и

горит

по

слою

флюса.

Применяется

электродная

проволока

марки

СвА97

или

СвАМц

диаметром 2-3 мм. Флюс АН-А1, состоящий из хлористого натрия — 20%,

хлористого калия — 50% и криолита — 30 %, наносят на свариваемый шов слоем

толщиной 10-35 мм. Сварку производят постоянным током обратной полярности

при напряжении дуги 38-44 В. Вылет электрода составляет 25-40 мм, сварочный

ток — 300-450 А, скорость сварки — 12-20 м/ч.

Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов получила наибольшее

распространение.

При

этом

нет

необходимости

применять

относительно

сложные флюсы и покрытия, остатки которых могут вызвать коррозию металла

ш в а . Сварку

производят

постоянным

током

обратной

полярности

или

переменным током, но с обязательным применением осциллятора и балластного

реостата. Ручную сварку выполняют вольфрамовым электродом на установках

УДГУ-301, УДГ-501 и ИСВУ-315.

При

толщине

свариваемых

кромок

до

6

мм

применяют

электроды

диаметром до 4 мм, а для кромок больших толщин — до 6 мм. Сварочный ток

определяют из расчета 30-45 А на 1 мм диаметра электрода. Расход аргона

составляет 6-15 л/мин. Сварку производят при минимальной длине дуги (менее

2 мм), что обеспечивает энергичное разрушение оксидной пленки вследствие

катодного распыления и улучшенную защиту сварки. Механизированную сварку

выполняют на специализированном автомате типа АДСВ-6.

Полуавтоматическую

и

автоматическую

сварки

в

среде аргона

плавящимся электродом выполняют специальными шланговыми полуавтоматами

и автоматами. Сварку производят постоянным током обратной полярности.

Применяют сварочную проволоку СвА97, СвАМц, СвАК или того же состава,

что и свариваемый металл. Металл толщиной до 10 мм сваривают без разделки

кромок, при больших толщинах кромок применяют V- и Х-образные разделки

шва. Сварочный ток при электродной проволоке диаметром 2,0 мм составляет

250-300 А, скорость сварки достигает 30-40 м/ч.

Газовая

сварка

алюминия

дает

хорошие

результаты

при правильном

выборе

режима

сварки

и

применении

флюсов.

Листы

толщиной

до

3

мм

сваривают с отбортовкой кромок на высоту примерно утроенной толщины листа.

При толщине листов до 5 мм сварку производят без скоса кромок с зазором до 0,5

мм. Листы толщиной 5-15 мм сваривают с односторонним, а при большей

толщине — с двусторонним скосом кромок. Угол разделки составляет 60-70°.

Сварку нахлесточных соединений применять не следует, так как флюс,

затекающий в зазор между листами, вызывает коррозию и разрушение шва.

Кромки

соединения

и

присадочную

проволоку

хорошо очищают

от

оксидной

пленки

механическим

или

химическим

способом.

Механическую

очистку производят путем обезжиривания в щелочном растворе с последующей

очисткой металлической щеткой. Сварку следует выполнять не позднее чем

через

2

часа

после

очистки/Химическую

очистку

производят

в

такой

последовательности: кромки обезжиривают и протравливают в 5%-ном растворе

каустической

соды,

затем

соединяемые

части

промывают

водой,

насухо

протирают тряпкой и просушивают. Сварку следует выполнять не позднее чем

через

8

часов

после

очистки. Флюс

наносят

на

свариваемые

кромки

и

присадочную проволоку в виде пасты или насыпают в разделку шва в виде

порошка. Флюсы хранят в герметически закрытых сосудах, так как они очень

интенсивно поглощают влагу из воздуха.

Сварку

выполняют

левым

способом

нормальным

пламенем

или

с

небольшим избытком ацетилена. Следует учесть, что большой избыток ацетилена

способствует образованию пор в сварном шве. Большую опасность представляет

избыток кислорода, который значительно затрудняет сварку, интенсивно окисляя

алюминий. Угол наклона мундштука горелки в начале сварки устанавливают

повышенный — 70-80°, а затем уменьшают до нормального значения — 30-45°.

Мощность сварочного пламени зависит от толщины металла:

Толщина металла, мм

1 1,5-2

3-4 6-8

Мощность горелки, л/ч ацетилена

75 150-300 300-500 750-1000

При сварке силуминов рекомендуется предварительно подогреть изделие

до 200-250°С, а после сварки произвести отжиг при температуре 300-350

С

С с

последующим медленным охлаждением. Швы сварных соединений из проката

проковывают легкими ударами в холодном состоянии. Остатки флюса и шлака

тщательно удаляют с помощью металлической щетки и промывкой горячей

водой.

ТЕМА 9.2 СВАРКА ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ.

Титан

получил

широкое

распространение

благодаря

своим

особым

свойствам: малой плотности (4,5 г/см

3

), высокой температуре плавления (1665°С),

высокой

коррозионной

стойкости

во

многих

агрессивных

средах,

высокой

прочности. Высокое электрическое сопротивление и низкая теплопроводность

создают условия, при которых для сварки титана затрачивается значительно

меньше электроэнергии, чем при сварке алюминия и даже стали. Кроме того,

титан маломагнитен, и

поэтому значительно снижается влияние магнитного

дутья. Основной трудностью сварки титана и его сплавов является большая

химическая

активность

титана

при

высоких

температурах

в

отношении

кислорода, азота и водорода. Поэтому для получения качественных соединений

при сварке необходима хорошая защита от взаимодействия с атмосферой не

только сварочной ванны, но и всей зоны металла, нагретого свыше 500°С.

Подготовку

кромок

к

сварке

производят

травлением

ра створом,

состоящим из 350 см

3

соляной кислоты, 50 см

3

плавиковой кислоты и 600 см

3

воды. Допускается механическая обработка кромок до металлического блеска с

последующим обезжириванием.

Сварка производится в защитных газах ручным и механизированным

способом

неплавящимся

электродом

и

титановой

проволокой,

а

также

под

флюсом. Ручная аргоно-дуговая сварка вольфрамовым электродом производится

постоянным током прямой полярности. Сварочный ток при толщине металла 0,5-

4,0 мм составляет 40-170 А, вылет вольфрамового электрода — 6-8 мм, дуга — 1-

2 мм. Расход аргона — 20-25 л/мин.

При автоматической сварке в аргоне применяют титановую сварочную

проволоку диаметром 1,5-3,0 мм. При сварке под флюсом необходима защита

обратной

стороны

шва

хорошо

подогнанными

стальными

или

медными

подкладками, применяются также остающиеся титановые подкладки. При сварке

используются

бескислородные

фторидно-хлоридные

флюсы

марки

АН-Т

различного назначения. Вылет электродной проволоки должен быть не более 20-

25 мм, а высота слоя флюса — не менее вылета электрода. Шлаковую корку

удаляют после охлаждения металла ниже 400°С.

ТЕМА 9.3 СВАРКА МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ.

При дуговой сварке меди следует учитывать, что теплопроводность меди

примерно в 6 раз больше теплопроводности железа. При температуре 500-600°С

медь

приобретает

хрупкость,

а

при

700-800°С

прочность

меди

настолько

снижается, что уже при легких ударах образуются трещины. Медь плавится при

температуре 1083°С.

Свариваемость

меди

в

значительной

степени

зависит

от

наличия

в

металле

примесей

висмута,

свинца,

сурьмы

и

мышьяка.

Чистая

электролитическая медь обладает наилучшей свариваемостью.

Расплавленная

медь

легко

окисляется,

образуя

оксид

меди Cu

2

О,

поглощает

водород

и

оксид

углерода.

При

охлаждении

в

объеме

металла

выделяются пузырьки паров воды и углекислого газа, которые не растворяются

в

меди.

Эти

газы,

расширяясь,

создают

большое

внутреннее

давление

и

приводят

к

образованию

мелких

межкристал-литных

трещин.

Это

явление

получило название водородной болезни меди.

Сварку меди и ее сплавов производят только в нижнем положении или

при очень малых углах наклона.

Ручная дуговая сварка меди выполняется угольным или металлическим

электродом.

При

сварке

угольным

или

графитовым

электродом

в

качестве

присадочного материала применяют прутки из меди M1, из бронзы БрОФ6,5—

0,15 или латуни ЛК62—0,5, а также медные прутки MCpl, содержащие до 1%

серебра.

Для предохранения меди от окисления и улучшения процесса сварки

применяют флюсы, которые наносят на разделку шва и на присадочные прутки.

Флюсы применяют следующих составов: 1) буры прокаленной — 68%, кислого

фосфорнокислого натрия— 15%, кремниевой кислоты — 15%, древесного угля

— 2%; 2) буры прокаленной — 50%, кислого фосфорнокислого натрия — 15%,

кремневой кислоты — 15%, древесного угля — 20%. Можно также применять

одну буру, но лучше с присадкой 4-6% металлического магния.

Листы

толщиной

до

4

мм

можно

сваривать

с

отбортовкой

без

присадочного металла, а более 4 мм — со скосом кромок под углом 35-45°.

Сборка под сварку должна обеспечить минимальные зазоры (до 0,5 мм), чтобы

предупредить протекание расплавленного металла шва. Рекомендуется также

использовать подкладки из графита, асбеста или керамики. По концам шва

следует

сделать

формовку.

Сварку

производят

постоянным

током

прямой

полярности. Длина дуги должна составлять 10-13 мм, напряжение тока 45-60 В.

Сварку ведут со скоростью не менее 0,2-0,3 м/мин и при возможности за один

проход.

Режимы сварки угольным электродом зависят от толщины свариваемых

кромок.

При

толщине

листов

до

4

мм используют

угольные

электроды

диаметром 4-6 мм, а сварочный ток выбирают в пределах 140-320 А. Если

толщина листов более 4 мм, применяют электроды диаметром 8-10 мм при

сварочном токе 350-550 А. После сварки металл шва проковывают — тонкие

листы в холодном, а толстые в нагретом до температуры 200-350°С состоянии.

Для повышения вязкости металла шов подвергают отжигу с нагревом до

температуры 500-550°С с быстрым охлаждением в воде.

При сварке металлическим электродом подготовка кромок и обработка

шва

производится

так

же,

как

и

при

угольном

электроде.

Металлические

электроды изготовляют из меди Ml. Толщина покрытия составляет 0,4 мм.

Применяют также электроды марки ЗТ со стержнем из бронзы БрКМц-3

—1. Покрытие наносят на стержень диаметром 4-6 мм слоем толщиной 0,2-0,3

мм, Сварку выполняют возможно короткой дугой на постоянном токе обратной

полярности. Сварочный ток определяют из расчета 50-60 А на 1 мм диаметра

электрода.

Сварку меди в защитных газах (аргон, гелий или азот) применяют для

изделий

толщиной

1,5-20

мм

и

выполняют

постоянным

током

прямой

полярности. При диаметре вольфрамового электрода 2,5-5 мм и присадочной

проволоки

марки Ml

или

БрКМц-3—1

диаметром

2-6

мм

сварочный

ток

составляет 200-500 А.

Автоматическую сварку меди производят под флюсами АН-348-А или

АН-20 проволокой диаметром 1,6-4 мм марки Ml или БрКМц-3—1. Напряжение

составляет 38-40 В, сварочный ток принимают из расчета 100 А на 1 мм

диаметра проволоки. Ток — постоянный обратной полярности, скорость сварки

— 15-25 м/ч. Листы толщиной более 8 мм требуют предварительного подогрева.

Для уменьшения отвода теплоты изделия закрывают листовым асбестом.

Пламя должно быть строго нормальным. Избыток ацетилена вызывает появление

пор и трещин, а окислительное пламя приводит к окислению металла шва.

Мундштук горелки устанавливают под углом 80-90°. Нагрев и плавку меди

производят восстановительной

зоной

в

месте

максимальной

температуры.

Сварку производят без перерывов, в один проход. В процессе сварки подогретый

конец присадочного прутка периодически обмакивают во флюс и таким образом

переносят налипший флюс в сварочную ванну. Для получения мелкозернистой

структуры и уплотнения металла производят проковку шва. Металл толщиной до

5 мм проковывают в холодном состоянии, а при большей толщине — в горячем

состоянии при температуре 200-300°С. После проковки производят отжиг с

нагревом до температуры 500-550°С и охлаждением в воде.

Латунь (сплав меди с цинком) сваривают всеми способами, указанными

для меди. Основное затруднение при сварке латуни связано с кипением и

интенсивным испарением цинка, пары которого в воздухе образуют ядовитые

оксиды.

При сварке латуни угольным электродом применяют присадочные прутки

из латуни ЛМц-58—2 и флюс из молотого борного шлака или буры. Применяют

также прутки из латуни типа ЛК, содержащей, кроме меди и цинка, кремний.

При сварке плавящимся электродом применяют проволоку из латуни,

содержащую цинка— 38,5-42,5%, марганца — 4-5%, алюминия — 9,5%, железа

— 0,5-1,5%, остальное — медь. Покрытие наносят в два слоя. Первый слой

толщиной

0,2-0,3

мм

состоит

из

марганцевой

руды

30%,

титанового

концентрата— 30%, ферромарганца — 15%, мела — 20% и сернокислого калия —

5%. Связующим является жидкое стекло. Второй слой толщиной 0,8-1,1 мм

состоит из борного шлака, замешанного на жидком стекле.

Автоматическая

сварка

латунных

изделий

производится электродной

проволокой марки Ml под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45 с добавкой 10 мас. ч.

(массовых частей) борной кислоты и 20 мас. ч. кальцинированной соды на 100

мае. ч. флюса. Сварка ведется постоянным током прямой полярности. Напряжение

тока — 38-42 В, сварочный ток при диаметре проволоки 2 мм составляет 300-480

А.

Латунь при газовой сварке нормальным пламенем выделяет пары, в

результате

чего

шов

получается

пористым.

Поэтому

применяют

пламя

с

избытком кислорода (до 30-40%). Кислород окисляет часть цинка. Образующаяся

на поверхности сварочной ванны оксидная пленка защищает расплавленный

металл

от

дальнейшего

окисления.

Свариваемые

кромки

зачищают

до

металлического

блеска.

Оксиды

удаляют

травлением

с

помощью

10%-ного

водного раствора азотной кислоты, с последующей промывкой горячей водой и

протиркой

насухо.

Мундштук

горелки

устанавливают

под

углом

80-90°,

а

присадочный пруток — под углом 80° к мундштуку горелки. Чтобы не допустить

интенсивного окисления, сварку производят быстро, без перерывов и в один

проход. Расстояние ядра пламени от ванны 7-10 мм. Латунь толщиной более 15

мм рекомендуется предварительно подогревать до 500-550°С. После сварки шов

проковывают.

Если

латунь

содержит

меди

более

60%,

то

проковку

шва

производят в холодном состоянии. Если меди менее 60%, то швы проковывают

при

температуре

700°С.

После

проковки

швы

подвергают

отжигу

при

температуре 600-650°С с последующим медленным охлаждением.

Бронза

сплав

меди

с

оловом,

алюминием,

кремнием,

марганцем,

цинком и свинцом. При сварке угольным электродом оловянистых бронз в

качестве присадочного материала применяют прутки из сплава, содержащего

меди — 95-96%, кремния — 3-4%, фосфора — 0,25%. Флюс — прокаленная

бура или борный шлак.

При сварке специальных бронз применяют прутки, изготовленные из

бронз

свариваемых

марок

или

близких

им

по

химическому

составу.

Ток

постоянный,

прямой

полярности.

Сварку

металлическим

электродом

фосфористой бронзы выполняют прутками следующего состава: олова — 10-

12%,

фосфора

0,15-0,45%,

остальное

—медь. Для

свинцовых

бронз

применяют прутки из сплава, содержащего, %: свинец — 21, олово — 8, цинк

1,5;

остальное

медь.

Прутки

покрывают

различными

защитными

покрытиями. Ток постоянный, обратной полярности. При диаметре прутка 6-8

мм сварочный ток составляет 200-300 А.

Рекомендуется

предварительный

подогрев

свариваемых деталей

до

температуры

250-300°С.

Допускается

легкая проковка

сварного

шва

для

улучшения качества наплавленного металла.

Газовую сварку бронзы производят нормальным пламенем. Свариваемые

кромки подготавливают так же, как и при сварке меди. Сварку ведут максимально

быстро и в один проход. Конец ядра пламени должен быть на расстоянии 7-10 мм

от

поверхности

сварочной

ванны.

После

сварки изделие

нагревают

до

температуры 400-450°С и затем охлаждают в воде.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1) Почему медь и ее сплавы свариваются хуже большинства сталей?

2)

Чем

объясняется,

что

газовая

сварка

латуни

обеспечивает лучшее

качество, чем дуговая?

3)

Как химический состав бронзы влияет на ее свариваемость?

4)

Какие свойства алюминия определяют его свариваемость ?

5) В чем заключаются особенности сварки титана?

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Лабораторная работа №1

Тема: Изучение строения сварочной дуги.

Цель: Изучение строения сварочной дуги.

Содержание работы.

Сварочная

дуга

представляет

собой

длительный

электрический

разряд,

происходящий при атмосферном давлении в газовом промежутке между двумя

электродами.

При наиболее распространенных способах сварки обычно используется

дуга

прямого

действия,

горящая

между

электродами,

из

которых

одним

является стержень (металлический или угольный), а другим — свариваемый

металл.

Дуга

косвенного

действия

образуется

между

двумя

электродами

(угольными или вольфрамовыми), расположенными под углом друг к другу.

Эта

дуга

менее

удобна

для

сварки,

и

поэтому

используется

только

при

некоторых способах сварки. Например, дугу косвенного действия применяют

при атомно-водородной сварке.

Внешний вид дуги определяется условиями ее горения, которые зависят от

способа сварки.

Дуга прямого действия постоянного тока, горит между металлическим

электродом

и

свариваемым

металлом.

Дуга

состоит

из

столба,

основание

которого расположено в углублении (кратере), образующемся на поверхности

ванны расплавленного металла. Столб дуги имеет цилиндрическую или слегка

коническую форму. Верхняя часть столба соприкасается с сильно раскаленной

поверхностью электрода в области, называемой катодным пятном. Основание

столба

расположено

на

свариваемом

металле

и

ограничивается

областью,

называемой анодным пятном. При средних значениях сварочного тока (200—

300 А) диаметр анодного пятна в 1,5—2 раза больше диаметра катодного

пятна.

Вещество

столба

дуги,

так

называемая

плазма,

состоит

из

потока

раскаленных, сильно ионизированных газов. В столбе сосредоточено основное

количество энергии дуги, поэтому в его осевой части расположена и зона

наиболее высоких температур, достигающих здесь 5500-8000°С. Чем выше

плотность

тока

в

дуге,

тем

выше

температура

ее

столба.

Снаружи

столб

окружен ореолом пламени из нагретых паров и газов, имеющих более низкую

температуру.

Сварочные дуги классифицируются:

-по

применяемым

электродам

-

дуга

с

плавящимся

электродом

и

с

неплавящимся электродом;

-по степени сжатия дуги - свободная и сжатая дуга;

-по схеме подвода сварочного тока - дуга прямого и косвенног: действия;

-по роду тока - дуга переменного тока и дуга постоянного тока;

-по полярности постоянного тока - дуга на прямой полярности и дуга на

обратной полярности;

-по

виду

статической

вольтамперной

характеристики

-

дуга

с

падающей, жесткой и возрастающей характеристикой.

Длина

дуги

равняется

расстоянию

между

торцом

электрода

и

поверхностью расплавленного металла свариваемого изделия.

Дугу

называют

короткой,

если

длина

ее

составляет

2-4

мм.

Длина

нормальной дуги составляет 4-6 мм. Дугу более 6 мм называют длинной.

Процесс

плавления

металла

-

электрода

при

длинной

дуге

протекает

неравномерно.

Стекающие

с

конца

электрода

капли

металла

в

большей

степени

могут

окисляться

кислородом

и

обогащаться

азотом

воздуха.

Наплавленный

металл

получается

пористым,

шов

имеет

неровную

поверхность,

а

дуга

горит

неустойчиво.

При

длинной

дуге

понижается

производительность,

увеличивается

разбрызгивание

металла,

чаще

образуются места с непроваром

и недостаточным сплавлением

наплавленного металла с основанием.

Необходимые материалы:

1.Металлические пластины (100х100х10 мм).

2.Металлический электрод с толстым покрытием (d

эл

= 4 мм).

Необходимое оборудование и оснащение:

1)Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.

2)Учебная и справочная литература:

Маслов В. И. Сварочные работы - М: ПрофОбрИздат, 2002.

Казаков Ю. В. Сварка и резка металлов -М: Academia, 2002.

Порядок выполнения работы:

7)

Зачистить пластину.

8)

Подобрать силу тока для электрода (d

эл

= 4 мм).

9)

Возбудить дугу между электродом и пластиной.

10)

Изучить строение сварочной дуги и эскизно изобразить.

Контрольные вопросы:

1)Что называется, сварочной дугой?

2)Какое строение имеет сварочная дуга?

3)Классификация сварочных дуг.

4)Какая дуга называется короткой, нормальной и длинной?

5)Почему

при

длинной

дуге

понижается

производительность

сварки,

увеличивается

разбрызгивание

металла

и

чаще

образуются

места

с

непроваром?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта.

2)

Эскизное изображение сварочной дуги и описание ее строения.

5. Вывод.

Лабораторная работа №2

Тема:

Исследование

ионизирующего

действия

материалов

электродных

покрытий, электродов разных марок и флюсов.

Цель:

Изучение

ионизирующего

действия

материалов

электродных

покрытий, электродов разных марок и флюсов по обрывной длине дуги.

Содержание работы.

Газы даже при температурах, намного превышающих комнатную, состоят

из

недиссоциированных

молекул,

т.

е.

являются

изоляторами,

а

при

температуре порядка 1400°С в газе появляются положительно и отрицательно

заряженные ноны, которые и делают его проводником электрического тока.

Возникновение

дуги

обусловлено

эмиссией

электронов

с

катода

и

ионизацией

в

дуговом

промежутке.

Выделение

электронов

с

поверхности

катода достигается за счет термоэлектронной, автоэлектронной эмиссии и

эмиссии в результате ударов положительных ионов по катоду. Ионизацию

дугового

промежутка

вызывают

следующие

факторы:

нагрев

(термическая

ионизация), облучение (фотоионизация), соударение.

Ионизация соударением заключается в том, что электроны, движущиеся с

большой скоростью, встречаясь с нейтральными атомами газа, ударяются о

них, выбивают электроны, ионизируют атомы. Количество энергии, которое

необходимо

затратить

для

отрыва

электрона

от

атома,

называют

работой

ионизации eU, величина, которой будет различной для разных элементов.

Работу

ионизации

при

расчетах

необходимой

скорости

электрона

будем

принимать равной потенциалу ионизации, выраженному в вольтах.

Для стабильного горения дуги необходимо, чтобы в ее столбе все время

находились заряженные частицы, количество которых уменьшается вследствие

рекомбинации.

Ионизирующее действие материалов определяется не только величиной

ьотенциала

ионизации,

но

и

упругостью

пара

данного

соединения

или

простого вещества, так как упругость пара определяет скорость испарения и

тем самым концентрацию легкоионизирующихся атомов в атмосфере дуги.

Поэтому

эффективный

потенциал

ионизации

любой

газовой

смеси

определяется

не

только

потенциалом

ионизации,

но

и

концентрацией

элементов в дуговом промежутке.

Температура столба дуги зависит от эффективного потенциала ионизации

газов,

заполняющих

дуговой

промежуток,

плотности

тока

в

электроде,

напряженности поля, полярности и др.

Введение в состав электродных покрытий и флюсов элементов с низким

потенциалом ионизации способствует быстрому зажиганию и устойчивому

горению

сварочной

дуги

за

счет

снижения

эффективного

потенциала

ионизации газовой смеси.

Об ионизирующем действии материалов электродных покрытий и флюсов

можно судить по обрывной длине дуги.

Необходимые материалы:

1)Исследуемые материалы.

2)Пластина из малоуглеродистой стали (100х100х(6-10) мм).

3)Флюс АН-348А и ОСЦ-45, измельченный в порошок и просеянный через

сито.

4)Металлический стержень из малоуглеродистой стали (d = 4 мм).

5)Электроды марок АНО-4, УОНИ-13/45 и тонкопокрытые (d

эл

= 4 мм).

Необходимое оборудование и оснащение:

2)

Пост постоянного и переменного тока с электроизмерительными

приборами.

3)

Штатив с винтовым устройством для вертикального перемещения

электродержателя.

4)

Меры

для

дозировки

количества

материалов,

наносимых

на

пластину.

5)

Заостренный угольный электрод, закрепленный в держатель.

6)

Лопатка из теплостойкого неэлектропроводного материала.

7)

Подставка

8)

Учебная и справочная литература:

Казаков Ю. В. Сварка и резка материалов -М: Academia, 2002.

Николаев А. А., Герасименко А. И. Электрогазосварщик - Р: Феникс, 2002.

Порядок выполнения работы:

Опыт 1. Изучить обрывную длину дуги, горящей между металлическим

стержнем и пластиной с исследуемыми материалами , ток постоянный прямой

полярности.

1)Подобрать силу тока короткого замыкания для стержня (d = 4 мм).

2)Собрать схему.

3)Зачистить пластину металлической щеткой.

4)Закрепить металлический стержень в штатив, обеспечивая вылет 200—

250 мм, так, чтобы расстояние от торца электрода до поверхности пластины

было 3—4 мм. Это расстояние устанавливается поворотом винта, по которому

перемещается

гайка

с

закрепленным

электрододержателем

или

лопаткой

соответствующей толщины.

5)Зажечь дугу между стержнем и пластиной кратковременным замыканием

стержня и пластины с помощью заточенного угольного электрода. Отметить

показания вольтметра в момент обрыва дуги.

6)После естественного обрыва дуги отключить сварочную цепь и замерить

обрывную длину дуги, фиксируя положение стрелки в момент обрыва дуги и

после

перемещения

электрода

поворотом

винта

до

упора

о

поверхность

наплавленного металла (или линейкой). Результаты всех измерений занести в

таблицу.

Материал,

флюс,

марки

электрода

Род тока и

полярность

Напряжение в момент обрыва дуги, В

Размеры обрывной длины дуги, мм

Замер 1

Замер 2

Замер 3

Среднее

значение

Замер 1

Замер 2

Замер 3

Среднее

значение

Повторить

опыт,

нанося

на

пластину

под

стальной

стержень

слой

исследуемого

материала

толщиной

1

мм.

Для

всех

опытов

количество

наносимого на пластину материала должно быть примерно одинаковым. Опыт

1 проделать на переменном токе с полевым и плавиковым шпатом.

Опыт

2. Изучить обрывную длину дуги, пользуясь электродами марок

АНО-4, УОНИ-13/45 и голым стержнем (ток постоянный — прямая и обратная

полярности и переменный).

1)Зачистить торцы электродов.

2)Вместо металлического стержня закрепить в штатив электрод типа Э-34,

фиксируя

расстояние

от

его

торца

до

пластины

поворотом

винта

или

специальной линейкой.

3)Повторить пп. 5, 6 опыта 1.

4)Проделать опыт с электродами марок АНО-4 и УОНИ-13/45.

Каждый опыт произвести три раза, считая обрывной длиной дуги среднее

значение. При выполнении опытов необходимо стержень и пластину тщательно

очистить

от

остатков

ранее

проведенного

материала,

так

как

небольшое

количество

оставшегося

материала

может

заметно

изменить

величину

эффективного

потенциала

ионизации

а,

следовательно,

и

обрывную

длину

дуги.

Данные всех замеров и результаты расчетов занести в таблицу.

Контрольные вопросы:

1.Что такое электронная эмиссия, виды эмиссии?

2.Потенциал ионизации, работа выхода и их влияние на условия горения

дуги.

3.Какие

элементы

способствуют

увеличению

обрывной

длины

дуги

и

почему?

4.Что принято понимать под степенью ионизации и эффективным

потенциалом ионизации?

5.Какие

элементы

способствуют

ионизации

дугового

промежутка

в

электродах марок АНО-4 и УОНИ-13/45?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта.

2)

Таблица измерений.

5. Вывод.

Лабораторная работа №3

Тема: Изучение влияния магнитных полей и ферроиагнитных масс на

устойчивое горение дуги.

Цель:

Изучить

влияние

магнитных

полей

и

ферромагнитных

масс

на

устойчивое горение дуги в зависимости от технологических условий сварки, рода

и полярности тока.

Содержание работы.

Устойчивость сварочной дуги и возможность направления ее в определенное

м е с т о при

сварке

постоянным

током

зависят

от

направления

действия

результирующего

магнитного

поля

вокруг

дуги,

которое

часто

вызывает

отклонение

дуги

от

нормального

положения.

Такое явление

называют

магнитным дутьем.

Столб

сварочной

дуги

можно

рассматривать

как

гибкий

проводник

электрического тока,

который,

как

и

обычный

проводник

с

током,

под

воздействием магнитного поля отклоняется в сторону наименьшего сгущения

магнитных силовых линий.

Рассмотрим

влияние

постоянного

тока

различных

магнитных

полей

и

ферромагнитных масс на сварочную дугу. Электрическая дуга при воздействии

собственного магнитного

поля

будет

отклоняться

в

зависимости

от

места

подключения к изделию токоподвода в сторону разряжения магнитных силовых

линий. В результате взаимодействия магнитного поля столба дуги с поперечным

магнитным полем дуга будет отклоняться в сторону наименьшей магнитной

индукции.

На дугу также оказывает влияние продольное магнитное поле соленоида,

параллельное оси столба дуги и электрическому полю. Такое магнитное поле не

оказывает никакого действия на заряженные частицы, движущиеся в направлении

электрического поля, но на заряженные частицы, перемещающиеся в поперечном

направлении этого поля, оно оказывает заметное влияние. Так как температура

центральной части столба дуги выше периферийной, то диффузия частиц

начинается в направлении меньшей температуры по радиусу.

При движении в радиальном направлении заряженные частицы пересекают

магнитное поле, которое, взаимодействуя с ними, создает силу F", действующую

на частицы перпендикулярно к магнитному полю. В результате частицы столба

дуги будут вращаться по окружности. Но, кроме того, на них действует и

продольное электрическое поле, под действием которого частицы перемещаются

по вертикали в направлении силы F'. Таким образом, совместное действие

продольного магнитного и электрического полей заставляет заряженные частицы

двигаться по спирали под действием результирующей силы F. Возникающая при

этом центростремительная сила стягивает столб к вертикальной оси.

Действие ферромагнитных масс на отклонение дуги обусловлено тем, что

магнитная проницаемость их в тысячи раз больше магнитной проницаемости

воздуха.

А магнитные силовые линии стремятся замкнуться по пути наименьшего

сопротивления. Концентрическое магнитное поле вокруг дуги исказится, и она

окажется прижатой к ферромагнитному телу.

В случае сварки на переменном токе магнитное дутье будет значительно

меньше

или совсем

незаметно.

Это

происходит

по

той

причине,

что

изменяющийся

по

величине

и направлению

магнитный

поток

дуги,

пронизывающий

ферромассу,

наводит

в

ней

вихревые токи,

создающие

собственное магнитное поле, направленное против магнитного поля сварочного

тока.

Необходимые материалы:

1)Угольные или графитовые электроды (d

эл

= 8-10 мм).

2)Металлические пластины (100x100x10 мм).

Необходимое оборудование и оснащение:

1.Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.

2.Соленоид (d = 400-500 мм из провода сечением 25 мм

2

, число витков не

менее 20) для создания продольного магнитного поля.

3.Подковообразный магнит.

4.Штатив.

5.Подставка.

6.Стальной брус.

7.Держатель - 2 шт. (один длиной 300 мм ).

8.Учебная и справочная литература:

Николаев А. А., Герасименко А. И. Электрогазосварщик -Р: Феникс, 2002.

Маслов В.И. Сварочные работы -М: ПрофОбрИздат, 2002.

Порядок выполнения работы:

Изучить влияние собственных магнитных полей на сварочную дугу, горящую

между угольными электродами (постоянный ток).

1)Закрепить угольные электроды в держатели.

2)Закрепить длинный держатель в электрододержатель на штативе, а короткий

— в электрододержатель сварочного провода.

3)Подобрать силу тока короткого замыкания (в отчете указать действительную

силу сварочного тока по прибору).

4)Возбудить

дугу

между

угольными

электродами

при

горизонтальном

положении

электродов.

При

горении

дуги

поворачивать

один

электрод

относительно другого на углы примерно 120, 90, 60° (рис. 1).

Рис. 1. Взаимное расположение угольных электродов, при изучении

влияния собственных магнитных полей.

Уяснить

сущность

происходящего

явления

и

эскизно

изобразить

расположение и форму дуги при разных углах между электродами.

Контрольные вопросы:

1)Влияние на сварочную дугу рода тока, материала электродов и состава

газов.

2)Влияние собственного магнитного поля и наклона электрода на сварочную

дугу.

3)Как влияет на дугу посторонние поперечное и продольное магнитные поля?

4)Почему сварочная дуга притягивается к ферромагнитной массе?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта.

2)

Эскизное изображение формы сварочной дуги при разных углах

между электродами.

5. Вывод.

Лабораторная работа №4.

Тема: Определение коэффициента полезного действия сварочной дуги.

Ц е л ь : Ознакомление

с

методикой

определения

эффективного

коэффициента полезного действия нагрева изделия дугой.

Содержание работы.

Электрическая энергия, потребляемая дугой, в основном превращается в

тепло.

Тепловую

мощность

дуги

можно

принять

равной

тепловому

эквиваленту Q (кал/с) электрической энергии, пренебрегая теплом, идущим на

химические реакции в дуговом промежутке и несколько меняющим тепловой

баланс дуги. Тепловой эквивалент электрической мощности можно определить

по формуле:

Q=0.24kI

св

U

д

, (1)

где 0,24 — коэффициент перевода электрических величин в тепловые; k —

коэффициент,

учитывающий

влияние,

оказываемое

несинусоидальностью

кривых напряжения и тока на мощность дуги переменного тока, принимается

равным 0,7—0,97; при постоянном токе k = 1; I

св

— сила тока сварки; U

д

напряжение дуги, В.

Не

все

тепло

сварочной

дуги

идет

на

нагрев

изделия:

часть

тепла

затрачивается на нагревание нерасплавившейся части электрода, часть — на

излучение в окружающее пространство, некоторое количество тепла теряется с

каплями

электродного

металла

при

его

разбрызгивании.

Поэтому

вводят

понятие эффективной тепловой мощности дуги.

Эффективная тепловая мощность дуги — это количество тепла, введенное

в металл изделия в единицу времени, равное:

Q

эф

=q

0

/t,

(2)

где

q

o

— количество тепла, введенное в металл изделия, кал; t — время горения

дуги,

с.

Потери

тепла

дуги

на

излучение,

нагревание

электрода

за

счет

прохождения сварочного тока для различных способов сварки будут разными.

Величиной, характеризующей тепло, расходуемое на нагрев и плавление

основного

и

электродного

металлов,

является

коэффициент

полезного

действия

дуги rj,

который

представляет

собой

отношение

эффективной

тепловой

мощности

дуги

к

тепловому

эквиваленту

ее

электрической

мощности, т. е.:

η=Q

эф

/Q.

(3)

Эффективный к. п. д. зависит от технологических условий сварки. При

сварке открытой металлической дугой η = 0,5— 0,85, при сварке под слоем

флюса

η = 0,8—0,95, а при сварке угольной дугой η = 0,5— 0,65.

Эффективная тепловая мощность сварочной дуги может быть

определена калориметрическим методом.

Необходимые материалы:

1.Пластины

из

малоуглеродистой

стали

размером

80х40х10

мм

с

подготовкой кромок и размером 100х100х10 мм без подготовки кромок.

2.Электроды типа Э-34, Э-42 и Э-42А (d

эл

= 4 мм).

Необходимое оборудование и оснащение:

1.Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.

2. Калориметр.

3.Весы циферблатные с гирями.

4.Секундомер.

5.Термометр.

6.Бачок с водой для охлаждения проб.

7.Учебная и справочная литература:

Маслов В.И. Сварочные работы -М: ПрофОбрИздат, 2002.

Порядок выполнения работы:

Определить

к.

п.

д.

нагрева

изделия

дугой

при

наплавке

валиков

электродами разных марок.

1.

Зачистить и замаркировать пластины.

2.

Взвесить калориметрический сосуд с мешалкой с точностью до 2 г.

3.

Наладить

в

калориметрический

сосуд

воду

(3

-

3,5

кг),

взвесить

с

точностью до 2 г и разместить его на подставке в бачке калориметра.

4.

Уложить пластину на опоры, установленные на сварочном столе.

5.

Перемешать воду и зафиксировать начальную температуру с точностью до

1 °С.

6.

Произвести наплавку валика электродом типа Э-34 в течение 20—25 с,

фиксируя время горения дуги, сварочный ток, напряжение на дуге.

7.

Выполненную пробу быстро поместить в калориметрический сосуд.

8.

Перемешать воду и замерить установившуюся температуру Т max.

9.

Вынуть пробу из калориметра, очистить от шлака и брызг, высушить и

взвесить.

10.Соблюдая указанный порядок работы, выполнить наплавку еще двумя-

тремя электродами типа Э-42, Э-42А.

11.Количество тепла, введенное в пробу, вычислить по формуле:

12.

q

o

= [m

в

мах

— Т

н

) + (m

к

с

к

+ m

пр

с

пр

) х (Т

max

- Т

н

) + Q

пр

] 1,02, (4)

где

1,02

-

коэффициент,

приблизительно

учитывающий

потери

тепла

в

пространство за время наплавки и переноса пробы в калориметр; m

в

— масса

воды в калориметре, г; Т

мах

— максимальная установившаяся температура

воды,

°С;

Т

н

начальная

температура

воды,

°С; m

к

м а с с а

калориметрического сосуда и мешалки,г; m

пр

— масса наплавленной пробы без

шлака и брызг, г; с

пр

- удельная теплоемкость пробы, кал/г град (для стали c

пр

=

0,09—0,1 кал/г·град); c

к

- удельная теплоемкость калориметра, кал/г·град (для

стали с

к

= 0,09— 0,1 кал/г·град; для латуни с

к

= 0,092 кал/г·град); Q

пр

количество тепла, потерянного при испарении воды в момент внесения пробы

в калориметр, кал.

Значение Q

пр

ориентировочно

принимается

по

следующим

данным

(скорость связки не более 1,5 см/с): сила тока сварки I

св

= 150-200; 200-400;

400-600; 600-1000 А; количество тепла Q

пр

= 400-600; 600-800; 800-1000; 1000-

1200 кал.

12.

Определить

тепловой

эквивалент

электрической

мощности

дуги,

эффективную тепловую мощность и к. п. д. сварочной дуги по формулам (1),

(2), (3).

Контрольные вопросы:

1.Понятие об электрической и тепловой электрической мощностях и их

аналитическое выражение.

2.Что такое эффективная тепловая мощность дуги и что характеризует к. п.

д. сварочной дуги?

3.Что

такое

тепловой

баланс

дуги

и

величина

к.

п.

д.

для

основных

способов электрической сварки плавлением?

4.Как практически определяется к. п. д. сварочной дуги?

5.Почему

при

малом

вылете

электрода

может

применяться

большая

плотность тока?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта.

2)

Расчет

теплового

эквивалента

электрической

мощности

дуги,

эффективной тепловой мощности и к. п. д. сварочной дуги.

5. Вывод.

Лабораторная работа №5

Тема: Определение коэффициентов наплавки, плавления, потерь на угар и

разбрызгивание для различных способов сварки и сварочных материалов.

Ц е л ь : Изучить

влияние

рода

и

силы

тока,

марки

электродов

на

коэффициент наплавки, плавления, величину потерь на угар и разбрызгивание,

определить производительность при ручной наплавке.

Содержание работы

На производительность процесса электрической дуговой сварки влияют

следующие

факторы:

1)

сварочный

ток;

2)

коэффициент

плавления α

э

;

3)

коэффициент

наплавки α

н

,

который

обычно

меньше α

э

,

так

как

не

весь

расплавленный электродный металл переходит в шов: часть его выгорает,

часть разбрызгивается.

Величина потерь металла на угар и разбрызгивание, а также значения

коэффициентов плавления и наплавки зависят от сварочного тока. Увеличение

тока

приводит

к

повьппению

температуры

дуги,

т.

е.

к

интенсивности

расплавления электрода и ускорению протекания химических реакций.

Значит, с увеличением тока а , и а увеличиваются, но на разные величины,

так как увеличение температуры дуги приводит к увеличению количества

образующихся газов и повышению их давления в капле, а следовательно, к

повышению потерь на угар и разбрызгивание.

На величину α

э

и α

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 увеличится в два раза, т. е. на 100% и более

при значительных плотностях тока. При этом увеличиваются α

э

и α

н

потери же

на угар и разбрызгивание практически не изменяются. Нормальное качество

наплавки или шва будет обеспечено, если скорость плавления электрода в

начале будет отличаться от скорости в конце не более чем на 30%. Джоулево

тепло определяется уравнением

Q = 0, 24 I

св

2

R t,

(1)

Покрытие электродов существенно влияет на коэффициенты плавления,

наплавки и на коэффициент потерь, который равен

φ =((α

э

н

)/α

э

)100.

(2)

Коэффициент

плавления

толстопокрытых

электродов

значительно

уменьшается

по

сравнению

с

коэффициентом

голых

и

тонкопокрытых

электродов за счет того, что некоторое количество тепла дуги расходуется на

плавление, испарение и разложение покрытия, но прямой зависимости α

э

от

толщины покрытия нет. Коэффициент потерь φ толстопокрытых электродов

уменьшается по сравнению с коэффициентом голых электродов за счет того,

что материалы покрытий при испарении дают дополнительное количество

газа, который увлекает за собой в шов пары металла и мелкие капли.

Коэффициент

наплавки

α

н

электродов

с

толстым

покрытием

обычно

меньше

коэффициента

плавления,

за

исключением

тех

случаев,

когда

в

покрытие входит большое количество металлических составляющих.

На величину α

э

и α

н

оказывают влияние полярность тока, тип соединения,

положение шва в пространстве и т. д.; установлено, что род сварочного тока

существенно не влияет на величину α

э

и α

н

. С переходом на переменный ток в

некоторой степени коэффициент потерь уменьшается, но производительность

практически не изменяется. Исследования показали, что коэффициенты α

э

и α

н

будут

иметь

разную

величину

(при

прочих

равных

условиях)

при

сварке

электродами разных марок.

Необходимые материалы:

1.Пластины

из

малоуглеродистой

и

нержавеющей

стали

1Х18Н9Т

(200x100x10 мм).

2.Электроды тонкопокрытые типа Э-34 (d

эл

= 4 мм).

3.Электроды с толстым покрытием марок ОММ-5, УОНИ-13/45, типа Э-42-

Р, Э-42А-Ф; марки АНО-4 типа Э-46-Т или другой марки (d

эл

= 4 мм).

4.Электроды, имеющие стержни из нержавеющей стали.

5. Электрод из порошковой проволоки с покрытием УОНИ-13/45.

Необходимое оборудование и оснащение:

1.Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.

2.Весы циферблатные с гирями.

3.Секундомер.

4.Штангенциркуль.

5.Масштабная линейка.

6.Бачок с водой для охлаждения проб.

7.Учебная и справочная литература:

Казаков Ю. В. Сварка и резка металлов -М: Academia, 2002.

Николаев А. А., Герасименко А. И. Электрогазосварщик-Р: Феникс, 2002.

Порядок выполнения работы:

Определить

коэффициент

плавления,

наплавки

и

потерь

на

угар

и

разбрызгивание

при

наплавке

валиков

электродами

разных

марок

дугой,

питаемой постоянным током.

1.Зачистить пластину.

2.Взвесить пластину с точностью до 1 г.

3.Замаркировать концы электродов условными обозначениями.

4.Определить вес (г) металлического стержня электрода по формуле:

g

ст

=γLπd/4 , (3)

гд е d— диаметр стержня, см; γ — удельная плотность, г/см

3

;

L — длина

электрода, см.

Для

какой-либо

марки

электродов

с

толстым

покрытием

определить

коэффициент покрытия путем взвешивания и расчета:

k

п

=((g

эл

-g

ст

)/g

ст

), (4)

з д е с ь g

ЭЛ

вес

покрытого

электрода,

г; g

ст

вес

покрытой

части

электродного стержня, г.

5.

Подобрать

действительную

силу

сварочного

тока,

немаркированным

электродом

на

вспомогательной

пластине.

При

переходе

к

наплавке

электродами

другой

марки

установленная

по

амперметру

сила

тока

будет

произвольно меняться, поэтому необходимо в процессе наплавки отмечать

действительную силу тока по амперметру, которую затем использовать при

расчетах.

6.При установленной силе сварочного тока наплавить на пластину валик

электродом типа Э-34, оставляя огарки длиной не более 40 мм. Зафиксировать

точное время горения дуги и силу тока.

7. Подсчитать вес огарка по формуле (3).

8.Охладить пробу с наплавленным валиком, высушить, тщательно очистить

от брызг и шлака.

9. Взвесить пробу с наплавленным валиком,

1 0 . Определить

коэффициенты

плавления

и

наплавки

по

следующим

формулам:

α

э

=G

э

3600/I

св

t, (5)

где G

э

=g

ст

-g

ог

;

α

н

=G

н

3600/I

св

t, (6)

где G

н

=G

п.н.

-G

д.н.

;

здесь:

g

ст

— вес стержня, г; g

ог

— вес огарка, г; t — время горения дуги, с; G

п.н

— вес пластины после наплавки валика, г; G

д.н.

— вес пластины до наплавки, г.

Потери на угар и разбрызгивание определяем по формуле (2).

11. Определить теоретическую производительность:

G=α

н

I

св

t/1000, (7)

12. По ранее указанной методике проделать пп. 3— 10 электродами марок

УОНИ-13/45, ЦТ-15 и порошковым на постоянном токе обратной полярности,

электродом марки АНО-4 на переменном токе.

Для

одной

марки

электродов

опыт

повторить

три

раза

в

одинаковых

условиях и вычислить среднее значение определяемых данных.

На основании расчетных данных построить графики зависимости α

э

, α

н

,

G

н

от I

св

для данной марки электродов.

Данные всех измерений и результаты расчетов занести в таблицу.

Марка

электрода

Результаты замеров

Результаты расчетов

Вес, г

Режим

Вес, г

Коэффициент

плавления,

г/А ч.

Коэффициент

наплавки,

г/А ч

Коэффициент

потерь,%

Теоретическая

производи-

тельность,

кг/ч

металлич.

стержня,

электрода

пластины

до

наплавки

после

наплавки

до

наплавки

после

наплавки

род тока

и поляр-

ность

сила тока,

А

время

горения

дуги,с

расплав-

ленного

электро-

дного

материала

наплавле-

нного

металла

Контрольные вопросы

1. От каких факторов зависит производительность электрической сварки

плавящимся электродом?

2.

Что

характеризует

коэффициент

плавления,

наплавки,

потерь;

их

размерность и значение для основных марок электродов?

3. Почему коэффициент плавления α

э

в начале и конце плавления электрода

разный?

4. Как влияет плотность тока на величину потерь при ручной дуговой

сварке?

5.

В

каких

случаях

коэффициент

наплавки

может

оказаться

больше

коэффициента плавления?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Расчет

коэффициентов

плавления,

наплавки,

потерь

на

угар

и

разбрызгивание при наплавке валиков электродами разных марок.

2)

Таблица измерений и результатов расчетов.

5. Вывод.

Лабораторная работа №6

Тема: Определение погонной энергии сварки.

Цель: Изучить влияние режима ручной сварки, погонной энергии q

п

на

долю основного металла в металле шва и на его размеры.

Содержание работы.

Погонная

энергия

это

отношение

эффективной

тепловой

мощности

дуги,

расходуемой

на

нагрев

изделия,

к

скорости

перемещения

дуги,

и

определяет количество тепла, введенное дугой в 1 см однопроходного шва или

валика, т. е.

q

п

=Q

эф

п.д

≈155Fн,

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.

Необходимые материалы:

1.Пластины из малоуглеродистой стали (100х100х10 мм).

2.Электроды типа УОНИ -13/55.

Необходимое оборудование и оснащение:

1)Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.

2)Секундомер.

3)Специальные настольные переносные тиски.

4)Струбцина специальная.

5)Ручной пресс для излома проб.

6)Чертилка.

7)Линейка.

8)Штангенциркуль.

9)Учебная и справочная литература:

Николаев А. А., Герасименко А. И. Электрогазосварщик - Р: Феникс, 2002.

Порядок выполнения работы:

Изучить влияние марки электрода на форму шва.

1)Зачистить пластины.

2)Прихватить их по торцам, пользуясь специальной струбциной.

3)Выправить пластины.

4)Разметить на пробе мелом положение валиков.

5.Подобрать силу тока при диаметре электрода 4 мм.

6.Наплавить

валики

пластин

перпендикулярно

к

стыку

электродами

различных марок при данном режиме, отмечая силу тока, напряжение на дуге

и

время

ее

горения.

Наплавку

каждого

валика

производить

только

на

охлажденную пробу, для чего после наплавки валика проба охлаждается в воде

до комнатной температуры. Отклонение силы тока допускается в пределах

10%.

7.Замаркировать каждый валик.

8.Измерить длину каждого валика.

9.Произвести излом пробы на ручном прессе, предварительно охладив ее

до комнатной температуры.

10.Половину пробы (образца) закрепить в тиски, и пользуясь линейкой и

чертилкой,

провести

линию

раздела

наплавленного

и

проплавленного

металлов.

11.Размеры валиков (h, b, c) на образцах измерить штангенциркулем.

12.Расчитать F

пр

, F

н

, γ, υ

св

, q

п

по соответствующим формулам.

Данные всех измерений и результаты расчетов занести в таблицу.

Марка и

диаметр

электро-

да

Режим

Размеры валика мм

Площадь,

мм

2

Доля

основно-

го

металла

Скорость

сварки м/ч

Погонная

энергия,

кал/см

Сила тока,

А

Напряже-

ние, В

Время

горения

дуги, с

длина

шири-

на

выпук-

лость

Глуби-

на

прова-

ра

пропла-

вления

наплав-

ки

Контрольные вопросы:

1. Что характеризует погонная энергия и ее аналитическое выражение?

2. Какая существует зависимость между погонной энергией и сечением

валика?

3. Влияние погонной энергии, силы сварочного тока, напряжения на дуге,

диаметра электрода на долю основного металла в металле шва при ручной

дкговой сварке.

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта, примеры расчетов.

2)

Таблица записей и результатов расчета.

5. Вывод.

Лабораторная работа № 7

Тема:

Анализ

характеристик

наиболее

распространенных

марок

электродов.

Цель:

Ознакомиться

с

характеристиками

наиболее

распространенных

марок электродов.

Содержание работы.

Электроды, изготовленные по ГОСТ, обеспечивают устойчивое

горение дуги и спокойное равномерное плавление покрытия.

Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей

предусмотрены девять типов электродов: Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50,

Э50А,

Э55,

Э60;

для

сварки

легированных

конструкционных

сталей

повышенной и высокой прочности пять типов: Э70, Э85, Э100, Э125, Э150.

Кроме

того,

предусмотрены

девять

типов

электродов

для

сварки

теплоустойчивых сталей.

Тип

электрода

обозначается

буквой

Э

и

цифрой,

указывающей

гарантируемый

предел

прочности

металла

шва

в

кгс/мм

2

.

Буква

А

в

обозначении указывает, что металл шва, наплавленный этим электродом, имеет

повышенные пластические свойства. Такие электроды применяют при сварке

наиболее

ответственных

швов,

для

изготовления

стержней

большинства

электродов,

предназначенных

для

сварки

углеродистых

и

легированных

конструкционных сталей, применяют проволоку марок Св-08 и Св-08А.

Выбор

типа

электрода

производится

исходя

из

условия

обеспечения

равнопрочности сварного шва и основного металла.

Каждому

типу

электрода

соответствует

несколько

марок

электродов.

Например, типу Э42 соответствуют электроды ОМА-2, АНО-6, МЭЗ-04 и др.

Марка

электрода

это

его

промышленное

обозначение,

как

правило,

характеризующее стержень и покрытие.

Электродные покрытия делят на две группы: тонкие (стабилизирующие и

ионизирующие) и толстые

(качественные).

По видам покрытия электроды подразделяют: с кислым покрытием —

условное обозначение А; с рутиловым — Р; с целлюлозным — Ц; с основным

— Б; с покрытием смешанного типа — двойное обозначение (например АЦ); с

прочими видами покрытий — П.

Условное

обозначение

электродов

включает

марку

электрода,

диаметр

стержня, группу по качеству и номер ГОСТ.

Электроды

покрытые

металлические

для

сварки

и

наплавки

сталей

систематизируют следующим образом. По назначению:

-для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с

временным сопротивлением разрыву до 600 МПа—У (условное обозначение);

-для

сварки

легированных

конструкционных

сталей

с

временным

сопротивлением разрыву более 600 МПа—Л;

-для сварки легированных теплоустойчивых сталей — Т;

-для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами — В;

-для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н.

По толщине покрытия в зависимости от отношения диаметра электрода

к диаметру стержня электроды делят:

с тонким покрытием — М;

со средним покрытием — С;

с толстым покрытием — Д;

с особо толстым — Г.

По допустимым пространственным положениям сварки или наплавки:

для всех положений — 1;

для всех положений, кроме вертикального сверху вниз -2;

для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального

снизу вверх — 3;

для нижнего и нижнего «в лодочку» — 4.

Условное обозначение должно быть указано на этикетках или в маркировке

коробок, пачек и ящиков с электродами.

Широкое распространение получили следующие электроды.

Электроды УОНИИ-13 дают высокое качество металла шва и применяются

для сварки ответственных швов из конструкционных сталей. Такие электроды

выпускаются нескольких марок: УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55, УОНИИ-13/65

и УОНИИ-13/85. Цифры после черты означают получаемый предел прочности

металла шва (кгс/мм

2

). Сварку можно производить при любом положении шва,

но только на постоянном токе обратной полярности. Эти электроды применяют

в заводских и монтажных условиях. Коэффициент наплавки электродов типа

УОНИИ-13 достигает 9,5 г/(А·ч).

Электрод

СМ-11

(тип

Э42А)

получил

широкое

распространение

в

строительстве. Применяется при сварке ответственных конструкций во всех

пространственных

положениях.

Наплавленный

металл

имеет

высокие

механические свойства. Коэффициент наплавки электрода СМ-11 достигает 10

г/(А·ч).

Важным

положительным

качеством

электрода

СМ-11

является

устойчивость сварки в условиях монтажа, когда необходимо поддерживать

постоянство длины сварочной дуги. Таким же качеством обладают электроды

марки МР-3, имеющие коэффициент наплавки 9 г/(А·ч). Они предназначены

для сварки постоянным и переменным током.

Широкое

применение

получили

электрод

марки

ОЗС-4

(тип

Э46)

(коэффициент

наплавки

8,5

г/(А·ч))

для

сварки

ответ ственных

металлоконструкций

из

низкоуглеродистой

стали

и

электрод

ОЗС-5

(коэффициент

наплавки

11

г/(А·ч)),

содержащий

в

покрытии

железный

порошок.

Сварка

выполняется

переменным

и

постоянным

токами

любой

полярности во всех пространственных положениях.

Для

сварки

ответственных

конструкций

из

низкоуглеродистых

сталей

переменным или постоянным током во всех пространственных положениях

хорошие

результаты

дают

электроды

марки

АНО-5

(тип

Э42),

имеющие

коэффициент наплавки 11 г/(А·ч), и марки АНО-6 (с коэффициентом наплавки

8,5 г/(А·ч)). Для сварки деталей из низкоуглеродистой стали, работающих при

динамических нагрузках, применяют электроды марок АНО-3 и АНО-4 (тип

Э46)

коэффициентом

наплавки

8

г/(А·ч).

Электроды

типа

АНО

характеризуются

устойчивым

горением

дуги,

н е з н ач и т е л ь н ы м

р а з б р ы з г и в а н и е м

м е т а л л а ,

с т о й ко с т ь ю

п р о т и в

о б р а з о в а н и я

кристаллизационных трещин и легкостью отделения шлаковой корки.

Необходимые материалы:

Электроды марок СМ -11, АНО - 5, ОЗС - 4, (d

эл

. = 4 мм).

Необходимое оборудование и оснащение:

Учебная и справочная литература:

Николаев А. А., Герасименко А. И. Электрогазосварщик- Р: Феникс, 2002.

Левадный B. C., Бурлака А. П. Сварочные работы - М: Аделант, 2002.

Порядок выполнения работы:

Произвести

анализ

характеристик

наиболее

распространенных

марок

электродов.

1.Выбрать тип и марку электрода.

2.Назначение электрода.

3.Условное обозначение электродов.

Контрольные вопросы:

1. Как производится выбор типа электрода?

2.Что называется маркой электрода?

3.На какие группы делятся электродные покрытия?

4.На какие группы делят электроды по видам покрытия?

5.Что включается в условное обозначение электродов?

6.Для чего применяются электроды марок СМ-11, ОЗС-4?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Назначение электродов.

2)

Условное обозначение электродов.

5. Вывод.

Лабораторная работа№8

Тема: Влияние окисления, ржавчины и влаги на качество сварного шва.

Цель: Исследовать влияние на сварной шов окалины, ржавчины и влаги.

Содержание работы.

При

сварке

плавлением

газы

поступают

в

металл

шва

из

воздуха,

из

основного

и

присадочного

металла,

где

они

содержатся

в

растворенном

состоянии и в виде поверхностных пленок, из примесей в защитной атмосфере,

из

влаги

и

окислов

-

компонентов

флюса

или

электродной

обмазки.

Растворяются

в

основном

азот

и

водород.

Инертные

газы

в

металлах

не

растворяются.

Кислород, попадая в металл шва, окисляет его. С железом кислород образует

три окисла. Первый получается при непосредственном окислении железа.

Это закись железа. Она хорошо растворяется в жидком железе. Но ее

растворимость зависит от температуры, поэтому при охлаждении сварочной

ванны закись железа выпадает из раствора по границам зерен затвердевающего

металла как более легкоплавкий компонент. Соединяясь с кислородом, закись

железа образует окись-закись железа (окалину).

В железе она не растворяется. Выпавшая по границам зерен закись железа при

охлаждении ниже температуры 570 °С может непосредственно преобразовываться в

окись-закись в виде глобулей (шариков).

Это нарушает связь между зернами, металл шва становится хрупким. Из

окиси-закиси при последующем окислении образуется окись железа.

В железе она не растворяется. С водой образует гидрат (ржавчину). При нагреве

гидратная влага, разлагаясь, увеличивает количество газов в сварном шве и может

вызвать пористость.

Окись алюминия с температурой плавления 2050 °С и плотностью 3,77...4,0

г/см

3

создает главную трудность при сварке алюминия. При температуре сварки

она не расплавляется, затрудняя образование сварочной ванны. Кусочки окиси

образуют в металле шва включения окисных пленок.

Кислород засоряет шов оксидами легирующих элементов.

Кислород ухудшает механические свойства сварных швов, понижает их

коррозионную

стойкость,

ухудшает

электрические

и

магнитные

свойства.

Уменьшить содержание кислорода в, металле шва можно путем раскисления.

Различают два способа раскисления: диффузионное и раскисление осаждением.

При раскислении осаждением железо восстанавливают из растворенной

закиси

железа

элементами,

обладающими

более

высоким химическим

сродством к кислороду и дающими оксид, слабо растворимый в железе (Al, Ni,

Si,

Mn, Сr, С). Эти элементы вводят через флюс или обмазку в виде порошков

или ферросплавов.

Если

обозначить

вещества,

находящиеся

в

металлическом

расплаве,

квадратными, а в шлаке - круглыми скобками, то типовая реакция раскисления

осаждением будет иметь вид.

Диффузионное

раскисление-

это

направленная

диффузия

окисла

из

жидкого металла в шлак. Она основана на законе Нернста, согласно которому

соотношение концентраций какого-либо вещества в двух несмешивающихся

растворителях - величина постоянная:

Если

в

шлак

добавить

раскислитель

или

разбавить

его

нейтральным

компонентом, то концентрация в шлаке уменьшится и начнется диффузия этого

окисла из металла сварочной ванны в шлак.

Азот образует с металлами химические соединения - нитриды:

Медь - исключение. Она с азотом не реагирует, ее можно сваривать в азоте, как в

инертном газе. С титаном азот реагирует бурно, реакция похожа на горение:

Растворимость азота в железе уменьшается с понижением температуры.

При

охлаждении

сварочной

ванны

азот,

выделяясь

из

металла,

может

образовывать поры. Нитриды железа растворяются в железе, упрочняя его. но

при этом резко уменьшается пластичность металла. Азот повышает хрупкость

металла

шва,

ухудшает

магнитные

свойства

сталей,

увеличивает

их

электросопротивление и чувствительность к термообработке.

Содержание азота в металле или его вредное влияние можно уменьшить

введением в зону сварки элементов (например Al, Zr, Ti), образующих с азотом

нерастворимые в жидком металле нитриды, выходящие из металла в шлак или

лишь незначительно ухудшающие его свойства.

Водород активно растворяется при высокой температуре в большинстве

металлов,

применяемых

для

изготовления

сварных

конструкций.

Но

с

понижением

температуры

растворимость

его

резко

уменьшается,

водород

начинает выделяться из жидкого металла, образуя поры. Особенно склонен к

водородной пористости алюминий. Его окись Al

2

O

3

образует в металле шва

включения,

на

твердой

поверхности

которых

легко

образуются

пузырьки

водорода. При сварке металл шва затвердевает быстро. Образующийся избыток

водорода

продолжает

выделяться

из

твердого

раствора.

Скапливаясь

в

рыхлотах,

микропустотах

внутри

металла

атомарный

водород

образует

молекулы.

При

этом

увеличивается

его

объем,

внутри

микропустот

увеличивается давление: в металле появляются напряжения. В результате металл

становится хрупким, могут возникать трещины даже через несколько дней

после

сварки.

В

малых

количествах

водород

может

быть

.полезен

как

раскислитель. В целом водород в зоне сварки вреден. Водород можно удалить из

сварочной

ванны,

связывая

его

в

нерастворимые

соединения,

например

фтором: [Н] + (F) = (HF). Фтористый водород улетучивается из жидкого

металла

Лучший способ уменьшить количество газов в металле шва - это не допустить

их в зону сварки. Для этого надо улучшать ее защиту от воздуха, просушивать и

прокаливать сварочные материалы, зачищать металл от ржавчины, в рыхлотах

которой хорошо держится влага. Полезна дегазация основного и присадочного

металла,

сваренных

деталей

путем

отжига

или

медленного

охлаждения

в

вакууме.

При дуговой сварке молекулы водорода и азота, нагреваясь, дисшциируют в

атмосфере дуги на атомы, часть которых образует положительные ионы. 'Эти ионы

интенсивно

притягиваются

к

катоду

и

внедряются

в

него

-

происходит

электрическое

поглощение

газов

металлом.

Поэтому

дуговую

сварку

ответственных деталей лучше вести неплавящимся электродом на постоянном токе

прямой полярности: в сварочную ванну будет попадать меньше газов.

Необходимые материалы:

- Пластины из малоуглеродистой стали (80х40х10 мм) со ржавчиной,

окалиной и влагой

- Электроды типа Э-42 и Э-42А.

Необходимое оборудование и оснащение:

1.Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными

приборами.

2.Учебная и справочная литература:

Казаков Ю.В. Сварка и резка материалов.-М: Academia, 2002.

Николаев А.А.. Герасименко А.И. Электрогазосварщик-Р: 2002.

Порядок выполнения работы:

1.Указать способы образования на пластине окалины, ржавчины и влаги.

2.Указать влияния ржавчины, окалины и влаги на качество сварного шва.

3.Указать способы защиты металла от образования окалины, ржавчины и

влаги.

Контрольные вопросы:

1)Перечислить способы поступления в металл шва атмосферных газов при

сварке плавлением?

2)Влияние атмосферных газов на качество сварного шва.

3)Перечислить способы защиты металла шва от попадания атмосферных

газов?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Способы образования на пластине окалины, ржавчины и влаги.

2)

Способы защиты металла от образования окалины, ржавчины и

влаги.

5. Вывод.

Лабораторная работа №9

Тема: Определение доли основного металла в металле шва при различных

способах сварки.

Цель: Изучить влияние режима ручной сварки на долю основного металла

в металле шва и на его размеры.

Содержание работы

Независимо от типа и способа выполнения шов состоит из определенной

доли основного и электродного металла.

Рассмотрим вопрос о влиянии режима ручной дуговой сварки на долю

основного металла в металле шва и на его размеры. Режим ручной дуговой

сварки - это сила сварочного тока, диаметр электрода, скорость перемещения

дуги, угол наклона электрода и т.д. Сила сварочного тока (А) может быть

определена по следующей формуле:

I

св

=kd

эл

, (1)

гд е d

э л

- диаметр стержня электрода, мм; k-коэффициент, применяемый для

электродов d=3-4 мм равным 30-45 А/мм

2

.

Увеличение силы сварочного тока приводит к увеличению эффективной

тепловой

мощности

дуги Q

эф

,

вследствие

чего

увеличиваются

глубина

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 сечения наплавленного валика

F

H

(мм

2

), определяемую по формуле:

F

н

= 0.75bc,

(2)

и

площадь

сечения

проплавляемого

металла,

которая

с

некоторой

погрешностью может быть определена по формуле:

F

пр

= 0.75bh.

(3)

тогда:

γ=F

пр

/(F

пр

+F

н

).

(4)

Скорость сварки определяется по формуле:

υ

св

н

I

св

/γF

н

.

(5)

Повышение напряжения на дуге приводит к уменьшению глубины провара,

так

как

увеличиваются

потери

тепла

на

лучеиспускание,

угар

и

разбрызгивание.

Вследствие

увеличения

площадь

нагрева

изделия,

т.

е.

увеличивается ширина валика и, следовательно, уменьшается его выпуклость,

так как на величину коэффициентов α

н

и α

э

напряжение влияет незначительно.

Доля же основного металла в металле шва ручной электродуговой сварке с

увеличением напряжения практически не изменяется.

Увеличение

диаметра

электрода

(при

силе

сварочного

тока

той

же

величины) приводит к уменьшению плотности сварочного тока, понижению

температуры

дуги,

что

влечёт

за

собой

уменьшение

глубины

провара,

увеличения ширины валика и уменьшение доли основного металла в металле

шва.

Необходимые материалы:

1.Пластина из малоуглеродистой стали (100х100х10мм).

2.Электроды типа Э-42.

Необходимое оборудование и оснащение:

1.Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.

2. Секундомер.

3.Специальные настольные переносные тиски.

4.Струбцина специальная.

5.Ручной пресс для излома проб.

б.Чертилка.

7.Штангенциркуль.

8.Линейка.

9.Учебная и справочная литература:

Левадный B.C., Бурлака А.П. Сварочные работы - М: Аделант,2002.

Порядок выполнения работы:

Изучить влияние силы сварочного тока на форму и размеры шва.

1.Зачистить пластины.

2.Прихватить их по торцам, пользуясь специальной струбциной.

3.Выправить пластины.

4.Разметить на пробе мелом положение валиков.

5.При

силе

сварочного

тока

190А

на

пробе

наплавить

2

валика

перпендикулярно к стыку электродами типа Э-42.

6.Измерить длину каждого валика.

7.Произвести излом пробы на ручном прессе, предварительно охладив её

до комнатной температурой.

8.Половину пробки (образца) закрепить в тиски, пользуясь линейкой и

чертилкой, провести линию раздела наплавленного металлов.

9.Размеры валиков (h, b, с) на образцах измерить штангенциркулем.

10. Расчитать F

np

, F

H

,γ,υ

св

по соответствующим формулам.

Контрольные вопросы:

1 .Как определяется доля основного металла в металле шва?

2.Влияние силы сварочного тока, напряжения на дуге, диаметра электрода

на долю основного металла в металле шва при ручной сварке?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта.

2)

Расчет площади сечения наплавленного и проплавленного металла,

доли основного металла, скорости сварки.

5. Вывод.

Лабораторная работа №10

Тема: Исследование

поперечных,

продольных

укорочений

и

угловых

деформаций при сварке.

Ц е л ь : Изучить

процесс

возникновения

поперечных

и

продольных

укорочений при сварке.

Содержание работы.

Вследствие

неравномерного

нагрева

при

сварке

в

сварном

соединении

вознбикают пластические деформации сжатия. Это равносильно уменьшению

длины шва и околошовной зоны. При этом после завершения термического

цикла уменьшаются начальные размеры вдоль и поперек сварного соединения.

Поперечные

укорочения

обычно

больше,

чем

продольные

для

образцов

небольших размеров.

Необходимые материалы:

1)Пластины из малоуглеродистой стали(200х100x10 мм).

2)Электроды типа Э-42A (d=4-5 мм).

Необходимое оборудование и оснащение:

1)Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.

2)Специальная струбцина.

3)Приспособление для сборки и сварки тавра.

4)Плита с анкерными болтами, исключающими деформацию полосы из

плоскости.

5)Штангенциркуль с припайными губками, заточенными вольфрамовыми

стержнями.

6)Линейка.

7)Чертилка.

8)Секундомер.

9)Кернер.

10)Молоток.

11)Бачок с водой для охлаждения проб.

12)Учебная и справочная литература:

Левадный B.C., Бурлака А.П. Сварочные работы. М: Аделант. 2002.

Порядок выполнения работы:

Определить поперечные и продольные укорочения при сварке двух

пластин

в с т ы к .

1)Зачистить пластины.

2)Собрать встык,

пользуясь специальной струбциной, и прихватить по торцам

с минимальным зазором.

3)Выправить собранную пробу и проверить на плите.

4)Разместите и закрепить пробу. Нанести риски на пробу чертилкой.

5)Замерить

расстояние

между

точками

поперек

и

вдоль стыка

штангенциркулем.

6.Дать пластине обратный незначительный прогиб с таким расчетом, чтобы

после первого валика она заняла первоначальное положение, или разместить

ее под шариковыми прижимами.

7.Подобрать силу сварочного тока по диаметру электрода и выполнить шов

с одной стороны, фиксируя силу тока, напряжение, время горения дуги.

8.Охладить пробу, очистить ее от брызг и шлака. Чем меньше проходит

времени с момента окончания сварки до момента охлаждения пробы в воде,

тем меньше будут укорочения, так как тепло не успевает распространиться и

зона нагрева будет меньше. Поэтому охлаждение водой следует производить

после некоторого охлаждения пробы на воздухе.

9.Выполнить

шов

с

другой

стороны

пробы,

соблюдая

приведенные

указания, и измерить длину шва, рассчитать υ

св

и q

n

.

Контрольные вопросы:

1.Почему возникают поперечные укорочения при сварке?

2.Как

влияет

проковка

металла

шва

и

зоны

термического

влияния

на

величину осгаточных деформаций?

3.В каких случаях необходимо полностью снимать напряжения от сварки?

4.Почему искусственное охлаждение и подогрев уменьшают остаточные

деформации?

5.Как влияет интенсивное охлаждение на остаточные деформации сварных

соединении?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта.

2)

Определение

поперечных

и

продольных

укорочений

при

сварке

двух пластин встык.

5. Вывод.

Лабораторная работа №11

Тема: Сварные швы и сварные соединения.

Цель: Изучить виды, обозначения, ГОСТы и стандарты сварных швов и

соединений.

Содержание работы.

Сварным соединением называется неразъёмное соединение деталей,

выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречаются

следующие основные типы сварных соединений: стыковые, нахлёсточные,

тавровые, угловые и торцовые.

Стыковые

соединения

-

это

сварное

соединение

двух

элементов,

примыкающих

друг

к

другу

торцовыми

поверхностями.

Нахлёсточное

-сварное

соединение,

в

котором

сваренные

элементы

расположены

параллельно

и

частично

перекрывают

друг

друга.

Тавровое

-

сварное

соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен

к боковой поверхности другого элемента. Угловое - сварное соединение двух

элементов, расположенных под углом и сваренных в месге примыкания краёв.

Торцовое - сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных

элементов примыкают друг к другу.

Сварной

шов

-

то

участок

сварного

соединения,

образовавшийся

в

результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания

кристаллизации

и

деформации.

Сварные

швы

могут

быть

стыковыми

и

угловыми. Стыковой - это сварной шов стыкового соединения. Угловой это

сварной

шов

углового,

нахлесточного

или

таврового

соединений

(Г'ОСТ

2601-84). Сварные швы подразделяются также по положению в пространстве

(ГОСТ

11969-79):

нижнее -

Н и влодочку - Л; полугоризонтальные - Пг,

горизонтальные

-

Г,

полувертикальные

-

Пв,

вертикальные

-

В,

полупотолочные - Пп, потолочные - П.

По

протяженности

швы

различают

сплошные

и

прерывистые.

Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными.

По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются

на продольные, поперечные, комбинированные и косые.

По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены

нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми.

По

условиям

работы

сварного

узла

в

процессе

эксплуатации

изделия

сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосредственно

воспринимают нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные

только для скрепления частей или деталей изделия.

Основные

типы,

конструктивные

элементы,

размеры

и

условия

обозначения

швов

сварных

соединений,

выполненных

наиболее

распространёнными способами сварки в защитном газе ГОСТ 14771-76; для

дуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах ГОСТ

14806-80; для соединений сварных стальных трубопроводов ГОСТ 16037-80,

для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей

ГОСТ

8712-70

и

др.

В

этих

стандартах

типы

швов

сварных

соединений

определяются видом сварного соединения, формой подготовленных кромок и

типом выполненного шва.

ГОСТ 2.312-72 устанавливают условные изображения и обозначения швов

сварных соединений в конструкторских документах изделий.

Независимо от способа сварки условно изображают видимый шов

сплошной основной линией, а невидимый - штриховой линией.

В

стандартах

принято

буквенно-цифровое

обозначение

швов

сварных

соединений.

Буквенная

часть

указывает

на

вид

сварного

соединения:

С

стыковое, У - угловое, Т - тавровое. Н - нахлёсточное. Цифры являются

порядковым номером типа шва в данном конкретном стандарте.

Условные обозначения основных способов сварки следующие: Р - ручная

дуговая сварка (штучным электродом); ЭЛ - электроннолучевая сварка: Ф -

дуговая сварка под слоем флюса: ПЛ - плазменная и микроплазменная сварка;

УП - сварка

в активном газе (или смеси активного и инертного газа,

плавящимся электродом);

ИП - сварка в инертном газе плавящимся электродом; ИН - сварка в

инертном газе неплавящимся электродом; Г - газовая сварка;

Необходимые материалы:

1)Пластинки из малоуглеродистой стали (200х100х10мм).

2)Электроды типа Э-42А (d = 4мм).

Необходимое оборудование и оснащение:

1)Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными

приборами.

2)Учебная и справочная литература:

Маслов В.И. Сварочные работы - М: ПрофОбрИздат, 2002.

Казаков Ю.В. Сварка и резка материалов - М: Academia, 2002.

Порядок выполнения работы:

1)Виды сварных швов и соединений.

2)Условное обозначение основных способов сварки.

3)Условное обозначение швов сварных соединений.

Контрольные вопросы:

1. Что называют сварным швом?

2. Какие разновидности сварных швов вы знаете?

3. Что называется сварным соединением?

4. Какие виды сварных соединений вы знаете?

5. Какими буквами обозначаются основные способы сварки?

6. Как обозначаются сварные швы на чертежах?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Условное обозначение основных способов сварки.

2)

Условное обозначение швов сварных соединений.

5. Вывод.

Лабораторная работа №12

Тема: Определение влияния параметров режима сварки на геометрические

параметры шва.

Цель:

Установить

влияние

параметров

режима

сварки

на

размеры

отдельных элементов шва.

Содержание работы

Режимы

дуговой

сварки

представляют

собой

с о в о ку п н о с т ь

контролируемых

параметров,

определяющих

условие

сварочного

процесса.

Правильно

выбранные

и

поддерживаемые

на

протяжении

всего

процесса

сварки параметры являются залогом качественного сварочного соединения.

Условно параметры можно разделить на основные и дополнительные.

Основные

параметры

режима

дуговой

сварки:

диаметр

электрода,

величина, род, и полярность тока, напряжение на дуге, скорость сварки, число

проходов.

Дополнительные параметры: величина вылета электрода, состав и толщина

покрытия электрода, положение электрода, положение изделия при сварке,

форма подготовленных кромок и качество их зачистки.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого

металла, положения, в котором выполняется сварка, катета шва, а также вида

соединения и формы кромок, подготовленных под сварку.

Сила тока выбирается в зависимости от диаметра шва, длины его рабочей

части, состава покрытия положения сварки и т.д. Чем больше сила тока, тем

интенсивнее расплавляется его рабочая часть и тем выше производительность

сварки. Но это правило может приниматься с некоторыми оговорками. При

черезмерном токе для выбранного диаметра электрода происходит перегрев

рабочей части, что чревато ухудшением качества шва, разбрызгиванием капель

жидкого металла и даже может привести к сквозным прагораниям детали. При

недостаточной силе тока дуга будет неустойчива, часто будет обрабатываться,

что может привести к не проварам, не говоря уже о качестве шва. Чем больше

диаметр

электрода,

тем

меньше

допустимая

плотность

тока,

так

как

ухудшаются условия охлаждения сварочного шва.

Опытные сварщики силу тока определяют опытным путем, орентируясь на

устойчивость горения дуги. Для тех кто ещё не имеет достаточного опыта

разработана следующая расчетная формула: Для наиболее распространенных

диаметров электродов (3-6мм.)

I

св

= (20 + 6d

э

) d

э

,

где I

св

- сила тока.

Для электродов диаметром менее 3мм, ток подбирают по формуле:

I

св

= 30d

э

.

Для сварки потолочных швов сила тока должна быть на 10-20 % меньше,

чем при нижнем положении шва.

Кроме того на силу тока оказывает влияние полярность и вид тока. К

примеру, при сварке постоянным током с обратной полярностью катод и анод

меняются местами и глубина провара увеличивается до 40%. Глубина провара

при сварке переменным током на 15-20% меньше, чем при сварке постоянным

током. Эти обстоятельства следует учитывать привыборе режимов сварки.

При

выборе

режимов

сварки

следует

учитывать

и

наличие

скоса

свариваемых кромок.

Необходимые материалы:

1)Пластины из малоуглеродистой стали (200х100х12 мм ).

2)Электроды типа Э-42А (d = 4мм.).

Необходимое оборудование и оснащение:

1)Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.

2)Весы циферблатные с гирьками.

3)Секундомер.

4)Линейка.

5)Чертилка.

6)Штангенциркуль.

7)Специальная струбцина.

8)Переносные настольные тиски.

9)Бачок с водой.

10)Пресс для излома проб.

11)Приспособление для сборки и сварки тавра.

12)Учебная и справочная литература:

Левадный B.C., Бурлака А.П. Сварочные работы - М: Аделант , 2002.

Порядок выполнения работы:

Установить влияние силы сварочного тока на форму и размеры валиков,

коэффициент наплавки.

Зачистить пластины, собрать их встык, пользуясь специальной струбциной

и прихватить по торцам.

Взвесить собранные пробы с точностью до двух грамм.

Подготовить бачок с водой для охлаждения проб.

4.Подобрать

режим

сварки

наплавкой

валика

на

вспомогательную

пластину.

5. Закрепить собранные встык пластины на сварочном столе, наплавить на

них валик, отмечая I

св

, U

д

и время горения дуги.

6.Охладить пробу в воде, затем осторожно снять шлаковую корку с валика.

7. Взвесить пробу с наплавленным валиком. Замерить его длину.

8. Определить ширину шва:

b=ψ

пр

h, (1)

где ψ

пр

- коэффициент формы провара.

9.Определить величину выпуклости по формуле:

c=b/ ψ

в

,

(2)

где ψ

в

- коэффициент формы валика.

10.Определить площадь сечения наплавленного металла по формуле:

F

H

=0.75b

С

.

(3)

11.Определить коэффициент наплавки по формуле:

α

н

=11.6±0.4. (4)

12.Построить

графики

зависимости

ширины

валика b,

выпуклости

с,

глубины проплавления h от силы сварочного тока и напряжения дуги.

Контрольные вопросы:

1)Что называется режимом сварки?

2)Какие основные параметры режима дуговой сварки вы знаете?

3)Какие дополнительные параметры режима дугововй сварки вы знаете?

4)Как выбирают диаметр электрода и силу сварочного тока?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта и примеры расчетов.

2)

График

зависимости

ширины

валика,

выпуклости,

глубины

проплавления от силы сварочного тока и напряжения дуги.

5. Вывод.

Лабораторная работа №13

Тема: Расчет параметров режима сварки под слоем флюса однопроходных

стыковых швов и экспериментальная их проверка.

Цель: Установить влияние параметров режима сварки на коэффициент

наплавки α

н

, производительность G

н

, расход флюса μ и размеры отдельных

элементов шва.

Необходимые материалы:

1.Пластины из малоуглеродистой стали (100 х 100 х 10 мм).

2.Сварочная проволока (d = 3 - 4 мм).

3.Флюс АН-348А.

Необходимое оборудование и оснащение:

1.Автоматическая установка с приборами.

2.Весы циферблатные с гирями.

3.Секундомер.

4.Линейка.

5.Чертилка.

6.Штангенциркуль.

7.Специальная струбцина.

8.Переносные настольные тиски.

9.Бачок с водой.

10.Пресс для излома проб.

11.Учебная и сварочная литература:

Маслов В.И. Сварочные работы - М: ПрофОбрИздат, 2002.

Порядок выполнения работы:

Установить

влияние

напряжения

дуги

на

форму

и

размеры

валика,

коэффициент наплавки, расход флюса и производительность.

1.Подобрать

режим

для

второй

пробы

наплавкой

валиков

на

вспомогательную

пластину.

Напряжение

для

одного

валика

подобрать

примерно на 5 В больше, а для другого - на 5 В меньше напряжения дуги, при

котором производилась наплавка валиков первой пробы.

2.Наплавить валики на пробу.

3.Закрепить пластины на сварочном столе, наплавить на них валик, отмечая

I

св

, U

д

и время горения дуги.

4.Охладить пробу в воде, затем осторожно снять шлаковую корку с валика.

5.Взвесить пробу с наплавленным валиком. Замерить его длину.

6.Наплавить

на

пробу

еще

2

валика,

увеличивая

или

уменьшая

силу

сварочного тока примерно на 100 А.

7.Определить ширину шва по формуле:

b=ψ

пр

h.

(1)

8.Определить величину выпуклости по формуле, если ψ

в

= 5-8:

c=b/ ψ

в

,

(2)

где ψ

в

- коэффициент формы валика.

9.Определить плошать сечения наплавленного металла по формуле:

F

H

=0.75b

С

. (3)

10.Определить коэффициент наплавки по формуле:

α

н

=11.6±0.4.

(4)

11.Определить производительность сварки по формуле:

G

н

н

I

св

t/1000.

(5)

12.Определить скорость перемещения дуги по формуле:

υ

п.д

н

I

св

/γF

н

.

(6)

13.Определить скорость подачи сварочной проволоки по формуле:

υ

п.пр

=4α

н

I

св

/γπd

2

,

(7)

где γ — доля основного металла в металле шва.

14.Определить удельный расход флюса по формуле:

μ=G

фл

/G

н

.

(8)

где G

фл

- вес расплавленного флюса, г.

15.

Построить

график

зависимости

ширины

валика b.

выпуклости c,

глубины проплавления h от силы сварочного тока и напряжения дуги.

Контрольные вопросы.

1.Как влияют на размеры валика скорость перемещения дуги и диаметр

сварочной проволоки?

2.Почему с изменением напряжения на дуге меняется расход флюса?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта и примеры расчетов.

2)

График

зависимости

ширины

валика,

выпуклости,

глубины

проплавления от силы сварочного тока и напряжения дуги.

5. Вывод.

Лабораторная работа №14

Тема: Расчет параметров режима сварки под слоем флюса угловых швов и

экспериментальная их проверка.

Цель: Установить влияние параметров режима сварки на коэффициент

наплавки α

н

, производительность G

н

, расход флюса μ и размеры отдельных

элементов шва.

Содержание работы.

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, повышается основное время на

изготовление изделия.

Сварные

швы,

выполненные

автоматом,

имеют

три

наиболее

важных

размера, влияющих на качество соединения: глубину провара h , ширину шва b,

выпуклость с.

Величина их устанавливается по размерам шва, заданным в чертеже, затем

п о формулам определяется

площадь

сечения

наплавленного

валика F

Н

.

Отношение ширины шва к глубине провара называется коэффициентом формы

провара ψ

пр

и определяется по формуле:

ψ

пр

=b/h.

Коэффициент формы провара для автоматических швов должен быть в пределах

1,3—4,0, чтобы уменьшить вероятность образования горячих трещин.

Отношение ширины шва к выпуклости валика называется коэффициентом формы

валика ψ

в

, т. е.

ψ

в

=b/c.

Для швов, выполненных автоматической сваркой, ψ

в

= 5-8.

Отдельные

параметры

режима

сварки

существенно

меняют

размеры

элементов шва при автоматической сварке.

С увеличением силы сварочного тока возрастает эффективная мощность

дуги, вследствие чего увеличивается количество расплавленного основного и

электродного металла, значительно возрастает глубина провара, выпуклость

валика, незначительно возрастает ширина валикалика, ψ

пр

и ψ

в

увеличиваются.

Повышение напряжения на дуге увеличивает ее тепловую мощность. При

этом

увеличивается

длина

дуги

и

площадь

ее

воздействия

на

изделие.

В

результате интенсивно увеличивается ширина шва и уменьшается выпуклость

валика.

Повышение

напряжения

существенного

влияния

на

провар

не

оказывает, но приводит к заметному увеличению расхода флюса.

Увеличение

скорости

перемещения

дуги

до

40—50

м/ч

приводит

к

увеличению горизонтальной составляющей давления дуги па расплавленный

металл

сварочной

ванны.

Толщина

слоя

жидкого

металла

под

дугой

уменьшается, тепловое действие дуги на основной металл возрастает, глубина

проплавления увеличивается, несмотря на уменьшение погонной энергии. При

дальнейшем увеличении скорости перемещения дуги влияние уменьшения

погонной энергии становится преобладающим, глубина провара уменьшается.

Ширина валика и выпуклость при возрастании скорости перемещения дуги

уменьшаются.

Увеличение диаметра электрода вызывает уменьшение глубины провара и

выпуклости валика, а ширина валика увеличивается. Коэффициенты ψ

пр

и ψ

в

с

уменьшением

диаметра

резко

уменьшаются.

Увеличение

вылета

электрода

усиливает

предварительный

нагрев

электрода

джоулевым

теплом.

Это

вызывает α

э

и уменьшение глубины провара.

Заданная форма шва может быть обеспечена соответствующим режимом

автоматической сварки.

Необходимые материалы:

4.Пластины из малоуглеродистой стали (200 х 100 х 12 мм).

5.Сварочная проволока (d = 3 - 4 мм).

6.Флюс ОСЦ-45 или АН-348А.

Необходимое оборудование и оснащение:

12.Автоматическая установка с приборами.

13.Весы циферблатные с гирями.

14.Секундомер.

15.Линейка.

16.Чертилка.

17.Штангенциркуль.

18.Специальная струбцина.

19.Переносные настольные тиски.

20.Бачок с водой.

21.Пресс для излома проб.

22.Учебная и сварочная литература:

Маслов В.И. Сварочные работы - М: ПрофОбрИздат, 2002.

Порядок выполнения работы:

Установить

влияние

напряжения

дуги

на

форму

и

размеры

валика,

коэффициент наплавки, расход флюса и производительность.

8.Подобрать

режим

для

второй

пробы

наплавкой

валиков

на

вспомогательную

пластину.

Напряжение

для

одного

валика

подобрать

примерно на 5 В больше, а для другого - на 5 В меньше напряжения дуги, при

котором производилась наплавка валиков первой пробы.

9.Наплавить валики на пробу.

10.Закрепить

пластины

на

сварочном

столе,

наплавить

на

них

валик,

отмечая I

св

, U

д

и время горения дуги.

11.Охладить

пробу

в

воде,

затем

осторожно

снять

шлаковую

корку

с

валика.

12.Взвесить пробу с наплавленным валиком. Замерить его длину.

13.Наплавить

на

пробу

еще

2

валика,

увеличивая

или

уменьшая

силу

сварочного тока примерно на 100 А.

14.Определить ширину шва по формуле:

b=ψ

пр

h.

(1)

8.Определить величину выпуклости по формуле, если ψ

в

= 5-8:

c=b/ ψ

в

,

(2)

где ψ

в

- коэффициент формы валика.

9.Определить плошать сечения наплавленного металла по формуле:

F

H

=0.75b

С

. (3)

10.Определить коэффициент наплавки по формуле:

α

н

=11.6±0.4.

(4)

11.Определить производительность сварки по формуле:

G

н

н

I

св

t/1000.

(5)

12.Определить скорость перемещения дуги по формуле:

υ

п.д

н

I

св

/γF

н

.

(6)

13.Определить скорость подачи сварочной проволоки по формуле:

υ

п.пр

=4α

н

I

св

/γπd

2

,

(7)

где γ — доля основного металла в металле шва.

14.Определить удельный расход флюса по формуле:

μ=G

фл

/G

н

.

(8)

где G

фл

- вес расплавленного флюса, г.

15.

Построить

график

зависимости

ширины

валика b.

выпуклости c,

глубины проплавления h от силы сварочного тока и напряжения дуги.

Контрольные вопросы.

3.Какие величины составляет режим автоматической сварки под флюсом и

как влияет на размеры валика сила сварочного тока?

4.Почему с увеличение напряжения на дуге увеличивается ширина валика

и уменьшается выпуклость?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта и примеры расчетов.

2)

График

зависимости

ширины

валика,

выпуклости,

глубины

проплавления от силы сварочного тока и напряжения дуги.

5. Вывод.

Лабораторная работа №15

Тема: Электрошлаковая сварка

Цель: Ознакомить с оборудованием, оснасткой, технологией, методикой

определения

производительности

автоматической

электрошлаковой

сварки

продольных швов и полуавтоматической ванно-шлаковой сварки стержней.

Содержание работы

Электрошлаковая

сварка

характерна

тем,

что

основная

часть

тепла,

необходимая для нагрева и плавления основного и электродного металла,

образуется за счет прохождения электрического тока через расплавленный

флюс— шлак.

Электрошлаковая

сварка

чаще

всего

ведется

с

принудительным

формированием шва и обычно выполняется при вертикальном положении

свариваемых деталей.

Образование

(наведение)

шлаковой

ванны

производится

дуговым

процессом, но может быть также осуществлено с помощью электропроводного

флюса.

Электрошлаковый процесс протекает устойчиво как на постоянном, так и

на переменном токе, но чаще электрошлаковую сварку ведут на переменном

токе

от

трансформатора

с

жесткой

характеристикой.

Установлено,

что

устойчивость

электрошлакового

процесса

возрастает

с

повышением'

электропроводности флюса. Наибольшей электропроводностью обладает флюс

АНФ-1, изготовляемый путем дробления природного минерала — плавикового

шпата.

Сварочная проволока для электрошлаковой сварки подбирается исходя из

требований

к

составу

металла

шва,

который

практически

незначительно

зависит от состава флюса.

Основными параметрами режима электрошлаковой сварки проволочным

электродом являются следующие величины: диаметр электродной проволоки

(обычно принимается равным 3 мм), сила сварочного тока, скорость подачи

электрода,

напряжение

на

шлаковой

ванне,

скорость

сварки,

толщина

свариваемого металла, скорость поперечных перемещений электрода, время

выдержки

у

ползуна

при

сварке

с

поперечными

колебаниями,

величина

недохода

при

сварке

несколькими

проволоками,

количество

сварочных

проволок

(электродов),

величина

зазора,

марка

флюса,

глубина

шлаковой

ванны, недоход электрода до ползуна. Все эти параметры существенно влияют

на

качество

и

формообразование

сварного

шва

и

должны

правильно

подбираться.

Рассмотрим влияние некоторых параметров режима на форму и размеры

шва и способ их выбора для сварки малоуглеродистой стали проволоками Св-

10Г2, Св-08ГА.

П о в ы ш е н и е

с и л ы

с ва р оч н о го

то ка

п р и в од и т

п р и м е р н о

к

пропорциональному

увеличению

глубины

металлической

ванны

и

к

некоторому увеличению глубины провара (последнее наблюдается при силе

тока не выше 700 А). В результате коэффициент формы металлической ванны

с увеличением силы тока снижается и вероятность образования в шве горячих

трещин возрастает.

Необходимые материалы:

1)Кассета с проволокой d = 3 мм марки Св-10Г2 или Св-08ГА.

2)Арматурные стержни в соответствии с формами (d = 16-5-24 мм, l = 120-

5-150 мм).

3)Флюс АН-8, АН-22 или другой, пригодный для электрошлаковой сварки.

4)Стальные вкладыши.

5 . Готовые

микро-

и

макрошлифы

сварных

соединений,

выполненные

электрошлаковой сваркой.

6. Учебная и справочная литература:

Казаков Ю.В. Сварка и резка металлов, -М; Academia , 2002.

Николаев А.А., Герасименко А.И., Электрогазосварщик-Р: Феникс, 2002.

Необходимое оборудование и оснащение:

1. Установка для автоматической злектрошлаковой сварки, смонтированная

для работы на переменном и постоянном токах.

2.

Пост

для

полуавтоматической

сварки

под

флюсом

с

удлиненным

наконечником в держателе.

3. Формы для сварки (наплавки) металла автоматом.

4. Формы для сварки стержней (горизонтальных).

5. Циферблатные весы с гирями.

6.Секундомер.

7.Бачок с водой.

Порядок выполнения работы.

До

проведения

работы

рассчитывают

режим

электрошлаковой

сварки

применительно к данному аппарату и виду формы: силу тока, напряжение

шлаковой

ванны,

скорость

подачи

проволоки,

скорость

поперечных

перемещений

электрода,

глубину

сварочной

ванны,

время

выдержки

у

ползунов, недоход электрода до торцевой стенки формы (принимаем равным 6

мм).

До включения рубильника на щите по краткому описанию и схеме аппарата

ознакомиться

с

его

устройством,

отдельными

узлами

и

функциями,

выполняемыми основными узлами.

Произвести

автоматическую

наплавку

с

поперечными

колебаниями

в

медную форму для определения G

н

, α

н

, μ.

6)

Установить и закрепить в рычагах для ползунов медную форму.

7)

Во избежание прожога дна формы до выполнения наплавки на дно

формы насыпать слой флюса высотой 10—12 мм и поверх флюса положить

стальной

вкладыш

толщиной

12—14

мм,

покрывающий

все

дно

формы,

заранее взвесив его.

8)

Руководствуясь инструкцией, наплавить в форму металл высотой 30

— 50 мм, фиксируя силу сварочного тока, напряжение, время наплавки и

другие параметры.

9)

После наплавки и затвердевания металла и шлака извлечь пробу из

формы,

охладить

в

воде,

очистить

от

шлака,

взвесить

и

определить

вес

наплавленного металла по формуле:

G

н

=G

np

- G

BK

где G

np

— вес пробы, г; G

вк

— вес вкладыша, г.

5. Рассчитать α

н

, G, ν

п.э.

, ν

св

, ν

п.пр

.

Таблица 1. Режим полуавтоматической сварки горизонтальных стержней.

Диаметр

стержней,

мм

Скорость

подачи

электродной

проволоки,

м/мин

Сила

сварочного

тока, А

Напряже-ние

на электроде,

В

Сухой вылет

электрода,

мм

Глубина

шлаковой

ванны, мм

Зазор

между

стержнями,

мм

16—24

6,8—7,5

400—470

40-45

50—20

20—25

15—18

Примечание:

Торцы

стержней

должны

выступать

в

плавильное

пространство

относительно

стенки

формы на величину не менее 2 мм

Контрольные вопросы:

1)Сущность и особенности электрошлаковой сварки.

2)Преимущества и область применения электрошлаковой сварки.

3)Основные требования к проволоке и флюсу для электрошлаковой сварки.

4)Почему при электрошлаковой сварке химический состав металла шва по

его длине изменяется?

5)Какие величины составляют режим электрошлаковой сварки?

6)Почему изменение скорости подачи проволоки приводит к изменению

силы сварочного тока?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Расчет режима электрошлаковой сварки.

2)

Особенности автоматической наплавки с поперечными колебаниями

электрода.

5. Вывод.

Лабораторная работа №16

Тема: Исследование горения дуги и формирования металла шва при сварке

в среде углекислого газа.

Цель: Изучить

влияние

параметров

режима

сварки

малоуглеродистой

стали в среде СО

2

на производительность процесса, качество и форму шва.

Содержание работы.

Сущность сварки в среде СО

2

состоит в том, что дуга горит в среде

защитного

газа,

оттесняющего

воздух

от

зоны

сварки

и

защищающего

наплавленный

металл

от

О

2

и N

2

воздуха.

Особенностью

данной

сварки

является сравнительно сильное выгорание элементов, обладающих большим

сродством с О

2

(С, Al, Ti, Si, Mn и др.). Окисление происходит за счет как СО

2

,

так и атомарного О, который образуется при диссоциации СО

2

под действием

тепла

дуги.

Непрерывный

уход

окислов

С, Si,

Mn

из

ванны

приводит

к

значительному

обеднению

металла

шва

раскислителями,

что

ухудшает

механические

свойства

соединения.

Поэтому

для

получения

качественных

соединений необходимо при сварке в среде СО

2

иметь в сварочной ванне

достаточное количество раскисляющих элементов, которые обычно вводят за

счет проволоки ( Св-08Г2С, Св-08ГС).

Химический

состав

металла

шва

зависит

не

только

от

основного

и

электродного металлов, но и от параметров режима сварки, особенно от U

д

и I

св

.

Повышение силы сварочного тока при том же диаметре сварочной проволоки

приводит к уменьшению времени пребывания капли на конце электрода и ее

контакта

с

газами.

Вследствие

этого

уменьшается

степень

выгорания

раскислителей

из

сварочной

проволоки.

Повышение

напряжения

на

дуге

приводит к значительному обеднению металла шва раскислителями, так как

процент выгорания их в столбе дуги повышается за счет увеличения времени

контакта капли электродного металла с газом. Влажность и расход СО

2

также

влияют

на

качество

шва.

С

повышением

влажности

СО

2

увеличивается

количество

растворенного

в

металле

шва

Н2,

который

образуется,

при

диссоциации H

2

O.

При недостаточном расходе СО

2

в зону сварки проникает воздух. Из-за этого

в

металл

шва

попадает N

2

,

что

приводит

к

образованию

пор,

как

и

при

попадании Н

2

.

Расход газа обычно устанавливается по расходомеру, чаще всего типа РС-3.

Шкала этого расходомера отградуирована на расход воздуха при 20° С и 760

мм рт. ст. Защитные газы легче или тяжелее воздуха, поэтому для них вводят

поправочные коэффициенты к:

Aзот (N

2

).............................................1,020

Аргон (Ar).........................................0,85

Водород (Н

2

).............................. .........3,8

Гелий (Не)...........................................2,7

Кислород (О

2

).....................................0,955

Углекислый газ (СО

2

)..................... ....0,810

Сварка

в

среде

СО

2

-

процесс

высокопроизводительный,

в

настоящее

время, как правило, осуществляемый постоянным током обратной полярности.

Переменный и постоянный токи прямой полярности не применяются из-за

недостаточной устойчивости процесса и неудовлетворительного качества и

формы

шва.

Это

происходит

вследствие того,

что

наличие

в

дуговом

промежутке

О

2

,

имеющего

большое

сродство

с

электроном, приводит

к

образованию

большого

количества

отрицательных

ионов,

нарушающих

нормальные

условия

горения

дуги,

питаемой

переменным

и

постоянным

токами прямой полярности.

На

производительность

сварки

оказывают

влияние

коэффициенты

плавления

и

наплавки.

При

сварке

в

среде

СО

2

коэффициент

наплавки

значительно

превышает

коэффициент

наплавки

под

слоем

флюса.

Это

объясняется тем, что тепло дуги, горящей в среде СО

2

не тратится на плавление

флюсов, т.е. эффективная тепловая мощность дуги повышается.

С

увеличением

силы

тока

при

сварке

в

среде

СО

2

потери

на

угар

и

разбрызгивание

уменьшаются.

С

повышением

силы

тока

и

уменьшением

диад.лра электродной проволоки (повышением плотности тока) коэффициенты

α

э

и α

н

увеличиваются.

Повышение напряжения на дуге и увеличение скорости сварки приводят к

снижению

коэффициентов

плавления

и

наплавки.

Это

объясняется

увеличением потерь тепла с ростом длины дуги на излучение в окружающее

пространство, а также увеличением потерь металла на разбрызгивание и

угар. Увеличение

скорости перемещения дуги влечет за собой некоторое

снижение α

э

и α

н

, потому что с увеличением скорости сварки погонная энергия

уменьшается. Целесообразность внедрения сварки в среде СО

2

подтверждается

практикой работы многих предприятий.

Необходимые материалы:

1)Сварочная проволока Св - 08Г2С ( d =1,2 — 2 мм)

2)Пластины из малоуглеродистой стали (100 х 100 х 10 мм).

3)СО

2

.

Необходимое оборудование и оснащение:

1)Пост для сварки в среде СО

2

.

2)Циферблатные весы с гирями

3)Секундомер.

4)Переносные настольные тиски.

5)Специальная струбцина.

6)Бачок для охлаждения проб.

7)Пресс для излома проб.

8)Счетчик для определения расхода проволоки.

9)Штангенциркуль.

10)Учебная и справочная литература:

Казаков Ю. В. Сварка и резка материалов -М: Academia, 2002.

Порядок выполнения работы:

1)Подготовить пост к работе.

2)Зачистить

пластины,

собрать

их

встык,

пользуясь

специальной

струбциной, и прихватить по торцам.

3)Взвесить собранные пластины с точностью до 2 г.

4)Подобрать

режим

сварки

в

зависимости

от

диаметра

электрода

и

толщины пластины по табл. 1.

Таблица 1. Режим сварки в среде CO

2

.

Толщина

металла,

мм

Вылет

электрода,

мм

Диаметр

электрода,

мм

Сила

сварочного

тока, А

Напряжение на

дуге, В

Скорость

подачи

проволоки,

м/ч

Расход CO

2

,

л/мин

8-12

15-22

1,6-2

200-500

26-32

250-300

14-24

5.На

выбранном

режиме

по

нижнему

пределу

наплавить

валик

перпендикулярно

стыку

(l

=

150-160

мм),

фиксируя

время

горения

дуги,

напряжение, силу сварочного тока и показания счетчика расхода проволоки.

Длина расплавленной проволоки определяется как произведение показаний

счетчика (оборотов) на длину окружности подающего ролика.

6.Охладить пробу в воде, осушить и затем тщательно очистить от брызг и

шлака.

7.Взвесить пробу с наплавленным валиком и измерить его длину.

8.Увеличивая

силу

тока

примерно

на

100-150

А

и

сохраняя

при

этом

остальные параметры режима по возможности постоянными, наплавить еще

два валика на эту же пробу. Один из валиков наплавить на токе прямой

полярности.

9. Определить ширину шва по формуле:

b=ψ

пр

h. (1)

где: ψ

пр

- коэффициент формы провара, h - глубина провара, мм.

10. Определить величину выпуклости по формуле, если ψ

в

= 5-8:

c=b/ ψ

в

, (2)

где: ψ

в

- коэффициент формы валика.

11.Определить площадь сечения наплавленного металла по формуле:

F

н

=0.75bc.

(3)

12.Определить площадь сечения проплавленного металла по формуле:

F

пр

=0.75bh.

(4)

13.Определить долю основного металла по формуле:

γ=F

пр

/F

пр

+F

н

. (5)

14.Определить коэффициент наплавки по формуле:

α

н

=11.6±0.4.

(6)

15.Определить скорость сварки по формуле:

υ

св

н

I

св

/γF

н

.

(7)

16.Определить погонную энергию сварки по формуле:

q

п

= 155F

H

,

(9)

17.Заполнить таблицу расчетов:

Название

электрода

и его

диаметр

Вес пробы, г

Режим

Размеры валика, мм

Площадь, мм

2

Доля

основно-

го

металла в

металле

шва

Скоро-

сть

сварки,

м/ч

Погонная

энергия,

кал/см

До

наплавки

После

наплавки

Сила тока,

А

Напряже-

ние, В

длина

ширина

выпук-

лость

Глубина

провора

проплавле-

ния

наплавки

Контрольные вопросы:

1.Диссоциация СО

2

, ее влияние на условия горения дуги и выбор рода тока.

2.Почему для сварки в среде СО

2

низкоуглеродистой и низколегированной

стали требуется проволока с повышенным содержанием Mn и Si?

3.Почему при одинаковых условиях сварки коэффициент наплавки α

н

в

среде СО

2

больше, чем при сварке под слоем флюса?

4.Как влияет на качество шва размер капли, когда наблюдается струйный

переход металла с электрода в сварочную ванну?

5.Причины возникновения в швах пор.

6.Почему при сварке стыковых соединений с разделкой кроток в среде СО

2

угол раскрытия берется меньше, чем при сварке под слоем флюса?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта и примеры расчетов.

2)

Таблица записей и результатов расчета.

5. Вывод.

Лабораторная работа № 17

Тема:

Исследование

горения

дуги

и

формирования

металла

шва

при

ручной аргонодуговой сварке.

Цель: Изучить влияние параметров режима сварки нержавеющей стали в

среде аргона на производительность процесса, качество и форму шва.

Содержание работы.

П р и аргонодуговой

сварке постоянным током неплавящимся электродом

используют прямую полярность. Дуга горит устойчиво, обеспечивая хорошее

формирование

шва.

При

обратной

полярности

устойчивость

процесса

снижается,

вольфрамовый

электрод

перегревается,

что

приводит

к

необходимости

значительно

уменьшить

сварочный

ток.

Вследствие

этого

производительность

процесса

снижается.

При

автоматической

и

полуавтоматической сварках плавящимся электродом применяется постоянный

ток

обратной

полярности,

при

котором

обеспечивается

высокая

производительность процесса. Кроме того, при сварке алюминия, магния и их

сплавов происходит мощная бомбардировка поверхности сварочной ванны

положительными

ионами,

что

наряду

с

процессом

катодного

распыления

приводит к разрушению пленки оксидов алюминия и магния, облегчая процесс

качественной сварки без применения флюсов.

При

сварке

переменным

током

неплавящимся

электродом

необходимо,

чтобы источник тока имел более высокое напряжение холостого хода, что

обеспечивает

устойчивое

горение

дуги

и

стабилизирует

процесс

сварки.

Однако

в

связи

с

ограничением

напряжения

по

условиям

безопасности

применяют

ток

допускаемого

напряжения,

на

который

накладывается

ток

высокой частоты, включая в сварочную цепь осциллятор.

При сварке переменным током происходит частичное выпрямление тока

вследствие

различной

электронной

эмиссии

вольфрамового

электрода

и

свариваемого изделия. В периоды, когда вольфрамовый электрод является

катодом, электронная эмиссия имеет большую интенсивность, проводимость

дугового

промежутка

повышается,

а

напряжение

на

дуге

понижается.

Вследствие этого сварочный ток увеличивается. В периоды, когда катодом

является изделие, электронная эмиссия менее интенсивна, в результате чего

сварочный ток уменьшается. Ввиду этого появляется некоторая составляющая

постоянного тока, что приводит к уменьшению тепловой мощности дуги и

значительно

затрудняет

разрушение

оксидной

пленки

при

сварке

алюминиевых и магниевых сплавов и тем самым способствует образованию

поверхностных

и

внутренних

дефектов.

Поэтому

при

сварке

переменным

током

принимают

меры

по

устранению

или

снижению

составляющей

постоянного тока. Для этой цели в сварочную цепь последовательно включают

конденсаторную

батарею

100 мкФ

на

1

А

сварочного

тока

и л и

аккумуляторную

батарею

(положительный

полюс

батареи

присоединяют

к

электроду).

Применяется

также

последовательное

включение

в

сварочную

цепь активного сопротивления, но такая мера снижает устойчивость горения

дуги, и поэтому при такой схеме сварочной цепи приходится использовать

источники питания дуги с повышенным напряжением холостого хода до 120 В.

При

ручной

сварке

неплавящимся

электродом

возбуждение

дуги

производят

на

угольной

или

графитовой

пластинке

и

некоторое

время

разогревают

электрод,

а

затем

быстро

переносят

дугу

в

начало

разделки

кромок. При сварке переменным током возбуждение дуги осуществляют с

помощью осциллятора без короткого замыкания электрода на изделие.

При

полуавтоматической

и

автоматической

сварке

возбуждение

дуги

производят путем касания электродной проволокой вводной планки, которую

устанавливают для предупреждения дефекта в начале свариваемого шва.

Аргонодуговой

сваркой

можно

выполнять

швы

стыковых,

тавровых

и

угловых

соединений.

При

толщине

листов

до

2,5

мм

рекомендуется

производить сварку с отбор-товкой кромок. При малом зазоре порядка 0,1—0,5

мм

можно

сваривать

тонколистовой

материал

толщиной

0,4—4

мм

без

отбортовки и разделки кромок. При этом чем меньше толщина свариваемых

встык листов, тем меньше допустимый зазор. Листы толщиной 4— 12 мм

сваривают

с V-образной

разделкой

кромок

при

угле

разделки

50—70°.

Допустимый зазор в стыке составляет не более 1,0 мм. Расход аргона должен

обеспечить

надежную

защиту

электрода

и

металла

сварочной

ванны

от

воздействия воздуха. Следует учитывать конфигурацию свариваемого изделия,

чтобы при экономном расходовании газа создать хорошую защиту шва.

Рекомендуются следующие соотношения:

Диаметр вольфрамового

электрода, мм......................1,5—2,0 2,5—3 3,5—4 4,5—6

Диаметр выходного

отверстия сопла, мм..............5—7

7—9 9—12 12—14

Расход аргона, л/мин..............2—3

4—5

6—8 10—8

Ручную сварку листов малой толщины производят левым способом, при

котором

горелка

перемещается

по

шву

справа

налево.

Листы

большой

толщины (более 12 мм) сваривают правым способом, т.е. горелку ведут слева

направо. Ось мундштука горелки при сварке тонких листов (толщиной до 4

мм)

должна

составлять

с

поверхностью

свариваемых

листов

75—80°.

Присадочный пруток вводится в зону дуги под углом 10— 15° к поверхности

свариваемых листов, т. е. почти перпендикулярно оси мундштука горелки. При

сварке листов большей толщины ось мундштука горелки располагают почти

перпендикулярно

к

поверхности

свариваемых

листов.

Длина

дуги

при

аргонодуговой

сварке

небольшая

и

составляет

1,5—2,5

мм

при

длине

выступающего вольфрамового электрода в пределах 6—12 мм. Дугу следует

гасить постепенно, увеличивая дуговой промежуток. Подачу аргона в зону

дуги следует прекратить лишь спустя 10—15 секунд после гашения дуги,

чтобы защитить металл шва от воздействия воздуха до его затвердевания.

Автоматическая

и

полуавтоматическая

сварка

плавящимся

электродом

производится

при

постоянной

скорости

подачи

электродной

проволоки

независимо от напряжения дуги. Постоянство длины дуги поддерживается

автоматическим

саморегулированием.

Применяется

электродная

проволока

диаметром 0,5—2,0 мм. Листы толщиной до 5 мм соединяют стыковой сваркой

без разделки кромок, а при толщине листов более 5 мм производят У-образную

разделку шва с углом разделки 30— 50°.

Сварочный ток влияет на характер переноса металла в шов. С увеличением

тока капельный перенос металла электрода сменяется струйным, и глубина

проплавления увеличивается. Значение тока, при котором металл электрода

начинает

стекать

в

сварочную

ванну

в

виде

тонкой

струи,

называют

критическим.

Практика

показала,

что

при

сварке

алюминиевых

сплавов

критический ток составляет 70 А на 1 мм

2

сечения электродной проволоки, при

сварке сталей — 60-120 А на 1 мм

2

сечения проволоки.

Необходимые материалы:

1)Вольфрамовый электрод (d =2,5 - 3 мм)

2)Пластины из нержавеющей стали (200 х 100 х 10 мм).

3)Аргон.

Необходимое оборудование и оснащение:

1.Пост для сварки в среде аргона.

2.Циферблатные весы с гирями

3.Секундомер.

4.Переносные настольные тиски.

5.Специальная струбцина.

6.Бачок для охлаждения проб.

7.Пресс для излома проб.

8.Штангенциркуль.

9.Учебная и справочная литература:

Николаев А. А.Герасименко A. M., Электрогазосварщик - Р: Феникс, 2002.

Порядок выполнения работы:

1.Подготовить пост к работе.

2.Зачистить

пластины,

собрать

их

встык,

пользуясь

специальной

струбциной, и прихватить по торцам

3.Взвесить собранные пластины с точностью до 2 г.

4.Подобрать

режим

сварки

в

зависимости

от

диаметра

электрода

и

толщины пластины.

5.На

выбранном

режиме

по

нижнему

пределу

наплавить

валик

перпендикулярно

стыку

(l=150-160

мм),

фиксируя

время

горения

дуги,

напряжение, силу сварочного тока

6.Охладить пробу в воде, осушить и затем тщательно очистить от брызг и

шлака.

7.Взвесить пробу с наплавленным валиком и измерить его длину.

8.Увеличивая

силу

тока

примерно

на

100-150 А

и

сохраняя

при

этом

остальные параметры режима по возможности постоянными, наплавить еще

два валика на эту же пробу

9.Определить ширину шва по формуле:

b=ψ

пр

h, (1)

где: ψ

пр

- коэффициент формы провара, h - глубина провара, мм.

10. Определить величину выпуклости по формуле, если ψ

в

= 5-8:

c=b/ ψ

в

, (2)

где: ψ

в

- коэффициент формы валика.

11.Определить площадь сечения наплавленного металла по формуле:

F

н

=0.75bc,

(3)

12.Определить площадь сечения проплавленного металла по формуле:

F

пр

=0.75bh,

(4)

13.Определить долю основного металла по формуле:

γ=F

пр

/F

пр

+F

н

, (5)

14.Определить коэффициент наплавки по формуле:

α

н

=11.6±0.4,

(6)

15.Определить скорость сварки по формуле:

υ

св

н

I

св

/γF

н

,

(7)

16.Определить погонную энергию сварки по формуле:

q

п

= 155F

H

,

(9)

17.Заполнить таблицу расчетов:

Название

электрода

и его

диаметр

Вес пробы, г

Режим

Размеры валика, мм

Площадь, мм

2

Доля

основно-

го

металла в

металле

шва

Скоро-

сть

сварки,

м/ч

Погонная

энергия,

кал/см

До

наплавки

После

наплавки

Сила тока,

А

Напряже-

ние, В

длина

ширина

выпук-

лость

Глубина

провора

проплавле-

ния

наплавки

Контрольные вопросы.

1.Почему

при

постоянном

токе

обратной

полярности

устойчивость

процесса ручной аргонодутовой сварки снижается?

6)

Почему

при

сварке

переменным

током

происходит

частичное

выпрямление тока в следствии различной электронной эмиссии?

7)

Как

производят

ручную

аргонодуговую

сварку

листов

малой

и

большой толщины?

8)

Почему с увеличением тока капельный перенос металла электрода

сменяется струйным?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта и примеры расчетов.

2)

Таблица записей и результатов расчета.

5. Вывод.

Лабораторная работа №18.

Тема: Определение ферритной фазы в металле шва при сварке сталей

аустенитного класса с помощью ферритометра и расчетным путем.

Цель: Изучить методику определения феррита в металле шва по диаграмме

Шефлера и ферритометром.

Содержание работы.

Высоколегированные

стали

обладают

повышенными

механическим

свойствами,

жаропрочностью,

хорошей

окалиностойкостью,

стойкостью

против коррозии и воздействия агрессивной среды. Применение этих сталей в

промышленности

сильно

возросло

за

последние

годы.

Наибольшее

распространение

получили

стали

типа

18-8,

которые

отличаются

устойчивостью против воздействия воздуха и кислот. Они применяются для

изготовления конструкций, работающих при температурах до 600— 650°, в

редких случаях (если срок эксплуатации конструкции непродолжителен) при

более высоких температурах.

При сварке высоколегированной стали участки основно о металла, рас-

положенные

по

обе

стороны

от

шва,

подвергаются

нагреву.

В

участках,

длительное время находящихся под воздействием критических температур (450

—850

е

), может развиться межкристаллитная коррозия, заключающаяся в том,

что пограничные слои зерен пол действием агрессивной среды теряют свои

антикоррозийные

свойства.

Это

явление

есть

результат

обеднения

пограничных слоев зерен аустенита хромом вследствие выпадения сложных

карбидов

железа

и

хрома

по

границам

кристаллов

аустенита.

С

целью

уменьшения

склонности

стали

к

межкристаллитнои

коррозии

уменьшают

содержание в ней С или сокращают время пребывания металла в интервале

критических

температур.

К

сварным

соединениям

из

высоколегированных

сталей

предъявляются

повышенные

требования.

На

качество

сварных

соединений

существенное

влияние

оказывает

режим

сварки.

Чрезмерное

увеличение напряжения усиливает окисление Cr,

Ti,

V (ферритообразующих

элементов), так как чем длиннее дуга, тем труднее защитить зону сварки от

окружающего

воздуха.

Поэтому

сварку

аустенитной

стали

рекомендуется

производить короткой дугой.

Увеличение силы сварочного тока при неизменной скорости сварки влечет

за

собой

увеличение

объема

сварочной

ванны.

При

этом

наблюдается

укрупнение зерен металла шва, что повышает склонность к межкристаллитнои

коррозии и образованию горячих трещин, особенно в литых аустенитных

сталях.

Повышение скорости сварки даже при равной погонной энергии приводит

к

увеличению

скорости

кристаллизации

и

измельчению

структуры

шва.

Отсюда

следует,

что

погонная

энергия

значительно

влияет

на

свойства

околошовной зоны при сварке легированных и высоколегированных сталей.

Свойства сварного соединения во многом зависят и от структуры металла

шва. В двухфазном аустенито-ферритном шве первичный феррит залегает в

виде

отдельных

лепестков,

основная

масса

которого

образуется

внутри

кристаллов

и

лишь

небольшая

часть

по

границам

зерен

аустенита.

Вьшадение избыточной фазы, богатой хромом, будет происходить в местах

большого скопления феррита, т.е. внутри зерен. Агрессивная среда при этом,

проникая

в

глубь

металла

по

границам

зерен

аустенита,

будет

встречать

стойкие (необедненные хромом) кристаллы аустенита, избыточная фаза из

которых выпала внутрь кристалла.

Толщина

прослоек

между

зернами

аустенита

уменьшится,

и

стойкость

таких швов против межкристаллитнои коррозии и горячих трещин повысится

п о

с р а в н е н и ю

с

ч и с т о а у с т е н и т н ы м и

ш в а м и

( р и с . 1 ) .

Cr

экв

=%Cr + % Mo + 1,5· %Si +2 · %Al +2 ·%Ti +%Nb + %W+0,5· %Ta

Рис. 1. Структурная диаграмм сварных швов (по Шеффлеру).

Содержание феррита в сварных швах можно определить расчетным путем,

пользуясь диаграммой (рис. 1), или с помощью специального прибора —

ферритометра

Необходимые материалы:

1.Пластины из стали ЗОХГСА и 35 ХМ (100 х 100 х 10 мм)

2.Электроды марки НИАТ - 3 (d

эл

= 4 мм)

Необходимое оборудование и оснащение:

1.Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.

2)Ферритометр.

3)Точило.

4)Напильник.

5)Бачок с водой.

6)Учебная и справочная литература:

Акулов А.И. Технология и оборудование сварки плавлением и технической

резки. -М: Машиностроение, 2003.

Порядок выполнения работы:

Опыт 1. Определить количество феррита в металле наплавки на сталь

ЗОХГСА.

1)Зачистить пластины.

2)Подобрать силу сварочного тока по диаметру электрода:

I

св

=(30-40)d

эл

. (1)

3)Наплавить валик (l = 30 - 60 мм), отмечая силу тока сварочного тока,

напряжение и время горения дуги.

4)Охладить пластины. Зачистить от брызг и шлака.

5.Наждачным кругом или напильником подготовить на поверхности валика

площадку размером не менее 6х20 мм.

6.Ферритометром

определить

количество

феррита

в

наплавке

и

сопоставить

с

количеством

феррита

в

шве,

определенным

расчетом

по

диаграмме Шеффлера (рис.1). При определении количества феррита (α - фазы)

в шве расчетным методом химический состав металла наплавки может быть

рассчитан по формуле:

R

ш

=0, 35· %С, Мп, Si, Cr, Мо + 0, 65 · % С, Mn, Si, Cr, Мо

(2)

Определить эквивалент Cr и Ni по формулам:

Cr

экв

= % Cr + %Мо + 1,5 % Si

(3)

Ni

экв

= 30% С + 0,5 % Mn

(4)

7.Данные всех измерений и результаты расчетов занести в таблицу.

Материал

Марка

электрода

Режим

Содержание феррита в

шве, %

сила тока,

А

напряжение, В

время

горения

дуги, c

по

диаграмме

Шеффлера

по

показанию

прибора

Опыт 2. Определить, требуется ли подогрев при сварке встык двух деталей

толщиной 10 мм из стали 35ХМ.

1.Определить эквивалент углерода по формуле:

С

экв

=%С+%Mn/6+%Cr/5+%V/5+%Mo/4+%Ni/15+%Cu/13+%P/2 (5)

2.Полный эквивалент углерода с учетом влияния толщины определяется по

формуле:

С'

экв

= С

экв. х

(1 + 0,005 S)

(6)

3.Определить

температуру

предварительного

подогрева,

если

он

необходим:

_______

T

п

=350√С'

экв

-0.25

(7)

Контрольные вопросы:

1.Почему двухфазная сталь менее склонна к горячим трещинам?

2.Структурная диаграмма Шеффлера и ее практическое значение.

3.Что

такое

межкристаллитная

коррозия,

причины

ее

возникновения

и

методы предотвращения?

4.Почему

эквивалент

углерода

является

критерием

для

оценки

необходимости применения подогрева при сварке стали?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Расчет количества феррита в металле наплавки на сталь 30ХГСА.

2)

Расчет

эквивалента

углерода

и

температуры

предварительного

подогрева.

3)

Таблица записей и результатов расчета.

5. Вывод.

Лабораторная работа № 19

Тема: Наплавка твердых сплавов.

Цель: Изучить технологию и технику наплавки порошкообразных, литых и

электродных твердых сплавов на пластины.

Содержание работы.

В процессе, работы большое количество деталей механизмов, машин и

инструмента

выходят

из

строя

вследствие

истирания,

эрозии,

коррозии

и

кавитации. Ремонт изношенных и увеличение срока службы новых деталей

могут

быть

достигнуты

путем

придания

их

поверхности

особых

физико-

химических свойств за счет наплавки различных сплавов. Различают следующие

основные

группы

материалов

для

наплавки:

электродные,

литые

твердые

сплавы и порошкообразные смеси.

П о р о ш к о о б р а з н ы е

н а п л а в о ч н ы е

м а т е р и а л ы

представляют собой

механическую

смесь

зерен

металлов,

ферросплавов

и

металлических соединений с углеродом.

Наплавка порошкообразных материалов производится угольной дугой

постоянным током прямой полярности. Для этого небольшая часть очищенной

поверхности основного металла подформовывается пластинками из графита,

наносится

слой

прокаленной

буры

0,2—0,3

мм

и

слой

порошкообразного

материала 3—4 мм.

Дуга

возбуждается

на

основном

металле,

затем

переносится

на

порошкообразный

материал:

при

поступательно-зигзагообразном

движении

электрода производится одновременное расплавление шихты и основного ме-

талла.

Л и т ы е т в е р д ы е с п л а в ы — это сплавы элементов W, Cr, Ni, Si, С

с кобальтом (стеллиты В2К, ВЗК), а также элементов Cr, Ni, Mn, Si, С с железом

(сормайт 1, сормайт 2).

Для

электродуговой

наплавки

также

применяют

толстопокрытые

электроды, имеющие стержень из обычной, порошковой проволоки или литой.

Порошковые электроды более производительны, чем стержневые, и имеют более

высокий коэффициент усвоения Мп и С, так как при наплавке наполнитель

плавится быстрее, чем оболочка, что улучшает защиту расплавленного металла.

Порошковые электроды за счет изменения химического состава наполнителя

позволяют в большом диапазоне изменять химический состав наплавленного

металла.

Э л е к т р о д н ы е

т в е р д ы е

с п л а в ы

широко

применяются

в

настоящее время. При их использовании легирование металла наплавки может

производиться за счет стержня или наполнителя, за счет толстого покрытия или

комбинированным способом — за счет стержня и электродного покрытия.

Техника электродуговой ручной наплавки твердых сплавов не отличается

от наплавки валиков электродами из низкоуглеродистых сталей. Но наплавку

следует вести с малой погонной энергией, без колебаний электрода, в два-три

слоя с целью уменьшения доли основного металла в металле наплавки.

Необходимые материалы

1.Пластины из малоуглеродистой стали (100х100х10 мм).

2.Графитовые электроды.

3.Графитовые пластины.

4.Порошкообразный твердый сплав.

5.Электроды

марок

УОНИ-13/45,

Т-620,

ЦН-2,

ЦЛ-9,

12АН/ЛИВТ,

13КН/ЛИВТ,

порошковые

с

покрытием

УОНИ-13/45,

изготовленные

при

выполнении работы 5.

6.Ленточный электрод из стали 0Х18Н9Т или другой шириной 40—50 мм и

толщиной 0,5—0,7 мм.

7.Флюс АН-26.

8.Наждачная бумага.

9. Учебная и справочная литература:

Казаков Ю. В. Сварка и резка металлов-М: Academia, 2002.

Николаев А. А., Герасименко А. И. Электрогазосварщик-Р: Феникс, 2002.

Необходимое оборудование и оснащение:

1)С в а р о ч н ы й

п о с т

п о с т о я н н о г о

и

п е р е м е н н о г о

т о ко в

с

электроизмерительными приборами.

2)Автомат для сварки ленточным электродом,

3)Прибор для определения твердости.

4)Точило.

5)Пост для трехфазной сварки.

6)Напильники.

Порядок выполнения работ:

I.

Изучить

особенности

и

свойства

металла,

наплавленного твердыми

сплавами.

1.За несколько дней до выполнения работы в лаборатории преподаватель

поручает учащимся для электродов, которые будут использованы в работе,

принимая основной металл сталь Ст3:

а)

рассчитать

химический

состав

металла

наплавленных валиков, если у = 0,3;

б)

определить

для

каждой

наплавки

эквива ленты Ni

и

Cr, а по ним структуру металла по диаграмме Шеффлера;

в)

в зависимости

от

структуры

установить

твердо сть

металла, наплавленного данными электродами:

Твердость HB

Феррит

.......................... 80—120

Перлит зернистый.............. 160—190

Аустенит

170—220

Перлит пластинчатый

190—230

Перлит сорбитообразный 230—260

Сорбит

..............................

270—320

Троостит

.............................. 330—400

Троостомартенсит .............

400—600

Мартенсит

.......................

640—760

Цементит

.......................

820

2)Зачистить пластину.

3)Подобрать силу сварочного тока по диаметру электрода.

4)Наплавить

электродами

типа

Э-42А

валик

длиной

40—60

мм

на

пластину, отмечая силу сварочного тока, напряжение и время горения дуги.

5)После

охлаждения

обработать

поверхность

валика

и

определить

твердость наплавки.

6)Проделать пп. 2—5 данного опыта с электродами, принятыми в работе.

По указанию преподавателя, наплавка может быть выполнена электродом

другой марки или может быть двухслойной с замером твердости каждого слоя.

II. Изучить особенности технологии наплавки трехфазной дугой.

1.Зачистить

две

пластины,

собрать

их

встык,

пользуясь

специальной

струбциной, и прихватить по торцам.

2.Заготовить спаренные электроды для сварки трехфазной дугой, связывая

их попарно тонкой медной проволокой или шпагатом.

3.Подготовить бачок с водой для охлаждения пробы.

4.Закрепить спаренные электроды в электрододержатель для трехфазной

сварки.

5.Подобрать силу сварочного тока, чтобы в каждом электроде I

СВ

=

150-170 А

для d= 4 мм (в изделии ток должен быть минимальным).

6.Любым

из

спаренных

электродов

наплавить

на

собранные

пластины

валик длиной 60—80 мм поперек стыка, отмечая силу тока, напряжение и время

горения ДУГИ.

7.Охладить пробу в воде и замерить длину валика.

8.Руководствуясь п. 6, наплавить еще один валик другими

спаренными электродами и повторить п. 7.

9. Произвести излом пробы на ручном прессе.

10) Определить размеры валиков h, b, с на образцах.

11)Рассчитать F

н

, F

пр

, γ, v

св

, q

п

.

12)Определить твердость основного металла и наплавленных валиков.

13)Определить содержание Cr, Ni, Cu и Mn в наплавленном металле.

III.Произвести

наплавку

ленточным

электродом

под

слоем

флюса

на

автомате.

1)Зачистить пластины, собрать их встык, пользуясь специальной

струбциной, и прихватить по торцам.

2)Подготовить автомат к работе.

3)Подготовить бачок с водой для охлаждения пробы.

4)Подобрать режим сварки, вылет электрода.

5)Закрепить собранные встык пластины на сварочном столе, наплавить

валик поперек стыка.

6.Освободить пробу, удалить с нее нерасплавившийся флюс и охладить в

воде.

7. Повторить пп. 9—12 опыта. 2.

IV.

Изучить

особенности

и

свойства

наплавки

порошкообразных

материалов (не менее двух).

1)Зачистить пластину.

2)Подобрать силу сварочного тока 200—400 А по диаметру

угольного электрода 8—16 мм.

3)Выформовать на пластине площадку размером 30х50 мм, нанести на нее

слой буры толщиной 0,2—0,3 мм и порошкообразного сплава 3—5 мм.

4)Закрепить угольный электрод в держатель. Произвести наплавку, отмечая

силу тока, напряжение и время горения дуги.

5)После охлаждения пробы в воде обработать поверхность на точиле, затем

наждачной бумагой и определить твердость.

Данные всех измерений и результаты расчетов занести в таблицу:

Материал

Режим

Размеры валика, мм

Площадь мм

2

Доля

основного

металла в

металле

наплавки

Скорость

перемещения

дуги, см/с

Погонная

энергия,

кал/см

Твердость НВ

по

структурны

м данным

по прибору

Среднее

значение

Сила

тока, А

Напряже

ние, В

Время

горения

дуги, с

Длина

Ширина

Выпукло-

сть.

Глубина

провара

Проплав

ления

Наплавки

замер 1

замер 2

Контрольные вопросы:

1. В каких случаях применяют наплавку твердыми сплавами

в промышленности и виды материалов для наплавок?

2. Какие вы знаете три системы компоновки электродных материалов

для получения

наплавленного

металла

с

особыми

физико-

механическими свойствами?

3. Из каких операций слагается технологический процесс наплавки

твердых порошкообразных сплавов?

4. Назначение порошковых электродов, порошковой проволоки и область

их применения.

5. Способы механизированной наплавки твердых сплавов, преимущества

наплавки ленточным электродом.

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Особенности

и

свойства

металла,

наплавленного

твердыми

сплавами.

2)

Особенности технологии наплавки трехфазной дугой.

3)

Особенности наплавки ленточным электродом под слоем флюса на

автомате.

4)

Особенности и свойства наплавки порошкообразных материалов.

5. Вывод.

Лабораторная работа №20.

Тема: Исследование процесса сварки чугуна.

Цель: Изучить влияние различных методов электродуговой сварки чугуна

на качество сварного соединения.

Содержание работы.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода

свыше

2%.

Благодаря

хорошим

литейным

свойствам

и

сравнительно

невысокой стоимости он находит широкое применение в машиностроении. В

зависимости от состояния С и скорости охлаждения чугун разделяют на белый

и серый.

Твердость

является

важной

характеристикой

чугуна;

она

зависит

от

структуры,

легирующих

примесей

и

размера

графитных

включений.

Наименьшую твердость имеют ферритные чугуны, в которых почти весь С

находится в свободном состоянии, перлитный чугун с пластинчатым графитом

имеет НВ 220—240, чугун с мартенситнои металлической основой имеет НВ

400—500, а структура цементита НВ 750. Наибольшее применение в народном

хозяйстве имеют серые чугуны. Сварка серых чугунов производится двумя

способами.

Горячая

сварка

это

способ,

при

котором

о суще ствляются

предварительный

и

сопутствующий

нагревы

изделия

до

600—700°

С

с

последующим медленным охлаждением. Такой процесс уменьшает скорость

охлаждения металла сварочной ванны и околошовной зоны, что обеспечивает

полную графитизацию металла шва и отсутствие отбела в околошовной зоне, а

также исключает возможность появления сварочных напряжений.

Холодная сварка — это сварка без предварительного нагрева изделия. Этот

способ требует меньших затрат, при этом имеется возможность варьировать в

больших пределах химическим составом металла шва. Но при наложении

валика на холодную поверхность чугуна вследствие быстрого отвода тепла

металл наплавленного валика получится твердым и хрупким. В околошовной

зоне на первом участке неполного расплавления, ограниченном температурами

1150—1250° С, при большой скорости охлаждения образуется белый чугун, а

на втором участке, где при нагреве от наплавки валика образовался аустенит,

большая скорость охлаждения и химический состав чугуна приводят к его

переохлаждению с образованием твердой и хрупкой структуры мартенсита.

Существует много методов холодной сварки чугуна. Рассмотрим некоторые

из них.

Сварка чугуна стальными электродами — это наиболее доступный метод

сварки.

При

сварке

стальными

электродами

с

обычными

покрытиями

вследствие

проплавления

чугуна

на

некоторую

глубину

в

металле

шва

значительно

возрастает

содержание

С.

Быстрое

охлаждение

металла

шва,

имеющее

место

при

холодной

сварк

с

чугуна,

приводит

к

повышению

твердости (закалке) шва и отбеливанию околошовной зоны.

Сварка чугуна стальными электродами с карбидообразующими элементами

в покрытии приводит к тому, что С, поступающий в шов из основного металла,

связывается

в

труднорастворимые

мелкодисперсные

карбиды

(обычно

ванадия), содержащиеся в электродном покрытии, и структура шва получается

ферритной с включениями мелкодисперсных карбидов. Так, электроды марки

ЦЧ-4,

в

покрытие

которых

вводится

70%

феррованадия,

обеспечивают

наплавленный

металл

с

содержанием V

9—10%,

При

сварке

чугуна

электродами из малоуглеродистой стали для улучшения качества сварного

соединения

рекомендуется

применять

электроды

малого

диаметра

и

пониженную силу сварочного тока, что уменьшает тепловое воздействие на

чугун.

Сварку необходимо вести короткими участками, вразброс (по наиболее

холодному месту) с перерывами, чтобы температура детали вблизи места

сварки не превышала 50—60° С, валиками малого сечения.

Сварка

комбинированными

медно-сталъными

эл ектродами. В

производстве

широкое

применение

нашли

различные

варианты

комбинированных медно-стальных электродов, в частности медный стержень

с

толстым

покрытием,

содержащим

железный

порошок

(электроды

марки

ОЗЧ-1) и пучок из медных и стальных электродов. Сварка такими электродами

дает

более

удовлетворительные

результаты

по

сравнению

со

сваркой

электродами из малоуглеродистой стали. Пучок электродов обычно собирается

из

одного

электрода

типа

Э-42

и

двух

прутков

меди.

Отбеливание

околошовной

зоны

при

сварке

этими

электродами

уменьшается

за

счет

повышенного

содержания

меди

в

сварочной

ванне,

которая

является

графитизирующям элементом, но полностью не устраняется.

Сварка электродами из никелевых сплавов ведется короткими 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

(монель-металл

содержит Ni

60—

70%

и

Си

25—30%)

уменьшает отбеливание околошовной зоны. Сварку необходимо производить

при небольшой силе тока обратной полярности валиками малых сечений.

Сварка чугуна порошковой проволокой — это механизированный способ,

позволяющий не только повысить производительность труда, но и облегчить

условия

труда,

особенно

при

горячей

сварке

чугуна.

В

настоящее

время

применяются три типа порошковых проволок: ППЧ-1 для холодной сварки

серого чугуна; ППЧ-2 для сварки серого чугуна с подогревом; ППЧ-3 для

горячей

сварки

серого

чугуна.

Сварку

порошковой

проволокой

можно

выполнять на полуавтоматах проволокой диаметром 3 мм.

Необходимые материалы:

1)Чугунные пластины [ 100 х 100 х(10—16) мм].

2)Электроды типа Э-42.

3)Медные стержни ( d =3 - 4 мм)

4)Электроды ЦЧ - 4, МНЧ-1, ОМЧ - 1.

5)Тонкая медная проволока для связки электродов в пучок.

6)Термокарандаши.

Необходимое оборудование и оснащение:

1.С в а р о ч н ы й

п о с т

п о с т о я н н о г о

и

п е р е м е н н о г о

т о к а

с

электроизмерительными приборами.

2.Прибор для определения твердости.

3.Секундомер.

4.Весы циферблатные с гирями.

5.Точило.

6.Напильник.

7.Струбцина специальная для сборки и пробы.

8.Ручной пресс для излома проб..

9.Приспособление для размещения образцов перед сваркой..

10.Учебная и справочная литература;

Николаев А. А., Герасименко А. И. Электрогазосварщик - Р: Феникс, 2002.

Порядок выполнения работы:

Изучить

влияние

марки

электродов

и

подогрева

на

форму

и

размеры

валика, качество и твердость металла наплавки и околошовной зоны.

1.Зачистить чугунные пластины.

2.Прихватить их по торцам, пользуясь специальной струбциной.

3.Заполнить водой ванночку приспособления для сварки и уложить в нее

пробу (рис.1).

Рис. 1.

Приспособление для сварки проб из чугунных пластин: 1 — вода для

охлаждения проб, 2 — собранная проба.

4.Подобрать силу сварочного тока I

св

= (35 - 40) d.

5.Наплавить

валики l

=

50

-

60

мм

перпендикулярно

к

стыку

без

поперечных

колебаний

электродами

разных

марок,

при

соответствующих

режимах, отмечая силу тока, напряжение на дуге и время ее горения. Наплавку

каждого

валика

производить

только

на

охлажденную

до

комнатной

температуры пробу.

6.Замаркировать каждый валик.

7.Зачистить пробу от шлака и брызг, определить качество наплавки по

внешнему виду.

8.Измерить длину каждого валика.

9.Произвести излом пробы на ручном прессе.

10.Определить размеры валиков на пробе по формуле:

b=ψ

пр

h, (1)

где: ψ

пр

- коэффициент формы провара, h - глубина провара, мм.

На другой половине пробы определить твердость каждого наплавленного

валика и околошовной зоны.

Рассчитать

площади

сечения

наплавленного

валика

и

проплавленного

металла:

F

н

=0.75bc,

(2)

F

пр

=0.75bh,

(3)

13.Определить долю основного металла по формуле:

γ=F

пр

/F

пр

+F

н

, (4)

14.Рассчитать коэффициент наплавки:

α

н

=11.6±0.4,

(5)

15.Рассчитать скорость сварки и погонную энергию сварки по формулам:

υ

св

н

I

св

/γF

н

,

(6)

q

п

=155F

н

,

(7)

Данные всех измерений и результаты расчетов занести в таблицу.

Марка и

диаметр

электро-

да

Режим

Размеры валика мм

Площадь,

мм

2

Доля

основно-

го

металла

Ско-

рость

сварки

м/ч

Пого-

нная

энер-

гия,

кал/см

Твер-

дость,

НВ

Сила тока,

А

Напряже-

ние, В

Время

горения

дуги, с

длина

шири-

на

выпук-

лость

Глуби-

на

прова-

ра

пропла-

вления

наплав-

ки

Контрольные вопросы:

1.Чугун и его разновидности.

2)Основные трудности сварки чугуна.

3)Участки зоны термического влияния при холодной сварке чугуна и их

характеристика.

4)Основные технологические особенности холодной сварки чугуна.

5)Особенности и преимущества сварки чугуна порошковой проволокой.

6)Операции, составляющие процесс горячей сварки чугуна.

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

1)

Методика постановки опыта.

2)

Таблица записей и результатов расчета.

5. Вывод.

Лабораторная работа №21

Тема: Исследование процесса сварки цветного металла.

Цель: Изучить процесс сварки алюминия и его сплавов.

Содержание работы

Алюминий и его сплавы получили широкое распространение в различных

отраслях

промышленности

благодаря

малому

удельному

весу,

высоким

механическим

свойствам,

высокой

коррозионо

стойкости

и

хорошей

свариваемости.В

настоящее

время

алюминий

и

его

сплавы

широко

применяются

для

изготовления

разных

сварных

конструкций,изделий

из

сосудов.Кроме проката А1 применяется в виде литья поэтому дефекты литья

обычно исправляют сваркой.

Основным

затруднениями

при

сварке Al

является

присутствие

на

поверхности металла тугоплавкой плотной окисной пленки Al

2

O

3

пл

=2050° С,

γ=3.9

г/см

3

),

толщина которой

увеличивается

стечением

времени

и

с

повышением

теипературы.

Большие

значения

коэффицентов

линейного

расширения и теплопроводности часто приводят к деформациям, а иногда и к

трещинам в сварных соединениях из Al и его сплавов.

Алюминевые сплавы могут быть сварены всеми существующими видами

сварки.

Выбор

способа

сварки

зависит

от

технических

требований,

конструктивных особенностей и технико-экономических соображений.

Сварку Al угольным электродом производят в исключительных случаях при

изготовлении

неответственных

конструкций.

Угольным

электродом

сваривается металл толщиной от 1.5 до 15 мм и завариваются дефекты литья.

Листы

толщиной

до

3

мм

свариваются

без

присадочного

материала

по

отбортовке, до 8 мм - свариваются встык без подготовки кромок, свыше 8 мм -

свариваются с подготовкой кромок.

Присдочный материал берется того же состава что и основной или же

применяются сплавы, содержащие Si до 5%. Во всех случаях применяются

флюсы,

которые

наносятся

на

присадочный

материал

и

на

свариваемые

кромки. Травление кромок не требуется.

Схема

сварки Al

угольной

дугой

приведена

на

рис.

1.

При

сварке

поперечные

колебания

не

рекомендуются.

При

больших

толщинах

применяются двух-трехслойные швы и подогреваются кромки дугой до t=250-

300

0

С. Сварку производят на графитовых, медных или стальных подкладках,

постоянным током прямой полярности при определенных режимах (табл. 1).

Сварка А1 металлическим плавящимся электродом - наиболее дешевый и

наиболее

простой

способ.

Этот

способ

рекомендуется

применять

при

изготовлении

конструкций

из металла толщиной более 3 мм. Электродные

стержни берутся обычно тогоже химического состава, что и основной металл.

Для

сварки

применяются,

электроды

марок

ОЗА

-

1

и

АФ

-

4аКр.

Алюминиевые

сплавы

свариваются

в

инертных

газах

неплавящимся

вольфрамовым электродом и плавящимся электродом. При сварке аргоно -

дуговой сварке разрушение окисной пленки происходит за счет катодного

распыления.

Рис. 1. Сварка Al угольной дутой.

Таблица 1. Режимы сварки Al.

Толщина листов,

мм.

Диаметр

присадочной

проволоки

Диаметр

электрода,мм.

Сила тока,

А

2-4

3-5

8

120-200

4-7

4-6

10-12

200-280

7-10

6-7

12-15

280-370

10-15

7-10

15

370-500

Рис.2 Схема аргоно - дуговой сварки неплавищимся электродом:

1 - свариваемое изделие, 2 - присадочный пруток, 3 - защитный газ,

4 -горелка, 5 - вольфрамовый электрод, 6 - сварочная дуга,

7 -наплавленный металл.

При сварке тонких материалов неплавящимся электродом без присадки или

с присадкой в один проход горелку перемещают справа на лево углом вперед.

Присадка подается короткими возвратно - поступательными движения ми и

должна находится под возможно меньшим углом к изделию. Конец прутка

опирается на край расплавленной ванны. Однопроходная сварка выполняется

без колебательных движений присадочная проволока берется того же состава

что и основной металл. Поверхность свариваемого изделия и присадочной

проволоки подготавливается под сварку. Для сварки применяется Ar ГОСТ

10157-62

(Ar

99.96%).

Сварка

вольфрамовым

электродом

ведется

на

переменном токе при определенных режимах указанных в таблица 2. При

стыковой сварке металла толщиной 1-1,5 мм.с отбортовкой без присадки сила

тока снижается на10-15%.

Таблица 2. Режимы сварки алюминиевых сплавов.

Толщина

металла, мм.

Сила тока,

А

Диаметр

электрода, мм.

Диаметр

присадочной

проволоки , мм

Расход Аг,

л/мин

2

4

90-120

140-200

2-3

3-4

2-3

3-5

5-7

7-9

Необходимые материалы:

1)Пластины из алюминия (100х100х8 мм).

2)Угольные электроды.

3)Флюс.

4)Алюминиевые прутки (d = 2 - 4 мм).покрытые тонким слоем флюса.

Необходимое оборудование и оснащение:

1.Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.

Секундомер.

Весы циферблатные с гирями.

Наждачная бумага.

Бачок с водой.

Штангенциркуль.

Линейка.

Пресс для излома проб.

Специальная струбцина.

10.Учебная и справочная литература:

Казаков Ю. В. Сварка и резка материалов - М: Academia, 2002.

Порядок выполнения работы:

Сварка Al угольным электродом.

1.Собрать пластины в спец струбцине, прихватить их по торцам и взвесить.

2.Определить вес присадочного прутка.

3.Подобрать по толщине свариваемого материала диаметр электрода, а по

диаметру электрода силы сварочного тока (таблица 1).

4.Нанести флюс на разделку.

5.Наплавить валик поперек стыка, фиксируя силу тока, напряжение и время

сварки.

6.Охладить

пробу

в

воде,

очистить

от

шлака,

взвесить

пробу

с

наплавленным валиком, определить, вес остатка прутка.

7)Сломать пробу на прессе, определить глубину провара и качество шва по

внешнему виду.

8)Расчитать коэффицент плавления и наплавки:

α

э

=G

э

3600/I

св

t, (1)

α

н

=G

н

3600/I

св

t. (2)

9. Определить производительность сварки:

G

н

н

I

св

t/1000. (3)

Контрольные вопросы

1)Факторы, затрудняющие сварку А1 и его сплавов.

2)Особенности технологии ручной сварки А1 угольным и металлическим

электродом.

3)Особенности аргоно - дуговой сварки А1 и его сплавов неплавящимся

электродом, почему она производится на переменном токе?

4)Какие приемущества имеет механизированная сварка А1 и его сплавов

плавящимся электродом?

5)Почему

при

сварке

деформируемых

сплавов

А1,

упрочненных

термической

обработкой,

прочность

в

зоне

термического

влияния

уменьшается?

Отчет должен содержать:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Необходимые материалы и оборудование.

4. Порядок выполнения работы:

3)

Методика постановки опыта.

4)

Расчет коэффициентов плавления, наплавки, производительности.

5. Вывод.

ТЕСТЫ

Тест №1

1. К электрической сварке плавлением относится вид сварки:

1) электронно-лучевая

2) контактная

3) трением

4) взрывом

2.

Наиболее

производительным

видом

сварки

плавления

при

производстве аппаратов химического машиностроения является:

1) ручная электродуговая

2) полуавтоматическая

3) автоматическая

4) электрошлаковая

3. Какие виды сварки плавлением производятся без участия сварочной

дуги?

1) автоматическая

2) полуавтоматическая

3) электрошлаковая

4) ручная

4. К термическому классу не относится:

1) дуговая сварка

2) световая сварка

3) сварка трением

4) газовая сварка

5. Что является определяющим при формировании металла шва?

1) подготовка поверхностей свариваемой детали

2) подготовка кромок

3) величина зазора

4) защита сварной ванны

6. Какой из параметров в большей степени влияет на формирование шва?

1) длина дуги

2) сила тока

3) напряжение

4) тепловая мощность

7.

Какой

элемент,

входящий

в

покрытие

электрода,

влияет

на

стабилизацию сварочного процесса?

1) марганец

2) хром

3) фосфор

4) углерод

8. По принципу действия дуга не бывает:

1) обратная

2) прямая

3) косвенная

4) комбинированная

9. От каких параметров в наибольшей степени зависит КПД сварочной

дуги?

1) силы тока

2) эффективной силовой мощности

3) напряжения

4) электрической энергии

10. Какие факторы влияют на перенос металла в сварочную ванну?

1) магнитное поле

2) электрическое поле

3) плотность тока

4) сила тока

Тест №2

1. Какой из газов является причиной образования холодных трещин в

металле?

1) азот

2) кислород

3) углекислый газ

4) водород

2.

Какой

элемент,

входящий

в

покрытие

электрода,

влияет

на

стабилизацию сварочного процесса?

1) марганец

2) хром

3) фосфор

4) углерод

3. При автоматической сварке под флюсом правильным является выбор

источника питания с вольтамперной характеристикой:

1) падающей

2) возрастающей

3) пологопадающей

4) жесткой

4. При сварке легированных сталей целесообразно применять защитные

газы:

1) углекислый газ

2) аргон

3) гелий

4) смеси

5.

В

качестве

связующих

элементов

в

покрытиях

электродов

используется:

1) полевой шлак

2) целлюлоза

3) кремнезем

4) жидкое стекло

6. Какой вид покрытия электродов при ручной дуговой сварке наиболее

благоприятно влияет на формирование шва?

1) кислое

2) основное

3) рутиловое

4) целлюлозное

7. Для сварки углеродистых сталей применяют флюсы марки:

1) ОСЦ

2) АН-348А

3) АНЦ-12

4) АН-26С

8. При ручной

д у г о в о й

с в а р к е

ко н с т р у к ц и й

х и м и ч е с к о г о

машиностроения на постоянном токе используется:

1) прямая полярность

2) обратная полярность

3) импульсное питание

4) конденсаторное питание

9. Какие факторы влияют на перенос металла в сварочную ванну?

1) магнитное поле

2) электрическое поле

3) плотность тока

4) сила тока

10.

От каких параметров в наибольшей степени зависит КПД сварочной

дуги?

1) силы тока

2) эффективной тепловой мощности

3) напряжения

4) электрической энергии

Тест № 3

1. Выделением чего характеризуется сварочная дуга?

1) тепловой энергии

2) сильным световым эффектом

3) образованием трещин

4) ферромагнитными массами

2. Анодная зона находится в воздухе

1) в детали

2) в электроде

3) в воздухе

4) в сварочной дуге

3. Какой не бывает вольтамперная характеристика дуги?

1) падающей

2) жесткой

3) возрастающей

4) комбинированной

4. Какой не бывает дуга по принципу действия?

1) обратного действия

2) прямого действия

3) косвенного действия

4) комбинированного действия

5. При сварке плавлением сварка осуществляется за счет:

1) выделения энергии

2) трения

3) взрыва

4) давления

6. Ферромагнитные массы и магнитные поля вызывают:

1) удлиненность сварочной дуги

2) прерываемость сварочной дуги

3) укорачивание сварочной дуги

4) отклонение сварочной дуги

7. В какой зависимости находятся поперечные сечения однопроходного и

многопроходного шва, выполненные дуговой сваркой?

1) в прямой зависимости

2) в обратной зависимости

3) в косвенной зависимости

4) в комбинированной зависимости

8.

Какой

элемент,

входящий

в

покрытие

электрода,

влияет

на

стабилизацию сварочного процесса?

1) марганец

2) хром

3) фосфор

4) углерод

9. Какие факторы влияют на перенос металла в сварочную ванну?

1) магнитное поле

2) электрическое поле

3) плотность тока

4) сила тока

10. Вольтамперная характеристика дуги - это зависимость между:

1) электродом и изделием

2) силой тока и напряжением

3) ферромагнитными массами и сопротивлением

4) напряжением и сопротивлением

Тест №4

1. Какой из газов активно окисляет жидкий металл?

1) азот

2) кислород

3) углекислый газ

4) водород

2.

Какая

из

приведенных

сварочных

проволок

расшифровывается

следующим

образом:

проволока

сварочная

с

содержанием

углерода

0,08%,

марганца 2%, кремния до 1%?

1) Св – 07Х2С

2) Св – 08ГС

3) Св – 08Г2С

4) Св – 08ГА

3.

Какой

элемент,

входящий

в

покрытие

электрода,

влияет

на

стабилизацию сварочного процесса?

1) марганец

2) хром

3) фосфор

4) углерод

4.

Какие из видов веществ, входящих в состав электродной обмазки,

составляют основную часть покрытия?

1) шлакообразующие

2) газообразующие

3) легирующие

4) стабилизирующие

5. Какие факторы влияют на перенос металла в сварочную ванну?

1) магнитное поле

2) электрическое поле

3) плотность тока

4) сила тока

6.

От каких параметров в наибольшей степени зависит КПД сварочной

дуги?

1) силы тока

2) эффективной тепловой мощности

3) напряжения

4) электрической энергии

7. Для сварки теплоустойчивых сталей используют электроды марок:

1. УОНИ

2. АНО

3. ЦЛ

4. ДСК

8. К механическому классу относится:

1) газовая сварка

2) холодная сварка

3) дуговая сварка

4) диффузионная сварка

9. По каким признакам не разделяются флюсы?

1) по способу изготовления

2) по назначению

3) по химическому составу

4) по механическим свойствам

10.

В

качестве

связующих

элементов

в

покрытиях

электродов

используется:

1) полевой шлак

2) целлюлоза

3) кремнезем

4) жидкое стекло

Тест № 5

1. К термомеханическому классу не относится:

1) контактная сварка

2) газовая сварка

3) печная сварка

4) ручная дуговая сварка

2. Сварное соединение листовых конструкций, выполненное дуговой

сваркой, является более качественным при следующем способе сварки:

1) ручной

2) полуавтоматической

3) электрошлаковой

4) автоматической

3. По каким признакам не подразделяются флюсы?

1) по способу изготовления

2) по назначению

3) по химическому составу

4) по механическим свойствам

4. Какой из газов способствует старению шва и образованию пор в шве?

1) азот

2) водород

3) аргон

4) углекислый газ

5.

Какое

покрытие

электрода

имеет

некоторые

шлакообразующие

компоненты в виде шпата, магнезита?

1) основное

2) рутиловое

3) целлюлозное

4) плавиковое

6. Каким методом выплавляют сварочную проволоку?

1) электрошлаковым

2) дуговым

3) вакуум – дуговым

4) вакуум – индукционным

7.

Какая

из

приведенных

сварочных

проволок

расшифровывается

следующим

образом:

проволока

сварочная

с

содержанием

углерода

0,08%,

марганца до1%, кремния до 1%?

1) Св – 07Х2С

2) Св – 08ГС

3) Св – 08Г2С

4) Св – 08ГА

8. Выделением чего характеризуется сварочная дуга?

1) тепловой энергии

2) сильным световым эффектом

3) образованием трещин

4) ферромагнитными массами

9. Анодная зона находится в воздухе

1) В детали

2) В электроде

3) В воздухе

4) В сварочной дуге

10. Устойчивое горение сварочной дуги обеспечивают:

1) электрическое поле

2) магнитное поле

3) ферромагнитное поле

4) сварочные материалы

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Чернышов Г. Г. Технология электрической сварки плавлением - М:

Academia, 2006.

2. Казаков Ю. В. Сварка и резка материалов – М.: Academia, 2002.

3. Маслов В. И. Сварочные работы – М.: ПрофОбрИздат, 2002.

4. Колганов Л. А. Сварочное производство - Р: Феникс, 2002.

5. Николаев А. А., Герасименко А. И. Электрогазосварщик – Р.: Феникс,

2002.

6. Левадный В. С., Бурлака А.П. Сварочные работы – М.: Аделант, 2002.



В раздел образования




Яндекс.Метрика