Краткие теоретические сведения. Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений заготовок посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений заготовок посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями, что возможно при сближении атомов на расстояние, близкое к параметру кристаллической решетки.

Сварочные процессы применяют для изготовления сварных конструкций, исправления брака литья и восстановления поломанных и изношенных изделий.

Одним из наиболее распространенных видов сварки является ручная электродуговая сварка.

Источником тепла является электрическая дуга. Температура электрической дуги зависит от материала электродов: при угольных электродах она составляет 3200 ⁰С на катоде и 3900 ⁰С на аноде; при металлических электродах соответственно 2400 ⁰С и 2600 ⁰С.

Для зажигания электрической дуги необходимо напряжение при постоянном токе 40-60 В, а при переменном токе 50-70 В. Устойчивое горение дуги происходит при напряжении 15-35 В.

В качестве источников питания для сварки на постоянном токе применяют сварочные генераторы или выпрямители, а на переменном – сварочные трансформаторы.

Наибольшее распространение получила сварка на переменном токе. В качестве источников питания в основном применяют сварочные трансформаторы типа СТЭ и СТН. Схема трансформатора СТЭ приведена на рисунок 6.1.

Рисунок 6.1 - Схема сварочного аппарата СТЭ-34:

1 – понижающий трансформатор; 2 – регулятор тока; 3 – рукоятка регулятора; а – неподвижная часть регулятора; б – подвижная часть регулятора.

Аппараты типа СТЭ состоят из понижающего трансформатора 1 и отдельного регулятора тока 2. первичная обмотка трансформатора включается в сеть переменного тока, а во вторичной обмотке индуцируется ток напряжением 55-60 В. Регулятор тока представляет собой катушку самоиндукции с железным сердечником, состоящим из двух частей: неподвижной (а) и подвижной (б). обмотка включена непосредственно в сварочную цепь. Изменение силы тока в дуге достигается путем изменения магнитного сопротивления регулятора за счет зазора между подвижной и неподвижной частями. Воздушный зазор устанавливается вращением рукоятки регулятора 3.

Для получения качественного сварного шва плавящийся электрод при сварке должен быть наклонен под углом 15-20 ⁰ от вертикальной оси. Изменяя угол наклона электрода, можно регулировать глубину расплавления основного металла и скорость охлаждения ванны.

При сварке тонких листов накладывают узкий валик (шириной 0,8-1,5 диаметра электрода) без поперечных колебаний. При сварке толстых листов конец электрода совершает колебательное движение.

Сварку встык без разделки кромок производят чаще всего сквозным проплавлением с одной стороны шва (рисунок 6.2 а).

Рисунок 6.2 - Схемы наложения валиков для стыковых и угловых швов:

а – сварка встык без разделки кромок; б – сварка в стык с U-образной разделкой шва; в - – сварка в стык с Х - образной разделкой шва; г,д – сварка углового шва; е – сварка углового шва в лодочку

 

При сварке встык шва с U – образной разделкой (рисунок 6.2 б) дугу зажигают вблизи скоса кромок и наплавляют валик металла. Сварку Х – образных швов (рисунок 6.2 в) с целью уменьшения деформации производят переменным наложением слоем с обеих сторон разделки. При образовании углового шва (рисунок 6.2 г,д) электрод наклоняют под углом 45⁰ к поверхности детали, либо наклоняют обе свариваемые поверхности (сварка в лодочку, рисунок 6.2 е).

В качестве электродов для ручной электродуговой сварки и наплавки используют металлические стержни длиной 250-450 мм диаметром 1,6 – 12 мм. Для сварки углеродистой стали электроды изготавливают из мягкой стальной проволоки, содержащей 0,08-0,12 % углерода (марки Св-0,8 и Св-0,8А). при сварке легированной стали электроды изготавливают из низколегированной стали с содержанием углерода до 0,22%. Для сварки углеродистых и легированных сталей используют электроды марок Э42А, Э50А, Э145. Цифры показывают предел прочности шва в кг/мм², буква А – повышенные пластические свойства и вязкость металла.

Электроды с тонкими обмазками (толщиной 0,1-0,3 мм) применяют только для сварки малоответственных конструкций. Электроды с толстыми обмазками (качественные) повышают устойчивость горения дуги и защищают расплавленный металл от окисления и насыщения азотом. Обмазки содержат мел, поташ, углекислый барий, полевой шпат и т.д. и обеспечивают высокое качество свариваемого шва.

Качество, производительность и экономичность сварочных работ, выполняемых ручной электродуговой сваркой зависит от правильно выбранного режима сварки, определяемого диаметром электрода (d), величиной сварочного тока (J_св), длиной дуги (l).

Диаметр электрода (d) выбирают в зависимости от толщины свариваемого материала, а также типа сварного шва (табл. 4.1)

Таблица 6.1 Зависимость диаметра электрода от толщины

свариваемого материала

Толщина металла, мм	0,5	1-2	2-5	5-10	>10
Диаметр электрода, мм	1,5	2-2,5	2,5-4	4-6	4-8

Примечание: Для потолочных и вертикальных швов значения d и J_св принимают минимальные.

Величина сварочного тока (J_св) определяется в зависимости от диаметра (d) электрода по формуле:

(6.1)

где J_св – сила сварочного тока, А;

d – диаметр электрода, мм;

к – коэффициент, А/мм

Коэффициент к принимается равным для электродов из:

малоуглеродистой стали 45-60 А/мм;

легированной стали 35-45 А/мм.

При сварке большим током процесс идет очень интенсивно, металл перегревается и возможны сквозные проплавления (прожоги). При сварке очень малым током процесс идет медленно и возможны непровары.

Длина дуги (l) определяется по формуле:

(6.2)

где l – длина дуги, мм.

Качество сварного шва тем выше, чем меньше длина дуги.

Напряжение горения дуги (U) определяется по формуле:

(6.3)

где U – напряжение горения дуги, В;

α – коэффициент, характеризующий падение напряжения на электроде: для стальных электродов – 10-12; для графитовых электродов – 35-38.

β – коэффициент, характеризующий падение напряжения на 1 мм длины дуги; принимают 2-2,5.

Скорость сварки V_св в м/час определяется по формуле:

(6.4)

где L – длина сварного шва, м;

t – время горения дуги, ч

При проведении расчетов основными величинами, характеризующими технико-экономические показатели процесса ручной электродуговой сварки, являются коэффициенты плавления d_п, наплавки d_н, потерь Ψ и производительность сварки Q.

Коэффициент плавления d_п показывает, сколько электродного металла в граммах плавится под действием сварочного тока в 1 ампер за 1 час. Коэффициент d_п определяется по формуле:

(6.5)

где Q_п – количество расплавленного металла электрода, г;

J_св – сила сварочного тока, А;

t – время горения дуги, сек.

Количество расплавленного металла определяется по формуле:

(6.6)

где q_ст – вес стержня электрода до сварки, г;

q_ог – вес огарка электрода после сварки, г.

Коэффициент наплавки d_н показывает сколько электродного металла в граммах наплавляется на деталь под действием сварочного тока в 1 ампер за 1 час. Коэффициент d_н определяется по формуле:

(6.7)

где Q_н – количество наплавленного на деталь электродного металла, г

J_св – сила сварочного тока, А;

t – время горения дуги, сек.

Количество наплавленного на деталь электродного металла определяется по формуле:

(6.8)

где Q_нап – вес детали после наплавки металла электрода, г;

Q_до – вес детали до наплавки, г.

Коэффициент потерь определяется по формуле:

(6.9)

Производительность сварки определяется количеством металла (кг) наплавляемого в единицу времени (час) по формуле:

(6.10)

где d_н – коэффициент наплавки;

J_св – сила сварочного тока, А;

К_с – коэффициент загрузки сварщика, зависит от вида производства и характера выполняемой работы. Для полевых условий К_с принимают равным 0,4 а для стационарных условиях при хорошей организации работы К_с принимают равным 0,8.