Гордиенко В.Е., Степанов С.А., Кнышев Ю.В. Сварка. Часть 1 Основные способы сварки

Подождите немного. Документ загружается.

а) в аргонодуговой установке УДГ-301:

источнику питания и осциллятору;

горелкам, баллонам для аргона, запорной и регулирующей ар-

матуре и контрольно-измерительным приборам;

б) в полуавтомате ПДГ-305:

источнику питания и механизму подачи сварочной проволоки;

горелкам, баллонам для CO

, осушителям, запорной и другой

арматуре, контрольно-измерительным приборам.

765

Рис. 3.3. Упрощенная схема сварочного полуавтомата в среде СО

Необходимо также выписать технические характеристики и энер-

гетические показатели установки УДГ-301 и полуавтомата ПДГ-305, оз-

накомиться с правилами их подключения и безопасной работы на них.

3. Техника и режимы дуговой сварки в защитных газах

Изучение техники выполнения сварки различных швов на установ-

ке УДГ-301 и полуавтомате ПДГ-305 производится под руководством

учебного мастера.

Ручная аргонодуговая сварка

Аргонодуговой сваркой выполняют швы стыковых, тавровых и уг-

ловых соединений. Сварку неплавящимся электродом применяют, как

правило, при толщине металла 0,5…6 мм. При толщине листов до 2,5 мм

рекомендуется сварку производить с отбортовкой кромок. При зазоре

0,1…0,5 мм можно сваривать тонколистовой металл толщиной 0,5…4 мм

без отбортовки и разделки кромок. Листы толщиной 4…12 мм сварива-

ют

в стык с V-образной разделкой кромок при угле разделки 50…70°.

Допустимый зазор в стыке составляет не более 1,0 мм.

Демонстрация аргонодуговой сварки производится учебным мас-

тером на примере сварки алюминиевого сплава в следующей последова-

тельности:

подготовка пластин к сварке (записать марку сплава и операции

подготовки);

выбор режима сварки совместно со студентами по таблицам, пред-

ставленным в лаборатории;

настройка установки на заданный режим сварки;

сварка пластин в нижнем положении.

Во время демонстрации процесса сварки необходимо наблюдать

за формированием металла шва, движениями горелки и присадочного

прутка, записать режим сварки (диаметр электрода, диаметр выходного

отверстия сопла горелки, силу тока, напряжения, расход газа), время го-

рения дуги. После сварки следует визуально оценить качество сварного

соединения.

Механизированная дуговая сварка в

углекислом газе

Сварку в углекислом газе производят почти во всех пространствен-

ных положениях. Листовой металл из углеродистых и низкоуглеродис-

тых сталей толщиной 0,6…1,0 мм сваривают с отбортовкой кромок.

Листы толщиной 1,0…8,0 мм сваривают без разделки кромок, но с зазо-

ром до 1,0 мм. При толщинах металла более 8,0 мм требуется V-образная

разделка кромок.

Изучение техники выполнения

дуговой сварки производится пу-

тем демонстрации учебным мастером процесса сварки. Учебный мастер

осуществляет:

подбор совместно со студентами режима сварки для стали Ст3сп

по таблицам ;

наплавку валика в нижнем положении на пластину 10 50 150

проволокой СВ-08А диаметром 1,6…2,0 мм;

наплавку валика в нижнем положении на пластину 10 50 150

проволокой СВ-08Г2С диаметром 1,6…2,0 мм.

Во время демонстрации процесса сварки необходимо наблюдать за

формированием металла шва и движениями сварочного держателя, за-

писать режим сварки (силу тока, напряжение, время горения дуги, ско-

рость подачи электродной проволоки); объяснить причину образования

пор при сварке проволокой марки СВ-08А; отметить отличия в процессе

формирования металла

шва в различных пространственных положениях.

Содержание отчета

1. Цель и задачи работы.

2. Схемы и особенности процесса дуговой сварки в инертных

и активных защитных газах.

3. Принципиальные схемы установки для сварки в среде аргона

и полуавтомата для сварки в среде углекислого газа.

4. Результаты наблюдений техники выполнения дуговой сварки

в аргоне и углекислом газе.

5. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 4

КОНТАКТНАЯ СВАРКА

Цель лабораторной работы – ознакомление с сущностью процес-

сов, способами, оборудованием и технологическими возможностями кон-

тактной электрической сварки.

При выполнении лабораторной работы необходимо:

1) изучить сущность процессов, преимущества контактной сварки

и ее недостатки;

2) изучить способы контактной сварки и рациональные области

их применения;

3) ознакомиться с устройством и работой контактной

точечной

машины, стыковой машины и сварочных клещей;

4) освоить методику выбора параметров режима различных спосо-

бов контактной сварки.

Оснащение участка лабораторной работы:

оборудование – машины точечной контактной сварки МТ-602

и АТП-25, стыковая сварочная машина МСС-901, сварочные клещи, се-

кундомер, штангенциркуль;

материалы – стержни из низкоуглеродистой стали диаметром

4...6 мм и заготовки из листовой стали толщиной 0,6...1,2 мм;

плакаты – схемы и описания сварочного оборудования;

справочная литература – справочники, ГОСТы.

1. Сущность процесса контактной сварки

Контактная сварка – сварка с применением давления, при которой

используется тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при

прохождении электрического тока.

Контактная сварка является основным видом сварки термомехани-

ческого класса.

Нагрев заготовок используют для облегчения пластических дефор-

маций и разрушения поверхностных окисных пленок.

Количество теплоты (Дж

), выделяемое при прохождении тока, оп-

ределяется в соответствии с законом Джоуля – Ленца:

RdtIQ

(4.1)

где t – время действия тока, с; I – сварочный ток, А; R – сопротивление

участка цепи, Ом.

Сопротивление участка цепи при контактной сварке в соответствии

с рис. 4.1 можно определить по формуле

кдэ.д

22 RRRR 

(4.2)

где R

э.д

– сопротивление контакта между электродом и деталью; R

–

сопротивление основного металла (детали) при его длине L; R

– сопро-

тивление контакта между соединяемыми деталями.

Контактное сопротивление R

является наибольшим, что объясня-

ется двумя причинами: наличием микронеровностей на свариваемых

поверхностях и окисных пленок. Вследствие этого в данной зоне металл

нагревается быстрее до пластического или расплавленного состояния.

При контактной сварке общее сопротивление участка цепи R обыч-

но не превышает 0,005…0,1 Ом. По этой причине большие токи (десят-

ки тысяч ампер) можно

получить при напряжении 1…20 В.

Во избежание дополнительных потерь и снижения производительно-

сти время протекания тока исчисляется секундами или долями секунды.

Основными видами контактной сварки являются стыковая, точеч-

ная и шовная.

2. Стыковая контактная сварка

Стыковая сварка – это контактная сварка, при которой соединение

свариваемых частей происходит по всей поверхности стыкуемых торцов

(рис. 4.1).

Тр

Рис. 4.1. Принципиальная схема контактной стыковой сварки

Различают стыковую сварку сопротивлением и оплавлением. При

стыковой сварке сопротивлением вначале приводят в соприкосновение

торцы свариваемых деталей с приложением небольшого давления и пос-

ле этого включают электрический ток.

Давление в процессе нагрева остается практически без изменения,

к концу нагрева его повышают для создания необходимой пластической

деформации и сварки (рис. 4.2, а). Нагрев стыка

осуществляется обычно

до пластичного состояния металла.

Такой способ применяют при сварке деталей из низкоуглеродистой

стали и цветных металлов со сплошным сечением не более 500 мм

для

сталей и не более 200 мм

для алюминия и меди. Стыковая сварка сопро-

тивлением для получения качественного соединения требует точной под-

готовки, высокой чистоты свариваемых поверхностей и контроля темпе-

ратуры нагрева. Применяется она ограниченно.

а б

Рис. 4.2. Циклограммы контактной стыковой сварки:

а – сопротивлением; б – оплавлением

Режим стыковой сварки сопротивлением определяют следующие

основные параметры:

установочная длина L

+ L

, мм;

сварочный ток I, А;

длительность нагрева (сварки) t

св

, с;

давление осадки p или усилие осадки Р, МПа;

припуск на осадку L

ос

, мм.

Стыковую сварку оплавлением выполняют непрерывным или пре-

рывистым оплавлением (с подогревом).

св

При стыковой сварке непрерывным оплавлением детали приводят

в соприкосновение при включенном токе и очень малом усилии (рис. 4.2, б).

Детали соприкасаются вначале по отдельным небольшим площадкам,

через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавле-

ние деталей в результате непрерывного образования и разрушения кон-

тактов-перемычек между их торцами.

В результате оплавления на

торце образуется слой жидкого метал-

ла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными пленками

выдавливается из стыка, образуя грат. Способ не требует специальной

подготовки кромок, имеет высокую производительность. Применяется

для сварки тонкостенных труб, листов, рельсов, арматурных стержней

железобетонных изделий. Этим способом сваривают детали компактно-

го (до 1000 мм

) сечения типа прутков из низкоуглеродистой стали и де-

тали из труб и листов несколько большего (развитого) сечения.

При прерывистом оплавлении детали сближаются под током с мед-

ленно нарастающей скоростью при коротких возвратно-поступательных

движениях. Импульсное оплавление локализует нагрев и расширяет вы-

сокотемпературную зону, предупреждая быструю кристаллизацию рас-

плава. После оплавления всего

сечения выключают ток и делают осадку.

Импульсное оплавление значительно уменьшает требуемые для оплав-

ления мощность и припуск на оплавление.

Сварка прерывистым оплавлением используется для сечений

500...10 000 мм

. Для больших деталей (сечение 5000...40 000 мм

) реко-

мендуется сварка оплавлением с программным управлением током и ско-

ростью перемещения зажимов.

3. Точечная контактная сварка

Точечная сварка – это контактная сварка, при которой сварное со-

единение получается между торцами электродов, подводящих ток и пе-

редающих усилие сжатия.

При точечной сварке соединяемые детали располагаются между

электродами, изготовленными из медных сплавов (рис. 4.3). Форма

и раз-

меры электродов зависят от вида сварного соединения и свариваемых

деталей.

Процесс точечной сварки состоит из следующих операций: сжатия

свариваемых деталей, включения сварочного тока, выключения тока

и снятия усилия сжатия.

а б Р

Тр

Рис. 4.3. Принципиальные схемы контактной точечной сварки:

а – листового металла; б – пересекающихся стержней

Точечная сварка начинается с предварительного сжатия деталей

электродами, что необходимо для получения электрического контакта

между деталями и электродами. Через некоторое время после сжатия

электродов включается сварочный ток. При прохождении тока выделя-

ется тепло Q, которое зависит от величины тока I, времени его протека-

ния и сопротивления R (см. формулу (4.1)).

Параметрами режима точечной

сварки являются: усилие сжатия,

сварочный ток, время сварки и диаметр рабочей части электрода.

Различают два режима контактной сварки: жесткий и мягкий.

Жесткий режим характеризуется применением больших плотнос-

тей тока и малым временем процесса. Такой режим применяют для свар-

ки сталей, склонных к образованию закалочных структур, цветных ме-

таллов и сплавов.

Мягкий

режим характеризуется относительно большой продол-

жительностью процесса и меньшими плотностями тока. Мягкий режим

применяется преимущественно для углеродистых сталей.

Режим точечной сварки подбирается таким, чтобы диаметр свар-

ной точки (литого ядра) d

достигал заданной величины. Для назначения

величины d

используют справочную информацию в виде таблиц или

эмпирические формулы. В частности, для этих целей можно использо-

вать формулу

),3...2(δ2



(4.3)

где

– толщина металла, мм.

Усилие сжатия электродов необходимо при сварке не только для

создания металлического контакта между соединяемыми деталями,

но и для осуществления пластической деформации в процессе кристалли-

зации литого ядра, что необходимо для компенсации усадки, а также для

предотвращения выплеска жидкого металла в зазор между деталями. По-

этому давление при точечной сварке снимается после выключения тока.

Усилие сжатия зависит от толщины свариваемых деталей и тепло-

физических свойств металла. Оно

задается удельным давлением р и мо-

жет иметь значения от 50 до 180 МПа. Значение ковочного усилия обыч-

но в 2...3 раза больше усилия сжатия.

Продолжительность включения тока оказывает влияние на количе-

ство выделившегося тепла, а следовательно, на размеры жидкой ванноч-

ки металла в ядре сварной точки. Кроме того, длительное время включе-

ния тока

может привести к перегреву основного металла, расположенно-

го вблизи сварной точки.

Величина сварочного тока зависит в основном от толщины свари-

ваемого металла и его химического состава. При этом минимальный ток

определяет наибольшую длительность процесса сварки (мягкий режим).

Для сталей эта мягкость характеризуется отсутствием резкого закалива-

ния и большими зонами термического влияния

. Жесткий режим – это

режим работы, при котором используется предельно возможный свароч-

ный ток. Предел ограничивается не столько размерами расплавленной

точки (ядра), сколько опасностью выплеска сильно перегретого жидкого

металла по плоскости свариваемого контакта.

Силу тока и усилие сжатия деталей устанавливают постоянными

или меняют по определенному графику в течение цикла сварки одной

точки. Характер их

изменения определяется толщиной и материалом

свариваемых деталей. Наиболее распространенные схемы циклов

точечной сварки приведены на рис. 4.4.

СВ

ttt

аб в

Рис. 4.4. Циклограммы контактной точечной сварки:

а – для низкоуглеродистых сталей толщиной до 3 мм; б – для сталей

толщиной до 10...12 мм; в – для сталей толщиной более 10 мм

4. Шовная контактная сварка

Шовная сварка – это контактная сварка, при которой соединение

свариваемых частей происходит между вращающимися дисковыми элек-

тродами, подводящими ток и передающими усилие сжатия (рис. 4.5).

Как и при точечной сварке, детали обычно собирают внахлестку.

На практике применяют следующие способы сварки: непрерывную, пре-

рывистую с непрерывным вращением роликов.

Непрерывную шовную сварку

выполняют при постоянном давле-

нии на свариваемые детали и постоянно включенном токе в течение все-

го процесса сварки.

Прерывистую сварку выполняют при постоянном давлении сжа-

тия, а сварочный ток подают периодически, при этом шов формируется

в виде сварных точек, перекрывающих друг друга.

Шовную сварку применяют в массовом производстве при изготов-

лении

емкостных изделий с толщиной стенки 0,3 … 3 мм, где требуются

герметичные швы.

К параметрам режима шовной сварки относятся: сила тока, дли-

тельность действия тока и пауз, усилие сжатия и скорость сварки.

P P

Тр

св

Рис. 4.5. Принципиальные схемы контактной шовной сварки:

а – с двусторонним подводом тока; б – с односторонним подводом тока

Материал электродов должен иметь высокие тепло- и электропро-

водность, температуру разупрочнения, а также достаточную прочность

и твердость. Электроды изготовляют из меди и ее сплавов. Для повыше-

ния стойкости электродов применяют водяное охлаждение.