Document 787268

2
Қазақстан Республикасының
Білім және ғылым
министрлігі
Министерство
образования и науки
Республики Казахстан
Д. Серікбаев атындағы
ШҚМТУ
ВКГТУ
им. Д. Серикбаева
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета МиТ
________________ Дудкин М.В.
________________________2014г.
БАЛҚЫТЫП ПІСІРУДІҢ ТЕХНОЛОГИЯСЫ МЕН ЖАБДЫҚТАРЫ
Зертханалық жұмыстар бойынша әдістемелік нұсқаулар
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ И
ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
Методические указания по выполнению лабораторных работ
Специальность:
Форма обучения:
5В071200 «Машиностроение»
дневная
Өскемен
Усть-Каменогорск
2014
3
Методические указания по выполнению лабораторных работ разработаны на кафедре
«Машиностроения и ТКМ» на основании Государственного общеобязательного стандарта
образования ГОСО РК 3.08.338 – 2011 для студентов
специальности 5В071200
«Машиностроение.
Обсуждено на заседании кафедры «Машиностроения и ТКМ»
Зав. кафедрой
Протокол № от
К.К. Комбаев
2014г.
Одобрено учебно-методическим советом факультета машиностроения и транспорта
Председатель
А.В. Вавилов
Протокол №____ от_________________2014г.
Разработал
Должность
Нормоконтролер
Г.Д. Бицоев
профессор
Т.В. Тютюнькова
4
СОДЕРЖАНИЕ
1 Внешняя характеристика сварочного трансформатора и его настройка на
заданный режим
4
2 Определение коэффициентов плавления и наплавки, потерь на угар и
разбрызгивание, производительности при ручной дуговой сварке
10
3 Разработка технологического процесса ручной дуговой сварки
16
4 Технология и оборудование газовой сварки
22
5 Лабораторная работа «Электрическая контактная сварка»
34
5
1 ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА И ЕГО
НАСТРОЙКА НА ЗАДАННЫЙ РЕЖИМ
1.1 Цель работы
-
изучение структурной схемы трансформатора;
изучение электромагнитной схемы трансформатора;
внешняя характеристика источника питания, ее экспериментальное определение;
характеристика сварочной дуги;
настройка трансформатора на заданный режим.
1.2 Оборудование, приспособления, инструмент
-
сварочный трансформатор ТС-500;
амперметр;
вольтметр;
балластное сопротивление РБ-300;
пластина для сварки;
электроды.
1.3 Содержание работы
При ручной электродуговой сварке мы имеем дело с системой, состоящей из источника
питания и сварочной дуги. Каждый из этих элементов имеет свою характеристику. Это
внешняя характеристика источника питания 1 и статическая вольт-амперная характеристика
дуги 2, которые изображены в установившемся режиме работы (рисунок 8).
Рисунок 8 – Схема режима работы системы источник питания – сварочная дуга.
Внешняя характеристика источника питания – это график зависимости между
напряжением на выходе источника и величиной его рабочего тока (рисунок 9). Эта
характеристика может быть крутопадающей 1, когда сила тока мало зависит от напряжения,
пологой 2, жесткой 3, когда напряжение не зависит от тока и возрастающей 4.
6
Рисунок 9 – Виды внешней характеристики источников питания сварочной дуги.
Форма внешней характеристики источника питания определяет область его
применения.
Для устойчивого горения дуги при ручной дуговой сварке необходим источник с
падающей характеристикой (рисунок 8). При этом высокое напряжение холостого хода (6080 В) обеспечивает устойчивое образование искры и ее переход в дугу. В рабочем режиме
20-25В самопроизвольные изменения длины дуги не приводят к значительному изменению
сварочного тока и сварочная дуга горит устойчиво. Величина тока короткого замыкания
незначительно отличается от величины рабочего тока, что предохраняет источник от
перегрева в аварийных условиях (особенно при монтажных работах).
Для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, когда используется
автоматическая регулировка сварочных параметров (ток, напряжение, длина дуги)
применяются источники питания с пологой и жесткой характеристиками (2, 3), которые
имеют более высокий КПД и Cosφ. Для автоматической и полуавтоматической сварки в
защитных газах (в углекислом газе, в аргоне) применяются источники с жесткой и
возрастающими внешними характеристиками (3, 4).
Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) дуги – это зависимость между
напряжением и силой тока сварочной дуги при постоянной ее длине (3-6 мм). График
статической ВАХ дуги (рисунок 10) характеризуется тремя участками: I – малоустойчивая
дуга, практически не применяется; II – дуга, применяемая при ручной дуговой сварке, когда
напряжение на дуге практически не зависит от силы тока и имеет величину 20-25В; III – дуга
применяется при автоматических способах сварки. Кривые 1 и 2 – статические ВАХ дуги
большей и меньшей длины.
Рисунок 10 – Статическая вольт-амперная характеристика дуги.
7
По роду тока различают источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и
источники постоянного тока (сварочные генераторы и сварочные выпрямители).
Наибольшее применение находят сварочные трансформаторы, благодаря простоте
конструкции и надежности в эксплуатации.
Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (сварочная цепь
разомкнута) должно быть достаточно для обеспечения возбуждения и устойчивого горения
дуги. Обычно напряжение холостого хода сварочного трансформатора для ручной дуговой
сварки составляет 60-70В, для автоматической под флюсом 70-80В.
В трансформаторах с подвижными обмотками, которые нашли широкое применение,
падающая характеристика получается следующим образом: при работе трансформатора
(рисунок 11) основной магнитный поток Фо, создаваемый неподвижной первичной (1) и
подвижной вторичной (2) обмотками, замыкается через железный сердечник 3. Часть
магнитного потока ответвляется и замыкается вокруг обмоток через воздушное
пространство, образуя потоки рассеяния Ф1 и Ф2. Потоки рассеяния индуктируют в
обмотках электродвижущую силу, противоположную основному напряжению. С
увеличением сварочного тока увеличиваются потоки рассеяния и, следовательно, возрастает
индуктивное сопротивление вторичной обмотки. Это приводит к падению напряжения во
вторичной цепи, что создает внешнюю падающую характеристику трансформатора.
Рисунок 11 – Схема сварочного трансформатора.
Для плавного регулирования сварочного тока изменяют расстояние Δ между обмотками
трансформатора, вращая рукоятку 4 и ходовой винт 5. При сближении обмоток (уменьшении
величины Δ) происходит частичное взаимное уничтожение противоположно направленных
потоков рассеивания Ф1 и Ф2, что уменьшает индуктивное сопротивление вторичной
обмотки и увеличивает сварочный ток. При этом внешняя характеристика источника
питания становится положе. И наоборот: если расстояние Δ увеличивается – внешняя
характеристика становится круче, рисунок 12.
8
Рисунок 12 – Изменение внешней характеристики сварочного трансформатора при
изменении расстояния между обмотками.
Из рисунка видно, что при плавном уменьшении расстояния между обмотками от Δ 1 до
Δ3, сила сварочного тока плавно увеличивается от J1 до J3.
1.4 Выполнение работы
4.4.1 Снятие внешних характеристик сварочного трансформатора.
В качестве переменной нагрузки сварочной дуги используется баластный реостат типа
РБ-300, который позволяет дискретно изменить величину сопротивления от максимума до
нуля и рассчитан на токи 300А. Принципиальная электрическая схема измерения внешней
характеристики представлена на рисунке 13.
Рисунок 13 – Принципиальная электрическая схема измерения внешней
характеристики.
Основные этапы работы:
- устанавливаем расстояние между обмотками близкое к нулю ( min ) ;
- дискретно меняем величину сопротивления баластного реостата от бесконечности до
нуля (4-5 положений) и каждый раз определяем величину тока (амперметр) и напряжения
(вольтметр).
При разомкнутой цепи (сопротивление равно бесконечности) ток равен нулю, а
вольтметр показывает напряжение холостого хода сварочного трансформатора (Vxx). При
коротком замыкании (сопротивление равно нулю) напряжение равно нулю, а амперметр
показывает ток короткого замыкания (Jкз).
9
Результаты измерений заносим в таблицу 4:
Таблица 4
№
п/п
Показания вольтметра, В
Показания амперметра, А
 min
( max )
1
Vxx
Jxx = 0
Jxx = 0
V2
J2
J2
V3
J3
J3
V4
J4
J4
Vкз = 0
Jкз
Jкз
- устанавливаем расстояние между обмотками близкое к максимуму ( max ) и
повторяем все операции предыдущего эксперимента;
- заносим результаты в таблицу;
- строим в масштабе график двух внешних характеристик сварочного трансформатора
ТС-500.
4.4.2 Определение режимов работы сварочного трансформатора.
Определение режимов работы заключается в определении диапазона сварочных
рабочих токов от минимума до максимума и диапазона допустимых диаметров сварочных
электродов.
Диапазон рабочих токов определяется из условия стабильного поддержания длины дуги
опытным сварщиком в диапазоне 3 – 5 мм, когда напряжение на дуге колеблется на уровне
20-25В.
На нашем графике проводим горизонтальную линию на отметке 2223В. Точки
пересечения этой линии с двумя внешними характеристиками экспериментального графика
дают по оси абсцисс диапазон рабочих токов сварочного трансформатора.
Диапазон допустимых диаметров электродов при сварке в нижнем положении
определяется по эмпирической формуле.
J св  40  d э .
1.5 Содержание отчета
-
цель работы;
краткая теоретическая часть;
рисунок1; рисунок 2; рисунок 6;
таблица с измерениями;
график с двумя внешними характеристиками в масштабе;
выбор диапазона рабочих токов сварочного трансформатора;
выбор диапазона допустимых диаметров сварочного электрода;
выводы по работе.
1.6 Вопросы для самопроверки
- внешняя характеристика сварочного трансформатора;
- вольт-амперная характеристика сварочной дуги;
- устройство сварочного трансформатора;
- методика определения внешней характеристики;
- принцип выбора сварочного тока и диаметра электрода.
10
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЛАВЛЕНИЯ И НАПЛАВКИ,
ПОТЕРЬ НА УГАР И РАЗБРЫЗГИВАНИЕ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ПРИ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКЕ
2.1 Цель работы
-
усвоение терминологии и основных понятий;
знакомство с методиками расчетов;
практическое определение коэффициентов, величины потерь и производительности.
2.2 Оборудование, приспособления, инструмент
-
сварочный пост со схемой измерения тока и напряжения;
секундомер;
качественные электроды двух марок;
две стальные пластины;
штангенциркуль;
линейка;
весы с разновесами;
бачок для охлаждения проб;
щетка металлическая;
молоток.
2.3 Содержание работы
При сварке и наплавке сталей электродами в качестве электродного стержня
используется сварочная проволока в соответствии с ГОСТом 2246-70, где она
классифицируется по группам и маркам стали. ГОСТ предусматривает три группы проволок:
Углеродистая – 5 марок;
Легированная – 23 марок;
Высоколегированная – 28 марок.
Сварочные электроды должны отвечать следующим основным требованиям:
- обеспечение стабильного горения дуги;
- получение металла шва с необходимым химическим составом и свойствами;
- спокойное и равномерное плавление электродного стержня и покрытия;
- хорошее формирование шва и отсутствие в нем пор, шлаковых включений и др.;
- легкая отделяемость шлака с поверхности шва после его охлаждения.
Указанные требования обеспечиваются сочетанием соответствующего материала
электродного стержня и состава покрытия. Все компоненты электродного покрытия в
соответствии с их назначением объединяются в следующие группы: стабилизирующие,
газообразующие, шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие.
Состав покрытия определяет такие важные технологические характеристики
электродов, как род и полярность сварочного тока, возможность сварки в различных
пространственных положениях и т.д.
Технологические
характеристики
плавления
электродов
определяются
экспериментально и позволяют судить о производительности и экономичности сварки
электродом той или иной марки.
На производительность процесса электрической дуговой сварки влияют следующие
факторы: 1) сварочный ток; 2) коэффициент плавления αп; 3) коэффициент наплавки αн,
который обычно меньше αп, так как не весь расплавленный электродный металл переходит в
шов: часть его выгорает, часть разбрызгивается.
11
Потери металла на угар и разбрызгивание, а также значения коэффициентов плавления
и наплавки зависят от сварочного тока. Увеличение тока приводит к повышению
температуры дуги, т.е. к интенсивности расплавления электрода и ускорению протекания
химических реакций. Следовательно, с увеличением тока αп и αн увеличиваются, но на
разные значения, так как увеличение температуры дуги приводит к увеличению количества
образующихся газов и повышению их давления в капле, а значит, к повышению потерь на
угар и разбрызгивание.
На величины αп и αн, 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 и более при значительных плотностях тока.
При этом увеличиваются αп и αн, потери же на угар и разбрызгивание практически не
изменяются. Качество наплавки или шва будет обеспечено, если скорость плавления
электрода вначале будет отличаться от скорости в конце не более чем на 30%.
Коэффициент плавления толстопокрытых электродов значительно уменьшается по
сравнению с коэффициентом голых и тонкопокрытых электродов за счет того, что некоторое
количество теплоты дуги расходуется на плавление, испарение и разложение покрытия, но
прямой зависимости αп 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 αн электродов с толстым покрытием обычно меньше
коэффициента плавления, за исключением тех случаев, когда в покрытие входит большое
количество металлических составляющих.
На αп и αн оказывают влияние полярность тока, тип соединения, положение шва в
пространстве и т.д.; установлено, что род сварочного тока существенно их не меняет. С
переходом на переменный ток в некоторой степени уменьшается φ, но производительность
практически не изменяется. Исследования показали, что αп, αн и φ будут иметь разные
значения (при прочих равных условиях) при сварке электродами различных марок. Все эти
сведения приведены в справочной литературе.
Коэффициент плавления αп показывает сколько граммов электродного стержня
расплавляется на один ампер тока за время равное 1 часу и измеряется в г/А·ч.
При экспериментальном определении αп используется выражение:
n 
Gn  3600
, г/А·ч
J t
(1)
где Gп – вес расплавленного металла электродного стержня, г;
J - сварочный ток, А;
t – время плавления электрода, с.
Коэффициент наплавки αн характеризует производительность процесса наплавки, т.е.
показывает, сколько электродного металла переходит в шов за время равное 1 ч. в пересчете
на один ампер тока.
При экспериментальном определении αн используется выражение:
н 
Gн  3600
J t
где Gн – количество наплавленного металла в шве, г;
J - сварочный ток, А;
, г/А·ч
(2)
12
t – время наплавки, с.
В процессе сварки часть электродного металла в результате окисления, испарения и
разбрызгивания не участвует в формировании шва. Эти потери учитываются коэффициентом
потерь φ, который определяется по формуле:

GП  GН
 100%
GП
(3)
Кроме того, часть электродного металла (10-15%) теряется на огарки. Коэффициенты
плавления, наплавки и потерь связаны между собой соотношением:
 H   П (1   )
(4)
Для увеличения коэффициента наплавки в покрытие электродов иногда вводят
железный порошок. В этом случае  П , учитывающий лишь расплавление электродного
стержня, остается практически постоянным, а  Н значительно увеличивается, т.к. в шов
переходит не только металл электродного стержня, но и металл электродного покрытия.
Такие электроды имеют коэффициент  Н больше, чем  П . Чем больше  Н , тем больше
количество металла перейдет с электрода в шов при одном и том же значении сварочного
тока и времени сварки. Следовательно, при увеличении  Н производительность процесса
наплавки увеличивается. Количество вводимого в шов электродного металла определяется из
выражения:
GH   H  J  t , г
(5)
где  H – коэфициент наплавки, г/А·ч;
J - сварочный ток, А;
t – чистое время горения дуги, ч.
Электроды, выпускаемые нашей промышленностью, имеют:
 Н = 8 – 14 г/А·ч;
φ = 5 – 10%
Задача: Определить потребное количество электродов УОНИ – 13/45, диаметр 4 мм,
при сварке током 160А, времени сварки 1 час и  Н = 9,0 г/А·ч (справочное данное).
1) Определяем количество наплавленного металла:
GH   H  J  t  9,0  160  1,0  1440 г.
2) Определяем количество расплавленного металла (металлических стержней) с учетом
потерь на разбрызгивание (15%) и испарение (10%):
GП  1440(1,0  0,15  0,10)  1800 г.
3) Определяем необходимое количество электродов с учетом потерь на огарки (15%),
остающиеся в электрододержателе, и учетом дополнительного веса покрытия (40%) на
металлическом стержне:
13
Gэл.  1800(1,0  0,15  0,40)  2790 г.
Необходимое количество электродов 2,790 кг. Эта величина также характеризует
теоретическую часовую производительность выбранного процесса сварки.
2.4 Выполнение работы
Определить коэффициенты плавления, наплавки и потерь на угар и разбрызгивание при
сварке качественными электродами на переменном токе.
5.4.1 Зачистить пластину.
5.4.2 Взвесить пластину с точностью до 1 г.
5.4.3 Определить массу металлического стержня электрода по формуле
Gст. 
d 2
4
 
г.
(6)
где d – диаметр стержня, см;
γ – плотность стали, 7,8 г/см3;
 - длина электрода, см.
5.4.4 При установленной силе тока произвести наплавку пластины в течение одной
минуты. Величину сварочного тока определить по амперметру, время наплавки по
секундомеру.
5.4.5 Подсчитать массу стержня в огарке по формуле (6).
5.4.6 Охладить пробу с наплавленным валиком, высушить, тщательно очистить от
шлака и брызг.
5.4.7 Взвесить пластину с наплавленным валиком с точностью до 1 г.
5.4.8 Результаты замеров (п.п.4.2 – 4.7) занести в таблицу.
5.4.9 Выполнить необходимые расчеты и результаты занести в таблицу.
5.4.10 Определить теоретическую производительность, кг/ч:
GH   H  J св  t / 1000 .
(7)
14
Производительность,
кг/ч
Потерь, %
Наплавка, г/А·ч
Плавления,
г/А·ч
Наплавленного
металла
Результаты расчетов
Масса, г
Коэффициенты
Расплавленного
металла
Время горения
дуги, с
Сила тока, А
Род тока
после наплавки
до наплавки
после наплавки
Результаты замеров
Масса, г
Режим
стержня
пластины
электрода
до наплавки
Марка электрода, диаметр
Таблица 5
2.5 Содержание отчета
-
цель работы;
краткая теоретическая часть;
таблица записей и результатов расчетов;
выводы по работе.
2.6 Вопросы для самопроверки
-
От каких факторов зависит производительность ручной дуговой сварки?
Что характеризует коэффициент плавления, наплавки, потерь?
Как меняется коэффициент плавления в процессе сварки?
Как влияет плотность тока на величину потерь?
В каком случае коэффициент наплавки может оказаться больше коэффициента
плавления?
Назначение электродного покрытия.
15
3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
3.1 Цель работы
- изучение последовательности расчетов технологического процесса ручной дуговой
электросварки.
- практическое выполнение расчетов по индивидуальному заданию;
3.2 Содержание работы
Общее задание для всех исполнителей: сварить ручным дуговым способом емкость
прямоугольной формы без крышки. Конструкция предварительно собирается на прихватках
(короткие швы длинной 30 – 40 мм с промежутком 200-300 мм), а затем все швы
свариваются в нижнем положении при предварительном повороте емкости в нужное
положение. Каждый разработчик имеет свой вариант, который отличается геометрическими
размерами емкости, толщиной металла, маркой металла.
Таким образом «Исходные данные»: - длинна, мм; -ширина, мм; -высота, мм; -толщина,
мм; -тип стали.
Варианты задания указаны в таблице 6.
Таблица 6 – Варианты заданий (выдается преподавателем).
№ задания
Размер ящика, мм
Толщина
Тип стали
листа, мм
длина
ширина
высота
1
2
3
4
5
6
1
600
500
600
4
м/у
2
650
500
65
4
н/л
3
1000
600
600
6
м/у
4
1100
600
600
5
м/у
5
1500
800
800
5
н/л
6
2000
800
800
6
с/у
7
2100
600
600
5
л
8
2100
850
800
6
л
9
2500
600
500
5
н/л
10
800
500
700
4
с/у
11
500
300
300
4
л
12
550
450
400
5
м/у
13
2200
900
850
7
л
14
2500
800
900
8
н/л
15
2700
700
950
9
с/у
16
300
1000
1000
10
м/у
м/у – малоуглеродистая; с/у – среднеуглеродистая; н/л – низколегированная; л –
легированная.
В таблицах 7 – 5 представлены необходимые сведения из справочной литературы.
Технологический процесс разрабатывается в следующей последовательности:
1) Определяют типы сварных швов (таблица 2), их сечение (F) и длину (L).
Таблица 7 – Типы швов сварных соединений.
16
2) Выбирают тип, марку электродов в зависимости от материала емкости (таблица 8),
устанавливают их диаметр в зависимости от толщины металла (таблица 9).
3) Определяют род тока (постоянный или переменный) в зависимости от выбранной
марки электрода, если сварка будет производиться постоянным током – указывают
полярность (таблица 3).
4) Выбирают силу сварочного тока в зависимости от диаметра электрода (таблица 4).
5) Указывают последовательность сварки отдельных участков шва.
6) Определяют потребность электродов, норму времени, расход электроэнергии.
Таблица 8 – Металлические электроды для ручной электродуговой сварки.
Тип
электрода
Марка
электрода
Коэффициент
наплавки
г/А-ч
Э34
МТ
7-8
Э42
ЦМ-7
7-8
Назначение электрода
Рекомендуемый при
сварке
род тока
Для сварки малоуглеродистых Постоянный
и низколегированных сталей, переменный
толщиной 0,5-5мм
Для сварки малоуглеродистых Постоянный
17
Э42
СМ-11
7-8
Э42А
УОНИ13/45
9 - 9,5
Э50А
УОНИ13/85
9 - 10
и низколегированных сталей
Для сварки
средеуглеродистых и
низколегированных сталей
Для сварки
среднеуглеродистых и
низколегированных сталей
Для сварки легированных
сталей повышенной
прочности
переменный
Постоянный
полярность
прямая
Постоянный
полярность
обратная
Постоянный
полярность
обратная
Таблица 9 – Примерные режимы ручной дуговой сварки угловых швов.
Толщина металла, мм
Диаметр электродов, мм
Сварочный ток, А
1
2
40
2
3
100
3
4
160
4-5
4
160
6 и более
5
230
Основные расчеты включают:
При вычислении площади поперечного сечения шва (F) можно считать, что угловой
шов в сечении представляет прямоугольный равнобедренный треугольник с катетом (К),
равным толщине свариваемого металла.
K2
F
, мм2;
2
(1)
Длина шва равна суммарной длине свариваемых кромок, это две длины, две ширины и
четыре высоты.
Тип и марку электродов выбирают с учетом требуемых физикомеханических свойств
основного металла. При выполнении данного пункта пользуются таблицей 3. Не следует
смешивать тип электрода с промышленной маркой. Например, при сварке электродами типа
Э-42 предел прочности металла шва на растяжение 42 кг/мм2. Марка электрода указывает на
состав покрытия (обмазки) и технологические возможности. Одному типу электродов могут
соответствовать несколько марок электродов. Одни марки пригодны только для сварки в
нижнем положении, другие в вертикальном, третьи – в любом положении шва; одни
пригодны для сварки только малоуглеродистых сталей, другие – для сварки легированных
сталей и т.д.
Диаметр электрода (d) выбирают, учитывая тип шва и толщину детали (таблица 4).
В зависимости от диаметра электрода, по той же таблице определяют величину
сварочного тока (J).
Род и полярность тока указывают в зависимости от марки электрода. Если электроды
позволяют применять постоянный и переменный ток, следует отдать предпочтение
переменному току, как более дешевому.
Для уменьшения коробления конструкции свариваемые детали (листы) сначала
соединяют прихватками – короткими швами, расположенными на расстоянии около 200 –
300 мм один от другого, а затем производят окончательную сварку. Большое значение имеет
последовательность наложения шва. Швы длиной до 500 мм можно варить напроход от
начала стыка до конца. Швы длиной 500-750 мм рекомендуется сваривать от середины к
краям. Швы длиной более 750 мм сваривают обратно ступенчатым способом, что уменьшает
коробление сварной конструкции.
Вес наплавленного металла (G) можно определить по объему шва и удельному весу
металла.
18
G
F  L 
кг
1000
(2)
где F – площадь поперечного сечения шва, см2;
L – общая длина швов, см;
γ – удельный вес наплавленной стали (7,8 г/см3).
Расход металлических стержней электродов (Q) определяется весом наплавленного
металла (G) плюс вес электродных огарков (10%) и потери на разбрызгивание (15%).
Q  G (1  0,1  0,15)  1,25G кг
(3)
Общая потребность в электродах (Н) определяется с учетом того, что специальная
обмазка на электроде составляет 40% от веса металлического стержня.
H  1,4Q кг
(4)
Расход электроэнергии (А) определяется по весу наплавленного металла (G), в
килограммах и показателю расхода электроэнергии на расплавление 1 кг: при сварке на
переменном токе 3 … 4 кВт · ч/кг, при постоянном токе 6 … 8 кВт · ч/кг.
A  (3...4)G кВт · ч;
A  (6...8)G кВт · ч.
Основное время сварки изделия определяется по формуле:
Tосн. 
G
,ч
H  J
(5)
где G – вес наплавленного металла в г;
α н - коэффициент наплавки, г/А ч (таблица 3);
J – сварочный ток в амперах.
Чтобы найти техническую норму времени, необходимо к основному времени добавить
время на осмотр и очистку кромок, замену электродов, осмотр оборудования, обслуживание
рабочего места, отдых и т.п.
Для этого применяется коэффициент использования сварочного поста (  ). При работах
в цехах;   0,6...0,8 ; при монтажных работах   0,5...0,7 . Тогда техническая норма
времени:
TТ 
Т осн.

,ч
3.3 Выполнение работы
1) Провести определения и расчеты, указанные в разделе 2.
2) Занести полученные данные в таблицу 10.
Таблица 10 – Результаты расчета.
(6)
19
Тип
шва
Марка и
тип
электрода
Диаметр
электрода,мм
Род тока
Сила
тока, А
Вес
электродов, кг
Норма
времени,
ч
Расход
энергии,
кВт/ч
3.4 Содержание отчета
- Эскиз емкости с указанием размеров, толщины листа и типа стали (исходные данные).
- Расчеты с полными пояснениями.
- Выводы.
3.5 Вопросы для самопроверки
- На основании чего выбирают тип и вес электрода.
- Чем определяется род тока, сила сварочного тока и диаметр электрода?
- Определение нормы времени и расхода электроэнергии.
20
4 ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ГАЗОВОЙ СВАРКИ
4.1 Цель работы
Целью лабораторной работы является изучение:
- процесса сварки;
- техники сварки;
- устройства сварочного поста;
- назначения сварочных приборов и приспособлений.
4.2 Оборудование, приспособления, инструмент
-
присадочная проволока;
газовые баллоны;
редукторы;
шланги;
газогенератор;
газовая горелка;
газовый резак;
спецодежда.
4.3 Содержание работы
При газовой сварке для расплавления кромок соединяемых частей и вводимого
присадочного материала используют тепло, выделяемое при сгорании горючих газов
(ацетилен, пропан, бутан, пары керосина, водород и т.д.) в технически чистом кислороде.
При этом максимальные температуры пламени равны соответственно 3100, 2750, 2500, 2400,
21000С. Наибольшее распространение получила ацетилено-кислородная сварка в связи с ее
экономичностью и эффективностью при максимальном качестве соединений.
7.3.1 Кислород
Для сварочных работ используют газообразный кислород, который получают из
воздуха методом его глубокого охлаждения (сжижения). Кислород поставляют к месту
потребления в стальных баллонах голубого цвета под давлением 15МПа или в жидком виде
– в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией. Для превращения жидкого кислорода в
газ используют газификаторы или насосы с испарителями для жидкого кислорода.
Кислород имеет высокую химическую активность, образуя соединения со всеми
химическими элементами, кроме инертных газов. Реакции соединения с кислородом
протекают с выделением большого количества тепла.
При соприкосновении чистого газообразного кислорода с органическими веществами,
маслами, жирами может произойти их самовоспламенение. Поэтому всю кислородную
аппаратуру необходимо тщательно обезжиривать. Кислород способен образовывать в
широких пределах взрывчатые смеси с горючими газами
7.3.2 Ацетилен (С2Н2)
Ацетилен является основным горючим газом для газовой сварки и резки металлов,
температура его пламени при сгорании в смеси с технически чистым кислородом достигает
31500С (при избытке кислорода 34500С).
Технический ацетилен при нормальных давлении и температуре представляет собой
бесцветный газ с резким специфическим запахом.
При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывоопасные свойства.
Температура самовоспламенения ацетилена колеблется в пределах 240-6300С и зависит от
давления и присутствия в нем различных веществ.
21
Повышение давления существенно снижает температуру самовоспламенения
ацетилена.
Ацетилен с воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах от 2,2 до 81%
ацетилена по объему при нормальном атмосферном давлении, а с технически чистым
кислородом – в пределах от 2,3 до 3% ацетилена. Наиболее взрывоопасны смеси,
содержащие 7 – 13% ацетилена.
Присутствие окиси меди снижает температуру воспламенения ацетилена до 240 0С.
Поэтому категорически запрещается при изготовлении ацетиленового оборудования
применение сплавов, содержащих более 70% меди.
Взрывоопасность ацетилена понижается при растворении его в жидкостях. Особенно
хорошо он растворяется в ацетоне. В одном объеме технического ацетона при 200С и
нормальном атмосферном давлении можно растворить до 20 объемов ацетилена.
Растворимость ацетилена в ацетоне увеличивается с увеличением давления и понижением
температуры.
Ацетилен получают при разложении водой карбида кальция (СаС2) по реакции
CaC 2  2H 2 O  C2 H 2  Ca(OH ) 2  Q
Непосредственно на рабочем месте газосварщика аустилен либо находится в баллонах
белого цвета, либо получают из карбида кальция в газогенераторе.
7.3.3 Кислородно-ацетиленовое пламя
Строение аустилено-кислородного пламени показано на рисунке 14. Оно характерно
также для большинства газокислородных смесей.
1 – ядро; 2 – восстановительная зона; 3 – факел пламени
Рисунок 14 – Схема строения газокислородного пламени.
Ядро 1 пламени состоит из смеси холодных газов с четко выраженными границами. В
зоне 2 ацетилен сгорает в чистом кислороде при их соотношении 1:1 по реакции
C2 H 2  O2  2CO  H 2  Q
(1)
Эта зона характеризуется восстановительной атмосферой за счет наличия СО и Н 2 и
максимальной температурой 31500С. При плавлении и сварке этой зоной процесс протекает
эффективно и с минимальным окислением металла шва.
В наружной зоне продукты неполного сгорания дожигаются за счет кислорода
окружающего воздуха по реакции
2CO  H 2  1,5O2  2CO2  H 2 O  Q1
(2)
При этом формируется факел пламени 3, который используется для дополнительного
подогрева свариваемых кромок и шва.
В зависимости от соотношения газов в смеси пламя может быть нормальным (рисунок
14), науглераживающим (ацетиленовым) и окислительным (рисунок 15).
22
а) – нормальное; б – науглероживающее; в - окислительное
Рисунок 15 – Виды ацетилено-кислородного пламени.
При избытке ацетилена (рисунок 2.б) ядро увеличивается, приобретает расплывчатые
очертания и начинает коптить. Такое пламя используется при сварке высокоуглеродистых
сталей и чугунов. При избытке кислорода ядро пламени укорачивается и заостряется. Такое
пламя, несмотря на более высокую температуру в 34500С, вызывает окисление компонентов
сплавов и для сварки не должно использоваться.
7.3.4 Способы сварки
В зависимости от направления перемещения горелки и присадочного прутка по шву
различают левый и правый способы сварки. При левом способе (рисунок 3.а) впереди
перемещается присадочный пруток, а за ним горелка. Левый способ более простой и
применяется для сварки малых толщин до 3 мм.
а – левый; б – правый; 1 – присадочный пруток; 2 – газовая горелка
Рисунок 16 – Способы газовой сварки
При правом способе впереди перемещается горелка, а за ней присадочный пруток
(рисунок 16.б). Правый способ сложнее, но более производительный и позволяет
эффективно воздействовать на жидкую металлическую ванну (перемешивать, поддерживать,
перемещать).
Вертикальные швы выполняют левым способом, а горизонтальные и потолочные –
правым. Для лучшего перемешивания металла необходимо конец присадочного прутка
погружать в расплавленную ванну и совершать им колебательные движения. Диаметр
присадочного прутка выбирают примерно равным свариваемой толщине, но не более 4-5 мм.
Присадочный пруток берут того же состава, что и основной металл. Мощность горелки
выбирают из расчета 120-150 л/час на 1 мм толщины свариваемого металла. При сварке
листов разной толщины мощность горелки выбирают по большей толщине.
23
Легированные стали и цветные металлы сваривают с применением флюсов,
соответствующих составов.
7.3.5 Оборудование сварочного поста
Устройство сварочного поста может отличаться только способом поставки ацетилена:
- поставка ацетилена в баллоне;
- выработка ацетилена на месте сварки в газогенераторе.
На рисунке 17 представлен первый вариант схемы сварочного поста.
1 – горелка; 2 – шланг; 3 – вентиль; 4 – кислородный баллон; 5 – ацетиленовый
редуктор; 6 – баллон с ацетиленом
Рисунок 17 – Схема газосварочного поста с питанием от баллонов.
7.3.6 Баллоны для сжатых газов
Для транспортировки и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под
давлением выше атмосферного применяются стальные баллоны различной емкости (рисунок
18, рисунок 19). Наибольшее применение получили баллоны емкостью 40 л.
Кислородные баллоны окрашиваются в голубой цвет, с надписью «Кислород» черной
краской. Ацетиленовые баллоны окрашиваются в белый цвет, с надписью «Ацетилен»
красной краской.
В горловине баллона имеется отверстие с резьбой, куда ввертывается запорный
вентиль. Сверху вентиль закрывается предохранительным колпаком, который навертывается
на верхнюю резьбу горловины. На нижнюю часть баллона прочно насажен башмак,
обеспечивающий устойчивость баллона в вертикальном положении. Запорный вентиль
ацетиленового баллона делается из стали, а кислородный вентиль может быть из медного
сплава.
В отличии от кислородных, ацетиленовые баллоны наполняются пористой массой и
ацетоном. Пористая масса (березовый активированный уголь) уплотняется и пропитывается
ацетоном из расчета 225-230 г/л емкости. Давление ацетилена в баллоне около 2,0 МПа (20
кг/см2). Давление кислорода в баллоне около 15 МПа (150 кг/см2).
24
1 – опорный башмак; 2 – корпус; 3 – кольцо; 4 – запорный вентиль; 5 –
предохранительный колпак
Рисунок 18 – Кислородный баллон.
а – бесшовный; б – сварной БАС – 1 –58; 1 – корпус; 2 – запорный вентиль; 3 –
предохранительный колпак; 4 – газовая подушка; 5 – пористая масса с ацетоном; 6 –
опорный башмак
Рисунок 19 – Ацетиленовые баллоны.
7.3.7 Ацетиленовые генераторы для получения ацетилена на рабочем месте
В случае отсутствия ацетиленовых баллонов используют ацетиленовые газогенераторы,
в которых ацетилен получают разложением кускового карбида кальция (СаС2) водой:
25
CaC 2  2H 2 O  C2 H 2  Ca(OH ) 2  Q
(3)
Согласно ГОСТ5190-67 газогенераторы выпускаются низкого (до 0,1 кг/см2), среднего
(0,1 – 1,5 кг/см2) и высокого (свыше 1,5 кг/см2) давления, стационарного и передвижного
типов (рисунок 20).
Рисунок 20 – Схемы систем ацетиленовых генераторов.
По способу воздействия карбида кальция с водой и регулирования выработки ацетилена
генераторы делятся на системы:
1) «Карбид в воду» (рисунок 20.а);
2) «Вода на карбид» (рисунок 20.б);
3) «Вода на карбид и вытеснение воды» (рисунок 20.в);
4) «Контактная система» (рисунок 20.г).
Наиболее легким переносным аппаратом для выполнения работ в монтажных условиях
и приспособленным для использования на открытом воздухе в зимнее время является
генератор АСМ-1-58 (рисунок 21). Он работает по контактной системе; состоит из
вертикального цилиндрического корпуса 1 со сферическими днищами. В верхнее днище
встроена горловина, через которую в корпус ставят корзину 2 с карбидом. Корзина
укреплена на крышке 3, плотное закрывание которой достигается болтом 4 и траверсой 5.
Нижняя часть корпуса 7, используемая как промыватель, отделена от верхней перегородкой
8 и соединяется с ней трубкой 9. Загруженную карбидом корзину устанавливают в шахту 10,
заполненную водой до определенного уровня. При контакте карбида с водой происходит
выделение ацетилена, который по трубке 9 попадает в промыватель и оттуда через водяной
затвор 6 отбирается на потребление. При чрезмерном повышении давления ацетилена вода
из шахты 10 будет вытесняться в другую часть корпуса генератора и реакция выделения
ацетилена прекратится. При снижении давления вода вновь войдет в контакт с карбидом
кальция.
26
Рисунок 21 – Ацетиленовый генератор АСМ-1-58.
7.3.8 Предохранительные затворы
Предохранительные затворы предназначены для защиты трубопроводов и
ацетиленовых генераторов от проникновения в них взрывчатой волны кисродоноацетиленового пламени при обратном ударе от сопла горелки (резака). Они могут быть
водяные (жидкостные) или сухие.
Жидкостные водяные затворы среднего давления не имеют открытого сообщения с
атмосферой. Конструктивно они могут быть мембранными - с разрывающейся мембраной и
безмембранные – без предохранительной мембраны. Последние имеют более прочный
корпус, в котором и гасится взрыв. Затвор среднего давления безмембранного типа показан
на рисунке 22. В нем одностороннее движение газа обеспечивает шариковый обратный
клапан, а полную герметизацию от пламени обратного удара – вода, заливаемая в
предохранительный затвор.
27
а – внешний вид; б – схема работы; в – устройство; 1 – труба – ниппель; 2 – накидная
гайка; 3 – корпус; 4 – контрольный кран; 5 – колпачок; 6 – сливной штуцер; 7 – бобышка; 8 –
шариковый обратный клапан; 9 – пробка; 10 – седло; 11 – сетка; 12 – газоподводящая труба;
13 – вентиль; 14 – диск – отражатель; 15 – штуцер для залива воды
Рисунок 22 – Безмембранный жидкостный предохранительный затвор среднего
давления ЗСП-7-67
7.3.9 Газовые редукторы
Редукторы предназначены для понижения давления газа, поступающего в него из
баллона или распределительного трубопровода и автоматического поддержания заданного
давления постоянным. Классификация редукторов по назначению: Б – баллонные; Р –
рамповые; С – сетевые. По типу: А – ацетиленовые; К – кислородные; В – водородные; М –
метановые; П – пропан-бутановые. По схеме регулирования: О – одноступенчатые; Д –
двухступенчатые.
Кислородные, водородные и пропан-бутановые редукторы присоединяются к вентилю
баллона накидной гайкой, а ацетиленовый хомутом. У накидной гайки кислородного
редуктора – правая резьба, а у водородного и пропан-бутанового – левая резьба.
Кислородные редукторы понижают давление газа от 15 до 0,3 МПа (от 150 до 3 кг/см2),
ацетиленовые от 1,6 до 0,03 МПа (от 16 до 0,3 кг/см2).
Балонный, одноступенчатый кислородный редуктор приведен на рисунке 23.
28
а – внешний вид, б – внутреннее устройство; 1 – накидная гайка, 2, 13 – фильтры, 3, 8 –
манометры, 4 – регулирующий винт, 5 – нажимная пружина, 6 – толкатель, 7 – мембрана, 9 –
ниппель, 10 – предохранительный клапан, 11 – запорная пружина, 12 – редуцирующий
клапан, 14 – седло; А – камера высокого давления, Б – рабочая камера
Рисунок 23 – Баллонный одноступенчатый кислородный редуктор.
При вращении регулировочного винта 4 нажимная пружина 5, воздействуя через диск
на мембрану 7 и толкатель 6, отжимает редуцирующий клапан 12 от седла 14. Газ из камеры
высокого давления А переходит в рабочую камеру Б и через ниппель 9 в шланги. При
достижении необходимого давления в камере Б мембрана 7 сжимает пружину 5 и клапан 12
садится на седло 14. Редуцирование прекращается. С момента отбора газа редуцирование
возобновляется.
7.3.10 Шланги
Шланги служат для подвода к горелке (резаку) газов. Изготавливаются они из
вулканизированной резины с одним или несколькими слоями хлопчатобумажной ткани
(армирование для прочности).
Кислородные шланги выдерживают давление до 1 МПа (10 кг/см2), ацетиленовые до 0,3
МПа (3 кг/см2). Длина шлангов должна быть не менее 5 метров.
При использовании в качестве горючего керосина или бензина применяют шланги из
бензостойкой резины.
Закрепление шлангов на ниппелях горелок, резаков, редукторов, газогенераторов
производится в помощью металлических хомутов.
7.3.11 Сварочные горелки
Сварочная горелка является основным инструментом газосварщика. Это устройство,
которое предназначено для смешивания горючего газа с кислородом и получения
устойчивого высокотемпературного пламени.
По принципу действия горелки бывают инжекторные и безинжекторные (при газовой
сварке, как правило, смешиваются два газа, которые находятся под разным давлением и это
различие составляет 10 – 15 раз).
Поэтому наибольшее применение находят инжекторные горелки. В них горючая смесь
образуется за счет инжектирования (подсоса) горючего газа (низкое давление) кислородом
29
(высокое давление). Устройство такой горелки показано на рисунке 24, а разрез
инжекторного устройства на рисунке 25.
1 – кислородный ниппель, 2 – рукоятка, 3 – кислородная труба, 4 – корпус, 5 –
регулирующий кислородный вентиль, 6 – ниппель наконечника, 7 – мундштук ацетиленокислородной горелки, 8 – мундштук пропан-бутан-кислородной горелки, 9 – штуцер, 10 –
подогреватель, 11 – трубка горючей смеси, 12 – трубка смесительной камеры, 13 – инжектор,
14 – регулирующий вентиль горючего газа, 15 – трубка горючего газа, 16 – ниппель
горючего газа; а – канал малого сечения, б – канал смесительной камеры, в – зазор между
стенками смесительной камеры и корпусом инжектора, г – боковые отверстия в штуцере; I –
сменный наконечник для ацетилено-кислородной горелки, II – сменный наконечник для
пропан-бутан-кислородной горелки
Рисунок 24 – Устройство и принцип работы инжекторной сварочной горелки.
Кислород проходит по центральному каналу, выходит в смесительную камеру с
высокой скоростью и, расширяясь, теряет давление. При этом происходит подсос ацетилена.
Для нормальной работы инжекторной горелки давление кислорода должно быть 0,2 – 0,4
МПа (2 – 4 кг/см2), а ацетилена может быть 0,001 – 0,01 МПа (0,01 – 0,1 кг/см2).
1 – смесительная камера, 2 – накидная гайка, 3 – корпус горелки, 4 – инжектор
Рисунок 25 – Разрез инжекторного устройства.
4.4 Порядок выполнения работы
-
ознакомиться с технологией процесса сварки;
30
-
изучить принцип действия газосварочного оборудования;
проверить свои знания на имеющемся оборудовании: газогенератор, баллоны,
редуктор, горелка, резак;
составить и защитить отчет.
4.5 Содержание отчета
-
цель работы;
краткая теоретическая часть;
изобразить
принципиальные
схемы
предохранительный затвор, редуктор, горелка;
выводы по работе.
оборудования:
газогенератор,
4.6 Вопросы для самопроверки
-
регулировка сварочного пламени;
способы газовой сварки;
горючие газы и их характеристика;
принцип работы и назначение: газогенератора, баллона, редуктора, шлангов,
предохранительного затвора, горелки.
31
5 ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ КОНТАКТНАЯ СВАРКА
5.1 Цель работы
-
изучить принцип электроконтактной сварки;
ознакомиться со способами сварки;
изучить устройство машины для точечной сварки;
произвести сварку на точечной и шовной машинах.
5.2 Оборудование, приспособления, инструмент
-
машина для точечной электроконтактной сварки;
машина для шовной электроконтактной сварки;
образцы для сварки;
спецодежда;
защитные очки.
5.3 Содержание работы
Контактная сварка относится к способам сварки давлением с кратковременным
контактным нагревом места соединения проходящим точкам и осадкой разогретых
заготовок. Характерная особенность этого процесса - быстрота пластической деформации, в
ходе которой формируется сварное соединение.
Способы контактной сварки получили наибольшее промышленное применение
благодаря простоте выполнения и высокой производительности.
Электрическая контактная сварка является термомеханическим процессом, при котором
место соединения заготовок разогревается проходящим по металлу электрическим током,
причем максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта за счет
его высокого электросопротивления. Типы сварных соединений представлены на рисунке 1.
По принципу формирования сварного соединения различают стыковую, точечную,
рельефную, роликовую (шовную) электрическую контактную сварку.
8.3.1 Стыковая сварка
Стыковая сварка (рисунок 26.а) – вид контактной сварки при котором соединяемые
детали свариваются по всей плоскости их соприкосновения.
32
Рисунок 26 – Основные типы соединений.
Принципиальная схема стыковой контактной электросварки приведена на рисунке 27.
1 – свариваемые детали;
переключатель ступеней.
2 – токоподводы;
3 – сварочный трансформатор;
4 –
Рисунок 27 – Схема стыковой сварки.
Сопротивление RК между свариваемыми заготовками является наибольшим в
сварочной цепи, т.к. поверхности стыка имеют неровности и соприкасаются в отдельных
точках. В результате высокой плотности тока в точках контакта металл в зоне сварки
нагревается до термопластичного состояния или до плавления. Поэтому существует два
способа стыковой сварки – сопротивлением (в твердом состоянии) и оплавлением (в твердожидком состоянии).
При сварке сопротивлением свариваемые детали, закрепленные в зажимах осадочного
механизма машины, приводятся в соприкосновение под некоторым начальным давлением Рн,
после чего включается электрический ток. После нагрева зоны сварки до температуры
пластического состояния металла прикладывают осадочное давление Рос и выключают ток.
За счет выдавленного при осадке металла в месте соединения образуется утолщение.
Стыковая сварка сопротивлением применяется для соединения деталей со сплошным
сечением (круг, квадрат), с диаметром или с размерами сторон не более 20 мм, а также
толстостенных труб.
Прочность стыка, сваренного способом сопротивления, обычно ниже прочности
основного металла. Преимуществом этого способа является отсутствие грата (выдавленных
из зоны соединения жидкого металла и шлака), что особенно важно при сварке труб.
8.3.2 Сварка оплавлением
Сварку оплавлением осуществляют при непрерывном или прерывистом процессе.
В начале процесса сварки непрерывным оплавлением концы свариваемых деталей,
находящиеся под напряжением сварочной цепи, сводят до легкого соприкосновения.
Вследствие слабого контакта и касания торцовых поверхностей свариваемых деталей
отдельными выступами происходит быстрый разогрев металла до жидкого состояния с
образованием перемычек. Электрический ток, протекая через эти перемычки, нагревает
металл до кипения. Под действием давления паров и электромагнитных сил сварочного
контура расплавленный металл выбрасывается из стыка. На рисунке 28 схематически
показано развитие процесса оплавления по сечению стыка.
33
Для обеспечения непрерывного процесса необходимо сближать торцы деталей по мере
их оплавления. Высокая температура, развиваемая при этом процессе, разогревает
близлежащие зоны металла до температуры пластического состояния. Под действием
осадочного давления жидкий металл выдавливается в виде грата; сварка происходит между
слоями металла, находящимися в пластическом состоянии.
Стыковой сваркой оплавлением можно соединять детали со сплошным и развитым
сечением, а также детали с тонкими стенками. При этом форма сечения деталей не имеет
такого значения, как при сварке сопротивлением.
Прочность сварных соединений при стыковой сварке оплавлением, как правило, близка
к прочности основного металла. Однако, выдавленный жидкий металл формируется вокруг
сварного соединения в виде местного утолщения грата. Грат после сварки необходимо
удалять любым способом резки.
Рисунок 28 – Схема развития процесса сварки встык оплавлением.
8.3.3 Точечная сварка
Точечная сварка (рисунок 26.б) – вид контактной сварки, при которой заготовки
соединяются в отдельных точках. При точечной сварке заготовки собирают в нахлестку и
зажимают с некоторым усилием Р между двумя медными электродами, подводящими ток к
месту сварки (рисунок 29).
34
Рисунок 29 – Принципиальная схема точечной контактной сварки.
Соприкасающиеся с медным электродом поверхности свариваемых заготовок
нагреваются медленнее их внутренних слоев. Нагрев продолжают до пластического
состояния внешних слоев и до расплавления внутренних слоев. Затем выключают ток и
формируют соединение под давлением. В результате образуется литая сварная точка.
Диаметр сварной точки dя (диаметр ядра) может достигать диаметра рабочей
поверхности электрода сварочной машины.
Диаметр рабочей (контактной) поверхности электрода (dэ) выбирают в зависимости от
толщины свариваемых листов:
- при толщине листа S до 3 мм dэ = 2S + 3, мм;
- при толщине листа S более 3 мм dэ = 1,5S + 5 мм.
Прочность соединения листового материала точечной контактной сварки зависит от
правильного выбора режима и соблюдения технологии.
Режим сварки определяется величиной сварочного тока, длительностью его протекания
через контактные поверхности и усилием сжатия.
При правильном определении режима сварки диаметр ядра составляет (1 – 1,5) dэ или (3
– 4) b, где b – толщина свариваемого листа, а величина проплавления h – 20% от b (рисунок
4).
8.3.4 Роликовая (шовная) контактная сварка
Роликовая (шовная) контактная сварка применяется для соединения листового металла
толщиной до 3 мм сплошным герметичным швом перекрывающимися точками (рисунок 30).
Сварка выполняется с помощью двух вращающихся медных роликов (электродов), между
которыми сжимаются свариваемые листы. Верхний ролик приводится во вращение от
электродвигателя переменного тока через редуктор и коническую пару шестерен.
Рисунок 30 – Принципиальная схема роликовой (шовной) сварки.
К роликам подводится ток от вторичной цепи сварочного трансформатора.
Роликовую сварку часто применяют при сборке из двух штампованных заготовок баков
и других герметезированных емкостей из листового металла (рисунок 31).
35
Рисунок 31 – Типы соединений при роликовой сварке.
8.3.5 Электрическая контактная сварка
Все способы электрической контактной сварки характеризуются следующими
положительными свойствами:
- высокая скорость нагрева металла, следовательно, высокая производительность
процесса сварки;
- минимальная зона нагрева металла, не допускающая больших внутренних напряжений
в свариваемых заготовках;
- достаточно высокая прочность сварного соединения;
- возможность максимальной автоматизации процесса сварки.
Электрическая контактная сварка широко применяется в машиностроении,
приборостроении, в автомобильной и тракторной промышленности при изготовлении
кузовов и кабин, топливных баков, клапанов двигателей внутреннего сгорания, штоков, тяг и
других деталей.
8.3.6 Оборудование для электрической контактной сварки
Принципиальная электрическая схема устройства контактной машины одинакова для
всех способов сварки (рисунок 32). Ее основными элементами являются вторичная цепь
машины, состоящая из электродов 1, хоботов (клнсолей) 2, гибких токоведущих шин 3 и
вторичного витка 4 трансформатора 5 и первичной цепи, состоящей из первичной обмотки 6
с переключателем ступеней 7, контактора К1 для включения и выключения сварочного
трансформатора через контакты 8, реле времени 9, выключателя включения и выключения
машины 10.
36
Рисунок 32 – Принципиальная электрическая схема машин для точечной сварки.
Кинематическая схема простейшей точечной машины МТП-25М показана на рисунке
33. Данная машина относится к точечным машинам малой мощности с педальным
пружинным механизмом сжатия и радиальным ходом верхнего электрода.
Рисунок 33 – Кинематическая схема точечной машины МТП-25М.
Точечная машина МТП-25М предназначена для автоматической сварки деталей из
малоуглеродистой стали толщиной до 1,5 + 1,5 мм. На машинах этого типа допускается
сварка деталей толщиной до 3 + 3 мм в неавтоматическом режиме.
После включения электродвигателя Д через червячный редуктор 8 постоянно вращает
первичный вал с посаженной на нем половинкой зубчатой разъемной муфты сцепления. При
нажатии ножной педали 1 освобождается полумуфта 7, которая под действием собственной
пружины сцепляется с другой половиной, и кулачковый распределительный вал начинает
вращаться. При этом эксцентриковый кулачок 6 поворачивает кронштейн 2 с верхним
электродом до тех пор, пока не произойдет зажатие свариваемого изделия между
электродами.
Дальнейший поворот кулачка приведет к сжатию пружины 5 и созданию необходимого
давления на электродах. После этого токовые кулачки 4 замыкают контакты двухполюсного
37
механического контактора 3, включающего сварочный трансформатор. По окончании сварки
контакты контактора размыкаются и отключают сварочный трансформатор от сети.
Дальнейшее вращение кулачкового вала приведет к снятию давления и подъему верхнего
электрода. Если педаль держать нажатой, то цикл зажатия деталей и сварки повторится.
Время сварки регулируется с помощью токовых положения кулачков.
5.4 Порядок выполнения работы
-
изучить материал данных методических указаний;
составить технический отчет;
изучить устройство имеющихся контактных машин и провести сварку двух пластин
на точечной и шовной машинах.
5.5 Содержание отчета
-
цель работы;
краткая теоретическая часть с основными определениями;
схема способов сварки (рисунки 2, 4, 5);
краткое теоретическое введение с указанием параметров;
принципиальная электросхема машины с описанием точечной контактной сварки на
мягких и жестких режимах (рисунок 7);
описание опытов;
выводы по работе.
5.6 Вопросы для самопроверки
-
основные способы контактной электросварки;
термофизические процессы в зоне формирования сварного соединения;
области применения способов сварки;
принципиальное устройство сварочного оборудования.