Ручне дугове зварювання. Суть методу: за допомогою зварювальної дуги поступово розплавляється електрод та

Суть методу: за допомогою зварювальної дуги поступово розплавляється електрод та краї заготовки, а рідкий метал щільно заповнює простір між ними, утворюючи зварювальну ванну, а після кристалізації металу – зварний шов. Метал переноситься із електроду на виріб у вигляді крапель (30…40 крапель/ с).

Зварювальною дугою називають потужний і стабільний електричний розряд у середовищі іонізованих газів та випарів металу, який супроводжується інтенсивним виділенням теплоти і світла та перенесенням електричних зарядів крізь іонізований повітряний проміжок.

Електрод на короткий час дотинають до заготовки, після цього віддаляють його на відстань довжини дуги. Під час дотику між торцем електроду та заготовкою відбувається коротке замикання, внаслідок чого метал швидко нагрівається до високої температури. Після відриву електрода з нагрітого катода (електрод) під дією електричного поля починається електронна емісія: позитивно заряджені іони з великою швидкістю рухаються до катода (рис. 4.1), а електрони та негативно заряджені іони – до анода (заготовка). Температура в центрі дуги 6000 …7000^о С. Напруга, необхідна для запалювання дуги при постійному струмі 30…35 В, при змінному – 50…55 В

Рис. 4.1 Схема зварювальної дуги:

1,8 — заготовка; 2 — електрон; 3 — дуга; 4 — молекула повітря;

5 — покриття електрода; 6 — електродний дріт; 7 — іон

У режимі стійкого горіння напруга спадає до 18…30 В.

Напруга дуги залежить від складу газів, у яких горить дуга довжини дуги, сили струму, матеріалу електроду та виробу.

Електричні властивості дуги характеризуються напругою U струмом I та довжиною дуги і описуються її вольт-амперною характеристикою (рис. 4.2). Характеристика складається з трьох ділянок:

- спадної І;

- жорсткої (горизонтальної) ІІ;

- крутої (зростальної) ІІІ.

  Рис. 4.2 Статична вольт-амперна характеристика дуги (діаметр електрода і довжина дуги постійні): I — спадна, II, III — жорстка і зростальна ділянки відповідно

На ділянці І струм невеликий, дуговий проміжок недостатньо іонізований і тому для горіння дуги потрібна підвищена напруга – дуга тут нестабільна. Із збільшенням сили струму до 80 В зростає ступінь іонізації, провідність дугового проміжку, різке зменшення напруги. На ділянці ІІІ зростання сили струму зумовлює зростання напруги дуги. Ручне дугове зварювання проводять у межах ІІ ділянки, рідше І ділянки.

Збільшення довжини дуги зумовлює зміщення вольт-амперної характеристики вгору, зменшення – донизу.

4.1.2 Джерела живлення постійного та змінного струму: будова, принципи дії, регулювання зварювального струму, марки

Для дугового зварювання використовують постійний та змінний струм. Для обмеження струму короткого замикання необхідно, щоб джерело живлення мало спадну зовнішню характеристику.

Зовнішньою характеристикою джерела живлення (1) зварювальної дуги називають залежність між напругою U і силою струму I на вихідних його затискачах. Зі зниженням напруги величина струму зростає, але обмежено. Зовнішня характеристика 1 та вольт-амперна характеристика 2 мають спільні точки В та С, що є умовою енергетичної рівноваги системи. Точка В відповідає запалюванню дуги, а точка С – стійкому її горінню. Координати точки С (U_Д ,І_З ) характеризують режим зварювання. Під час короткого замикання напруга дуги спадає майже до нуля (точка D), а сила струму мало перевищує силу робочого струму І_З. Що крутіша зовнішня характеристика, то менші коливання значень зварювального струму, зумовлені зміною довжини дуги під час ручного зварювання.

Джерела постійного струму: зварювальні генератори та зварювальні випрямлячі (селенові або кремнієві).

Зварювальні випрямлячі забезпечують високу стабільність горіння дуги, мають високий ККД, прості, надійні в роботі, але потребують інтенсивного охолодження за допомогою вентилятора.

Джерела змінного струму: зварювальні трансформатори, які поділяються на дві основні групи:

- трансформатори з окремим дроселем;

- трансформатори зі збільшеним магнітним розсіюванням і рухомою обмоткою.

Зварювальні трансформатори прості за конструкцією, дешеві, надійні.

Однофазні трансформатори з окремим дроселем застосовуються у ручному зварюванні покритим електродом, аргонно - дуговому зварюванні та механізованому зварюванні під флюсом.

Максимальна напруга джерела живлення складає 60…80 В і не повинна перевищувати 80 В в умовах безпечної роботи.

Рис. 4.3 Зовнішня характеристика джерела живлення (1) і вольт амперна характеристика (2)

4.1.3 Зварні з’єднання та шви. Типи зварних з’єднань і конструктивні елементи. Класифікація швів. Позначення зварних швів на кресленнях

Головні типи зварних з’єднань

В залежності від конструкції виробу та товщини зварюваного матеріалу розрізняють стикові, внакладку, таврові та кутові шви (ГОСТ 5264 - 80).

Стикові з’єднання (рис 4.4,а) - цез’єднання двох, заготовок торцевими поверхнями. При товщині заготовки від 1 до 5 мм шов виконують переважно з одного боку, не обробляючи скісні краї

Рис. 4.4 Головні типи зварних з'єднань (а-г) і форма

поперечних перерізів країв заготовок (д-ж):

а — стикові; б — внакладку; в — таврові; г — кутові з'єднання;

д — V-подібна; е — U-подібна; є — Х-подібна форма країв заготовок

Рис. 4.5 Різні положення шва у просторі:

1,3 — нижнє, шов кутовий; 2 — нижнє, шов стиковий; 4 — горизонтальне,

шов стиковий; 5,8 — стельове, шов кутовий; 6 — стельове, шов стиковий;

7 — вертикальне, шов стиковий

При товщині від 3 до 60 мм краям надають V -подібну форму (рис. 4.4, д), при товщині від 15 до 100 мм U -подібну форму(рис. 4.4, е) та при товщині від 8 до 120 мм – X -подібну форму (рис. 4.4, ж). Якщо краї X -подібні, то шов накладають по черзі з обох боків, щоб зменшити деформації зварювальних елементів.

При з’єднанні внакладку зварювальні заготовки розташовані паралельно (рис. 4.3, б) та частково перекриваються. Ширина перекриття у 3…5 разів більша товщини заготовки. Обробка країв не потрібна.

Таврові з’єднання (рис. 4.4, в) най поширені. При товщині вертикальної стінки 2…40 мм підготовляти краї не потрібно, при товщині 3… 60 мм можна робити скоси з одного боку, а при товщині від 8 до 100 мм – з двох боків.

Кутові з’єднання (рис. 4.4, г) для листів 2…30 мм не вимагають підготовки країв. Їх широко застосовують у металоконструкціях.

В залежності від положення швів у просторі під час зварювання розрізняють нижні, вертикальні, горизонтальні та стельові (рис. 4.5) шви.

Найпоширеніші нижні шви. Найзручніше виконувати нижній стиковий шов. При виконанні нижнього кутового шва метал може частково стікати зі стінки вертикального елементу.

Складно накладати вертикальні шви, ще складніше горизонтальні на вертикальній стінці і найскладніше – стельові, бо рідкий метал може витікати під дією сил гравітації. Вертикальні шви зварюють переважно знизу вгору. В заводських умовах конструкцію часто повертають спеціальними механізмами, щоб досягти нижнього положення шва. За зовнішньою формою: випуклі (посилені), нормальні, вгнуті; суцільні чи переривчасті.

4.1.4 Вплив хімічного складу сталі на їх зварюваність. Способи усунення деформацій.

До найпоширеніших конструкційних матеріалів належать сталі, чавуни, алюмінієві та мідні сплави.

На зварюваність вуглецевої сталі істотно впливає вуглець, зі збільшенням якого твердість підвищується а пластичність зменшується.

Найкраще з’єднується всіма способами дугового зварювання низько вуглецева сталь (до 0,25% С), оскільки вона практично не гартується.

Значно складніше зварювати середньо вуглецеву сталь (0,3…0,45 % С) через їх схильність до утворення структур підвищеної твердості й виникнення тріщин.

Високовуглецеві сталі (0,46…0,75% С) практично не зварюються.

Перед зварюванням залежно від вмісту вуглецю середньо- та високо вуглецеві сталі рекомендовано підігрівати до температури 100…300^о. Знизити зварювальні напруження можна, якщо відразу після зварювання відпустити сталь при температурі понад 300^о.

Зварюваність низьколегованих конструкційних сталей визначається відсотковим вмістом вуглецю і легувальних елементів. З їх збільшенням підвищується схильність легованих сталей до гартування і до утворення тріщин. Перед зварюванням рекомендовано підігрівати заготовки до 150…350^о. Після зварювання виріб відпалюють, нормалізують, або відпускають при високій температурі.

Нержавкі хромові сталі перед зварюванням підігрівають, зварюють малими струмами, а після зварювання застосовують відпал.

Чавуни зварюють лише тоді, коли необхідно виправити незначні дефекти лиття або відремонтувати відповідальні деталі. Високу твердість шва і зони термічного впливу можна зменшити високотемпературним довготривалим відпуском. Розрізняють гаряче та холодне зварювання чавунів.

Перед гарячим зварюванням заготовки підігрівають до 400…700^о та підтримують як найдовше задану температуру під час зварювання, а потім охолоджують разом з піччю або засипають сухим піском. Перед зварюванням вирізують дефектну частину виливка. Гаряче зварювання чавуну застосовують рідко.

Холодне зварювання чавунів виконують переважно сталевими, мідно-залізними, або мідно-нікелеві електродами малого діаметра без підігрівання заготовки. Щоб підвищити міцність шва, у зварювальні краї заготовки вкручують сталеві шпильки.

4.1.5 Зварювальні матеріали. Призначення і правила вибору зварювальних матеріалів. Види зварювальних матеріалів, їх класифікація і позначення.

Для ручного електродугового зварювання застосовують два типи електродів: неплавкі та плавкі.

Неплавкі електроди виготовляють у вигляді стрижнів з вольфраму, електротехнічного вугілля, або синтетичного графіту

Переважно застосовуються плавкі електроди.

Плавкий електрод для ручного зварювання – це дротяний електропровідний стрижень з нанесеним на нього покриттям завтовшки 0,5…3 мм. Один кінець стрижня 20…30 мм залишають непокритим, щоб закріпити електрод у спеціальному тримачі за допомогою якого підводять струм. Стрижні електродів діаметром 1,6…12 мм і довжиною від 150 до 450 мм виготовляють зі спеціального зварювального дроту, який за хімічним складом поділяють на три групи:

- низьковуглецевий дріт: Зв-08, Зв-05ГА, Зв-10ГА та ін.;

- легований дріт: Зв-08ГС, Зв-08Г2С, Зв-12ГС та ін..;

- високолегований дріт: Зв-12Х13, Зв-10Х20Н15 та ін..

Літери Зв означають зварювальний, цифри після них – вміст вуглецю у сотих долях відсотка, наступні літери та цифри після них показують легувальні елементи та їх відсотковий вміст. Наприклад, Зв-10Х20Н15 високолегований зварювальний дріт, що містить 0,10% вуглецю, 20 % хрому, 15% нікелю, решта – залізо. Літера А в кінці марки свідчить про знижений вміст шкідливих домішок.

Бажано щоб хімічний склад електродного дроту був близький до хімічного складу зварювального матеріалу. Якщо це не можливо, то речовини, яких в електроді не вистачає, необхідно внести в покриття.

До складу покрить входять:

Іонізувальні речовини підсилюють іонізацію дугового проміжку (мармур СаСО₃, поташ К₂СО₃, вуглекислий барій ВаСО₃).

Шлакоутворювальні речовини під час горіння дуги розплавляються, утворюючи шлак, який захищає від взаємодії з киснем та азотом повітря (польовий шпат,мармур,марганцева руда,кремнезем, рутил ТіО₂). Після зварювання поверхню шва механічно очищують від шлаку.

Газоутворювальні речовини утворюють гази, які активно витісняють повітря із зони горіння дуги.(деревне борошно,мармур,магнезіт,електродна целюлоза).

Дезоксидувальні речовини переходять у зварювальну ванну, відновлюють там оксиди заліза, утворюючи нерозчинні у рідкому металі оксиди марганцю, кремнію, титану, алюмінію, які переходять в шлак(феромарганець, феросиліцій, феротитан, алюміній).

Легувальні елементи компенсують втрати електродного дроту і основного металу від вигорання та нерідко змінюють хімічний склад, структуру та властивості зварного шва у потрібному напрямку(хром, молібден,ванадій, титан та ін.).

Зв’язувальні речовини з’єднує між собою крупинки покрить та міцно утримує їх на поверхні електродного дроту(рідке натрієве скло).

Залежно від механічних характеристик металу шва електроди поділяють:

- для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей використовують 9 типів електродів: Е38, Е42, Е42А, Е46, Е46А, Е50, Е50А, Е55, Е60

- для зварювання легованих конструкційних сталей підвищеної міцності – 5

Дата добавления: 2015-07-17