Исследование влияние растворов на качество сварки

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………5

ГЛАВА1  РЕЖИМЫ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ………………………………………………………………….....................6-8

ГЛАВА 2  ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ………………….  9

 2.1 ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОКРЫТИЯ…………………………………………………. 9

2.2 НАЗНАЧЕНИЕ ПОКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОДОВ……………………………….....10-11

2.3 КЛАССИФИКАЦИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ…….12-13

ГЛАВА 3 ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ………………………14

3.1 СВАРОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР……………………………………………14-16

ВЫВОД………………………………………………………………………………17

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………………………………………………….18

Цель работы:​ выявить сущность влияния углерода на качество сварочного процесса.

Задачи:

● узнать влияние растворов  на качество сварочного процесса;

● узнать влияние растворов на качество сварки в зависимости от применяемых электродов.

Объектом проекта​ является растворы, электроды

Предметом проекта​ является влияние растворов и электродов   на качество сварки.

Методы исследования:

● обработка, анализ научных источников;

● анализ научной литературы, учебников и пособий по исследуемой проблеме.

ВВЕДЕНИЕ

           Сложные конструкции, как правило, получают в результате объединения между собой отдельных элементов (деталей, агрегатов, узлов). Такие объединения могут выполняться с помощью разъемных или неразъемных соединений. В соответствии с ГОСТ 2601—74 сварка определяется как процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого. Неразъемные соединения, выполненные с помощью сварки, называют сварными соединениями. Чаще всего с помощью сварки соединяют детали из металлов. Однако сварные соединения применяют и для деталей из неметаллов — пластмасс, керамик или их сочетаний.

Использование сварных соединений расширяет технические возможности создания более совершенных конструкций, позволяет обеспечить высокие производственные показатели при их изготовлении и улучшить условия труда работающих.

Электрическая дуговая сварка в современном производстве получила большое развитие и является одним из ведущих технологических процессов обработки металлов. достоинства сварных соединений обеспечили их широкое применение в изделиях разного назначения. Использование сварки при создании конструкций позволяет экономить материалы и время. При этом открываются большие возможности механизации и автоматизации производства, создаются предпосылки для повышения производительности и улучшаются условия труда работающих.

Сварка — такой же необходимый технологический процесс, как и обработка металлов резанием, литье, ковка и штамповка. Высокая производительность и технологические возможности сварки обеспечили ее широкое применение для создания неразъемных соединений при производстве металлургического, химического и энергетического оборудования, различных трубопроводов, изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, реакторов, строительных и других конструкций.

Перспективы сварки как в научном, так и в техническом плане безграничны. Ее применение способствует совершенствованию машиностроения и развитию ракетостроения, атомной энергетики и радиоэлектроники. Одно из наиболее перспективных направлений в сварочном производстве — широкое применение механизированной и автоматической сварки. Речь идет как о механизации и автоматизации самих сварочных процессов (т.е. переходе от ручного труда сварщика к механизированному), так и о комплексной механизации и автоматизации всех видов работ.

ГЛАВА 1.  РЕЖИМЫ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Качество сварных швов при ручной дуговой сварке зависит от квалификации сварщика. Сварщик должен уметь быстро зажигать дугу, поддерживать необходимую ее длину, равномерно перемещать дугу вдоль кромок свариваемого изделия, выполнять необходимые колебательные движения электродом при сварке и т.д.

Под режимом сварки понимается совокупность ряд факторов (параметров) сварочного процесса, обеспечивающих устойчивое горение дуги и получение сварных швов заданных размеров, формы и качества.

При ручной дуговой сварке покрытыми электродами различают основные и дополнительные параметры режима сварки.

К основным параметрам дуговой сварки относятся сила сварочного тока Iсв, напряжение дуги Uд, скорость сварки Vсв. Кроме того, условия сварки зависят от ряда дополнительных факторов: диаметра электрода, рода и полярности тока, положения электрода по отношению к ванне и др.

Сила сварочного тока в наибольшей степени определяет тепловую мощность дуги. При постоянном диаметре электрода с увеличением силы тока возрастает концентрация тепловой энергии в пятне нагрева, повышается температура газовой среды столба дуги, стабилизируется положение активных пятен на электродах. С увеличением силы тока дуги возрастают длина сварочной ванны, ее ширина и особенно глубина проплавления. В определенных пределах изменения силы тока глубина проплавления Н сварочной ванны может быть оценена зависимостью, близкой к линейной:

Н = k.Iсв,

где k — коэффициент, зависящий от рода тока, полярности, диаметра электрода, степени сжатия дуги и др.

С увеличением напряжения дуги также возрастает тепловая мощность, а следовательно, и размеры ванны. Наиболее интенсивно увеличиваются ширина и длина ванны. При постоянной силе тока повышение напряжения дуги незначительно сказывается на глубине проплавления. Путем медленного уменьшения длины дуги и ее напряжения можно перейти к процессу сварки погруженной дую и.

Изменение скорости сварки при постоянной тепловой мощности дуги заметно сказывается на размерах сварочной ванны и шва. С повышением скорости уменьшаются глубина проплавления и ширина ванны, а длина несколько увеличивается.

Важным параметром дуговой сварки является погонная энергия qп, представляющая собой отношение эффективной тепловой мощности дуги к скорости ее перемещения (скорости сварки). Этот параметр является обобщающим по отношению к основным параметрам сварочного режима и может быть представлен формулой

где Iсв — сварочный ток; Uд — напряжение дуги; η — КПД дуги; Vсв — скорость сварки.

Погонная энергия характеризует тепловложение в сварное соединение и представляет собой количество тепловой энергии, вводимое на единицу длины однопроходною шва. Этот параметр очень важен для оценки воздействия термического цикла сварки на основной и наплавленный металл шва. При постоянной погонной энергии повышение скорости сварки вызывает увеличение термического КПД процесса, что связано с возрастанием глубины проплавления и уменьшением ширины сварочной ванны.

1. Диаметр электрода при сварке в нижнем положении шва устанавливается в зависимости от толщины свариваемого металла.

Выполнение вертикальных, горизонтальных и потолочных швов независимо от толщины свариваемого металла производится электродами небольшого диаметра (до 4 мм), так как при этом легче предупредить отекание жидкого металла и шлака сварочной ванны.

При многослойной сварке для лучшего провара корня шва первый шов заваривают электродом 0 3-4 мм, а последующие — электродами большего диаметра.

При сварке металла разной толщины диаметр выбирается по наименьшей толщине металла.

2. Сила сварочного тока (А) устанавливается в зависимости от выбранного диаметра электрода. Для сварки в нижнем положении шва она может быть приближенно определена по формуле

І = k .DэлилиI = (20 + 6 Dэл)Dэл

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от диаметра и типа электрода, А/мм;

Dэл - диаметр электрода, мм.

При сварке на вертикальной плоскости ток уменьшается на 10-15%, а в потолочном положении — на 15-20% против выбранного для нижнего положения шва.

3. Род тока и полярность устанавливаются в зависимости от вида свариваемого металла и его толщины. При сварке постоянным током обратной полярности на электроде выделяется больше теплоты. Исходя из этого обратная полярность применяется при сварке тонкого металла, чтобы не прожечь его, и при сварке высоколегированных сталей во избежание их перегрева. При сварке обычных углеродистых сталей применяют переменный ток, являющийся более дешевым по сравнению с постоянным.

4. Для зажигания дугового разряда нужно иметь от источника питания напряжение 30-60 В, а для горения — 20-40 В.

          ГЛАВА 2  ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ

                2.1 ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Электрод для ручной дуговой сварки предоставляет собой стержень длиной 450 мм, изготовленный из сварочной проволоки, на поверхность которого нанесен слой покрытия. Левый конец электрода на участке длиной 20…30 мм освобожден от покрытия для зажатия его в электрододержатель с целью обеспечения электрического контакта. Торец правого конца электрода также очищен от покрытия для возможности возбуждения дугу при касании любой из свариваемых деталей электродом в начале процесса сварки.

Для покрытия электрода используют смесь веществ, выполняющих разные функции. В покрытие электрода вводят ионизирующие, газо- и шлакообразующие, легирующие, раскисляющие, связующие и формовочные компоненты. Данную смесь наносят на электрод для усиления ионизации, обеспечения защиты от неблагоприятного воздействия среды и для металлургической обработки металла сварочной ванны.

Ионизирующие, или стабилизирующие, компоненты обеспечивают устойчивое горение дуги. Они содержат такие элементы с низким потенциалом ионизации, как калий и кальций в виде мела, полевого шпата и гранита, а также натрий и др.

Газообразующие компоненты покрытия служат для создания газовой защиты зоны дуги и сварочной ванны. К ним относятся органические (крахмал, пищевая мука, декстрин и др.).

Шлакообразующие компоненты вводят в материал покрытия электродов для получения жидких шлаков в условиях расплавления электрода и его обмазки. В  шлакообразующих компонентов покрытия используют руды и минералы, например ильменит, рутил, полевой шпат, кремнезем, гранит, мрамор, плавиковый шпат.

Легирующие компоненты предназначены для улучшения механических характеристик металла шва, придания ему жаро- и износостойкости, коррозионной стойкости и других свойств. Легирующими элементами являются  хром, марганец, титан, ванадий, молибден, никель, вольфрам и др. в материал покрытия электродов, легирующие элементы вводятся в виде ферросплавов и чистых металлов.

Раскисляющие компоненты (раскислители) используют для восстановления металла из оксидов. К раскислителям относятся металлы, имеющие большее, чем железо ( при сварке сталей), сродство к кислороду и другим элементам, оксиды которых требуются удалить из металла шва. Большинство раскислителей вводят в электродное покрытие в виде ферросплавов.

Связующие компоненты применяют для связывания порошковых составляющих обмазочной массы покрытия в однородную вязкую массу, которая будет хорошо удерживаться на стержне электрода при опресовке и способствовать образованию прочного покрытия после сушки и прокаливания.

Формовочные компоненты - это вещества (бентонит,  калион, слюда и др.), придающие обмазочной массе лучшие пластические свойства. Некоторые компоненты покрытия выполняют одновременно несколько функций.

2.2 НАЗНАЧЕНИЕ ПОКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОДОВ

1. Защита расплавленного металла от кислорода и азота воздуха при сварке. Это достигается газами, которые образуются из покрытия в зоне дуги.

2. Теплоизоляция расплавленного металла (для медленного процесса кристаллизации, что обеспечивает пластичность сварного шва). Пластичность — главное механическое свойство, которым должен обладать сварочный шов.

3. Для устойчивого горения сварочной дуги (в покрытие вводятся ионизирующие добавки).  

4. Легирование металла шва.

От состава покрытия зависят такие важные технологические характеристики электродов, как возможность проведения сварки в разных пространственных положениях или определенным способом.

Для получения высококачественных сварных швов покрытия электрода должно удерживаться на металлическом стержне и быть сплошным на протяжении всего процесса сварки, пока не будет использован весь электрод, чтобы обеспечить необходимую защиту зоны сварки.

Виды электродных покрытий установлены ГОСТ 9466-75. Различают электроды с кислым (А), основным (Б), целлюлозным (Ц), рутиловым (Р) покрытием, а также с покрытием прочих видов (П), в том числе специальные.

У электродов с кислым покрытием шлакообразующую основу составляют железные (Fе2O8 – гематит) и марганцевые (MnO2) руды, а также кремнезем (SiO2). Газовая защита расплавленного металла осуществляется органическими компонентами, сгорающими в процессе плавления электрода. В качестве раскислителя в покрытии вводят ферромарганец.

К достоинствам этих электродов относятся стабильное горение сварочной дуги при постоянном и переменном токах, возможность сварки в разных пространственных положениях, достаточно большая скорость расплавления.

У  электродов с основным (Б) покрытием шлакообразующими компонентами являются карбонаты (мрамор, мел, магнезит) и фториды кальция (например, плавиковый шпат CaF2). Газовая защита расплавленного металла осуществляется диоксидом CO2 и монооксидом СО углерода, образующимися при диссоциации карбоната кальция в процессе нагрева и плавления покрытия. В качестве раскислителя в покрытии может содержать ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и ферроалюминий.

Электроды с целлюлозным (Ц) покрытием содержат много (до 50 %) органических составляющих (целлюлоза, травяная мука и др.) для образования большого количества газов. В качестве шлакообразующих компонентов чаще всего применяют рутил, карбонаты и алюмосиликаты, иногда добавляют асбест, а для раскисления наплавленного металла – ферромарганец.

У электродов с рутиловым (Р) покрытием шлакообразующую основу составляют рутиловый концентрат, содержащий до 45 % рутила, алюмосиликаты - слюда, полевой шпат, каолин и др.; карбонаты - мрамор и магнезит. Газовая защита обеспечивается введением  органических соединений ( до 5%), а также разложением карбонатов.

Электроды с рутиловым покрытием обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами: обеспечивают условия для формирования шва плавным переходом к основному металлу, малое разбрызгивание расплава, легкую отделимость шлака, сварку во всех пространственных положениях.

К электродам с покрытием смешанного вида относят электроды с кислоцеллюлозным (типа АЦ), рутилово-основным (РБ), рутилово - карбонатным или карбонатно - рутиловым, кислорутиловым (АР), рутилово – целлюлозным (РЦ) и другими типами покрытий.

Кроме указанных видов покрытий имеются специальные электродные покрытия, например гидрофобные для сварки и наплавки цветных металлов, их сплавов и др. гидрофобные покрытия предназначены для выполнения сварочных работ в особо влажных условиях. В их составе до 10% специальных гидрофобных полимеров, которые в процессе полимеризации заполняют промежутки между частицами покрытия и перекрывают пути проникновения влаги в его внутренний слои. Электроды подразделяются на плавящиеся и неплавящиеся.

Плавящиеся электроды выполнены из стали, чугуна, алюминия, меди и их сплавов. Они представляют собой определенных размеров металлические стержни, на поверхность которых прессовкой или окунанием нанесено специальное покрытие.

2.3 КЛАССИФИКАЦИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ

Электроды, предназначены для ручной дуговой сварки, в стандартах классифицируются по ряду признаков, а именно: металлов, для сварки которого они предназначены; толщина и тип покрытия; механические свойства металла шва и др.

Согласно ГОСТ 9466-75 выпускаются электроды 116 типов. По назначению электроды для сварки и наплавки сталей разделены на классы с условным обозначением:

У – для сварки углеродистых  низколегированных конструкционных сталей;

Л – для сварки легированных конструкционных сталей;

Т – для сварки теплоустойчивых сталей;

В – для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами;

Н – для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

По номинальному напряжению холостого хода источника питания переменного тока, а также по роду и полярности применяемого при сварке и наплавке постоянного тока электрода также подразделяют на виды.

По допустимым пространственным положениям при сварке или наплавке покрытые электроды подразделяют на четыре вида, обозначенных индексами:

1 – для всех положений;

2- для всех положений, кроме вертикальной  плоскости и вертикального сверху вниз;

3 – для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх;

4 – для нижнего и нижнего «в лодочку».

В обозначении электродов для сварки теплоустойчивых сталей предусмотрены девять типов электродов для сварки данных сталей. В основу классификации электродов положены химический состав наплавляемого металла и его механические свойства – временное сопротивление (предел прочности при разрыве), относительное удлинение и ударная вязкость.

В обозначениях электродов для сварки высоколегированныхсталей с особыми свойствами предусмотрены 49 видов электродов для сварки хромистых и хромоникелевых сталей, коррозионно-стойких, жаропрочных и жаростойких высоколегированных сталей мартенситно-ферритного, ферритного, аустинитно-ферритного и аустенитного классов.

В обозначениях электродов для наплавки поверхностныхслоев с особыми свойствами регламентированы 43 типа электродов для наплавочных работ. В этом стандарте установлены химический состав наплавленного металла и его твердость.

Для характеристики твердости наплавленного металла предусмотрены два цифровых индекса, из которых первый характеризует твердость, а второй – условия получения регламентируемой твердости(1 – непосредственно после наплавки; 2- после термической обработки).

ГЛАВА 3 ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ

3.1 СВАРОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Для дуговой сварки используют как переменный, так и постоянный сварочный ток. В качестве источника переменного сварочного тока применяют сварочные трансформаторы, а постоянного — сварочные выпрямители и сварочные преобразователи.

Источник питания сварочной дуги - сварочный трансформатор - обозначается следующим образом: ТДМ-317, где:

Т — трансформатор;        

Д — для дуговой сварки;        

М — механическое регулирование;        

31 — номинальный ток 310 А;                

7 — модель.

Сварочный трансформатор служит для понижения напряжения сети с 220 или 380 В до безопасного, но достаточного для легкого зажигания и устойчивого горения электрической дуги (не более 80 В), а также для регулировки силы сварочного тока.

Трансформатор (рис. 2) имеет стальной сердечник (магнитопровод) и две изолированные обмотки. Обмотка, подключенная к сети, называется первичной, а обмотка, подключенная к электрододержателю и свариваемому изделию, — вторичной. Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов должно быть не менее 60-65 В; напряжение при ручной сварке обычно не превышает 20-30 В.

В нижней части сердечника 1 находится первичная обмотка 3, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка 2, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки как первичной, так и вторичной обмоток соединены параллельно. Вторичная обмотка— подвижная и может перемещаться по сердечнику при помощи винта 4, с которым она связана, и рукоятки 5, находящейся на крышке кожуха трансформатора.

Регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшаются, сварочный ток возрастает. При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, магнитный поток рассеяния растет (индуктивное сопротивление увеличивается) и сварочный ток уменьшается. Пределы регулирования сварочного тока — 65-460 А. Последовательное соединение катушек первичной и вторичной обмоток позволяет получать малые сварочные токи с пределами регулирования 40—180 А. Диапазоны тока переключают выведенной на крышку рукояткой.

Свойства источника питания определяются его внешней характеристикой, представляющей кривую зависимости между током (I) в цепи и напряжением (U) на зажимах источника питания. Источник питания может иметь внешнюю характеристику: возрастающую, жесткую, падающую.

Источник питания для ручной дуговой сварки имеет падающую вольт-амперную характеристику. Напряжение холостого хода источника питания — напряжение на выходных клеммах при разомкнутой сварочной цепи. Номинальный сварочный ток и напряжение — ток и напряжение, на которые рассчитан нормально работающий источник.

Рис. 2. Сварочный трансформатор:

А – внешний вид; б – схема регулирования сварочного тока.

Балластный реостат служит для формирования крутопадающей характеристики источника питания, ступенчатого регулирования сварочного тока и компенсации постоянной составляющей сварочного тока при работе от трансформатора. Состоит из набора нихромовых лент или проволок, соединенных параллельно в электрическую схему. Каждая секция подключается к работе рубильником. Балластные реостаты позволяют дискретно, подбором нужного числа работающих секций, выбрать оптимальный режим сварки и регулировать его через 5-10А. Эти устройства подключают в сварочную цепь последовательно источнику.

Некоторые балластные реостаты при токе 225А могут перегреваться, поэтому необходимо включать в цепь дуги два или более реостатов последовательно. Если ток меньше, сопротивление балластных реостатов следует увеличить. При сварке на переменном токе алюминия регулировать режим балластным реостатом допустимо лишь в незначительных пределах (до 20%), так как полностью компенсировать постоянную составляющую тока не удается. Полная же компенсация достигается в специальных устройствах типа УДАР, УДГ, УДГУ, где постоянную составляющую гасят специальные батареи конденсаторов.

Рис. 3. Балластный реостат:

1 – корпус; 2 – тумблеры диапазонов; 3 – рубильники секций сопротивления; 4 – клеммы

ВЫВОДЫ

Как я уже отметил ранее, на качество сварного шва оказывают большое влияние не только квалификация и опыт сварщика, но и правильный подбор режимов сварки:

1) выбор марки и диаметра электрода;

2) выбор источника питания для дуговой сварки;

3) выбор силы тока.

Для своих исследовательских работ я выбрал образцы двух марок стали. Заготовки под № 1 и № 2 изготовлены из легированной стали, а заготовки под № 3 и № 4 из углеродистой стали. Для сварки данных заготовок я применял электроды марки МРЗ и УОНИ 13/55. На этих фотографиях мы видим таблицы, на которых указаны марки электродов, и формулы по которым мы подбираем силу сварочного тока. Эти марки широко распространенны в производстве металлоконструкций, они хорошо сваривают металл, но есть небольшое различие, у марки УОНИ 13/55 прочность свариваемого шва больше, чем у марки МРЗ, поэтому их применяют в более крупных конструкциях с большой нагрузкой на швы.    

Для дальнейшей своей работы я продиагностировал оборудование, которое используется для дуговой сварки. Существует два вида источника питания для дуговой сварки, это трансформатор который работает на переменном токе, и балластный реостат, который работает на постоянном токе.  

На практической части моей работы я использовал балластный реостат, тат как он работает на постоянном токе. Первый опыт я ставил с легированной сталью. Заготовку под номером 1 я сваривал электродом маркой МРЗ, силу сварочного тока я подбирал по диаметру электрода. Я использовал электрод  диаметром 3мм, значит, сила сварочного тока должна быть 90 ампер. Заготовку под номером 2 я сваривал электродом маркой УОНИ 13/55, силу сварочного тока я так же подбирал, по толщине метала.

Сварив обе детали, мы видим, что качество швов различается, у заготовки под номером 1, качество шва лучше, чем у заготовки под номером 2.      

Затем я взял легированную сталь такой же толщины. Заготовку под номером 3, я сваривал электродом маркой МРЗ. Заготовку под номером 4, я сваривал электродом маркой УОНИ 13/55. Силу сварочного тока я так же подбирал по диаметру электрода. Здесь я тоже брал электроды толщиной 3мм.    

Список  использованных источников

1. Чернышов Г.Г. Справочник электрогазосварщика и газосварщика: учеб. Пособие для нач.проф. образования /Г.Г.Чернышов, Г.В.Полевой, А.П.Выборнов и др.; Под ред. Г.Г.Чернышова. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. 400с.
2. http://help-s.ru сайт, на котором в распоряжении пользователей ресурса объёмная библиотека сайта с удобной системой поиска по разделам, где каждый желающий найдёт необходимую информацию.