Рисунок 1. Статическая вольт-амперная характеристика дуги

РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ электродом с обмазкой

И АВТОМАТИЧЕСКОЙ наплавки в среде защитных газов

Цель работы: Закрепление теоретических знаний по восстановлению деталей различными методами электродуговой сварки и наплавки.

Задание: Изучить технологию и оборудование для ручной дуговой сварки электродами с обмазкой и автоматической наплавки в среде защитных газов, рассчитать режимы сварки (наплавки).

Основные положения

Дуговая сварка (ручная, полуавтоматическая и автоматическая) является наиболее распространенным способом сварки. Ручная сварка применяется для сварки швов небольшого размера; за один проход без предварительной разделки кромок она позволяет сва­ривать детали толщиной 4–8 мм. Автоматическая сварка может вестись одним или несколькими электродами под слоем флюса, в среде защитных газов (аргона, гелия, углекислого газа) или самозащитной проволокой. При этом резко повышается толщина сва­риваемых деталей (до 15 мм без разделки кромок) и производи­тельность сварки (в 6–8 раз по сравнению с ручной сваркой). Свар­ка в углекислом газе углеродистых и низколегированных сталей характеризуется стабильностью режима сварки, хорошим форми­рованием сварного шва, высоким качеством соединения. Произво­дительность полуавтоматической сварки примерно в 2–4 раза вы­ше, чем ручной.

Свариваемость стали зависит от содержания углеро­да и легирующих элементов стали делятся на четыре группы по свариваемости: хорошо, удовлетво­рительно, ограниченно и плохо сваривающиеся. Хорошо сваривающиеся стали (Ст3, 10, 15НМ, 12Х18Н9Т) без труда образуют сварные соединения по обычной технологии без подогрева и последующей  термообработки. Для сварки удовлетворительно сваривающихся сталей (БСт5, 30, 35, 15ХСНД, 12Х14А) необходим предварительный подогрев (до 100–150 ºС) и после­дующая термообработка. Ограниченно сваривающиеся стали(Ст6, БСт6, 40, 50, 30ХГСА, 5ХНМ) в обычных условиях сварки склонны к образованию трещин. Перед сваркой их подогревают (до 200–250 ºС), подогревают в процессе сварки и подвергают термообработке после сварки (высокий отпуск). Сварку плохо свариваю­щихся сталей (60Г, 50ХГА, 85, У8, У10А, Р18, Х12, 3Х2В8Ф) вы­полняют с предварительным подогревом (до 250–300 ºС), обязательным подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой (отжиг). Но даже эти меры не во всех случаях позволяют предотвратить появление дефектов в сварных швах.

Термическая обработка сварных заготовок производится с це­лью улучшения свойств металла шва и околошовной зоны и для снятия сварочных напряжений. Режим термообработки определя­ется химическим составом, теплофизическими и механическими свойствами материала. Термообработка способствует обеспечению точности последующей механической обработки заготовки, а так­же стабильности размеров и формы сварного изделия в процессе эксплуатации.

Наиболее полное снятие напряжений производится с помощью общего высокого отпуска в термических печах. Заготовку нагрева­ют до 600–650 °С и выдерживают в течение времени, которое опре­деляют из расчета 2–3 мин на 1 мм толщины металла. Положение заготовки в печи должно предотвратить ее деформацию за счет провисания под собственной тяжестью. Охлаждение после отпуска производится медленно, чтобы в металле снова не возникли напря­жения. Заготовки из среднеуглеродистых сталей часто охлаждают до температуры 300 °С с печью, а затем – на воздухе. Для сталей, склонных к охрупчиванию при температуре 600–620°С, темпера­тура отпуска снижается до 550–560 °С.

 

         Таблица 1. Свариваемость стали в зависимости от содержания примесей          и углерода

Суммарное содержание примесей, %	Свариваемость при содержании углерода, %
	хорошая	удовлетворит.	ограниченная	плохая
До 1	До 0,25	0,25–0,30	0,30–0,45	Свыше 0,45
1–3	До 0,20	0,20–0,30	0,30–0,40	Свыше о,40
Свыше 3	До 0,18	0,18–0,28	0,28–0,38	Свыше 0,38

 

Статическая вольт-амперная характеристика дуги в координатах U–I (рис. 1) имеет криволинейную зависимость, следовательно, активное сопротивление дуги меняется с изменением тока. На характеристике выделяют три участка: падающий I, жесткий II и возрастающий III. Сопротивление дуги при фиксированных ее значениях U _д и I _д в точке А численно тангенсу угла α_д между касательной к кривой графика в этой точке и осью I _д. Сопротивление дуги на ее падающем участке отрицательное (ρ _д <0), на жестком равно нулю (ρ _д = 0)и на возрастающем – положительное (ρ _д >0).

 

Рисунок 1. Статическая вольт-амперная характеристика дуги

В маломощных дугах (участок I) с ростом тока увеличивается площадь сечения столба дуги, что приводит к снижению плотности тока, следовательно, к уменьшению общего напряжения дуги. Такая падающая характеристика наблюдается при сварке неплавящимся электродом и ручной сварке покрытым электродом. При дальнейшем росте тока пропорционально увеличивается и площадь столба. Плотность тока при этом остается примерно постоянной, поэтому и напряжение дуги не меняется с возрастанием тока. Характеристика на участке II жесткая, она наблюдается при сварке покрытым электродом и механизированной сварке под флюсом. Граница между участками I и II при различных способах и условиях сварки соответствует значению ~100 А.

Возрастающий участок III наблюдается при таком токе, когда дуга уже заняла всю торцевую площадь электрода, поэтому с ростом тока пропорционально увеличивается его плотность и напряжение. Возрастающая характеристика наблюдается при механизированной сварке под флюсом, а также при  сварке в углекислом газе. Граница между участками II и III соответствует значению тока ~800 А. При увеличении длины дуги график зависимости смещается вверх, а при увеличении диаметра электрода граница между жестким и возрастающим участками – вправо.

Сварочная дуга, имеющая падающую статическую характеристику, мало устойчива, так как незначительное изменение тока резко сказывается на напряжении дуги, что приводит к ее обрыву. Начало графика, соответствующее моменту зажигания дуги, характеризует величину напряжения, необходимого для ионизации междугового пространства и зажигания дуги и равного 50–60 В. В дальнейшем процесс ручной дуговой сварки идет на токах 100–500 А и переходит в более устойчивую область с жесткой статической характеристикой дуги. Изменение напряжения дуги происходит только в зависимости от ее длины и не зависит от величины сварочного тока. Чем длинее дуга, тем больше ее напряжение за счет увеличения падения напряжения столба дуги. Использование жесткой характеристики, обеспечивающей наибольшую устойчивость процесса, широко практикуется для ручной, механизированной, автоматизированной и автоматической сварки 1].

   Источники питания для сварки. При дуговой сварке применяют токи I_св = 1–3000 А при напряжении U_д = 8–140 А. В зависимости от вида используемой энергии и характера ее преобразования различают следующие типы источников питания для сварки:

- трансформатор, понижающий переменное напряжение до необходимого при сварке;

- выпрямител ь, преобразующий энергию сетевого переменного тока в энергию постоянного сварочного тока;

- генератор – устройство, преобразующее механическую энергию вращения в электрическую энергию постоянного тока;

- преобразовател ь, который является комбинацией трехфазного асинхронного двигателя переменного тока и сварочного генератора и, следовательно, преобразует сетевую электрическую энергию в электрическую энергию постоянного тока;

- агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания и генератора постоянного тока с получением сварочного тока за счет использования химической энергии сгорания газообразного или жидкого топлива.