Исследовательская работа "Влияние параметров ручной дуговой сварки на получение качественного сварного шва"

Сложные конструкции, как правило, получают в результате объединения между собой отдельных элементов (деталей, агрега тов, узлов). Такие объединения могут выполняться с помощью разъемных или неразъемных соединений.

В соответствии с ГОСТ 2601—74 сварка определяется как про цесс получения неразъемных соединений посредством установле ния межатомных связей между свариваемыми частями при их мест ном или общем нагреве, пластическом деформировании или со вместном 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 при меняют 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 свар ки обеспечили ее широкое применение для создания неразъем ных соединений при производстве металлургического, химиче ского и энергетического оборудования, различных трубопрово дов, изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, тур бин, котлов, реакторов, строительных и других конструкций.

Перспективы сварки как в научном, так и в техническом пла не безграничны. Ее применение способствует совершенствованию машиностроения и развитию ракетостроения, атомной энергети ки и радиоэлектроники.

Одно из наиболее перспективных направлений в сварочном производстве — широкое применение механизированной и авто матической сварки. Речь идет как о механизации и автоматизации самих сварочных процессов (т.е. переходе от ручного труда свар щика к механизированному), так и о комплексной механизации и автоматизации всех видов работ (заготовительные, сборочные и др.), связанных с изготовлением сварных конструкций и создани ем поточных и автоматических производственных линий.

С развитием техники возникает необходимость сваривать дета ли толщиной от нескольких микрометров (в микроэлектронике) до десятков сантиметров и даже метров (в тяжелом машиностро ении). Все чаще в сварных конструкциях наряду с углеродистыми и низколегированными сталями используют специальные стали, легкие сплавы и сплавы на основе титана, молибдена, хрома, циркония и других металлов, а также разнородные и композици онные материалы, в связи с чем постоянно расширяется набор применяемых видов и способов сварки.

Однако необходимо отметить, что сварка является лишь определенным технологическим способом получения неразъемных соединений, а поэтому сама по себе не может являться самостоятельным производством или служить самоцелью какого-либо производственного процесса. Она должна рассматриваться как средство достижения иной цели - получения сварных конструкций определенного назначения. Изготовление же сварных конструкций сложно, имеет свои особенности, включает ряд разных работ: получение заготовок и деталей, отвечающих необходимым требованиям позиции сварки, подготовку их под сварку, сборку, транспортировку, дополнительную доработку, контроль и т.п., без которых сварка не может производиться и которые с ней тесно связаны.

Дальнейший прогресс возможен только при условии комплексной механизации и автоматизации всего производственного процесса, включая заготовительные, сборочные, транспортные, отделочные, контрольные и вспомогательные операции. Для дальнейшего совершенствования производства сварных конструкций и увеличения доли механизированной сварки необходимо изыскание и создание оборудования и форм организации работ, позволяющих интенсифицировать основные и вспомогательные операции не в произвольно увеличенной степени, а в той мере, в какой они одновременно соответствуют и требованиям научно-технического прогресса, и условиям экономической эффективности использования создаваемых средств при соответственно наивысшем организационно-техническом уровне производства в целом.

Высокая технологичность сварных конструкций и упрощение технологии их изготовления являются основой снижения производственных затрат. Это выражается в сокращении сроков освоения производства, снижении трудоемкости и себестоимости выпускаемых изделий. Современный технический прогресс в промышленности не разрывно связан с совершенствованием сварочного производства.

В условиях постоянного усложнения конструкций и роста объема сварочных работ большую роль играет теоретическая и практи ческая подготовка квалифицированных рабочих-сварщиков, правильное проведение технологической подготовки производства, в значительной степени определяющей его трудоемкость и сроки освоения, экономические показатели, использование средств механизации и автоматизации.

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 электрода ми различают основные и дополнительные парамет ры режима сварки.

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

Сила сварочного тока в наибольшей степени определяет тепло вую мощность дуги. При постоянном диаметре электрода с увели чением 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 преде лах изменения силы тока глубина проплавления Н сварочной ван ны может быть оценена зависимостью, близкой к линейной:

Н = k . Iсв,

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

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

Изменение скорости сварки при постоянной тепловой мощ ности 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 па раметрам сварочного режима и может быть представлен форму лой

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

Погонная энергия характеризует тепловложение в сварное со единение 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 погон ной энергии повышение скорости сварки вызывает увеличение термического КПД процесса, что связано с возрастанием глуби ны проплавления и уменьшением ширины сварочной ванны.

1. Диаметр электрода при сварке в нижнем поло жении шва устанавливается в зависимости от толщи ны свариваемого металла.

Выполнение вертикальных, горизонтальных и по толочных швов независимо от толщины свариваемо го металла производится электродами небольшого ди аметра (до 4 мм), так как при этом легче предупре дить отекание жидкого металла и шлака сварочной ванны.

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

При сварке металла разной толщины диаметр вы бирается по наименьшей толщине металла.

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

І = k . Dэл или I = (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 умень шается на 10-15%, а в потолочном положении — на 15-20% против выбранного для нижнего поло жения шва.

3. Род тока и полярность устанавливаются в зави симости от вида свариваемого металла и его толщи ны. При сварке постоянным током обратной полярно сти 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 перегре ва. При сварке обычных углеродистых сталей приме няют 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 горе ния — 20-40 В.

Электроды для ручной дуговой сварки

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.

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 обеспечи вает пластичность сварного шва). Пластичность — главное механическое свойство, которым должен об ладать 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 непла вящиеся.

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

Неплавящиеся электроды выполнены из техничес кого вольфрама и его сплавов, угля и графита. Они предназначены для повышения температуры свароч ной ванны при своем сгорании.

Классификация покрытых металлических элект родов. По ГОСТу 9466-75 предусматривается следую щая классификация электродов:

По назначению:

1. У - для сварки углеродистых, низколегированных сталей;
2. Л - для легированных конструкционных сталей;
3. Н - для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами;
4. Т - для сварки легированных теплоустойчивых сталей;
5. В - для сварки высоколегированных сталей.

По толщине покрытия:

В зависимости от отношения диаметра покрытия (D) к диаметру стального стержня (d).

Такое отношение может иметь различное отношение, а следовательно, электроды имеют различную толщину покрытия.

По видам покрытия (табл. 1):

• А — кислое;        

• Б — основное;

• Ц — целлюлозное;  

• Р — рутиловое.

Каждое покрытие имеет свой определенный состав, положительные и отрицательные свойства. Зная их, можно заранее предвидеть качество сварочного шва.

По допустимым пространственным положениям:

• 1 - для всех положений;

• 2 – для всех положений, кроме вертикального «сверху вниз»;

• 3 - для нижнего, горизонтального и вертикально го «снизу вверх»

1. 4 - для нижнего и нижнего в «лодочку».

По роду и полярности сварочного тока для сварки переменным или постоянным током на прямой, об ратной или любой полярности.

Электроды подразделяют на типы в соответствии с ГОСТами 9467-75, 10051-75 и 10052-75.

ГОСТ 9-167-75 распространяется на металлические покрытые электроды для ручной дуговой сварки уг леродистых, низколегированных и легированных кон струкционных и легированных теплоустойчивых ста лей. Для сварки углеродистых и легированных конст рукционных сталей предусмотрено 14 типов электро дов (например, Э38, Э42А, 946 и т.д. до Э150), для сварки легированных теплоустойчивых сталей — 9 ти пов (например, Э-09М, Э-05Х2М, Э-09ХШФ и т.д.).

Условное обозначение типа электрода расшифровы вается так: буква Э — электрод; стоящее за ней чис ло — временное сопротивление разрыву металла шва или наплавленного металла (так, электроды типа Э46 марок ОЗС-4, АНО-3, МР-1 и других должны обеспе чить временное сопротивление разрыву не менее 46 кгс/мм2, или 460 МПа). Буква А в конце обозначе ния типа указывает на повышенные пластические свойства металла сварного шва.

Буквы и цифры, входящие в обозначение типов электродов для сварки легированных теплоустойчи вых сталей, показывают примерный химический со став наплавленного металла.

Для каждого типа электрода разработана одна или несколько марок, характеризуемых маркой сварочной проволоки, составом покрытия, химическим составом, свойствами металла шва и др.

Электроды выпускают диаметрами 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0 и 12,0 мм (диаметр электрода определяется диаметром металлического стержня).

В зависимости от диаметра электрода, а также мар ки сварочной проволоки, электроды изготовляют дли ной 150-450 мм.

Упаковывают их в коробки или пачки массой не более 3 кг - для электродов диаметром до 2,5 мм; 5 кг - для электродов диаметром 3,0-4,0 мм; 8 кг - для электродов диаметром свыше 4,0 мм.

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 высоколегированных сталей 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 поверхностных слоев 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).

Упаковка и хранение электродов

Покрытия электродов содержат соединения кальция, органические компоненты и другие гигроскопические добавки, которые поглощают влагу воздуха. При сварке отсыревшими электродами ухудшается стабильность горения дуги, шов насыщается диффузионным водородом, что приводит к образованию пор и трещин.

Каждая коробка или пачка с электродами должна быть снабжена этикеткой или маркировкой с указанием наименования или товарного знака изготовителя; номера партии электродов; дата ее изготовления; масса коробки или пачки; области применения; режимов тока.

Каждая партия электродов сопровождаются сертификатом, удостоверяющим соответствие электродов требованиям  ГОСТ 9466-75 и стандарта или технических условий на электроды данной марки.

Источники питания сварочной дуги

Сварочный трансформатор

Для дуговой сварки используют как переменный, так и постоянный сварочный ток. В качестве источ ника переменного сварочного тока применяют свароч ные трансформаторы, а постоянного — сварочные вы прямители 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. Обмот ка, подключенная к сети, называется первичной, а обмотка, подключенная к электрододержателю и сва риваемому изделию, — вторичной. Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов должно быть не менее 60-65 В; на пряжение при ручной сварке обычно не превышает 20-30 В.

В нижней части сердечника 1 находится первич ная обмотка 3, состоящая из двух катушек, располо женных 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 па раллельно. 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 сопротивле ние уменьшаются, сварочный ток возрастает. При вращении рукоятки против часовой стрелки вторич ная обмотка удаляется от первичной, магнитный поток рассеяния растет (индуктивное сопротивление уве личивается) и сварочный ток уменьшается. Пределы регулирования сварочного тока — 65-460 А. После довательное соединение катушек первичной и вторич ной 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 харак теристику: возрастающую, жесткую, падающую.

Источник питания для ручной дуговой сварки име ет 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

Технология ручной дуговой сварки

Технология ручной дуговой сварки пред усматривает выполнение следующих операции: возбуждение дуги, перемещение электрода в процессе сварки, порядок наложения швов в зависимости от особенности сварных соединений.

Возбуждение дуги осуществляется при кратковременном при косновении концом электрода к изделию и отведении его на рас стояние 3...5 мм. Технически этот процесс можно осуществлять двумя приемами: касанием электрода и отводом его вверх: сколь зящим движением конца электрода по поверхности металла (чир каньем) с быстрым отводом его на необходимое расстояние.

В процессе сварки необходимо поддерживать определенную длину дуги, которая зависит от марки и диаметра электрода. Ори ентировочно нормальная длина дуги должна быть в пределах Lд = (0,5...1,0)dэ.

Длина дуги оказывает существенное влияние на качество свар ного шва и его геометрическую форму. Длинная дуга способствует более интенсивному окислению и азотированию расплавляемого металла, увеличивает разбрызгивание, а при сварке покрытыми электродами основного шва приводит к пористости металла.

Для образования сварного шва электроду придается сложное движение в трех направлениях. Первое движение — это поступа тельное движение электрода по направлению его оси. Оно про изводится со скоростью плавления электрода и обеспечивает под держание определенной длины дуги. Второе движение электрода направлено вдоль оси шва и производится со скоростью сварки. В результате этих двух движений образуется узкий, шириной не более 1,5 диаметра электрода, так называемый ниточный шов. Такой шов применяется при сварке тонкого металла, а также при выполнении корня шва при многослойной (многопроход ной) сварке. Третье движение — это колебание конца электрода поперек оси шва, которое необходимо для образования валика определенной ширины, хорошего провара кромок и замедления остывания сварочной ванны. Колебательные движения электрода поперек оси шва могут быть различными и опре деляются формой, размером и положением шва в пространстве (рис. 1).

При горении дуги в жидком металле образуется кратер, являющейся местом скопления неметаллических включений, что может привести к возникновению трещин. Поэтому в случае обрыва дуги (а также при смене электрода) ее повторное зажигание следует произвести впереди кратера, а затем переместить электрод назад, переплавить застывший металл кратера и только после этого продолжить процесс сварки. Сварщик должен внимательно следить за расплавлением кромок деталей и торца электрода, проплавлением корня шва и не допускать затекания жидкого металла впереди дуги.

Заканчивают сварку заваркой кратера. Для этого или держат неподвижно электрод до естественною обрыва дуги или быстро укорачивают дугу вплоть до частых коротких замыканий, после чего ее резко обрывают.

Рис. 1. Колебательные движения электрода при ручной сварке:

А, б – при обычной сварке; в, г – при сварке с усиленным прогревом кромок.

Электрическая дуговая сварка металлов может выполняться с использованием как переменного, так постоянного тока. Преимущественное применение того или иного тока для электросварки определяется некоторыми специфическими особенностями технологии сварки или свариваемыми материалами. Например, при сварке на постоянном токе положительный полюс (анод) источника питания сварочной дуги можно подключить либо к изделию («прямая» полярность), либо к электроду («обратная» полярность).

Это важно учитывать, поскольку анодное пятно сварочной дуги, т.е. поверхность анода, на которую устремлен поток электронов с катода, имеет более высокую, чем на катоде температуру нагрева. Когда важно быстрее нагреть металл или более глубоко его прогреть по сечению применяют прямую полярность. И наоборот, когда главное – не прожечь металл, не перегреть его (тонкий лист или сложнолегированная сталь), применяют обратную полярность сварочного тока. Могут быть и другие соображения технологического характера, регламентирующие выбор полярности, а также вида тока для сварки.

Ручная электродуговая сварка достаточно сложна и требует значительного навыка, особенно для получения хорошего сварного соединения на вертикальной плоскости, тем более – на потолочной. А ведь сварщику приходится варить швы при любом пространственном положении сварного соединения: нижнем, вертикальном, когда сварка введется снизу вверх или сверху вниз, горизонтальном на вертикальной плоскости и потолочном.

Конечно, начинающий сварщик не сразу умеет варить все швы. Процесс обучения идет постепенно – от простого к сложному. Самое главное для электросварщика ручной сварки - овладеть «секретами» удержания жидкой ванны расплавленного металла, постепенно кристаллизующейся в шов и научиться правильно манипулировать концом сварочного электрода, добиваться полного провара по ширине и глубине свариваемого соединения. А движения конца электрода поперек оси соединения достаточно сложны и разнообразны.

Основные требования безопасности труда при ручной дуговой сварке

При выполнении сварочных работ существуют опасности для здоровья рабочего:

- поражение электрическим током;

- поражение глаз и открытых поверхностей кожи лучами дуги;

- отравление вредными газами и пылью;

- ожоги от разбрызгивания электродного расплавленного металла и шлака;

- ушибы и порезы в процессе подготовки изделий под сварку и во время сварки.

Поэтому, прежде чем приступить к ручной дуговой сварке, необходимо изучить на рабочем месте инструкцию по безопасным приемам обращения со сварочным оборудованием.

После этого необходимо ознакомиться с порядком включенияВ и выключения питающей сети высокого yапряжения, убедиться в yаличии актов обязательной ежегодной проверки заземления и сопротивления изоляции коммутационных проводов и электрододержателей.

Во время сварки необходимо работать только в спецодежде. Запрещается пользоваться неисправными сварочными щитками и разбитыми защитными светофильтрами.

Нельзя производить сварочные работы при отключенной или неисправной системе вентиляции. После окончания работы электрододержатель должен находиться в таком положении, при котором исключался бы его контакт с токоведущими частями сварочного поста.

Сварочное оборудование в процессе эксплуатации требует внимательного ухода и обслуживания.

Сварщику необходимо принимать следующие меры:

- перед включением источника питания очистить его от пыли, грязи, случайно попавших огарков электродов или кусков сварочной проволоки;

- проверить надежность изоляции сварочных проводов и их присоединения, при необходимости подтянуть крепление, изолировать место повреждения сварочного кабеля;

- убедиться в наличии заземления;

Эти меры гарантируют длительную, надежную и безопасную работу источника питания.

При включении источника питания могут быть обнаружены его дефекты или неисправности, в этом случае необходимо отключить источник питания и сообщить об этом мастеру, наладчику или электромонтеру для устранения неисправностей источника питания.

Заключение

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.    

Итог работы: как показала моя работа лучше качество шва у образцов свариваемых электродом марки УОНИ 13/55.                                                    

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.    

Итог работы: как показала моя работа лучше качество шва у образцов свариваемых балластным реостатом.

В результате проделанной работы я провёл исследование и сделал вывод о том, что на получение качественного сварного шва влияют много факторов, но особенно выбор электрода и источника питания сварочной дуги.