Богодухов С.И., Бондаренко Е.В., Проскурин А.Д. и др. Материаловедение и технологические процессы машиностроительного производства. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

321

Таблица 28.1

Характеристика

электродов

Режим

сварки

Длина

электро-

да, мм

Вес пла-

стины, г

обмазка

диаметр

электрода, мм

толщина слоя

обмазки, мм

Род тока

сила тока, I, A

напряжение, U

, B

Время наплавки, t, c

до сварки

после сварки

Вес прутка электродной

проволоки до сварки, G

эл.

, г.

Вес прутка электродной проволо-

ки после сварки, G

О….Г

, г

Вес расплавленного

электродного металла, G

, г

до сварки

после сварки

Вес наплавленного

электродного металла, G

, г

Коэффициент наплавки,

, г/А·ч

Процент потерь на угар

и разбрызгивание

322

28.4 Содержание отчета по выполненной работе

28.4.1 Описание методики производства опытов и их результаты в виде

таблицы.

28.4.2 Выводы по полученным результатам.

28.5 Контрольные вопросы

28.5.1 Как изменяется процент потерь на угар и разбрызгивание элек-

трода?

28.5.2 Остается ли постоянным коэффициент наплавки?

28.5.3 Как изменяется коэффициент расплавления электрода?

28.5.4 Чему равна эффективная тепловая мощность сварочной дуги?

28.5.5 Объясните характер и причины изменения коэффициента на-

плавки по мере увеличения силы сварочного тока.

28.5.6 Причины разбрызгивания металла при электрической дуговой

сварке.

323

29 Лабораторная работа № 29

Изучение технологии и оборудования для сварки неплавящимся

электродом в защитных газах *

)

29.1 Цель работы

Изучить технологию сварки неплавящимся электродом в защитных га-

зах и ознакомиться с устройством и работой источника питания ВСВУ – 160.

29.2 Основные сведения

Дуговая сварка в защитных газах неплавящимся (вольфрамовым) элек-

тродом имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами сварки

плавлением:

1) высокоэффективная защита расплавлению металла, возможность

сварки химически активных металлов и сплавов;

2) высокая степень концентрации дуги, обеспечивающая минимальную

зону структурных превращений;

3) возможность сварки изделий различной толщины в пределах от до-

лей миллиметра до десятков миллиметров;

4) возможность наблюдения за сварочной ванной и дугой;

5) отсутствие необходимости применения флюсов и обмазок;

6) высокая стабильность дугового разряда.

1 – источник питания; 2 – осциллятор; 3 – горелка;

4 – ротаметр; 5 – редуктор; 6 – баллон; 7 – деталь

Рисунок 29.1 – Схема процесса и оборудование сварочного поста

)

Составлено при участии Левченко Г.С.

324

Сварочный пост состоит из источника питания (1), сварочной горелки

(3), ротаметра (4), редуктора (5) и газового баллона (6) (рисунок 29.1).

Защитный газ из баллона (6) через редуктор (5) и ротаметр (4) поступа-

ет в сварочную горелку (3) (рисунок 29.2). Редуктор служит для установки

необходимого по режиму сварки расхода защитного газа.

Расход газа контролируется по ротаметру. Из горелки защитный газ че-

рез специальное сопло поступает в зону сварки, защищая сварочную ванну и

разогретый металл от окружающей атмосферы. Оптимальная газовая защита

металла обеспечивается при использовании сопел, имеющих профиль полого

конуса, переходящего в цилиндр. Сопло горелки должно быть изолировано

или изготовлено из неэлектропроводного материала (например, из керамики).

Вольфрамовый электрод закрепляется в горелке с помощью цанги и

охлаждается проточной водой от перегрева. Для сварки неплавящимся элек-

тродом применяют в основном инертные газы аргон и гелий. Свойства свар-

ного соединения практически не зависят от вида применяемого защитного

газа. Наиболее распространенной является аргонно-дуговая сварка, так как

вследствие большей плотности аргон позволяет создавать более надежную и

стабильную защиту зоны сварки.

Для сварки тугоплавких металлов используется гелий, так как при ге-

лиево-дуговой сварке эффективная мощность дуги выше, чем при сварке в

среде аргона.

1 – мундштук; 2 – зажимная токопроводящая цанга; 3 – смесительная

камера; 4 – газопроводящий канал; 5 – регулировочный вентиль;

6 – газопроводящий штуцер; 7 – державка

Рисунок 29.2 - Внешний вид и устройство сварочной

горелки без водяного охлаждения с цанговым зажимом

вольфрамового электрода

В качестве электрода используются специальные вольфрамовые прут-

ки, изготавливаемые по ГОСТ 23949-80. Вольфрам – самый тугоплавкий из

известных материалов. Температура его плавления равно 3600 °С. Электрод

из чистого вольфрама (ЭВЧ) для сварки практически не используется, так как

325

не обеспечивает устойчивого горения дуги. Для повышения стабильности ду-

ги в вольфрамовые электроды вводят активирующие добавки (до 2 %): диок-

сид тория (электрод ЭВТ 15), оксиды лантана (ЭВЛ) и иттрия (ЭВИ). Введе-

ние добавок уменьшает блуждание дуги и на 15 % повышает допустимый

сварочный ток. Из-за естественной радиоактивности торированный вольфрам

применяют редко. Наивысшую стойкость имеют иттрированные вольфрамо-

вые электроды.

Технологические свойства дуги зависят от полярности сварочного тока.

При прямой полярности (минус на электроде) на изделии выделяется до 70 %

теплоты дуги, что обеспечивает глубокое проплавление свариваемого метал-

ла. При обратной полярности напряжение дуги выше, чем при прямой поляр-

ности. В этом случае на аноде – электроде выделяется большое количество

энергии, что приводит к значительному его разогреву и возможному оплав-

лению его конца. В связи с этим допустимые сварочные токи резко снижают-

ся. Сварка вольфрамовым электродом на постоянном токе обратной полярно-

сти практически не применяется. Допустимые значения постоянного тока для

вольфрамовых электродов различных марок при прямой (а) и обратной (б)

полярности приведены на рисунке 29.3.

а – прямая полярность; б – обратная полярность

Рисунок 29.3 – Допустимые значения постоянного тока

для вольфрамовых электродов

Перед сваркой рабочий конец электрода затачивают под углом 60° на

длине двух-трех диаметров. Форма заточки электрода влияет на форму и

размеры шва. С уменьшением угла заточки и диаметра притупления в неко-

торых пределах глубина проплавления возрастает.

Сварка неплавящимся электродом в защитных газах применяется в ос-

новном на постоянном токе. Переменный ток используется при сварке

326

алюминия и его сплавов. При сварке алюминия на поверхности сварочной

ванны образуется тугоплавкая оксидная пленка, препятствующая оплавле-

нию кромок и формированию сварного шва. Разрушение пленки в дуговом

разряде происходит только при обратной полярности (когда изделие является

катодом). В этом случае пленка оксидов разрушается под действием катодно-

го распыления и поверхность сварочной ванны очищается.

В связи с тем, что при обратной полярности стойкость вольфрамового

электрода мала, сварку выполняют на переменном токе. Разрушение пленки

происходит в тот полупериод, когда изделие становится катодом. При сварке

на переменном токе для повторного возбуждения дуги, при переходе свароч-

ного тока через «0», на сварочную дугу подают поджигающие импульсы на-

пряжением не менее 300 В от специального устройства называемого стабили-

затором дуги.

Вследствие значительного различия электрических параметров дуги

при прямой и обратной полярности при сварке на переменном токе в свароч-

ной цепи возникает постоянная составляющая. Постоянная составляющая

сварочного тока намагничивает сердечник сварочного трансформатора и

дросселя, что приводит к уменьшению мощности и понижению устойчивости

горения дуги. Уменьшение тока в период обратной полярности при сварке

алюминия уменьшает процесс катодного распыления оксидной пленки и за-

трудняет оплавление кромок и формирование шва. Постоянную составляю-

щую сварочного тока устраняют включением в сварочную цепь конденсато-

ров или применением тиристорных схем управления, обеспечивающих лю-

бые соотношения тока в полупериодах прямой и обратной полярности.

Режим сварки неплавящимся электродом выбирается в зависимости от

свариваемого материала и конструкции сварного соединения и включает ос-

новные параметры: сварочный ток, диаметр электрода, расход защитного га-

за, диаметр присадочной проволоки, для автоматической сварки устанавли-

вается скорость перемещения горелки (скорость сварки) (таблица 29.1).

Таблица 29.1 - Ориентировочные режимы автоматической сварки сты-

ковых соединений конструкций из стали 12Х18Н10Т

Толщина

материала,

мм

Диаметр

электрода,

мм

Диаметр

присадки,

мм

Сварочный

ток, А

Скорость

сварки, м/ч

Расход

аргона,

л/мин

1,0

1,6 – 2,0 - 70 - 90 25 - 35 6 - 8

2,0

2,0 1,6 – 2,0 130 - 160 20 - 25 6 - 8

5,0

3 - 4 1,6 – 2,0 200 - 240 12 - 15 12 - 14

327

При сварке малых толщин (до 1,0 мм) стыковым швом рекомендуется

импульсно-дуговая сварка неплавящимся электродом. При импульсно-

дуговой сварке (рисунок 29.4) на малоамперную (дежурную) дугу подаются

импульсы сварочного тока. Такой процесс позволяет регулировать тепло-

вложение в свариваемый металл и исключить возможность перегрева и про-

жога свариваемых кромок, обеспечить хорошее формирование лицевой и об-

ратной стороны шва.

Рисунок 29.4 – Схема импульсов при импульсно-дуговой сварке

Величина тока, длительность импульса и паузы подбираются опытным

путем в зависимости от конструкции узла и физических свойств свариваемо-

го материала (таблица 29.2).

Таблица 29.2 - Ориентировочные режимы импульсно-дуговой сварки

стыковых соединений стали 12Х18Н10Т

Толщина

материала, мм

Диаметр

вольфрамово-

го электрода,

мм

Уставная дли-

на дуги, мм

Сварочный

ток, А

Расход аргона,

л/мин

Ток дежур-ной

дуги, А

Скорость

сварки, м/ч

Длительность

импульса, с

Длительность

паузы, с

0,3

1 1,2 10 - 15 4 - 5 0,8 – 1,5 20 0,15-0,2 0,2

0,5

1 1,0 - 1,2 10 - 25 4 - 5 0,8 - 1,5 25 0,18-

0,24

0,2

Марки присадочной проволоки выбирают в зависимости от марки сва-

риваемого материала и требований к сварному шву и сварной конструкции

(таблица 29.3).

328

Таблица 29.3 - Основные марки присадочных проволок

Марка свариваемого

материала

Марка проволоки Примечания

08кп

Сталь 10

Сталь 20

Св-08Г2С

Св-08 ГСНТ

Св-12ГС

ГОСТ 2246-70

25ХГСА

30ХГСА

20Х

Св-08Г2С,

Св-12ГС

Св-08ГС

Для соединений деталей

из тонкого листа, упроч-

няемых после сварки

25ХГСА

30ХГСА

20Х

Св-10Х16Н25АМ6,

Св-06Х15Н60М15

Для сварки сборочных

единиц из предваритель-

но упрочненных дета-

лей, без термообработки

после сварки

12Х18Н9

12Х18Н9Т

12Х18Н10Т

С8Х18Н10Т

Св-01Х19Н9

Св-06Х19Н9Т

Обеспечивается стой-

кость сварных соедине-

ний против МКК без за-

калки после сварки

Св-04Х19Н9 Для соединений, не тре-

бующих стойкости про-

тив МКК

12Х18Н9

12Х18Н9Т

12Х18Н10Т

С8Х18Н10Т

Св-04Х19Н11МЗ Обеспечивает повышен-

ную стойкость против

горячих трещин

29.3 Устройство и технические характеристики источника питания

ВСВУ – 160

Источник питания серии ВСВУ предназначен для ручной и автомати-

ческой сварки из обычных, коррозионностойких и жаропрочных сталей и ти-

тановых сплавов в непрерывном и импульсном режимах. Источник ВСВУ –

160 обеспечивает:

1) плавное регулирование во времени, автоматическое нарастание тока

в начале сварки от минимального да заданного значения, благодаря чему

происходит равномерный нагрев конца вольфрамового электрода и повыша-

ется его стойкость;

2) плавное регулирование тока дежурной дуги при импульсной сварке

от 2 % до 30 % от номинального сварочного тока;

3) работу в непрерывном и импульсном режимах;

4) модулирование формы импульса от прямоугольной до треугольной;

5) плавное, регулируемое во времени, снижение тока от рабочего до

минимального значения в конце сварки при заварке кратера.

329

Упрощенная электрическая схема силовой цепи источника питания

ВСВУ -160 на рисунке 29.5.

Рисунок 29.5 – Упрощённая электрическая схема силовой цепи источ-

ника питания ВСВУ-160

Силовой трехфазный трансформатор Т (рисунок 29.5) имеет одну пер-

вичную обмотку Т

и две вторичных обмотки Т

и Т

2в

. Фазы первичной и

вторичной обмоток соединены звездами. Напряжение от вторичной обмотки

подводится к трехфазному выпрямителю V, собранному на тиристорах по

мостовой схеме.

Основной силовой узел имеет пологопадающую внешнюю характерис-

тику. От вторичной обмотки Т

2в

напряжение подводится к трехфазному не-

управляемому выпрямителю V

, который входит в состав вспомогательного

источника питания ВИП, включенного на дугу параллельно с основным ис-

точником. Вспомогательный источник питания служит для устойчивого воз-

буждения дуги и имеет напряжение холостого хода 200 В. Внешняя характе-

ристика вспомогательного источника (рисунок 29.6) крутопадающая, что

обеспечивает минимальный ток сразу после зажигания малоамперной дуги. В

процессе сварки горят одновременно обе дуги. Совмещение двух существен-

но различных по форме внешних характеристик, когда маломощный вспо-

могательный источник имеет достаточное для надежного возбуждения дуги

330

Рисунок 29.6 – Внешние характеристики источника

питания ВСВУ – 160

напряжение, а основной источник – вертикальную внешнюю характе-

ристику в диапазоне рабочих напряжений, позволяет существенно снизить

напряжение холостого хода основного источника питания (таблица 29.4).

Таблица 29.4 - Технические характеристики источника ВСВУ – 160

Номинальный сварочный ток 160 А

Напряжение питающей сети 380 В

Частота питающей сети 50 Гц

Режим работы ПВ – 60 %

Продолжительность цикла сварки 60 мин

Пределы регулирования сварочного тока От 5 до 180 А

Стабилизация сварочного тока при отклонении

напряжения сети от номинального значения на

10 % на токах 25-180 А

Не более 2,5 %

Крутизна внешней характеристики В/А Не менее 6

Номинальное рабочее напряжение 30 В

Минимальный ток заварки кратера 5 А

Время нарастания тока после возбуждения дуги от 2 до 10 с ± 20 %

Время заварки кратера От 3 до 20 с ± 20 %

Режим работы при импульсной сварке ПР 60 %

Длительность цикла 0,5 с

Пределы регулирования дежурного тока 5 – 60 А

Пределы регулирования длительного импульса

и паузы

От 0,1 до 1,0 с

КПД Не менее 70 %

Расход воды 0,5 м

/ч