Технология ручной дуговой сварки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Определение ручной дуговой сварки

2. Технология ручной дуговой сварки

2.1 Зажигание сварочной дуги

2.2 Перемещение дуги и формирование сварного шва

3. Режим сварки

3.1 Выбор диаметра электрода

3.2 Выбор рода, полярности и силы тока

3.3 Выбор типа и толщины покрытия электрода

4. Средства защиты сварщика

5. Инструменты сварщика

6. Оборудование для ручной дуговой сварки

7. Рабочее место сварщика

8. Расчет необходимого количества электродов

Список используемой литературы

1. Определение ручной дуговой сварки

Ручной дуговой сваркой называется электродуговая сварка, при которой зажигание сварочной дуги, подача плавящегося электрода и его перемещение производятся вручную.

Преимущества ручной дуговой сварки:

- универсальность, т.е. возможность выполнения всех видов сварных соединений и швов во всех пространственных положениях;

- простота и небольшая стоимость материалов и оборудования;

- большая мобильность, т. е. возможность быстрого перемещения сварщика и оборудования.

Недостатки ручной дуговой сварки:

- низкая производительность;

- большая зависимость от квалификации сварщика, т. е. невозможность объективного контроля скорости сварки, глубины проплавления.

2. Технология ручной дуговой сварки

При ручной дуговой сварке в качестве плавящегося электрода используется проволока сплошного сечения в виде стержня с защитным покрытием.

2.1 Зажигание сварочной дуги

Зажигание дуги при ручной элекгродуговой сварке производят мгновенным прикосновением рабочего торца электрода к свариваемой кромке. Вследствие протекания тока короткого замыкания и наличия определенного контактного сопротивления рабочий торец электрода быстро нагревается до весьма высоких температур, в результате происходит ионизация дугового промежутка и устанавливается дуговой разряд. Для надежного зажигания дуги электросварщик резким движением должен отвести электрод от поверхности свариваемого объекта на расстояние, примерно равное диаметру электрода (3-4 мм), но не более - иначе дуга не возникает. Обычно дугу зажигают либо отрывом рабочего конца после короткого замыкания резко вверх (зажигание "впритык"), либо плавным движением торца по дуге в сторону с повторным кратковременным касанием кромок (зажигание "спичкой") (рис. 2).

2.2 Перемещение дуги и формирование сварного шва

После зажигания дуги электрод должен быть выдержан некоторое время в точке зажигания для расплавления металла свариваемого изделия и формирования шва. Одновременно с расплавлением электрода его необходимо равномерно подавать в сварочную ванну, поддерживая длину дуги постоянной. Показателем оптимальной длины дуги является равномерный потрескивающий звук, ровный перенос капель металла, малое разбрызгивание. Сварщик видит яркое белое пятно сварочной ванны.

При перемещении сварочной дуги (электрод) вдоль линии сварного шва, формируется ниточный сварной шов диаметром, приблизительно равным диаметру электрода (0,8... 1,5 диаметра электрода). Скорость перемещения, длина дуги при ручной сварке не регламентируются. Широкие (1,5...5 диаметра электрода) швы получаются с помощью поперечных колебаний электродов, изображённых на рис.3.

Рис. 3. Траектория движения конца электрода при сварке различных слоёв сварного шва

При слишком большой скорости перемещения электрода наплавленные валики получаются узкими с малой выпуклостью, с крупными чешуйками. При слишком медленной скорости валик шва имеет слишком большую выпуклость, валик неровный по форме, с наплывами по краям.

Поперечные колебания электрода, совершаемые по определённой траектории, с постоянной частотой и амплитудой и совмещаемые с перемещением вдоль шва, позволяют получить сварной шов требуемой ширины. Выбор формы поперечных колебательных движений электрода зависит от формы разделки кромок свариваемых изделий, размеров и положения шва, свойств свариваемых материалов, навыков сварщика.

Колебания электрода должны производиться с амплитудой, не превышающей три диаметра используемого электрода. Во время процесса формирования сварного шва наплавляемый слой должен поддерживаться в расплавленном состоянии. Если электрод перемещается слишком быстро или задерживается его возвращение в сварочную ванну, то возможны охлаждение и кристаллизация сварочной ванны. Это приводит к появлению в металле шлаковых включений и ухудшает внешний вид шва.

ручной дуговой сварка

3. Режим сварки

Режимом сварки называется совокупность параметров технологического процесса сварки, определяющих условия стабильного горения сварочной дуги и получения высокого качества сварного соединения.

К этим параметрам относятся: диаметр электрода, сварочный ток, напряжение дуги, длина дуги, скорость сварки, род и полярность тока, покрытие электрода. Основными параметрами являются диаметр электрода и сварочный ток. Скорость сварки и напряжение дуги, длина дуги при ручной сварке не регламентируются. Эти параметры устанавливает сварщик в процессе сварки. Они зависят от параметров сварного шва, материала и геометрии свариваемых изделий, положения сварного шва в пространстве и др.

3.1 Выбор диаметра электрода

При односторонней сварке (наплавке) изделий из сталей толщиной до 6 мм диаметр электрода приблизительно равен толщине свариваемых изделий. Обычно при ручной сварке используются электроды диаметром 2...7 мм.

При толщинах свыше 6 мм сварные швы свариваются в несколько слоёв. Первые слои при этом выполняются электродом меньшего диаметра (2... 3 мм) для качественного выполнения первого слоя. Последующие слои электродами большего диаметра (4...7 мм) с целью увеличения производительности сварки.

3.2 Выбор рода, полярности и силы тока

Род тока (постоянный, переменный) зависит от глубины проплавления свариваемых изделий. При необходимости небольшой глубины проплавления (до 1,5 мм) используют сварку на переменном токе. Основным способом сварки является сварка на постоянном токе, так как при этом обеспечиваются большая глубина проплавления (свыше 1,5 мм) и большая прочность сварного соединения.

Полярность постоянного тока зависит от необходимости увеличения области расплавления свариваемых деталей и электрода. Изделие или электрод с положительной полярностью имеет температуру значительно выше, чем при отрицательной полярности. Поэтому, если необходимо больше расплавить изделие, применяют прямую полярность (минус на электроде). Для увеличения производительности работ при наплавке металла используют обратную полярность (плюс на электроде), так как электрод при этом расплавляется быстрее.

Сила тока прямо пропорциональна диаметру электрода. Для подбора силы сварочного тока используют зависимости:

;

где - диаметр электрода.

Сила тока указывается на этикетке электродной упаковки в виде интервала. При малых значениях тока сварочная дуга не зажигается. При больших значениях происходит отслоение защитного покрытия. Для каждой марки электродов возможны свои значения допустимого сварочного тока, которые зависят от особенностей свойств покрытия, химического состава электродной проволоки. В технической литературе обычно указываются ориентировочные значения для выбора мощности источника питания сварочной дуги. Например: при диаметре 3 мм сварочный ток 100... 140 А, при 4 мм - 160...200 А, при 5 мм - 220...280 А.

Выбор тока в заданном интервале зависит от технологии сварки, положения сварного шва. При сварке в нижнем положении выбирают, как правило, максимальное значение тока для увеличения глубины проплавления и производительности сварки. При сварке сварных швов в потолочном положении выбирают значение тока, близкое к минимальному значению из разрешённого интервала для предотвращения вытекания расплавленного металла из сварочной ванны.

3.3 Выбор типа и толщины покрытия электрода

Тип и толщина покрытия выбираются исходя из требуемых технологических свойств электродов.

При необходимости большой производительности сварки (высокого коэффициента наплавки) выбирают электроды с лёгкоплавким покрытием (рутиловое, целлюлозное). Для получения сварных соединений с большой прочностью и высокой вязкостью используются электроды с тугоплавким (фтористо-кальциевым) покрытием. Увеличение толщины покрытия приводит к лучшей защите сварного шва, но повышает стоимость электродов, увеличивает время вспомогательных работ (очистку поверхности сварных швов от шлака).

Тип и толщина покрытия указывается в сертификатах на электроды. Электроды одного и того же типа могут иметь разные покрытия. Поэтому сохраняется марка электрода, устанавливаемая изготовителем электродов. Обозначение марки произвольно. Марка может отличаться толщиной покрытия при одинаковом его составе.

4. Средства защиты сварщика

Для защиты глаз от лучистой энергии сварочной дуги применяются защитные маски (рис.4).

Защитная маска изготавливается из материала с низкой теплопроводностью, не пропускающего ультрафиолетовые лучи и не воспламеняющегося от искр. Обычно в качестве материала применяется листовая фибра. В лицевой части маски сделан прямоугольный вырез, в которое вставлено защитное стекло-светофильтр.

В масках применяются пассивные или электронные (самозатемняющиеся) светофильтры.

Рис.4. Защитная маска сварщика

Наружную сторону светофильтра закрывают сменным прозрачным стеклом, защищающим светофильтр от брызг расплавленного металла и шлака. Светофильтры представляют собой пластинку из тёмного стекла. Они практически не пропускают ультрафиолетовые лучи, а инфракрасные лучи проникают только до 4 % от общего количества.

Наиболее удобна для сварщика защитная маска с самозатемняющимся светофильтром типа «Хамелеон» (или «Speedglas» и др.), прозрачность которого изменяется в зависимости от интенсивности света. При использовании автоматического светофильтра сварщик может выполнять все стадии сварочных работ, не поднимая маску. Автоматический светофильтр имеет потенциометр для плавного регулирования степени затемнения. Электропитание светофильтра комбинированное: от литиевого элемента и солнечной батареи. Вес защитной маски не должен превышать 0,6 кг.

Для защиты органов дыхания сварщика выпускаются защитные маски с системой поддува очищенного воздуха (с респирацией). Подобные маски обладают такими же возможностями по конфигурации и свойствами, как обычные маски, но поставляются в комплекте с принадлежностями для системы фильтроподдува.

Система очистки воздуха и его поддува в зону дыхания сварщика применяется совместно с защитной маской и предназначена для защиты органов дыхания сварщика в условиях сильного задымления рабочей зоны.

Подача воздуха регулируется самим сварщиком в пределах от 140 до 300 л/мин и наилучшим образом подходит для производства сварочных работ в условиях повышенных температур. Легкий регулятор воздуха крепится на поясном ремне. Контроль падения давления воздуха (свисток) осуществляется с помощью регулятора.

Костюм сварщика (рис.5) - специальная рабочая одежда, разработанная и пошитая с целью защиты человека, выполняющего ручные сварочные и слесарные работы, от попадания на его тело брызг металла и различных осколков металла.

Рис. 5. Защитный костюм сварщика

Костюм сварщика выполнен из огнеупорного высококачественного брезента повышенной плотности. Дополнительные накладки применяются в местах наибольшего внешнего воздействия на костюм. Прямой покрой куртки и

брюк, а также отсутствие открытых частей тела позволяют исключить попадание брызг металла на тело сварщика и на складки его спецодежды.?

В комплект спецодежды сварщика входят сапоги или ботинки. Брюки надевают поверх обуви для предохранения ног от ожогов брызгами металла и горячими огарками.

5. Инструменты сварщика

Основным инструментом сварщика является держатель электродов (рис.6), который должен удовлетворять следующим требованиям: прочное закрепление электрода, надёжный электрический контакт с электродом, возможность лёгкой и удобной смены электродов и минимальная масса. Для зажатия электрода в электрододержателях применяются различные устройства: плоские пружинистые губки, устройства вилочного типа (пружинистые стержни), винтовые зажимы, зажимные устройства типа клещей и др. Контактные концы электрододержателя могут быть выполнены из меди или быть омеднёнными. Ручка электрододержателя должна иметь надёжную изоляцию из резины или пластмассы.

Рис. 6. Держатель электродов

Электрододержатель должен выдержать без ремонта 8000-10000 зажимов электрода. Электрододержатели выпускаются несколько типов для номинального тока 125, 200, 250, 315, 400 и 500 А. Масса электрододержателя колеблется в пределах от 0,35 кг (для номинального тока Рис. 6. Держатель электродов.125 А) до 0,75 кг (для номинального тока 500 А).

Для обеспечения безопасности применяются электрододержатели с устройством для выключения напряжения во время смены электрода. Электрододержатели снабжаются гибким изолированным проводом типа ПРГ или ПРГН, сплетённым из большого количества медных, отожжённых и облуженных проволок диаметром 0,18...0,2 мм. Применять провод длиной более 30 м не рекомендуется, так как это вызывает значительное падение напряжения в сварочной цепи. В зависимости от максимального значения тока рекомендуется следующее сечение сварочных одинарных проводов: ток 200 А - 25 мм2, ток 500 А - 95 мм2.

Комплект слесарного инструмента, который необходим сварщику, состоит из стальных щёток (для зачистки места сварки и сварных швов), зубила и молотка (для очистки швов от шлака и брызг металла), шаблонов (для проверки размеров швов, рис.8), стального клейма, стальной линейки и др.

Рис.8. Универсальный шаблон сварщика (УШС)

Слесарный инструмент должен быть уложен в переносном инструментальном ящике.

6. Оборудование для ручной дуговой сварки

Для ручной дуговой сварки используется оборудование с крутопадающей вольтамперной характеристикой переменного или постоянного тока. Крутопадающая вольтамперная характеристика необходима для стабилизации значения сварочного тока при изменении напряжения на сварочной дуге (изменение длины дуги), см. рис.9.

Рис.9. Стабилизация сварочного тока при использовании источника питания сварочной дуги с крутопадающей характеристикой:

1 - возрастающая характеристика источника питания; 2- крутопадающая характеристика источника питания; 3 - изменение вольтамперной характеристики сварочной дуги при изменении её длины; - интервал изменения сварочного тока в точке зажигания сварочной дуги; - интервал изменения сварочного тока при возрастающей форме вольтамперной характеристики источника питания; - интервал изменения сварочного тока при крутопадающей форме вольтамперной характеристики источника питания.

Из рисунка видно, что и, то есть интервал изменения сварочного тока в нижней части на крутопадающем участке вольтамперной характеристики уменьшается, сварочный ток стабилизируется.

В качестве оборудования для сварки на переменном токе применяется трансформатор и регулятор тока. Регулирование сварочного тока происходить плавно в пределах (30... 130) % номинального сварочного тока. Из условия безопасности напряжение холостого хода сварочных трансформаторов не должно превышать 80 В. Электрический ток короткого замыкания не должен превышать номинальный рабочий ток более чем на 50 %. Должно обеспечиваться устойчивое горение сварочной дуги при изменении её длины в пределах 3...6 мм.

Сварочный трансформатор является понижающим однофазным трансформатором с отдельным или встроенным регулятором. Схема трансформатора с отдельным регулятором показана на рис. 10.

Рис.10. Сварочный трансформатор:

1 - первичная обмотка; 2 - вторичная обмотка; 3 -- металлический сердечник (магнитопровод); 4 - реактивная обмотка регулятора тока; 5 - магнитопровод регулятора тока; 6 - свариваемая деталь.

Трансформатор состоит из сердечника с двумя обмотками: первичной 1 и вторичной 2. Вторичная обмотка имеет меньшее число витков, чем первичная. Напряжение в сварочной цепи тем меньше, чем меньше витков у вторичной обмотки. Первичную обмотку подключают в сеть переменного тока напряжением 220, 380 и 500 В.

Переменный ток высокого напряжения, проходя по первичной обмотке, создаёт переменное магнитное поле, которое намагничивает металлический сердечник 3. Переменное магнитное поле сердечника индуцирует (наводит) переменный ток во вторичную обмотку 2.

Регулятор состоит из магнитопровода (металлического сердечника), реактивной обмотки (катушки) 4, соединённой с вторичной обмоткой трансформатора, и из подвижного сердечника. Один конец вторичной обмотки 2 соединён со свариваемой деталью 6, другой - через обмотку регулятора с электродом.

Между магнитопроводом и подвижным сердечником имеется зазор, изменением которого осуществляется регулирование сварочного тока. Реактивная обмотка создаёт разность фаз между током и напряжением, тем самым обеспечивая падающую вольтамперную характеристику сварочному трансформатору.

В качестве оборудования для сварки на постоянном токе применяются сварочные выпрямители и сварочные генераторы.

Сварочные выпрямители состоят из сварочного трансформатора и выпрямительного блока. Выпрямление тока и создание крутопадающей вольтамперной характеристики происходит за счёт применения полупроводниковых элементов (диодов, тиристоров, транзисторов).

Рабочими частями сварочного генератора являются магнитные полюса и вращающийся якорь. Якорь состоит из отдельных стальных пластин, изолированных друг от друга, между которыми уложены изолированные провода (обмотка якоря). Магнитные полюса представляют собой медные катушки с металлическим сердечником, к которым подводится электрический ток, при прохождении которого возникает магнитное поле.

При вращении якоря в магнитном поле полюсов в обмотке якоря возникает переменный ток, который с помощью коллектора превращается в постоянный. К коллектору прижимаются угольные щётки, от которых постоянный ток передаётся к зажимам генератора, и через электрические провода ток проводится к свариваемому изделию и держателю электродов.

Для создания падающей вольтамперной характеристики на каждом полюсе генератора кроме основной обмотки имеется обмотка самовозбуждения, которая включена последовательно с обмоткой якоря и сварочной дугой (рис. 11).

Рис.11. Электрическая схема сварочного генератора с падающей вольтамперной характеристикой: 1 -корпус генератора с якорем; 2-свариваемая деталь; 3-электрододержатель; 4-обмотка самовозбуждения; 5 -независимая обмотка

Эта обмотка создаёт магнитный поток, противоположный магнитному потоку основной обмотки. Общий магнитный поток, который воздействует на якорь, будет равен

,

- магнитный поток от независимой обмотки;

- магнитный поток от обмотки самовозбуждения.

При холостом ходе обмотка самовозбуждения бездействует. С увеличением нагрузки начинает действовать обмотка самовозбуждения, значениеувеличивается, а значение падает. А так как напряжение на клеммах генератора равно, то с ростом нагрузки на генератор, то есть с увеличением значения тока, напряжение тоже падает.

7. Рабочее место сварщика

Рабочее место сварщика называется сварочным постом. Для защиты окружающих рабочих от излучения дуги на сварочных постах устанавливают для каждого сварщика отдельную кабину с минимальными размерами 2 х 2,5 м. На нестационарных постах зона сварки отгораживается от окружающего пространства светозащитными щитами. Стенки кабины и щиты могут быть изготовлены из тонкой жести, огнестойкой фанеры или брезента. Пол, где производится сварка, должен быть из огнестойкого материала (кирпич, бетон, цемент или другие материалы). Освещенность места сварки должна быть не менее 80 - 100 лк. Стенки кабины или щитов должны быть окрашены в светло-серый цвет красками, которые хорошо поглощают ультрафиолетовые лучи (цинковые или титановые белила, желтый крон и др.).

Стол для сварки небольших деталей должен быть металлическим. К столу подключается обратный кабель от источника питания. На сварочном посте должен находиться рубильник для отключения электропитания сварочного аппарата. Сварочный пост оборудуется системой вентиляции.

8. Расчет необходимого количества электродов

Основой расчёта необходимого количества электродов () является определение количества наплавляемого металла () с учётом веса покрытия и потерь, связанных с разбрызгиванием и угаром металла при сварке и остающейся после сварки части электрода (огарка).

Необходимое количество наплавляемого металла () определяется исходя из объёма сварных швов свариваемой конструкции

,

где: - плотность наплавляемого металла, ();

- площадь поперечного сечения сварных швов, ();

- длина сварных швов, ().

Количество электродов () с учётом веса покрытия и потерь определяем по формуле

,

где - коэффициент потерь на угар и разбрызгивание определяется по формуле

,

Количество расплавляемого металла () зависит от сварочного тока () и времени горения сварочной дуги (), определяется с учётом коэффициента расплавления по формуле

.

Время горения сварочной дуги () определяется с учётом производительности сварки по формуле

,

где -производительность сварки (),

- коэффициент наплавки электродов (),

- отношение массы электродного покрытия к массе электродной проволоки, принимается равной 0,4,

- отношение длины электрода к длине расплавляемой части электрода, принимается равной 1,1.

Список используемой литературы

1. Ручная дуговая сварка: Учебно-методическое пособие. /сост. Мустафин Ф.М., Собачкин А.С. - Уфа: УГНТУ, 2014. -18 с.

Размещено на Allbest.ru