Дуговая сварка в защитных газах

Уясните особенности защиты места сварки, заключающиеся в оттеснении атмосферы из зоны горения дуги защитными газами и их взаимодействии с металлом ванны.

Защитные газы могут быть инертными (аргон, гелий) и активными (углекислый газ, азот, водород). Инертные газы не вступают в реакции! с металлом сварочной ванны и не растворяются в нем. Поэтому хи­мический состав шва одинаков с составом свариваемого металла, что обеспечивает наиболее, высокое качество сварных соединений. Важно усвоить, что инертные газы применяют при сварке легирован] ных сталей и сплавов на основе титана, циркония, ниобия, алюми­ния, магния.

Для ряда сплавов качественные соединения можно получить при снаркс в среде активных газов, которые могут вступать в хими-' ческие реакции с металлом сварочной ванны. Так, большинство марок конструкционных сталей сваривают в среде углекислого газа.]Попадая в зону высоких температур дуги, он частично диссоциирует с выделением атомарного кислорода. Для защиты от окисления приме­няют сварочную проволоку с повышенным содержанием кремния и марганца(1 —2%), которые способны восстановить окислы железа, при этом продукты реакции всплывают на поверхность шва в виде шлака.

Следует иметь в виду, что при сварке в защитных газах свароч­ная ванна охлаждается быстрее, так как объем ее мал. Это позволяет в отличие от сварки под флюсом производить сварку в защитных га­зах в потолочном и вертикальном положениях. Например, возможна сварка встык невращающихся труб за счет движения автоматической сварочной головки вокруг стыка трубы.

Литература: [1], разд. V, гл. 2, § 6.

7. Плазменная обработка металлов

Источником теплоты служит струя газа, ионизированного в дуге, которая при соударении о менее нагретое тело деионизир,уется с вы­делением большого количества теплоты, позволяющим считать ее самостоятельным источником. Температура плазменной струи зависит от степени ионизации газа. Для этого используют столб сжатой дуги, т. е. дуги, горящей в узком канале, через который под давлением продувают газ (аргон, азот, водород), увеличивающий степень ее сжатия. В этих условиях температура газа в столбе дуги достигает до 30 000° С. Струя плазмы используется по двум вариантам: в совмещении с дугой (в основном при термической резке) и обособлен но от дуги (при сварке, наплавке и напылении). Последний вариант пригоден и для обработки неэлектропроводных материалов.

Литература: [1], разд. V, гл. 2, § 7.

8. Сварка электронным лучом

Процесс относится к сварке плавлением, но в отличие от дуговых методов сварки выполняется в глубоком вакууме, где мало ионов, переносящих электрические заряды. По этой причине в вакууме дуго­вой электрический разряд неустойчив. Для сварки в вакууме в качестве источника теплоты используют поток ускоренных электронов. Скорость электронов равна примерно половине скорости света, что достигается высоким напряжением (40—150 кВ) между катодом и заготовкой (анодом). Электроны, излучаемые с катода, разгоняются, концентри­руются в луч и бомбардируют металл, выделяя при торможении теплоту за счет перехода кинетической энергии в тепловую. Это обеспечивает весьма высокую проплавляющую способность луча, поз­воляющую сваривать заготовки толщиной до 50 мм за один проход без разделки кромок и получать швы минимальной ширины, что

исключает искажение формы заготовок при сварке. Сварка электрон­ным лучом применима для заготовок, размещаемых в камере, и обеспечивает наиболее высокое качество соединений любых метал­лов, в том числе тугоплавких, легко окисляемых при повышен­ных температурах.

Литература: [1], разд. V, гл. 2, § 9.

9. Газовая сварка и резка металлов

При газовой сварке металл расплавляется теплотой, выделяемой при горении горючего газа в смеси с кислородом. Важно, что наиболее высокотемпературная (3200° С) зона пламени имеет восстанови­тельные свойства и защищает металл от окисления при сварке. Для борьбы с окислами на поверхности свариваемого металла используют флюсы в виде паст. Однако эффективность этих мер недостаточна при сварке сложнолегированных сплавов, а также сплавов титана и др. Кроме того, газовая сварка мало производительна и не автома­тизируется. Поэтому ее значение сохраняется лишь при ремонте чу­гунных, латунных, тонкостенных стальных заготовок и в полевых условиях.

В противоположность газовой сварке непрерывно расширяется применение в промышленности газовой резки. Важно понять, что под резкой понимают местное окисление твердого нагретого металла струей кислорода с последующим расплавлением окислов и выдуванием их из зоны реза. Уточните, какие причины препятствуют резке чугуна, меди, алюминия и нержавеющих сталей при обычной кислородной резке, а также особенности кислородно-флюсовой и плазменной резки.

Литература: [1], разд. V, гл. 2, § 10, 11.

10. Контактная сварка

При изучении контактной сварки, относящейся к сварке давле­нием, рассмотрите сущность способа и уясните цель подогрева металла джоулевой теплотой. Необходимо понять, почему теплота интен­сивнее выделяется в зоне сварки, т. е. контакте между заготовками, и почему эта зона имеет наибольшее электросопротивление.

Уяснить, почему стыковую, точечную и роликовую сварку называют контактной и в чем различие этих процессов.

Стыковую сварку применяют для соединения заготовок компактных сечений (рельсы, прутки, трубы). Их торцы нагревают, а затем сжи­мают для обеспечения совместной пластической деформации заготовок. Сварку ведут по двум вариантам: сопротивлением и оплавлением.

Сварку сопротивлением применяют при соединении небольших заготовок из однородных сплавов, с обработанными и очищенными торцами и с подгонкой по площади поперечного сечения в месте сварки.

Сварку оплавлением применяют при соединении более крупных заготовок различных сечений из любых металлов без предваритель­ной обработки торцов, нагрев ведут до полного оплавления торцов. При последующем сжатии жидкий металл с окислами и другими загрязнениями выдавливается из зоны сварки, а в совместной пластической деформации участвуют нагретые слои твердого металла.

Точечная и роликовая сварка предназначены для соединения листовых заготовок. Края заготовок, собранные внахлестку, сжимают электродами и нагревают проходящим электрическим током. Важно отметить, что максимальный нагрев достигается в контакте между листа­ми заготовок, он обычно приводит к частичному расплавлению за

готовок по толщине и образованию литого ядра сварной точки. Давление способствует получению плотного металла в точке.

Необходимо изучить устройство машин для контактной сварки (например, для односторонней и двусторонней точечной сварки) их разновидности (одноточечные и многоточечные машины), назначение основных узлов машин и возможности механизации процесса.

Следует рассмотреть подготовку заготовок под сварку и их сборку, технологические возможности процессов и характерные области приме­нения (материалы, толщины, типы конструкций).

Литература: [1], разд. V, гл. 3, § 1—6.

11. Сварка трением и газопрессовая сварка

Эти способы относятся к сварке давлением, но различаются источниками теплоты. Рассмотрите их преимущества по сравнению с контактной стыковой сваркой, особенности процессов и рациональ­ные области применения.

Положительной стороной газопрессовой сварки является более плав­ный, чем при контактной сварке, режим нагрева и охлаждения, она пригодна для сварки особо крупных заготовок. Важно, что при этом не требуется электроэнергии, что позволяет применять ее при ре­монтных и других работах в полевых условиях.

Литература: [1], разд. V, гл. 3, § 10, 14.

13. Диффузионная сварка в вакууме

Сущность процесса состоит в диффузии атомов соединяемых элементов, при которой на границе контакта двух деталей образуются новые зерна, принадлежащие одновременно каждой из соединяемых заготовок. Отсюда ясен и принцип выбора параметров процесса, температура нагрева металла такова, что он остается в твердом состоянии, но максимальна скорость протекания диффузионных процес­сов, давление ниже предела текучести при температуре сварки — для обеспечения физического контакта при сохранении формы заготовок и вакуум — для защиты от окисления. Применяется для получения биметаллических заготовок, соединения металла с графитом и т. д.

Литература: [1], разд. V, гл. 3, § 15.

13. Ультразвуковая сварка

Способ применяют для сварки металлов и пластмасс, которые свариваются по двум схемам. Металлические листовые заготовки сжи­мают и сообщают одной из них возвратно-поступательные переме­щения вдоль плоскости сварки с ультразвуковой частотой. Сварка осуществляется за счет разрушения окисных пленок при скольже­нии и совместной деформации заготовок.

Пластмассы сваривают при колебаниях инструмента, направленных перпендикулярно свариваемым поверхностям, при этом заготовки размягчаются за счет нагревания при рассеивании упругих колебаний у поверхности контакта. Этот способ позволяет сваривать заготовки из металла и термопластичных материалов. Литература: [1], разд. V, гл. 3, § 11.

14. Свариваемость металлов

Под свариваемостью металла понимают его способность образовы­вать данным способом сварки качественное сварное соединение, служебные свойства которого приближаются к свойствам свариваемого металла.

Свариваемость металлов и сплавов различна. Она зависит от соста­ва сплава и способа сварки. Следует понять принцип деления металлов по степени свариваемости.

Следует изучить причины ограниченной свариваемости металлов и виды дефектов, возникающих при их сварке. Первой причиной являются напряжения и деформации в металле при сварке из-за неравномерного нагрева заготовок, которые действуют как на этапе кристаллизации шва, так и после полного охлаждения.

В тех случаях когда напряжения велики, а металл при сварке претерпел закалку, в сварном соединении образуются холодные трещи­ны. Надо уяснить основные способы борьбы с холодными и горячими трещинами. Кроме того, надо понять, что свариваемость может быть низкой из-за снижения прочностных или антикоррозионных свойств сварных соединений в результате укрупнения зерна в зоне шва и около­шовной зоне при высокотемпературном нагреве.

Литература: [1), разд. V, гл. 3, § 1.

15. Особенности технологии сварки различных сплавов

Рассмотрите трудности и дефекты сварных соединений, возни-
кающие при дуговой сварке сталей различных классов, чугуна,
сплавов меди, алюминия, никеля, активных металлов, и какими
способами или при каких усложнениях технологии сварки можно
получить качественные сварные соединения.

Литература: [1], разд. V, гл. 5, § 2—8.

16. Технологичность сварных конструкций

Под технологичностью сварной конструкции понимают обеспечение возможности получения качественной конструкции наиболее экономич­ным и прогрессивным методом.

Рассмотрите примеры выбора сплавов, вида и способа получения заготовок, способа сварки, конструктивных и технологических способов борьбы со сварочными напряжениями и деформациями, а также способов контроля качества сварных соединений.

Литература: [1], разд. V, гл. 8, § 1—6.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ 3

Задание состоит из двух частей. Первая часть — изучение способов сварки, вторая — разработка схем технологических процессов сварки изделий.

В первой части задания привести краткое описание сущности рассматриваемого процесса, его технологических особенностей и области применения. Во второй части — рассмотреть разработку схемы техно­логического процесса сварки изделия, а также выполнить расчеты некоторых технологических параметров.

Важный параметр технологического процесса дуговой сварки (варианты задания 1—5) —подготовка кромок и сборка заготовок. Поэтому необходимо прежде всего указать тип сварного соединения, форму разделки кромок, сборку под сварку. Подготовку кромок под сварку выполняют по ГОСТу, номер которого указывают на чертеже. Например, на рисунке заготовки задания указано А$Сь (ГОСТ 8713—70), что означает: Лф— автоматическая сварка под слоем флюса, на флю­совой подушке; Съ — условное обозначение шва сварного соединения. В этом же ГОСТе приведены поперечные сечения сварных швов

с указанием геометрических размеров для заданных толщин металла.

Режим сварки — один из основных элементов технологического процесса, который определяет качество и производительность сварки. При ручной дуговой сварке (вариант задания 1) основные параметры режима: диаметр электрода (мм), сварочный ток (А) /_св, напряже­ние на дуге (В) О_д и скорость сварки (м/ч) V,,.

Определение режима сварки начинают с выбора диаметра электрода, его типа и марки. Диаметр электрода выбирают в за­висимости от толщины свариваемого металла, а его марку — от хи­мического состава. При выборе типа и марки электрода следует учиты­вать требования, предъявляемые к качеству сварного соединения.

Производительность процесса сварки определяют, исходя из значе­ния коэффициента наплавки а„ [г/(А-ч)]. Поэтому из группы электродов, обеспечивающих заданные физико-механические свойства сварного шва, следует выбирать те, которые обеспечивают более высокий коэффициент наплавки и, следовательно, обеспечивают боль­шую производительность процесса.

Значение сварочного тока (А) в зависимости от диаметра электро­да определяют по эмпирической формуле: /„ = к■ й,_л, где к —коэф­фициент, равный 50 А/мм; й_зл — диаметр электрода, мм.

Напряжение на дуге для наиболее широко применяемых электро­дов в среднем составляет 25—28 В. Скорость сварки определяют из выражения, м/ч:

где а„ — коэффициент наплавки, г/(А-ч); у — плотность металла, г/см'; Р„ — площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, см, представляющая сумму площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва.

Зная площадь наплавленного металла, плотность и длину сварных швов, определяют его массу (г) на все изделие по формуле Он • «-= Л • ™//у, где Он • «— масса наплавленногометалла.г, Р«. «— площадь наплавленного шва, см"; I* — длина сварных швов на изделии, см; V—плотность металла, г/см³.

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

Количество электроэнергии (кВт-ч), идущей на сварку изделия, определяют как произведение сварочного тока на напряжение дуги и на время сварки. Время сварки изделия подсчитывают, зная скорость сварки, или определяют по формуле

/св = С„.„/(а„Лв),

где 0.._ — масса наплавленного металла, г, «„ — коэффициент наплав­ки, г/(А-ч), /_св — сварочный ток, А.

При автоматической сварке под слоем флюса (вариант задания 2) в режим входит: диаметр электродной проволоки, сварочный ток, напря­жение на дуге, скорость подачи электродной проволоки и скорость сварки. Они назначаются в зависимости от толщины свариваемого металла расчетом или по справочнику.

Марку электродной проволоки и флюс назначают в зависимости от химического состава свариваемого металла.

Режим автоматической сварки под флюсом назначают в такой последовательности: устанавливают требуемую глубину провара к, мм. При односторонней сварке она равна толщине металла к — 5, а при сварке угловых соединений к = 0,65; выбирают ориентировочное значение сварочного тока из расчета 80—100 А на 1 мм глубины проплавления /_с„ = (80 -Ч- 100)/;, где /_с„ — сварочный ток, А; Н —глубина проплавления, мм; напряжение на дуге назначают в диапазоне 25—45 В.

Далее определяют массу наплавленного на изделие металла. При определении расхода электроднойпроволоки 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. Диаметр электродной проволоки выбирается расчетом или по справочни­ку. Так, для толщин металла в 10—15 мм он составляет около 5 мм. Коэффициент наплавки выбирается в зависимости от принятой величи­ны сварочного тока и диаметра электродной проволоки и составляет в среднем от 14 до 16 г/(А-ч).

Скорость сварки, расход электроэнергии и время сварки подсчиты­вают по той же методике, что и для ручного процесса.

При сварке в среде защитных газов плавящимся электродом основные параметры технологического режима: сварочный ток (А) /,„, напряжение на дуге (В) с/_с„, скорость сварки (м/ч) 1/_с1!, диаметр электродной проволоки (мм) </„ вылет электрода (мм) /_э, род тока и полярность.

Режим автоматической сварки в углекислом газе назначают в следующей последовательности. Выбирают марку и диаметр электродной проволоки. При сварке низкоуглеродистых и низколеги­рованных сталей широкое распространение получили проволоки с повышенным содержанием элементов раскислителей марок Св-08Г2СА, Св-08ГС (ГОСТ 2246—70). Для автоматической сварки обычно при­меняют проволоку диаметром от 2 до 5 мм, причем диаметр проволо­ки выбирают в зависимости от толщины металла. Так, для толщин от 4 до 12 мм рекомендуется ё, = 2 мм. Ориентировочное значение напряжения на дуге можно определить по формуле 1/_д = 8{с1, + 1,6), В. Значение сварочного тока /_с„ (А) следует рассчитать приближенно:

/„= Юс/д/ст"

Устанавливают вылет электрода, который для электродных про­волок й, = 2...5 мм составляет от 20 до 30 мм; род и полярность тока. Далее определяют массу наплавленного металла, время и скорость сварки по той же методике, что и при ручном процессе. Коэффициент наплавки а„ для вариантов заданий 4 и 5 можно принять равным 18—20 г/(А-ч).

При определении расхода электродной проволоки следует учиты­вать потери металла на угар и разбрызгивание, которые составляют 5—10% от массы наплавленного металла. Расход защитного газа в основном зависит от вида и режима сварки, что устанавливают по справочным данным. Зная минутный расход защитного газа и время сварки, можно легко подсчитать общее количество газа, идущего на сварку изделия. Расход электроэнергии определяют по той же ме­тодике, что и для ручного процесса.

В режим полуавтоматической сварки в среде углекислого газа входят те же технологические параметры, что и для автоматической сварки, и выбирают их по справочнику.

Расход материалов (начиная с определения массы наплавленного металла), электроэнергии и времени сварки подсчитывается по той же методике, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа.

В режим сварки в среде аргона входят те же технологические параметры, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа, которые выбирают по справочнику.

Марку электродной проволоки выбирают в зависимости от хими­ческого состава свариваемого материала. Для сварки коррозионно-стойких нержавеющих сталей марок 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т и др. применяют электродные проволоки марок Св-01Х19Н9 и Св-06Х19Н9Т (ГОСТ 2246—70). Все расчеты по определению расхода материалов, электроэнергии и времени сварки ведут по той же методике, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа. В среде аргона потери на угар и разбрызгивание составляют 2—3% от массы наплавленного металла. Коэффициент наплавки (а„), который необхо­дим при определении некоторых параметров режима, можно принять равным 17 г/(А-ч).

Примечание. При сварке заготовок, имеющих форму цилиндра, необходимо на рисунке указать последовательность выполнения сварных швов. В конце задания привести описание наиболее рациональных методов контроля качества сварного соединения.

При выполнении заданий по контактной сварке (варианты зада­ний 6—9) после изображения схемы процесса, описания его сущности следует указать причины нагрева металла в месте контакта соеди­няемых заготовок. Необходимо начертить и описать цикл сварки (изме­нение давления и сварочного тока во времени), а также область применения способов сварки.

Вторую часть задания начинать с описания подготовки загото­вок под сварку и ее назначение, а затем приступать к выбору типа контактной машины.

При контактной сварке тип машины выбирают по справочнику в зависимости от параметров свариваемых заготовок и их химического состава. Так, при стыковой сварке сопротивлением и оплавлением — от площади поперечного сечения заготовок (мм¹'); при точечной и шовной сварке—от толщины свариваемых заготовок (мм). После выбора типа машины необходимо указать ее техническую характерис­тику.

Режим сварки — это совокупность основных показателей, дейст­вующих во время процесса. В режим стыковой сварки сопротивлением и оплавлением входят: установочная длина (мм) — суммарное рас­стояние между электродами 21; плотность тока / (А/мм²) (сварочный ток); усилие осадки Р (Н); длительность протекания тока г_св (с).

Установочная длина при сварке сопротивлением будет равна I— (0,5...0,7) О; й — диаметр заготовки, мм.

При сварке оплавлением установочную длину с учетом припусков на оплавление и осадку приближенно можно считать равной I = (0,5... 1,0) О, мм.

Примечание. На схеме процесса стыковой сварки сопро­тивлением и оплавлением укажите установочную длину.

Значение сварочного тока и усилие при осадке приближенно можно определить из следующих условий: / _св = /^заг и Р = рр_заг. При этом следует учитывать, какие режимы наиболее выгодно приме­нять: жесткие или мягкие. Время сварки изделия ориентировочно подсчитывают из условий часовой производительности выбранной машины.

Для расчета основных технологических параметров при точечной сварке определить диаметр контактной поверхности электрода, который зависит от толщины свариваемых заготовок: с(_т = 25 4- 3 мм; 5 — толщина более тонкой заготовки, мм

Таким образом, можно определить и площадь контактной поверх­ности (/чл) при точечной и шовной (для случая отсутствия враще­ния ролика) сварке. Сварочный ток и усилие, приложенное на электро­дах для этих видов сварки, подсчитывают как произведение площади контактной поверхности (Р,„) электрода на плотность тока / и давле­ние Я :/с» = /7чл и Р = рр,_л. При этом так же, как и при стыковой сварке сопротивлением и оплавлением, следует учитывать, какие режимы наиболее целесообразно применять: жесткие или мягкие. Зная время сварки одной точки, а при тонной сварке оптимальную скорость, можно определить время сварки изделия.

Примечание. Для шовной сварки величину тока и усилие на электродах можно определить расчетом этих параметров для точеч­ной сварки с последующим увеличением тока в 1,5—2 раза, а усилия — на 10—30%.

В конце работы необходимо описать наиболее характерные де­фекты и причины их возникновения при заданном способе контакт­ной сварки.

При выполнении задания по газовой сварке (вариант задания № 10) изобразить схему ацетилено-кислородного пламени с указанием зон и температур. В описании этого способа сварки отметить достоинства, недостатки и указать область применения.

При рассмотрении сварки меди обратите особое внимание на при­чины, осложняющие процесс сварки. Укажите роль флюса и элементов раскислителей, вводимых в присадочную проволоку.

Разработку процесса сварки изделия начинать с указания типа соединения и формы разделки кромок. Изобразите эскиз се­чения шва с указанием геометрических размеров. Укажите характер пламени, который зависит от химического состава металла.

При сварке низкоуглеродистой стали и меди используется нормаль­ное пламя, характеризуемое соотношением

6 = 0₂/(С₂Я₂) = 1,1... 1,2.

Мощность пламени можно определить по формуле <з = 6-5, где к — коэффициент для меди, равный 150—200; 5 — толщина ме­талла, мм.

По мощности пламени устанавливают номер наконечника газовой горелки. Марку присадочной проволоки выбирают в зависимости от химического состава свариваемого металла, а ее диаметр — по эмпирическим формулам: при левом способе <г = 5/(2 + 1) мм; при правом способе й — 5/2; 5 — толщина металла, мм.

На качество и производительность сварки оказывает влияние метод ведения процесса (левый или правый), а выбирается он в за­висимости от толщины металла. Массу наплавленного металла подсчи­тывают по той же методике, что и для ручной дуговой сварки.

При газовой сварке не весь металл присадочной проволоки переходит в шов. Часть его (примерно 15%) —потери на угар и разбрызгивание. Потери надо учесть при определении массы присадочной проволоки.

Расход кислорода, ацетилена и времени сварки изделия ориенти­ровочно подсчитывают по эмпирическим формулам, которые имеются в справочниках. Расход карбида кальция можно определить, зная, что 1 кг карбида кальция средней грануляции дает 260 л аце­тилена.

По расходу ацетилена можно рассчитать расход карбида кальция на сварку изделия. Далее следует привести описание наиболее рациональных методов контроля качества сварного шва.

Варианты контрольного задания 3

Вариант I

Изобразите схему и опишите сущность процесса ручной электроду­говой сварки толстопокрытыми электродами. Укажите назначение покры­тия. Разработайте процесс сварки панели из Ст. 3 (рис. 29, а, 6, в). Шов прерывистый 1/1 = 100/200. Производство — мелкосерийное. Ука­жите тип соединения, форму разделки кромок под сварку и дайте эскиз сечения шва с указанием его размеров. Подберите марку и диаметр лимрода, определите режим сварки. По размерам шва подсчитайте массу наплавленного металла. Определите расход электродов с учетом потерь, расхода электроэнергии и время сварки изделия. Укажите ме­тоды контроля качества сварного шва.

Литература: [1], разд. V, гл. 2, § 4; [6], с. 144—164

Рис.29

Вариант 2

Изобразите схему и опишите сущность процесса автоматической сварки под слоем флюса. Укажите назначение флюса и флюсовой подушки. Разработайте процесс сварки плиты из Ст. 3 (рис. 30, а, б). Производство—крупносерийное. Укажите тип соединения и форму разделки кромок под сварку. Дайте эскиз сечения шва с указанием его размеров. Выберите марку и диаметр электродной проволоки и флюса. Подберите режим сварки. По размерам шва подсчитайте массу наплавленного металла. Определите расход электродной проволо­ки и флюса с учетом потерь, расход электроэнергии и время сварки изделия. Укажите методы контроля качества сварного шва. Литература: [1], разд. V, гл. 2, § 5; [6], с. 164—196

Рис.30

Изобразите схему автоматической сварки в среде аргона плавящим­ся электродом и опишите сущность процесса. Укажите особенности и достоинства сварки в среде защитных газов. Разработайте процесс сварки сосуда (рис. 31, а, б, в) из стали 12Х18Н10Т. Укажите тип

соединения и форму разделки кромок под сварку. Дайте эскиз сечения шва с указанием его размеров. Выберите марку и диаметр электрод­ной проволоки. Подберите режим сварки. Укажите вылет электрода, род тока и полярность. По размерам шва подсчитайте массу наплав­ленного металла. Определите расход электродной проволоки с учетом потерь: защитного газа, электроэнергии и время сварки изделия. Укажите методы контроля качества сварного шва.

Литература: [1] разд. V, гл. 2, § 6; [6], с. 196—259

Рис.31

Вариант 4

Изобразите схему и опишите сущность процесса автоматической сварки в среде углекислого газа. Укажите особенности и достоинства сварки в углекислом газе. Разработайте процесс сварки коробчатой

балки (рис.32, а, б, в) из С т. 3. Укажите тип соединения и форму разделки кромок под сварку. Дайте эскиз сечения шва С указанием его размеров. Выберите марку и диаметр электродной проволоки. Подбе­рите режим сварки. Укажите вылет электрода, род тока и полярность. По размерам шва подсчитайте массу наплавлен­ного металла. Определите расход электроэнергии и время сварки изделия. Укажите методы контроля качества сварного шва.

Литература: [1], разд. V, гл. 2, § 6; [6], с. 196—259.

Рис.32

Вариант 5

Изобразите схему и опишите сущность процесса полуавтомати­ческой сварки в среде углекислого газа. Укажите особенности и достоинства сварки в углекислом газе. Разработайте процесс сварки двутавровой балки (рис. 33, а, б, в) из Ст. 3. Шов прерывистый: 1/1 = 100/200. Укажите тип соединения и форму разделки кромок под сварку. Дайте эскиз сечения шва с указанием его размеров. Выберите марку и диаметр электродной проволоки. Подберите режим сварки. Укажите вылет электрода, род тока и полярность. По размерам шва подсчитайте массу наплавленного металла. Определите расход электрод­ной проволоки с учетом потерь и защитного газа, расход электроэнергии и время сварки изделия. Укажите методы контроля качества сварного шва.

Литература: [1], разд. V, гл. 2, § 6; [6], с. 196—259

Рис.33

Вариант 6

Изобразите схему и опишите сущность процесса контактной точечной электросварки. Начертите и опишите цикл точечной сварки. Объясните, за счет чего металл ядра в месте контакта заготовок доводится до жидкопластического состояния. Разработайте процесс сварки панели (рис. 34, а, б) из Ст 3. Шаг точек 1 = 5сз,. Производство — массовое. Укажите подготовку заготовок под сварку. По толщине свариваемых заготовок выберите тип машины и укажите ее технические данные. Рассчитайте площадь контактной поверхности электрода. По значе­ниям / (А/мм²) и 1> (МН/м²) определите сварочный ток и усилие, приложенное на электродах. Определите время сварки изделия. Укажите возможные дефекты и причины их возникновения

Литература: [1], разд. V, гл. 3, § 1—6; [в], с. 285-318

Рис.34

Вариант 7

Изобразите схему и опишите сущность процесса контактной шов­ной (роликовой) сварки. Начертите и опишите цикл шовной сварки. Объясните, за счет чего металл ядра в месте контакта заготовок до­водится до жидкопластического состояния. Разработайте процесс свар­ки бензобака (рис. 35) из Ст 3. Производство — массовое. Укажите подготовку заготовок под сварку. По толщине свариваемых заготовок выберите тип машины и укажите ее технические данные. Рассчитайте площадь контактной поверхности электрода (для случая отсутствия вращения ролика). По значениям / (А/мм²) и Р (МН/м²) определите сварочный ток и усилие, приложенное на роликах, время сварки изделия. Укажите возможные дефекты и причины их возникновения.

Литература: [1], разд. V, гл. 3, § 1—6; [6], с. 285—318

Рис.35

Вариант 8

Изобразите схему и опишите сущность процесса контактной стыко­вой сварки сопротивлением. Начертите и опишите цикл стыковой сварки сопротивлением. Объясните, почему в месте контакта заго

тепловая энергия. Разработайте процесс сварки стержней (рис. 36) из Ст.3. Производство - крупносерийное. Укажите подготовку заготовок под сварку.По площади сечения свариваемых заготовок вы ­ бери 1с типмашины и укажите ее технические данные. По значениям / ( А/мм² ) и Р (МН/м²)определите сварочный ток усилие осадки. Подсчитайтеустановочную длину и время сварки изделия. Укажите возможные дефекты и причины их возникновения.

Литература: [1], разд. V, гл. 3, § 1 — 6; [6], с. 285 — 318.

Рис.36

Вариант 9

Изобразите схему и опишите сущность процесса контактной стыковой сварки оплавлением.Начертите и опишите цикл стыковой сварки оплавлением. Объясните, за счет чего происходит процесс сварки труб (рис37) из Ст3. Производство — массовое. Укажите подготовку заготовок под сварку. По площади сечениясвариваемых заготовок выберите тип машины и укажите ее технические данные. По значениям /' (А/мм²) и Р (МН/м²)определите сварочный ток и усилие осадки. Определите установочную длину с учетом припуска на оплавление и осадку и время сварки изделия. Укажите возможные дефекты и причины их возникновения.

Литература: [1|, разд. 5, гл. 3,§1—6; [6], с. 285—318

Рис.37

Вариант 10

Изобразите схему ацетилено-кислородного пламени и опишите его строение. Укажите особенности сварки меди. Разработайте процесс сварки обечайки (рис. 38, а, б) из меди марки МЗр. Производство - штучное. Определите характер пламени газовой сварки, тип горелки и ее мощность. Выберите марку и диаметр присадочной проволоки. Укажите состав флюса и способ сварки (левый или правый). По разме­рам шва определите массу наплавленного металла. Установите расход присадочной проволоки с учетом потерь, кислорода, ацетилена, карбида кальция и время сварки изделия. Укажите методы контроля качества сварного шва.

Литература: [1], разд. 5, гл. 2, § 10—11; [в], с. 319—339.

Рис.38

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАЗДЕЛУ VI. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

1. Общая характеристика механической обработки

В разделе изучаются распространенные и прогрессивные техно­логические методы формообразования поверхностей деталей машин точением, сверлением, растачиванием, протягиванием, фрезерованием, шлифованием, отделочными, электрофизическими и другими специаль­ными методами обработки.

Методы обработки определяют точность изготовления, шероховатость поверхности и физико-механические свойства поверхностного слоя деталей, которые имеют большое значение для достижения высоких эксплуатационных показателей изделий. Одна из главных задач современного машиностроения — дальнейшее развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок деталей машин.

Ознакомьтесь с условной классификацией современных технологи­ческих методов обработки, которые наиболее широко применяют в промышленности.

Рассмотрите физическую сущность методов обработки, область применения, перспективы развития и совершенствования, а также оборудование и его технологические возможности, технологичность деталей машин, конструируемых с учетом методов их изготовления.

Знания этого раздела являются базовыми для дальнейшего изучения специальных технологических дисциплин, позволяют студен­там при выполнении технологической части курсовых проектов создавать контструкции с учетом целесообразности применения того или иного метода обработки заготовок, экономически более эффективно­го и обеспечивающего получение деталей машин высокого качества.

Литература: [I], разд. VI, гл. 1, § 1.

2. Физические основы обработки металлов резанием

В разделе изучается кинематика процесса резания, т. е. движения, необходимые для формообразования поверхностей заготовок в процессе резания.

Для осуществления процесса резания режущему инструменту и заготовке необходимо сообщить относительные движения. Движения, принимающие непосредственное участие в срезании припуска, называют основными. Таких движений, как правило, бывает не менее двух. Движение, обеспечивающее деформирование металла и срезание припуска с заготовки, называют движением резания. Движение, обеспечивающее непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки, называют движением подачи.

Графическим изображением процесса формообразования поверх­ности является схема обработки, на которой условно показывают

обрабатываемую заготовку, ее установку и закрепление на станке с указанием положения инструмента относительно заготовки и основных движении. Инструмент показывают в положении, соответствующем окончанию обработки поверхности заготовки. Обработанную поверхность на схеме выделяют красным цветом или утолщенными линиями.

Движения, участвующие в формообразовании поверхности в процессе резания, рассмотрите на примере обработки наружной цилиндрической поверхности методом точения. Изучите элементы режима резания: скорость резания, подачу и глубину резания, их определения, обозначения и единицы.

На примере токарного резца рассмотрите элементы и геометрию режущего инструмента. Для определения углов резца необходимо знать поверхности на обрабатываемой заготовке и координатные плоскости.

Ознакомьтесь с понятием качества обработанной поверхности, которое является совокупностью ряда характеристик: шероховатости, волнистости; структурного состояния (микротрещины, надрывы, измель­ченная структура); упрочнения поверхностного слоя (глубины и степени); остаточных напряжений и др. Качество обработанных по­верхностей определяет надежность и долговечность деталей и машин в целом.

Ознакомьтесь с физической сущностью процесса резания как процесса упругопластического деформирования материала заготовки, сопровождающегося ее разрушением и образованием стружки.

Динамику процесса резания рассмотрите на примере обтачивания наружной цилиндрической поверхности токарным проходным резцом на токарно-винторезном станке. По составляющим силы резания ведут расчеты на прочность элементов станка, инструмента, приспособления. Рассмотрите влияние составляющих сил резания на точность обработки и качество обработанной поверхности.

Рассмотрите физические явления, сопровождающие процесс упруго-пластического деформирования срезаемого слоя материала при формо­образовании поверхностей резанием: наростообразование, трение, тепловыделение, износ инструмента. Особое внимание обратите на влияние этих явлений на качество обработки. При одних условиях обработки эти явления положительно влияют на качество поверх­ности заготовки, при других — отрицательно.

Применение различных смазочно-охлаждающих сред оказывает благоприятное влияние на процесс резания и качество обработки. Изучая износ инструмента, рассмотрите его характер, критерии износа и их связь со стойкостью инструмента. Заметьте, что стойкость и соответствующая ей скорость резания должны устанавливаться с учетом высокой производительности, качества поверхности и наимень­шей себестоимости обработки.

Анализируя формулу для определения основного технологического времени при обтачивании цилиндрической поверхности на токарно-винторезном станке, обратите внимание, что обработку следует вести на таких режимах резания, при которых достигается высокая точность и качество поверхности при оптимальной производительности.

Инструментальные материалы должны обладать высокой твер­достью (НКС 60...65), значительной теплостойкостью и износостой­костью, высокой механической прочностью и вязкостью.

Для изготовления режущего инструмента применяют различные инструментальные материалы: инструментальные стали, металлокерамические (твердые) сплавы, минералокерамика, абразивные и алмазные материалы. Изучите их характеристики и область применения.

Литература: [1]. разд. VI, гл. 1, § 2—14; § 16, гл. 2, § 1—6

3. Сведения о металлорежущих станках

В основу классификации станков положен технологический метод обработки. По принятой в СССР классификации станки разделены на 10 групп, каждая из которых разделена на 10 типов. Особое место в станкостроении занимают станки с программным управлением и многооперационные.

Чтобы правильно разбираться в кинематических схемах станков, изучите условные обозначения, принятые ГОСТом, работу и назначе­ние механизмов и передач станков. Определите передаточные отношения всех кинематических пар и научитесь подсчитывать частоту вращения шпинделя, величину подачи и т. д.

Последующие темы раздела изучают по единому методическому плану: характеристика технологического метода формообразования поверхностей, виды обрабатываемых поверхностей, типы станков, применяемый режущий инструмент, технологическое назначение движений, назначение узлов станков (подчеркивается, что конструкция станка должна обеспечивать необходимые движения заготовки и инструмента в процессе резания), характерные технологические схемы обра­ботки различных поверхностей на станках данной группы, назначе­ние и области применения различных типов станков. Заканчивают тему рассмотрением технологических требований к конструкциям де­талей машин с учетом метода их обработки.

Литература: [1], разд. VI, гл. 3, § 1—6.

Дата добавления: 2015-10-24