Технология ручной электродуговой сварки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Сварка. Виды сварки. Виды сварных соединений

2. Технология ручной электродуговой сварки

3. Способы зажигания дуги при ручной электродуговой сварки

4. Перемещения электрода при ручной электродуговой сварке

5. Техника ручной электродуговой сварки в различных пространственных положениях

5.1 Ручная электродуговая сварка в нижнем положении

5.2 Ручная электродуговая сварка в вертикальном положении

5.3 Ручная электродуговая сварка в потолочном положении

6. Преимущества и недостатки ручной электродуговой сварки

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Знание закономерностей процессов, протекающих при сварке плавлением, и умение ими управлять - основа рациональной технологии сварки. Закономерности сварки плавлением излагаются в тесной связи со спецификой отдельных ее видов. Наибольшее внимание уделено дуговой сварке, занимающей ведущее положение по сравнению с другими видами сварки. Применение сварки способствует совершенствованию машиностроения и развитию таких отраслей техники как ракетостроение, атомная энергетика, радиоэлектроника и др. О возможности использования «электрических искр» для плавления металлов еще в 1753 г. говорил академик Российской академии наук Г.В. Рихман, занимавшийся исследованием атмосферного электричества. В 1802 г. профессор Санкт-Петербургской военно-хирургической академии В.В. Петров открыл явление электрической дуги и продемонстрировал возможность ее практического применения. Однако потребовались многие годы совместных усилий ученых и инженеров, направленных на создание источников энергии, необходимых для реализации процесса электрической сварки металлов. Важную роль в этих разработках сыграли открытия и изобретения в области магнетизма и электричества. В 1888 г. российский инженер Н.Г. Славянов предложил проводить сварку плавящимся металлическим электродом. С его именем связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, разработка флюсов, предназначенных для воздействия на состав металла шва, создание первого электрического генератора. Затем, в 1907 г., шведский инженер О. Кьельберг разработал электроды из металлического стержня с нанесенным на него специальным покрытием, обеспечившие значительное повышение качества сварных соединений.

1. Сварка. Виды сварки. Виды сварных соединений

электродуговой сварка металлический нагревания

Сваркой называется процесс неразъемного соединения металлических изделий путем местного нагревания их до расплавленного или тестообразного (пластичного) состояния (без применения или с применением механического усилия). Существует также способ прессовой («холодной») сварки, при котором свариваемый металл не подвергается нагреву, а сварка происходит только в результате сжатия деталей механическим усилием.

Сварка является одним из способов обработки материалов сосредоточенными (концентрированными) потоками энергии. Для получения прочного соединения свариваемых частиц металла необходимо, чтобы их поверхности, соприкасающиеся друг с другом, были свободны от пленок окислов и других загрязнений.

Применяемое при сварке давление, называемое осадочным давлением, способствует свариванию, так как вызывает пластическую деформацию (осадку) металла в месте соединения. При этом разрушается поверхностный слой металла, вследствие чего имевшиеся на нем окислы удаляются из зоны сварки; частицы чистого металла вступают в тесное соприкосновение друг с другом и свариваются.

Величина осадочного давления зависит от вида металла и его температуры в месте сваривания. Для сваривания двух частиц металла в одно целое нужно сблизить их атомы настолько, чтобы между ними начали действовать силы взаимного притяжения. Это возможно при расстоянии между атомами около 4 Ч 10-8см. В металлах электроны, расположенные на внешних орбитах атомов, слабо связаны с ядрами последних. При достаточном сближении свободные электроны образуют общее электронное облако, что обуславливает их прочную связь.

Сварка осуществима при следующих условиях:

- применении очень больших удельных давлений сжатия деталей, без нагрева;

- нагревании и одновременном сжатии деталей умеренным давлением;

- нагревании металлов на месте соединения до расплавления, без применения давления для сжатия.

На рисунке 1.2 представлены основные виды сварки плавлением.

Рисунок 1 Виды сварки плавлением

Самым распространенным видом дуговой сварки является электродуговая сварка -- это вид сварки, источником теплоты для нагрева и расплава металла в котором является дуговой разряд или электрическая дуга, возникающая между свариваемыми изделиями и электродом. Дуговая сварка широко применяется для сварки металлов, таких как алюминий и его сплавы, медь, сталь, чугун.

2. Технология ручной электродуговой сварки

Для образования и поддержания электрической дуги к электроду и свариваемому изделию (рисунок 2) от источника питания подводится сварочный ток (переменный или постоянный).

Рисунок 2 Ручная электродуговая сварка

Если положительный полюс источника питания (анод) присоединен к изделию, говорят, что ручная дуговая сварка производится на прямой полярности. Если на изделии отрицательный полюс, то полярность обратная. Под действием дуги расплавляются металлический стержень электрода (электродный металл), его покрытие и металл изделия (основной металл). Электродный металл в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну, где смешивается с основным металлом, а расплавленный шлак всплывает на поверхность.

Размеры сварочной ванны зависят от режимов и пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия, конструкции сварного соединения, формы и размера разделки свариваемых кромок и т.д. Они обычно находятся в следующих пределах: глубина до 6 мм, ширина 8-15 мм, длина 10-30 мм.

Длина дуги - расстояние от активного пятна на поверхности сварочной ванны до другого активного пятна на расплавленной поверхности электрода. В результате плавления покрытия электрода вокруг дуги и над сварочной ванной образуется газовая атмосфера, оттесняющая воздух из зоны сварки для предотвращения его взаимодействия с расплавленным металлом. В газовой атмосфере также присутствуют пары легирующих элементов, основного и электродного металлов.

Шлак, покрывая капли расплавленного электродного металла и поверхность сварочной ванны, препятствует их взаимодействию с воздухом, а также способствует очищению расплавленного металла от примесей.

По мере удаления дуги металл сварочной ванны кристаллизуется с образованием шва, соединяющего свариваемые детали. На поверхности шва образуется слой затвердевшего шлака.

3. Способы зажигания дуги при ручной электродуговой сварке

Дуга зажигается кратковременным прикосновением конца электрода к свариваемому изделию. В результате протекания тока короткого замыкания и наличия контактного сопротивления торец электрода быстро нагревается до высокой температуры, при которой после отрыва электрода происходит ионизация газового промежутка и возникает сварочная дуга. Для надежного зажигания дуги сварщик должен отводить электрод от изделия на высоту 4-5 мм, так как при большем расстоянии между концом электрода и изделием дуга не возникает.

Обычно зажигание дуги осуществляется либо прямым отрывом электрода после короткого замыкания (рисунок 3 А), либо скользящим движением конца электрода (рисунок 3 Б).

Рисунок 3 Зажигание дуги при ручной электродуговой сварке

Ведение дуги производится таким образом, чтобы обеспечить проплавление свариваемых кромок и получить требуемое качество наплавленного металла при хорошем формировании. Это достигается путем поддержания постоянства длины дуги и соответствующего перемещения конца электрода.

4. Перемещения электрода при ручной электродуговой сварке

В процессе сварки электроду сообщается движение в трех направлениях.

Первое движение - поступательное, направлено по оси электрода. Этим движением поддерживается постоянная длина дуги в зависимости от скорости плавления электрода. Длина дуги при ручной сварке в зависимости от условий сварки и марки электрода должна быть в пределах (0,5-1,2)dэл. Чрезмерное уменьшение длины дуги ухудшает формирование шва и может привести к короткому замыканию. Чрезмерное увеличение длины дуги приводит к снижению глубины провара, увеличению разбрызгивания электродного металла и ухудшению качества шва как по форме, так и по механическим свойствам, а при сварке электродами с покрытием основного вида - и к порообразованию.

Второе движение - перемещение электрода вдоль оси валика для образования шва. Скорость этого движения устанавливается в зависимости от силы тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов. При отсутствии поперечных движений электрода получается узкий шов (ниточный валик) шириной примерно 1,5 диаметра электрода. Такие швы применяют при сварке тонких листов, наложении первого (корневого) слоя многослойного шва, сварке по способу опирания и в других случаях.

Третье движение - перемещение электрода поперек шва для получения требуемых ширины шва и глубины проплавления. Поперечные колебательные движения конца электрода определяются формой разделки, размерами и положением шва, свойствами свариваемого материала, навыком сварщика. Ширина швов, получаемых с поперечными колебаниями, обычно составляет 1,5-5 диаметров электрода.

Грамотное и технически правильное перемещение электрода - главная задача и условие для получения качественного шва при выполнении сварочных работ. Важна определённая методика выполнения колебательных движений электрода, а также рациональность его перемещения. Для выполнения качественного шва существует несколько общих способов, применяемых в любых ситуациях, с помощью которых сварщик выполняет движения во время сварки. На рисунке 4 представлены основные колебательные движения:

а) Прямые по ломанной линии (зигзагообразные). Применяются для получения наплавочных валиков при сварке встык без скоса кромок в нижнем положении.

б) Полумесяцем вперед. Применяются для стыковых швов со скосом кромок и угловых швов.

в) Полумесяцем назад. Применяются для сварки в нижнем положении, а также в вертикальном и потолочном положениях.

г) Треугольником. Применяются для угловых швов и стыковых. В любом пространственном положении. Дает хороший провар корня шва.

д) Треугольником с задержкой в корне шва. Применяются для сварки толстостенных кострукций.

е) Петлеобразные. Применяется для усиленного прогревания кромок шва, особенно высоколегированных сталей.

Рисунок 4 Основные виды траекторий поперечных движений конца электрода при слабом (а, б), усиленном (е-ж) прогреве свариваемых кромок

5. Техника ручной сварки в различных пространственных положениях

Техника выполнения ручной дуговой сварки во многом зависит от пространственного положения сварного шва. При сварке различают нижнее (0-60°), вертикальное (60-120°) и потолочное (120-180°) положения (рисунок 5 (а), (б)).

Рисунок 5 Различные положения изделия при ручной электродуговой сварке

5.1 Ручная электродуговая сварка в нижнем положении

При сварке в нижнем положении электродный металл по мере его плавления переносится в сварочную ванну сверху вниз (в направлении силы тяжести), а поверхность сварочной ванны занимает горизонтальное положение. В этом случае создаются наиболее благоприятные условия для формирования шва. Сварку в нижнем положении можно выполнять всеми способами сварки плавлением. Для современного уровня развития сварочной техники характерно выполнение большинства швов в заводских условиях в нижнем положении. В условиях монтажа следует стремиться к выполнению в нижнем положении максимального количества швов, применяя для этого укрупнительную сборку и сварочные манипуляторы.

На рисунке 5.1.1 приведены различные варианты выполнения швов в нижнем положении: 1 - съемная медная подкладка; 2 - остающаяся стальная подкладка; 3 - основной шов; 4 - подварочный шов

Рисунок 5.1.1 Способы удержания сварочной ванны

При сварке односторонних швов на весу, как правило, очень трудно избежать непроваров или прожогов, поэтому для односторонних швов обычно применяют способы удержания сварочной ванны: сварка на съемной медной подкладке (Б); сварка на остающейся стальной подкладке (В); наложение подварочного шва (Г);

вырубка непровара с последующей заваркой корня шва (Д).

Сварку угловых швов в нижнем положении можно выполнять двумя способами: при повороте изделия на 45° (так называемое положение «в лодочку») и наклонным электродом (рисунок 5.1.2). Сварка «в лодочку» более предпочтительна, так как при сварке наклонным электродом из-за отекания расплавленного металла трудно предупредить подрез по вертикальной плоскости и обеспечить провар по нижней плоскости.

Рисунок 5.1.2 Техника выполнения угловых швов при ручной электродуговой сварке

5.2 Ручная электродуговая сварка в вертикальном положении

При сварке в вертикальном положении кромки соединяемых элементов располагают вертикально на вертикальной плоскости. Перенос дополнительного металла в сварочную ванну обычно осуществляется в направлении, перпендикулярном к силе тяжести (рисунок 5.2). В связи с указанными особенностями удовлетворительное формирование шва достигается только при небольшом объеме сварочной ванны. В этих условиях силы поверхностного натяжения удерживают жидкий металл от стекания. Сварку ведут, как правило, снизу вверх. Применяется также сварка сверху вниз.

Рисунок 5.2 Ручная электродуговая сварка швов в вертикальном положении

Особенно неблагоприятные условия формирования шва наблюдаются при выполнении на вертикальной плоскости горизонтальных швов, так как расплавленный металл натекает на нижнюю свариваемую деталь.

5.3 Ручная электродуговая сварка в потолочном положении

Перенос металла с электрода в сварочную ванну осуществляется снизу вверх, то есть против силы тяжести, что препятствует нормальному формированию шва. Из-за сложности ведения сварки в потолочном положении (шов расположен над головой сварщика) и ухудшения условий дегазации ванны (пузырьки газов, всплывая, попадают в корень шва) качество металла шва снижается. Расплавленный металл в сварочной ванне удерживается от вытекания силой поверхностного натяжения (рисунок 5.3). Поэтому необходимо, чтобы вес расплавленного металла не превысил эту силу. Для этого стремятся уменьшить размеры сварочной ванны, выполняя сварку периодическими короткими замыканиями, давая возможность металлу шва частично закристаллизоваться. Применяют также уменьшенные диаметры электродов, снижают силу сварочного тока, используют специальные электроды, обеспечивающие получение вязкой сварочной ванны

Рисунок 5.3 Формирование ванны и шва при ручной электродуговой сварке в потолочном положении

6. Преимущества и недостатки ручной электродуговой сварки

Преимущества ручной дуговой сварки:

- возможность сварки в любых пространственных положениях;

- возможность сварки в местах с ограниченным доступом;

- сравнительно быстрый переход от одного свариваемого материала к другому;

- возможность сварки самых различных сталей благодаря широкому выбору выпускаемых марок электродов;

- простота и транспортабельность сварочного оборудования.

Недостатки ручной дуговой сварки:

- низкие КПД и производительность по сравнению с другими технологиями сварки;

- качество соединений во многом зависит от квалификации сварщика;

- вредные условия процесса сварки.

Заключение

С развитием техники возникает необходимость в сварке деталей неодинаковой толщины из разных материалов. В связи с этим постоянно расширяется перечень применяемых видов и способов сварки. В настоящее время сваривают детали толщиной от нескольких микрометров (в микроэлектронике) до десятков миллиметров и даже метров (в тяжелом машиностроении). Наряду с конструкционными углеродистыми и низколегированными сталями все чаще необходимо сваривать специальные стали, легкие сплавы, сплавы на основе титана и других металлов, а также разнородные металлы и сплавы. В условиях непрерывного усложнения конструкций и роста объема сварочных работ важное значение имеет постоянное повышение уровня подготовки - теоретической и практической - квалифицированных специалистов.

Список используемой литературы

1. Виноградов В.С. Оборудование и технология дуговой автоматической и механизированной сварки: Учеб для проф. Учеб. заведений. - 4-е изд., стереотип. - М.: Высш. шк.: Изд. Центр «Академия», 2001. - 319 с.: ил.

2. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов. - 2-е изд. испр. и доп. /А.И. Акулов, В.П. Алехин. С.И. Ермаков и др. / под ред. А.И. Акулова. - М.: Машиностроение, 2003. - 560 с.: ил.

3. Хромченок Ф.А. Справочное пособие электросварщика. - М.: Машиностроение, 2003. - 416 с.: ил.

4. Технология электрической сварки плавлением: учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / Г.Г. Чернышов. - М.: Издателский центр «Академия», 2006. - 448 с.

Размещено на Allbest.ru