Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Сварка металлов: Лабораторные работы

Голосов: 3

Изложена методика проведения лабораторных работ по изучению различных видов электросварки, оценке качества сварного шва и металлографической структуры околошовной зоны. Предназначены для студентов 1-4 курсов специальностей 1705, 1706, 1201, 2008, 2002, 3113, 3114, 2903 всех форм обучения

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    ♦ Издательство ТГТУ ♦


        Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО "ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"




                               Сварка металлов

                            Лабораторные работы
                          для студентов 1 – 4 курсов
          специальностей 1705, 1706, 1201, 2008, 2002, 3113, 3114, 2903
                             всех форм обучения

                 Издание шестое, исправленное и дополненное




                                ТАМБОВ
                           ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ
                                  2007


УДК 621.791.052(075)
ББК К641я73-5
    С24

                                                        Рецензент
                                              Заслуженный деятель науки РФ,
                                            доктор физико-математических наук
                                                      Ю. И. Головин




                                                     С о с т а в и т е л и:

                                                Л. Н. Тялина, Н. В. Федорова




С24       Сварка металлов : лабораторные работы. 6-е изд. испр., доп. /
      сост. : Л. Н. Тялина, Н. В. Федорова. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос.
      тех. ун-та, 2007. – 36 с. – 100 экз.
           Изложена методика проведения лабораторных работ по изуче-
      нию различных видов электросварки, оценке качества сварного шва и
      металлографической структуры околошовной зоны.
          Предназначены для студентов 1 – 4 курсов специальностей 1705, 1706,
      1201, 2008, 2002, 3113, 3114, 2903 всех форм обучения.
                                                   УДК 621.791.052(075)
                                                   ББК К641я73-5




                                     Тамбовский государственный
                                             технический университет (ТГТУ), 2007


                                    Учебное издание

                                     сварка металлов
                                 Лабораторные работы

                    Издание шестое, исправленное и дополненное

Составители: Тялина Людмила Николаевна,
             Федорова Наталья Васильевна



                            Редактор З.Г. Ч ер нов а
            Инженер по компьютерному макетированию М.Н. Рыжков а


                             Подписано к печати 16.01.2007.
               Формат 60 × 84/16. 2,09 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 24
                         Издательско-полиграфический центр
                Тамбовского государственного технического университета
                         392032, Тамбов, Советская, 106, к. 14


                                                                                                   Лабораторная работа 1

                                               РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА

Цель работы:   изучить оборудование сварочного поста, освоить методику подбора режимов сварки, исследовать технологические
               свойства электродов, снять внешнюю характеристику источника тока.

Оборудование, приборы, инструменты, материалы: сварочный пост переменного тока с электроизмерительными приборами (ам-
              перметром, вольтметром), весы циферблатные с гирями, секундомер, линейка, электроды, стальные пластины для
              наплавки.


                                                Общие методические указания

     Ручная дуговая сварка (РДС) относится к термическому классу. Источником тепла служит электрическая дуга, возникающая
между электродом и свариваемым изделием при протекании постоянного или переменного тока.
     При ручной дуговой сварке на стабильность горения дуги, качество наплавки или сварного шва, на производительность про-
цесса влияет ряд факторов, важнейшие из которых:
     1) правильный подбор и расчет основных параметров сварки;
     2) правильный выбор источника питания (переменного, постоянного тока);
     3) технологические свойства электродов.
     Для питания сварочной дуги применяют источники переменного и
постоянного тока. Источниками питания дуги переменного тока при руч-
ной дуговой сварке являются сварочные трансформаторы с увеличенным
магнитным рассеянием и подвижными обмотками типа ТС, ТСК, ТD, схе-
ма которых показана на рис. 1.
     Сердечник трансформатора 1 стержневого типа, катушки первичной
обмотки 2 неподвижны, а катушки вторичной обмотки 3 перемещаются
вверх и вниз вручную с помощью винта и рукоятки, расположенной на
крышке кожуха трансформатора.




                                                                                        Рис. 1 Конструктивная схема
                                                                                         сварочного трансформатора
     Сварочный ток регулируется изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При сближении обмоток маг-
нитный поток рассеяния (часть основного магнитного потока, частично замыкающегося по воздушному зазору между обмотками)
и индуктивное сопротивление уменьшаются, а сварочный ток увеличивается. Минимальный сварочный ток соответствует наи-
большему расстоянию между обмотками.
U, B                            Свойства источника тока определяются его внешней характеристикой, представляющей зависи-
        a                  мость напряжения на зажимах источника от тока в сварочной цепи U = f (I ). Устойчивость горения дуги
                2          зависит от соотношения форм внешней характеристики источника и статической характеристики дуги.
                           Для ручной дуговой сварки, когда характеристика дуги жесткая (рис. 2, кривая 1), внешняя характеристи-
                           ка источника питания должна быть крутопадающей (кривая 2). Кроме того, при крутопадающей харак-
                           теристике облегчается зажигание дуги за счет повышенного напряжения холостого хода и ограничива-
                    б      ется ток короткого замыкания.
        1

                 с   I, A
  Рис. 2 Соотношение
 внешней характеристики
   тока и статической
  характеристики дуги
     Режим сварки один из основных элементов технологического процесса, который определяет качество и производительность
сварки. При РДС основными параметрами режима являются диаметр электрода Dэ в мм, сварочный ток Iсв в амперах, напряжение
на дуге Uд в вольтах и скорость сварки Vсв в м/ч.
     Определение режима сварки начинают с выбора диаметра электрода, его типа и марки. Диаметр электрода Dэ выбирается в за-
висимости от толщины свариваемого металла S (табл. 1) при сварке стыковых соединений и от катета шва h (табл. 2) при сварке
угловых и тавровых соединений.


                                      1 Значения диаметра электрода в зависимости от
                                              толщины свариваемых деталей

                          Толщина деталей
                                               1,5 … 2       3   4 …8    9 … 12        13 … 15          16 … 20
                          S, мм

                          Диаметр электрода
                                               1,6 … 2       3       4       4-5             5            5 … 6
                          Dэ, мм


                                2 Значения диаметра электрода в зависимости от катета шва

                          Катет шва h, мм                        3            4…5                       6…9

                          Диаметр электрода Dэ, мм               3                 4                      5
     Марку электрода выбирают в зависимости от химического состава свариваемого металла. Покрытие электрода со шлакообра-
зующей основой на базе карбонатов кальция или магния и плавикового шпата называется основным. Основные покрытия пригодны
для сварки и углеродистых, и легированных сталей. Наиболее известные марки электродов этой группы – УОНИИ-13/45, АНО-7,
АНО-8. Наплавленный ими металл обладает высокой ударной вязкостью при отрицательных температурах.
     Покрытие со шлакообразующей основой на базе рутила (TiO2) называют рутиловым, которое является наиболее распростра-
ненным в нашей стране. Широко используют электроды марок МР-3, ОЗС-4, АНО-4 из-за высоких механических свойств швов и хо-
роших сварочно-технологических характеристик.
     При выборе типа электрода следует руководствоваться ГОСТ 9467–75. В нем предусмотрено девять типов электродов: Э38,
Э42, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60. Их применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротив-
лением разрыву до 600 МПа. Для сварки легированных сталей с временным сопротивлением свыше 600 МПа используют электроды
Э70, Э150. В обозначение типа электрода буквы Э (электрод) и цифра, показывающая минимальное временное сопротивление разрыву
металла шва или наплавленного металла в кгс/мм2. Буква А после цифрового обозначения электродов указывает на повышенные пла-
стичность и вязкость металла шва.
     Тип электрода выбирают таким образом, чтобы прочность металла шва и прочность основного металла были примерно равны.
Например, если у основного металла     σв = 480 МПа, то следует выбирать электрод типа Э50 или Э50А.
     Сварочный ток в зависимости от диаметра электрода определяют по формуле
                                                                                          Iсв = k Dэ , А,                     (1)

где Dэ – диаметр электрода, мм; k – коэффициент, зависящий от диаметра электрода и типа покрытия.

                                              3 Значения опытного коэффициента
                                              в зависимости от диаметр электрода

                          Диаметр электрода Dэ,
                                                         2           3        4               5               6
                          мм

                          Опытный
                                                     25… 30 30… 45 35… 50                 40…55          45…60
                          коэффициент, k


     При сварке вертикальных швов сварочный ток уменьшается на 10 %, потолочных – на 20 % против расчетного.
     Напряжение на дуге определяют по формуле
                                                                                       U д = α + βLд ,                        (2)
где α – падение напряжения на электроде ( α = 10 … 12 В – для стальных электродов, α = 35 … 38 В – для угольных электродов);
β = 2 В/мм – падение напряжения на 1 мм дуги; Lд – длина дуги, Lд = 0,5 ( D + 2) , мм. Для наиболее широко применяемых электродов
в среднем U д составляет 25 … 28 В.
     Расплавление металла электрода характеризуется коэффициентом расплавления α p , который показывает, какая масса металла
электрода при силе тока в один ампер расплавится за один час горения дуги:
                                                                                          Gp
                                                                                   αp =            ,   г/А ⋅ ч,               (3)
                                                                                          I св t
где Gр – вес расплавленного металла, г; Iсв – сила сварочного тока, А; t – время горения дуги, ч.
     Не весь расплавленный металл электрода переносится в шов. Часть его теряется на разбрызгивание, испарение и угар. Поэтому
производительность процесса сварки определяют, исходя из коэффициента наплавки α н , который меньше коэффициента расплавле-
ния на величину потерь электродного металла,


                                                                                                      Gн
                                                                                               αн =          ,   г/А ⋅ ч,        (4)
                                                                                                      I св t
где Gн – вес наплавленного металла, г.
     Коэффициент потерь
                                                                                                  Gp − Gн
                                                                                             ψ=              ⋅ 100 % .           (5)
                                                                                                     Gр
     Значения рассмотренных коэффициентов зависят от марок электродов, рода и полярности тока и составляют α p = 7 … 13 г/А ⋅ ч;
α н = 6 … 12,5 г/А ⋅ ч; ψ = 5 … 25 %.
     Скорость сварки определяют из выражения
                                                                                                     α н I св
                                                                                             Vсв =            , м/ч,             (6)
                                                                                                     γ Fнм
где Vсв – скорость сварки, м/ч; α н – коэффициент наплавки, г/А ⋅ ч; γ – плотность металла, г/мм3 (для стали γ = 7,85 ⋅ 10–3 г/мм3);
Fнм – площадь сечения наплавленного металла шва, представляющая сумму элементарных геометрических фигур, составляющих
сечение шва, мм2. Приближенно площадь поперечного сечения шва считается равной площади равностороннего треугольника с
углом раскрытия кромок 60° .
                                                 Порядок выполнения работы
     1 Изучить оборудование сварочного поста.
     2 Изучить устройство и принцип работы источника питания электрической дуги.
     3 Снять внешнюю характеристику источника тока. Чтобы построить внешнюю характеристику, необходимо получить три
характерные точки а, б, с (рис. 2), которые соответствуют режимам холостого хода, рабочему режиму, режиму короткого замыка-
ния. Для получения точки а необходимо при включенном источнике питания и разомкнутой цепи снять показания амперметра и
вольтметра. Для получения точки с необходимо сварочную цепь замкнуть накоротко и определить ток короткого замыкания по
амперметру. Для получения точки б необходимо в процессе наплавки снять показания амперметра и вольтметра. Результаты изме-
рений занести в табл. 4 и по этим данным построить внешнюю характеристику источника питания (рис. 3).
     4 Экспериментальные данные                  U, B

                                  Показания        40 –
        Режим работы              приборов         30 –
                                  I, А   U, В      20 –
                                                   10 –
 Холостой ход
 Устойчивое горение дуги                                  100     200     300        I, A
 Короткое замыкание                              Рис. 3 Внешняя характеристика
                                                         источника тока

                                         5 Исходные данные для расчета параметров режима
                                                      ручной дуговой сварки

                             №                         Временное        Толщина                          Положение
                                         Марка       сопротивление                         Вид
                            вари-                                       металла S,                         шва в
                                         стали     разрыву σ в , МПа                    соединения
                            анта                                           мм                           пространстве
                              1      ВСт3сп                400              4       угловое       нижнее
                              2      10                    340              6       угловое       нижнее
                              3      20Г                   460              3       стыковое      нижнее
                              4      16ГС                  530              5       стыковое      потолочное
                              5      15ХСНД                500              8       стыковое      вертикальное
                              6      10Г2С                 520              7       стыковое      нижнее
                              7      ВСт2сп                370              7       угловое       нижнее
                              8      14Г2                  470            10        стыковое      нижнее
                              9      09Г2                  450              6       стыковое      потолочное
                             10      15                    380              4       стыковое      вертикальное
                                 П р и м е ч а н и е. При сварке угловых швов с толщиной детали 4 … 6 мм катет шва
                           будет 5 мм, с толщиной 6 … 8 мм – 6 мм.
     4 Рассчитать режим ручной дуговой сварки. Для расчета параметров РДС исходные данные взять в табл. 5, согласно номера
варианта, заданного преподавателем.
     а) Выбрать диаметр электрода (табл. 1 и 2).
     б) Определить величину сварочного тока по формуле (1) и табл. 3.
     в) Определить напряжение на дуге по формуле (2).
     г) Выбрать тип и марку электрода.
     д) Полученные данные занести в табл. 6.

                                     6 Результаты расчета параметров ручной дуговой сварки


                                         Диаметр     Сварочный    Сварочное                    Скорость
                              Номер                                                  Тип
                                      электрода Dэ ,  ток Iсв , напряжение Uд ,               сварки Vсв,
                             варианта                                             электрода
                                           мм            А            В                          м/ч




     5 Рассчитать коэффициенты расплавления, наплавки и потерь по формулам (3) – (5).
     6 Определить скорость сварки по формуле (6).


                                                       Содержание отчета
     1    Название и цель работы, описание оборудования сварочного поста.
     2    Схема источника питания и описание основных его узлов.
     3    Экспериментальные данные (табл. 4) и внешняя характеристика источника питания (рис. 3).
     4    Расчет параметров режима ручной дуговой сварки, табл. 6.
     5    Расчет технологических коэффициентов электродных покрытий.

                                                      Контрольные вопросы
     1    Устройство и принцип работы сварочного трансформатора.
     2    Электрическая дуга и ее свойства.
     3    Внешняя характеристика источника питания и требования к ней.
     4    Сварочные электроды.
     5    Основные параметры режима ручной дуговой сварки.

Литература: [1, с. 80 – 81]; [4, с. 278 – 280].


                                                                                                   Лабораторная работа 2

                                            ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА
                                              В СРЕДЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
Цель работы: знакомство с особенностями, оборудованием и технологией полуавтоматической сварки в среде углекислого газа.
Материалы, оборудование, инструменты: полуавтомат марки ПДГ-312-1УЗ, сварочная проволока, пластины для наплавки.

                                            О б щи е м е т о д и ч е с к и е у к а з а н и я
     Особенность полуавтоматической сварки в среде углекислого газа заключается в том, что электрическая дуга горит между го-
лой электродной проволокой и свариваемым металлом в среде углекислого газа, который оттесняет воздух из зоны сварки. В ин-
тервале высоких температур углекислый газ является активным окислителем, так как диссоциирует с образованием атомарного
кислорода: СО2 = СО + О. В результате, в сварочной ванне могут протекать следующие реакции:
                                  С + О = СО, Fе + О = FеО, Mn + O = MnO, Si + 2O = SiO2.
     Из этих реакций видно, что при сварке в углекислом газе происходит повышенное выгорание элементов, входящих в состав
основного металла: углерода, кремния, марганца и др.
     Чтобы подавить реакции окисления, а также пополнить выгоревшие примеси, при сварке в углекислом газе применяют элек-
тродную проволоку, легированную марганцем и кремнием. Они восстанавливают железо из его закисей, при этом образовавшиеся
окислы марганца и кремния переходят в шлак:
                                         FeO + Mn = MnO + Fe; 2FeO + Si = SiO2 + 2Fe.
     Сварка в среде углекислого газа – процесс высокопроизводительный – может выполняться во всех пространственных положе-
ниях и производится постоянным током обратной полярности. Переменный ток и постоянный ток прямой полярности не применя-
ются из-за недостаточной устойчивости процесса и неудовлетворительного качества и формы шва.
     В углекислом газе сваривают в основном сварные конструкции из конструкционной углеродистой и низколегированной стали (га-
зопроводы, нефтепроводы, корпуса судов и химических аппаратов и т.п.).
     Преимущества полуавтоматической сварки в среде углекислого газа с точки зрения ее стоимости и производительности по-
зволяют заменять ею ручную дуговую сварку качественными электродами.
     Для сварки в углекислом газе применяется полуавтомат ПДГ-312-1УЗ (рис. 4), который предназначен для электродуговой
сварки проволокой марки Св-08Г2С по ГОСТ 2246–70 диаметром 1,0 … 1,4 мм в углекислом газе изделий из малоуглеродистой и
низколегированной стали.


                                                                      1 – сварочный выпрямитель; 2 – подающий механизм; 3 – газоэлектрическая горелка; 4 – шланг;
                                                                                     5 – баллон с газом; 6 – газовый редуктор; 7 – подогреватель газа
                                                                                      Рис. 4 Схема полуавтомата для сварки в углекислом газе:
                 1




       Подающий механизм предназначен для подачи электродной проволоки из кассеты через шланг в горелку. Проволока подается
парой роликов, один из которых – ведущий. Ведущий ролик приводится в движение электродвигателем типа КПА-563. Скорость
подачи проволоки изменяется в диапазоне 75 … 1000 м/ч.
       Шланг 4 предназначен для подвода сварочного тока и электродной проволоки от подающего механизма к горелке.
       Газоэлектрическая горелка 3 служит для подвода сварочного тока, электродной проволоки и углекислого газа непосредствен-
но к электрической дуге. На рукоятке горелки установлена пусковая кнопка для включения сварочного тока и двигателя подачи про-
волоки.
       Газовая аппаратура включает в себя баллон с углекислотой, газовый редуктор 6 и подогреватель газа 7. Баллон предназначен
для хранения углекислоты (малый – 12 кг, большой – 25 кг) под давлением 15 МПа. Подогреватель предназначен для подогрева
углекислого газа, поступающего из баллона в редуктор с целью предупреждения замерзания клапанов при перепаде давления.
       Редуктор предназначен для понижения давления газа до рабочего – 0,5 МПа и поддержания его постоянным в процессе свар-
ки.
       Сварочный выпрямитель типа ВДГ-303-IУ3 служит источником питания сварочной дуги. При сварке в среде защитных газов
плавящимся электродом основными параметрами технологического режима являются: диаметр электродной проволоки Dэ в мм,
сварочный ток Iсв в амперах, напряжение на дуге Uд в вольтах, скорость сварки Vсв в м/ч, скорость подачи электродной проволоки
Vп.п. в м/ч, вылет электрода Lэ в мм, род тока и полярность. Диаметр электродной проволоки подбирают в зависимости от толщины
свариваемого металла по данным табл. 7.

                              7   Рекомендуемые диаметры электродной проволоки
                                            для сварки в углекислом газе

                         Толщина
                         металла S, мм   0,6 … 1,0   1,2 … 2,0   3,0 … 4,0                                                            5,0 … 8,0                     9,0 … 12,0 13,0 … 18,0



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика