Сварка

лока 1 прижимается к ролику 3 другим роликом 4 и за счет сил трения подается из кассеты 5 в зону горения дуги через токоподводящий медныймундштук. Подслоемфлюса6 электродкасаетсяизделия7, возбуждается дуга и начинается процесс сварки. Сварочная головка имеет систему обратной связи, корректирующую скорость подачи электродной проволоки Vэ в зависимости от напряжения дуги U. Действительно, согласно представленной схеме двигатель подачи электродной проволоки Д питается постоянным током от специального генератора Г, имеющего две встречно включенные обмотки возбуждения W1 и W2. Обмотка W1 питаетсяотпостороннегонезависимогоисточникапостоянноготока. Ток в этой обмотке и создаваемыйим магнитный поток Ф1 устанавливаются с помощью реостата R. Обмотка W2 через селеновый выпрямитель В питаетсяотзажимовсварочнойдугиисоздаетмагнитныйпотокФ2, противоположный по направлению магнитномупотоку Ф1 обмотки независимого возбуждения W1.

5

1

R

Рис. 2.2. Схема автоматической сварочной головки:

1 – сварочная проволока; 2 – скользящий контакт; 3 – ведущий ролик; 4 – прижимной ролик; 5 – кассета с проволокой; 6 – флюс; 7 – изделие;

В– выпрямитель; Р – редуктор; А – электродвигатель постоянного тока;

Г– генератор; ИТ – источник тока

21

РезультирующиймагнитныйпотокФр= Ф2 – Ф1 определяетвеличину напряжения Ur иполярность на клеммах генератора Г, а следовательно частоту и направление вращения вала двигателя Д. Например, при укорочении дуги напряжение дуги U станет меньше своего номинальногозначенияU0. Вследствиеэтогоуменьшаютсямагнитный поток Фг, результирующий магнитный поток Фр и напряжение генератора Ur. Падение напряжения на якоре двигателя головки Д уменьшит частоту еговращения, подачаэлектроднойпроволокизамедлится, длинадугивосстановится. Следовательно, все изменения длины дуги отражаются на режиме работыгенератораГ и двигателя Д таким образом, что скорость подачи электроднойпроволокиV0 оказываетсяравнойскорости ееплавленияVпл. Автоматическиеголовкиэтоготипапоявилисьраньшедругих и используются в сварочных автоматах типа АДС-1000, АДФ-1201, АДФ-1001 идр. Вследствиесложностиэлектрическойсхемыизатрудненийв эксплуатацииавтоматыспринудительнымрегулированиемдлиныдугицелесообразно использовать при небольших плотностях тока 15...25 А/мм2, дающихскорость плавленияэлектроднойпроволоки0,5...1 м/мин.

Автоматическая сварочная головка с независимой (постоянной) скоростью подачи электродной проволоки

Устройствосварочныхголовокэтоготипаоснованонаиспользовании явления саморегулирования длины дуги. Для обеспечения хорошей динамикивосстановленияноминальногозначениядлиныдуги(режимасварки)

вголовкахприменяютповышеннуюплотностьтока(более25 А/мм2) иисточники питания дуги с пологопадающей внешней характеристикой. Для понимания сущностиявлениясаморегулированиядлиныдуги необходимо

всистеме координат напряжение–ток изобразить полого падающую внешнюю характеристику источника тока и три вольтамперные статические

характеристикидуги, соответствующиетремразнымдлинамдуг: L1, L2, L3, причем L3 < L1 < L2. Точки пересечения характеристик отражают соответствующиережимысварки. Дляноминальногорежимасварки, устанавливаемогодляполученияшвазаданнойформыиразмеров, L = L1, U = U1, I = I1.

Врассмотренном случае система обратной связи для регулирования скорости подачи электродной проволоки не нужна, поэтому электрическаясхема иконструкция сварочной головкинамного упрощаются– становятся болеекомпактнымии надежными. Головкис постоянной независимой скоростью подачи электродной проволоки используются

всварочных автоматах типа АДФ-1002 (TC-I7 М), АДГ-300 и др.

22

Автоматическая сварочная головка является основным элементом механизированных систем сварки (полуавтомата и автомата). В полуавтоматах механизирована только подача проволоки в зону горения дуги, перемещениедугивдольизделияосуществляетсявручную. Приавтоматической – механизированы оба движения: подача проволоки и перемещение дуги вдоль изделия. Механизированные системы сварки, кроме сварочной головки, включают источники тока, блоки управления и другие элементы в зависимости от назначения системы.

Сварочныйавтомат длясварки под флюсом состоитиз следующих основных элементов (рис. 2.3). Сварочная головка 1 перемещается посредствомспециальнойсистемыдвижения(вчастности, самоходнойтележки), называемой кареткой 2, которая может либо иметь отдельный электропривод, как у автомата типа АДФ-1201, либо использовать двигатель подачи проволокисотбороммощностинадвижениекаретки, как уавтомататипаАДФ-1001. Самоходнаякареткаснавешеннойавтоматической головкой получила название «сварочный трактор».

3

2

5

Рис. 2.3. Блок-схема сварочного автомата:

1 – сварочная головка; 2 – каретка; 3 – пульт управления; 4 – шкаф управления; 5 – изделие; 6 – источник питания; 7 – бункер с флюсом

Для удобства работы на сварочном тракторе укрепляют пульт управления 3, электрически связанный со шкафом илиблоком управления 4. Шкаф управления является главным организующим центром автомата. Онобеспечиваетопределеннуюпоследовательностьвыполнениятехнологическихкоманд: включениеисточника6, возбуждениедуги, выход

23

на рабочий режим сварки, начало и окончание движения трактора, заваркукратераивыключениеисточникатока. Флюсвзонусваркиподают из бункера 7.

Следующим этапом в изучении устройства аппаратов является ознакомление с натурными образцами автоматов АДС-500 и АДС-1000, их техническими характеристиками, правилами подключения и технической безопасности при работе на них.

Настройкааппарата типа АДС-500 назаданный режимработы выполняется под руководством учебного мастера в следующей последовательности.

Подготовкаавтоматаксварке. Студентыподруководствомучебногомастеранастраиваютдвижениеавтоматавдольшванахолостомходу таким образом, чтобы проволока по всей длине намеченного пути наплавки не имела смещений от ее направления. Устанавливают токоподвод в начале шва.

Нажатиемкнопок«вниз» или«вверх» осуществляютподачуэлектроднойпроволокивтоместоосновногометалла, гдедолженначинаться сварной шов. После чего включают тумблер «сварка» и открывают бункер с флюсом.

Установка напряжения и тока сварки. На аппаратах типа АДС-500 предусмотрено принудительное (автоматическое) регулирование длины дуги, поэтому напряжение на дуге задается и автоматически поддерживается постоянным и таким по величине, что скорость подачи проволокиравнаскоростиееплавления. Вустановкепредусмотреноступенчатое изменение напряжения дуги и плавное – в пределах каждой ступени. Заданное значение сварочного тока настраивают изменением крутизны внешней характеристики источника тока.

Установка требуемой скорости сварки. В автомате АДС-500 не-

обходимуюскоростьсваркиустанавливают изменениемчисла оборотов двигателя постоянного тока привода самоходной каретки.

Для этих целей используют потенциометр-регулятор, вынесенный на пульт управления. После установления требуемой скорости сварки нахолостомходунеобходимоэкспериментальнопроверитьеевеличину путем замера времени прохождения автоматом пути 0,5 м.

Установка вылета электрода, высоты слоя флюса. Вылет элект-

родававтоматеАДС-500 устанавливаютспомощьюспециальногомеханизма для перемещения мундштука токоподвода.

Сварка. Нажатием кнопки «пуск» и включением сцепления каретки через2…3 сосуществляютначалосварки. Подфлюсомвозбуждаетсядуга

24

ипроизводится выполнение сварного шва на установленном режиме. Прииспользованииавтоматадлясваркивзащитномгазевозбуждениедуги

ивыполнение сварногошваосуществляется взащитном газеСО2. Окончаниесварки. Остановкукареткиавтоматаосуществляютвык-

лючением рычага сцепления. Через 3…4 с нажатием кнопки «стоп» до1/2 еепосадкипроизводятрастяжкуиобрывдуги. Окончательнопроцессостанавливаютнажатиемкнопки«стоп» доконцаеепосадкипосле обрыва дуги.

3. Исследование влияния силы сварочного тока и скорости сварки на форму и геометрические размеры сварного шва

Для получения качественного сварного шва заданных размеров иформынеобходимоправильновыбратьсвариваемыйметалл, флюс, электродную проволоку, надлежащую разделку кромок и рациональный режим сварки.

Режим автоматической дуговой сварки под флюсом определяется совокупностьюпараметров(силасварочноготока, напряжениедуги, скорость сварки, диаметр электродной проволоки, скорость подачи электродной проволоки, вылет электрода, угол наклона электрода).

Методика, применяемаядлярасчетапараметроврежимаавтоматическойсварки, базируетсянасуществующейвзаимосвязимеждугеометрическими размерами сварного шва и параметрами режима.

При выполнении данного раздела работы студенты эксперимен-

тальноустанавливаютхарактервлияниясилысварочноготокаискорости сварки на размеры сварного шва, а также определяют коэффициент наплавки и удельный расход флюса.

Рекомендуемая последовательность изучения:

1)под руководством учебного мастера на автомате АДС-500 осуществить наплавку трех валиков на две составные пластины, изменяя последовательно значения сварочного тока I при неизменной скорости сварки V;

2)повторить опыт по наплавке трех валиков на пластины, изменяя при этом скорость сварки V и сохраняя неизменной силу сварочного тока I;

3)после охлаждения составные пластины разрушить по линии разъема и измерить геометрические размеры шва: глубину проплавления H, ширину шва В и выпуклость C;

25

4)вычислить коэффициент формы проплавления пр = В/H

икоэффициент формы валика в = В/С;

5)данные измерений и вычислений занести в таблицу

6) по полученным данным построить графики зависимостей: h = f(I); В = f(I); С = f(I); = f(I); в = f(I);

h = f(V); В = f(V); С = f(V); пр = f(V); в = f(V),

сопоставить характер их изменения с данными справочной литературы и дать объяснение полученным закономерностям.

Содержание отчета

1.Цель и задачи работы.

2.Схемаи особенностипроцессаавтоматическойдуговойсварки.

3.Схемасварочныхголовоксприведениемграфика, иллюстрирующего сущность принципа саморегулирования длины дуги.

4.Цель, методикаирезультатыисследованиявлияния параметров режима сварки на форму и размеры шва.

5.Выводы по работе.

26

Лабораторная работа № 3

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХГАЗАХ

Цель лабораторной работы – изучение особенностей способов дуговойсваркивзащитных газах, сварочного оборудованияи техникивыполнения сварки.

При выполнении лабораторной работы необходимо:

1)ознакомитьсяс сущностьюи особенностямиспособов дуговой сварки в защитных газах;

2)изучить устройство, принципы работы и технологические возможности постов ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом и механизированной сварки в углекислом газе;

3)получить практическое представление о технических возможностях дуговой сварки в аргоне и углекислом газе.

Оснащение участка лабораторной работы:

оборудование – установка аргонодуговой сварки УДГ-1220, полуавтомат для сварки в углекислом газе ПДГ-120, секундомер, линейка металлическая, керн, молоток, зубило, маркеры, металлическая щетка; материалы – сварочная проволока марок Св-08А и Св-08Г2С

диаметром 0,8…1,6 мм, пластины из стали и алюминиевых сплавов;

плакаты– схемыпроцессаипостовдуговойсваркивзащитных газах;

справочная литература – выписки из технических описаний

иинструкций, справочники, ГОСТы.

1.Сущность и особенности способов дуговой сварки

взащитных газах

Присваркевзащитномгазеэлектрод, дугаисварочнаяванназащищены от воздействия окружающего воздуха струей защитного газа. В качестве защитных газов применяют инертные газы (аргон, гелий) и активныегазы(углекислыйгаз, азот, водородидр.), длячегоиспользуют иногда смеси двух газов и более. Наибольшее применение нашли аргон и углекислый газ.

Аргонодуговаясварка. Сваркуосуществляютнеплавящимисяиплавящимися электродами. Сварку неплавящимся (вольфрамовым) электродом ведут на постоянном токе прямой полярности (рис. 3.1). В этом

27

случаедугалегкозажигаетсяигоритустойчивопринапряжении12…18 В. При обратной полярности возрастает напряжение дуги, уменьшается устойчивость ее горения и снижается стойкость электрода.

7

Газ

2

1

6

5 4

3

Рис. 3.1. Схема процесса дуговой сварки в инертных газах:

1 – электрод; 2 – присадочная проволока; 3 – изделие; 4 – сварной шов; 5 – дуга; 6 – поток защитного газа; 7 – горелка

Однакоприобратнойполярности подвоздействиемдугисповерхности свариваемого металла удаляются оксиды. Это свойство дуги используют при сварке алюминия, магния и их сплавов, применяя для питания дуги переменный ток.

При сварке неплавящимся электродом на переменном токе сочетаются преимуществадуги на прямойи обратнойполярностях. Для повышенияэффективностииустойчивостипроцессовпитаниедугипеременным током осуществляют от специальных источников тока. Сварку в аргоне плавящимся электродом выполняют на автоматах или в виде механизированного варианта. Нормальное протекание процессов и хорошее формирование шва достигается при высоких плотностях тока (100 А/мм2 и более), при этом перенос расплавленного металла с электрода становится мелкокапельным или струйным, обеспечивается глубокоепроплавлениеосновногометалла, формированиеплотногошвасровной и чистой поверхностью и разбрызгивание в допустимых пределах. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности. В данном случаедугагоритустойчиво, таккакееэлектрическиесвойствав значи-

28

тельной мере определяются наличием ионизированных атомов металла электрода в столбе дуги.

Дуговаясваркав углекисломгазе. Сваркув углекисломгазе выпол-

няюттолькоплавящимсяэлектродомнаповышенныхплотностяхпостоянноготокаобратнойполярности. Такойрежимобусловлентемижеособенностями переноса электродного металла и формирования шва, которые свойственны сварке плавящимся электродом в аргоне.

ПрииспользованииСО2 вкачествезащитногогазанеобходимоучитывать металлургические особенности процесса сварки, связанные с окислительным действием СО2.

При высоких температурах сварочной дуги CO2 диссоциирует на СО и атомарный кислород О, который окисляет свариваемый металл

илегирующие элементы. Окислительное действие кислорода нейтрализуется введением в проволоку дополнительного количества раскислителей марганца и кремния. Они восстанавливают железо из закиси FeO,

а образующиеся окислыSiO2 и MnO всплывают на поверхность сварочной ванны и переходят в шлак. Поэтому для сварки в СО2 углеродистых

инизколегированных сталей применяют сварочную проволоку с повышенным содержанием этих элементов (Св-10ГС, Св-08Г2С).

Сварка в углекислом газе в ряде случаев рентабельнее ручной дуговойинекоторыхвидовсваркиподфлюсом. Онаобладаетвысокойпроизводительностью, большойпроплавляющейспособностью, малойтоксичностью и низкой себестоимостью.

2.Устройство, принцип работы и технологические возможности постов ручной аргонодуговой сварки

имеханизированной сварки в СО2

Изучению в лаборатории подлежат установка для аргонодуговой сварки УДГ-301 и полуавтомат для сварки в углекислом газе ПДГ-305 или подобный ему. Упрощенная схема установки для ручной аргонодуговой сварки переменным током представлена на рис. 3.2. Она состоит изисточникапитания дуги1 (трансформатора), осциллятора2, балластного реостата 3, баллона с защитным газом 4, газоэлектрической горелки 5, редуктора и контрольных приборов (амперметра, вольтметра, расходомера газа).

Источник питания с повышенным напряжением холостого хода в сочетании с осциллятором необходим для легкого и быстрого возбуж-

29

дения дуги и ее устойчивого горения, так как потенциал возбуждения и ионизация инертных газов значительно выше, чем у азота, кислорода и паров металла.

5

6

4

2

Рис. 3.2. Упрощенная схема ручной аргонодуговой сварки переменным током

Изделие10 (рис. 3.3) получаютприиспользованиисварочногополуавтомата для сварки в СО2, который состоит из сварочной горелки 1, подающего механизма 2, обеспечивающего поступление проволоки в сварочную горелку по гибкому шлангу, блока управления процессом сварки 3, который имеет электрическую связь со всеми элементами полуавтомата.

Сварочная горелка представляет собой ручной инструмент, обеспечивающийнаправленную подачупроволоки, токоподвод кней игазовую защиту зоны горения дуги. Защитный газ поступает в горелку из баллона 4, проходя последовательно через подогреватель 5, редукторрасходомер 6 иотсекающий клапан7. На сварочной горелке предусмотрена клавиша управления 8 для подачи сигналов в блок управления о начале и окончании сварки. Остальные технологические команды выдаетблокуправления(продувкашлангагазом, включениеисточникатока 9, подача проволоки и сварка, выключение тока и после некоторой выдержки – прекращение и подача газа).

В процессе ознакомления в лаборатории со схемами и натурными образцами сварочного оборудования необходимо уделить внимание назначению и устройству следующих элементов и узлов:

30