2. Порядок выполнения работы

Изучить строение сварного соединения и микроструктуру металла в зоне термического влияния.

Просмотреть и изучить микроструктуру металла шва, околошовной зоны и основного металла образцов сталей с разным содержанием углерода.

Зарисовать схемы микроструктур и выяснить влияние содержания углерода на микроструктуру шва и околошовной зоны, используя сварные соединения стали Ст3, стали 40, стали 65Г.

По количеству перлитной составляющей основного металла определите марку свариваемой стали.

3. Вопросы для самоконтроля.

1. Что понимают под свариваемостью металла ?

2. Из каких зон состоит сварное соединение ?

3. Что такое зона термического влияния ?

4. Чем характеризуется зона оплавления ?

5. Каковы причины образования трещин в сварных соединениях?

6. Назовите участки зоны термического влияния в сварном соединении?

7. Чем характеризуется микроструктура в зоне перегрева?

8. Чем характеризуется структура в зоне нормализации?

9. Чем характеризуется структура в зоне не полной перекристаллизации?

10. Что происходит на участке рекристаллизации?

11. Чем характеризуется участок синеломкости?

12. От чего зависит величина зоны термического влияния?

13. В какой зоне металл обладает наибольшей хрупкостью?

14. В какой зоне сварного соединения проявляются наиболее высокие механические свойства?

Список рекомендуемой литературы.

Полухин П.И. “Технология металлов и сварка.” Учеб. Для вузов.-М.: “Высшая школа”, 1977. с.301-302, 336-344.

“Технология металлов и материаловедение”3/ Под ред. Л.Ф.Усовой.-М.: Металлургия, 1987. 800с.

Лабораторная работа № 5

«Выбор режима электродуговой и электроконтактной сварки»

Электродуговая сварка

Цель - изучение процесса сварки, сварочного оборудования, при­обретение практических навыков выполнения простейших сварочных работ, выбор параметров режимов электродуговой сварки.

Процесс соединения металлических элементов, при котором в качестве сварочного источника теплоты используют электрическую дугу, называют дуговой сваркой.

Сварочная дуга - мощный и весьма концентрированный источник теплоты с температурой газа в столбе дуги 6000 - 7000°С. Важно усвоить условия возбуждения и стабилизации дуги, ее электрические и тепловые свойства, способы управления ее мощностью. При сварке стремятся к минимальному напряжению на дуге. Поэтому регулирова­ние мощности дуги производят за счет изменения силы тока с по­мощью сварочного источника, управляя его вольт-амперной характе­ристикой.

Надо усвоить комплекс основных требований к источникам тока:

1)легкое зажигание дуги и безопасность работы, что достигается на­пряжением холостого хода не более 60 - 70 В;

2) стабильное горение дуги на заданном режиме ;

3) варьирование силой тока;

4) ограничение тока при коротком замыкании сварочной цепи (чтобы исключить повреждение источника, например, при зажигании дуги соприкосновением электродов).

Для выполнения этих требований чаще всего применяют источник переменного или постоянного тока с напряжением холостого хода 60-70 В и падающей вольт-амперной характеристикой регулируемой крутиз­ны .

При ручной дуговой сварке сварщик вручную манипулирует элект­родом, поддерживая заданную длину дуги, производя подачу электро­да в дугу по мере плавления и перемещения его вдоль заготовки.

При сварке плавящимся электродом на стержни электродов нано­сят защитно-легирующее покрытие, которое при расплавлении образует легкий шлак, покрывающий металл шва и ванну вязкой пленкой, препят­ствующей окислению.

Настройку автоматической сварки по заданной толщине металла .производит наладчик, определяя необходимые величины силы тока, ско­рости сварки и напряжения на дуге, и задает скорость подачи элект­родной проволоки, равную скорости ее плавления на заданном режиме.

Необходимо изучить особенности технологии сварки, уяснив, что при автоматической сварке токопровод близко расположен к дуге и можно использовать, не опасаясь перегрева электрода, большие токи ( до 3000 А ), и тем самым достичь максимальной производительности.

Необходимо понять, что автоматическую сварку под флюсом рацио­нально применять для получения однотипных узлов, имеющих протяжен­ные прямолинейные и кольцевые швы,- для листовых заготовок повышен­ной толщины ( более 3 мм ) из различных сталей, меди, никеля, тита­на, алюминия и их сплавов.

Выбор параметров режимов электродуговой сварки Ручная дуговая сварка

Диаметр электрода, напряжение дуги, силу сварочного тока и скорость сварки устанавливают в соответствии с формой и размерами изделия. При этом необходимо обеспечить требуемое качество сварно­го соединения, максимальную производительность и минимальную стои­мость изготовления конструкции.

Диаметр электродов выбирают из толщины стали δ

δ, мм	2-4	4-6	6-12	13 и более
dэ	3	4	5	6 и более

Для электродов диаметром 3-6 мм при выборе величины сварочного токе I_св(А) пользуются формулой

I_св=k* d_эл

где d_эл - диаметр электрода, мм ;

k - коэффициент, зависящий от марки электроде и его диа­метра , А/мм.

Для электрода с толстым покрытием и стержнем из низкоуглеро­дистой стали К = 35...60 А/мм и для электродов со стержнем из высоколегированной стали К = 35...40 А/мм.

Напряжение на дуге для наиболее широко применяемых электродов в среднем составляет 25 - 28 В.

Скорость сварки однослойного шва определяют, если известно время сварки, из соотношения, см/ч:

υ_св=

где L - длина сварных швов на изделии, см;

t_св - время, требуемое для сварки шва длиной L, или по уравнению

υ_св=

где - коэффициент наплавки, зависящий от величины сварочного тока и диаметра электрода ; составляет 14 -16 г/ (А • ч);

- сварочный ток, А;

r - плотность металла, г/см³;

- площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, см², представляющая сумму площадей элементар­ных геометрических фигур, составляющих сечение шва.

Масса наплавленного металла, г:

G_н.м=*L* r

Расход электродов с учетом потерь приближенно можно принимать рав­ным 1,6 - 1,8 от массы наплавленного металла.

Расход электроэнергии, идущей на сварку изделия без учета по­терь холостого хода, определяют как произведение напряжения на сварочный ток и на время сварки, кВт-ч:

A= υ_g* *t

Время сварки изделия подсчитывают, зная скорость сварки, или опре­деляют По формуле, г

t_св=

Автоматическая сварка под слоем флюса

Требуемую глубину провара h устанавливают в такой последо­вательности: при односторонней сварке она равна толщине металла h=δ , а при сварке угловых соединений h =0,6δ .

Значение сварочного тока

где d_э - диаметр электродной проволоки, мм (при автоматической

сварке используют проволоку диаметром 3-6 мм, см. разд. "Ручная дуговая сварка").

i - плотность тока, выбирают в пределах 2 - 6 А/мм² ,

Напряжение на дуге, В:

U_g=

где - сварочный ток, А;

d_э - диаметр электродной проволоки, мм.

Скорость cварки υ_св , м/ч:

υ_св=

где - коэффициент наплавки, составляющий 14 - 16 г/( А*ч) ;

- сварочный ток, А;

- плотность металла, г/см ;

- площадь поперечного сечения наплавленного металла, см²

Далее определяют массу наплавленного на изделие металла. При определении расхода электродной проволоки следует учитывать потери на угар и разбрызгивание (не весь металл проволоки переходит в шов), которые составляют для сварки под флюсом от 2 до 5 % от мас­сы наплавленного металла.

Расход флюса принимают равным массе наплавленного металла. Рас­ход электроэнергии и время сварки подсчитывают по той же методике, что и для ручного процесса .

Данные расчетов заносят в таблицу.

Эскиз сварного соединения приведен на рисунке.

Типы сварных соединений, применяемых при основных способах сварки плавлением и давлением.

Вопросы для самоконтроля

1. Каково напряжение для возбуждения дуги при использовании стель­ных электродов?

2. Что необходимо сделать для зажигания дуги в межэлектродном про­странстве?

3. Какова температура в центре электрической дуги?

4. Какое напряжение электрической дуги при стабильном горении при стальных электродах?

5. Какие материалы применяют для увеличения устойчивости горения дуги?

6. Что является источником питания дуги на переменном токе?

7. Какая внешняя характеристика применяется для источников питания?

8. Какое напряжение в первичной обмотке сварочного трансформатора?

9. Для чего предназначен дроссель сварочного трансформатора?

10. Какой длины бывают плавящиеся электроды?

11. Какого диаметра электроды наиболее часто используются в практике'

12. Как изменяется сила сварочного тока с увеличением толщины свари­ваемого материала?

13. Почему наиболее качественный сварной шов получается при корот­кой дуге?

14. В каких пределах изменяется напряжение электрической дуги?

15. Кто впервые использовал электрическую дугу для сварки металлов?

16. Почему при автоматической сварке под слоем флюса можно в нес­колько раз повышать силу тока по сравнению с ручной?

Укажите тип соединения, форму разделки кромок под сварку и дайте эскиз сечения шва с указанием его размеров. Подберите диа­метр электрода. По размерам шва подсчитайте массу направленного металла. Определите расход электродов с учетом потерь, расхода электроэнергии и время сварки изделия и другие режимы сварки.

Данные расчетов занести в таблицу.

Вариант	Тип сварного изделия, мм	Толщина металла, мм	Длина сварных изделий, мм	Материал
Ручная дуговая сварка
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13	Стыковое -------------- -------------- -------------- -------------- Тавровое -------------- -------------- Нахлесточное -------------- Угловое -------------- --------------	2 7 12 20 30 4 8 24 6 9 10 25 40	1000 2000 3000 4000 5000 1500 2500 3500 800 1600 900 1800 2700	ст 3 15ГФ 20 25 09Г2 30 25Х 12Х18Н10Т 14Г 19Г 14Г2 18Г2 14ХГС
Автоматическая сварка под слоем флюса
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25	Стыковое -------------- --------------------------------------------------------------------Тавровое -------------- --------------------------------------------------------------------	3 5 10 20 30 50 6 12 18 24 30 36	1100 2200 3300 4400 5500 6600 1400 2800 4200 5600 7000 8400	10ХСНД 15Н2М 20Х 35 20ХН2М 15ХМ 15Х1М1Ф 20ХГС 30 20 Ст3 14Г2