Выбор режима полуавтоматической дуговой сварки в углекислом газе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Выбор режима полуавтоматической дуговой сварки в углекислом газе

Цель работы: ознакомиться с особенностями процесса дуговой сварки в СО2, устройством и работой сварочного полуавтомата, выбором режима и технологией дуговой сварки в углекислом газе.

Оборудование и материалы. Сварочный полуавтомат, баллоны с углекислотной, электродная проволока СВ08Г2С Ш1,2 мм, порошковая проволока П11АН1 Ш2,0 мм, самозащитная проволока СВ15ГСТЮЦА Ш 2,0 мм, заготовки из сталей СтЗсп, 15ХСНД,20ХМА размером 30x10x100, предохранительные щитки.

Общие сведения

1. Сущность процесса дуговой сварки в углекислом газе

Дуговая сварка в углекислом газе является одним из способов сварки в защитных газах. Она (рис. 1, а) выполняется чаще всего плавящимся электродом -- голой электродной проволокой 1 сплошного сечения или порошковой проволокой на постоянном токе обратной полярности.

Рис. 1. Схема процесса сварки (а) и электрической дуги (б) в углекислом газе

Зашита расплавленного металла сварочной ванны осуществляется струей углекислого газа, подаваемого в зону дуги в зазор между мундштуком 2 и соплом 3 горелки для дуговой сварки.

Углекислый газ СО2 -- бесцветный газ со слабым запахом и плотностью 1.839 кг/м3. Он тяжелее воздуха, что обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны. Поставляется в сжиженном состоянии под давлением 500-600 МПа в стальных баллонах черного цвета.

При испарении 1 кг углекислоты выделяется 509 дм3 газа. Для сварки используется техническая углекислота первого (99,5% С02) и второго сорта (98,5% С02). Защитные свойства С02 определяются не только его чистотой, но и скоростью струи, зависящей от размеров выходного сопла горелки. Скорость истечения газа (0,6-1,5 м/с) выбирается такой, чтобы обеспечить ламинарный характер потока с наименьшим перемешиванием газа с воздухом, отсутствие подсоса воздуха и образование воздушных мешков. При чрезмерно большой скорости истечения газа возможно его завихрение, подсос воздуха в зону сварки вследствие инжекции.

Дуга прямого действия в углекислом газе отличается большей стабильностью и имеет возрастающую вольтамперную характеристику (рис. 1, б). Столб дуги состоит из потока электронов, ионов, возбужденных нейтральных атомов и молекул. В нем непрерывно протекают процессы зарождения (ионизации) и гибели (рекомбинации) заряженных электронов и ионов. Он является сильным излучателем ультрафиолетовых (170-140 нм) и инфракрасных (700-150 нм) лучей. В зоне высоких температур столба дуги углекислый газ диссоциирует по эндотермической реакции

С02>СО + 1/202 -Q.

На диссоциацию С02 расходуется 20-25% тепловой мощности дуги. В зоне, окружающей столб дуги и имеющей более низкую температуру, постоянно идет процесс рекомбинации (гибели) молекул СО и 02, сопровождающийся выделением теплоты.

Образующийся в результате диссоциации и попавший в зону сварки кислород и С02 окисляют металл сварочной ванны по реакциям

02 + 2Fe-2FeO; С02 + Fe >СО +FeO.

При сварке углеродистых и низколегированных сталей в сварочной ванне протекают реакции окисления углерода, марганца, кремния и других элементов.

С целью подавления реакций окисления углерода, раскисления металла шва, удаления образующейся закиси железа FeO и предотвращения образования пор сварка в углекислом газе выполняется электродными проволоками марок СВ08ГСА, СВ08Г2С, СВ10ГС, СВ07ГСЮ и другими с повышенным содержанием марганца, кремния и алюминия. При взаимодействии Мп и Si с закисью железа FeO происходит восстановление железа и образование шлака по реакции

FeO + |Si, Mn| -Fe + |Si02, MnO| (шлак).

Применение порошковой проволоки, состоящей из металлической оболочки, заполненной порошкообразными веществами, способствует повышению эффективности металлургической обработки сварочной ванны и улучшению качества формирования шва.

Сварка самозащитными проволоками (порошковыми и сплошного сечения) выполняется без С02 и применяется в монтажных условиях.

Сварка в углекислом газе обеспечивает:

высокую концентрацию теплоты дуги и большую, чем при ручной дуговой сварке, проплавляющую способность. Это способствует меньшему разогреву кромок, большей скорости сварки, более высокой экономичности, производительности процесса;

высокую стабильность процесса в широком диапазоне токов; стойкость против образования пор и трещин, обусловленную окислительной атмосферой в зоне сварки;

возможность наблюдения за сварочной ванной и формированием шва.

2. Устройство и работа сварочного полуавтомата

Для выполнения дуговой сварки в углекислом газе применяются сварочные полуавтоматы и автоматы. Источниками тока в них чаще всего служат выпрямители с жесткой или полого падающей внешней характеристикой. Технические данные полуавтоматов для сварки в углекислом газе приведены в табл. 1.

Таблица 1. Полуавтоматы для сварки в углекислом газе

Полуавтомат ПДГ-305 (рис. 2) состоит из горелки 1, механизма подачи электродной проволоки 2, переносного пульта управления 3, сварочного выпрямителя с встроенным блоком управления 4, газового редуктора с расходомером, подогревателя газа, соединительных шлангов и проводов. Подачи электродной проволоки и защитного газа в зону дуги автоматизированы. Перемещение сварочной горелки вдоль кромок свариваемых заготовок с требуемой скоростью осуществляется оператором вручную.

Рис. 2. Сварочный полуавтомат ПДГ-305

Горелка служит для направления в зону дуги электродной проволоки и защитного газа и подвода к проволоке сварочного тока. Горелка комплектуется сменными соплами для подвода и направления газа.

Механизм подачи обеспечивает непрерывную подачу в зону дуги электродной проволоки с требуемой скоростью по мере ее расплавления. На нем размешены кассета с электродной проволокой и съемный пульт управления.

Выпрямитель обеспечивает преобразование трехфазного переменного тока в постоянный с жесткой внешней характеристикой, а также изменение величины сварочного тока и напряжения в требуемых пределах.

Блок управления предназначен для регулирования и стабилизации скорости подачи электродной проволоки, регулирования сварочного тока и напряжения. Газовый редуктор с расходомером дает возможность регулировать и поддерживать постоянным давление и расход углекислого газа. Подогреватель обеспечивает подогрев и улучшение испарения углекислоты и предотвращает замерзание канала прохода газа при перепаде давления.

Настройку полуавтомата на выбранный режим сварки необходимо выполнять в следующей последовательности:

включить электрическую схему, при этом на блоке управления загорается сигнальная лампа;

пропустить электродную проволоку через шланг горелки, нажав тумблер перемещения проволоки на переносном пульте управления, и установить требуемый вылет проволоки;

открыть вентиль баллона с углекислым газом и вращением винта редуктора-расходомера установить требуемые давление и расход газа;

вращением маховичка потенциометра установить выбранную скорость подачи электродной проволоки;

вращением маховичка потенциометра установить выбранную величину тока и напряжения сварочной дуги;

установить горелку под углом 75-80° к свариевамым заготовкам на расстоянии 10-25 мм от них;

нажать включатель на горелке.

При нажатии происходит включение газового клапана и углекислый газ, проходя по системе, вытесняет из нее воздух. Спустя одну секунду включаются выпрямитель и привод подачи проволоки. Электродная проволока подается из кассеты по гибкому направляющему каналу в зону дуги. При замыкании электрода на заготовку зажигается дуга.

3. Выбор режима дуговой сварки в углекислом газе

Режим дуговой сварки в углекислом газе определяется силой сварочного тока, полярностью и напряжением дуги, маркой, диаметром и скоростью подачи электродной проволоки, составом и расходом С02, вылетом и наклоном электрода. Режим выбирается в зависимости от толщины и марки свариваемого металла, типа соединения, положения шва в пространстве.

Сила тока и полярность дуги определяют скорость расплавления электродной проволоки, глубину проплавления свариемого металла. Сила сварочного тока устанавливается в зависимости от выбранного диаметра электродной проволоки. С увеличением тока увеличивается глубина проплавления и повышается производительность сварки.

При дуговой сварке в углекислом газе на постоянном токе обратной полярности увеличивается нагрев электрода, уменьшается глубина проплавления основного металла, увеличивается доля электродного металла в сварном шве. При прямой полярности скорость расплавления металла заготовок в 1,4-1,6 раза выше, чем при ручной сварке покрытыми электродами, но дуга горит менее стабильно и интенсивнее разбрызгивается электродный металл. Напряжение дугиUa является основным параметром режима сварки, и его величина автоматически устанавливается в зависимости от выбранного сварочного тока при заданной длине дуги. С увеличением напряжения дуги увеличивается ширина шва I и уменьшается глубина проплавленияhn основного металла.

Марка и диаметр электродной проволоки выбираются в зависимости от свариваемого металла, конструктивных и технологических особенностей сварной конструкции. Для сварки углеродистых и низколегированных сталей применяются электродные проволоки марки СВ-08Г2С, СВ-08ГС, СВ-07ГСЮ диаметром 0,8-1,4 мм. Они обеспечивают значительно большую производительность, чем при ручной дуговой сварке покрытыми электродами, но разбрызгивание электродного металла составляет 5-6%. Для сварки теплоустойчивых сталей применяются электродные проволоки марок СВ-08ХГСМФ, СВ-08ХГСМА. Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей применяются порошковые проволоки марок ПП-АН4, ПП-АН8, ПП-АН9, ПП-АН10, ПП-АН13, ПП-АН18, ПП-АН20.

Самозащитные порошковые проволоки общего назначения ПП-АН1, ПП-АНЗ, ПП-АН7, СП-1, СП 2 применяются для сварки без зашиты конструкций из углеродистых и низколегированных строительных сталей. Самозащитные легированные проволоки сплошного сечения СВ-15ГСТЮЦА и СВ-20ГСТЮА применяются для сварки без защиты углеродистых и марганцовистых сталей и для сварки арматуры периодического профиля.

Скорость подачи электродной проволоки выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить устойчивое горение дуги. Скорость полуавтоматической сварки устанавливаемся сварщиком в зависимости от толщины свариваемого металла и площади поперечного сечения шва. Расход углекислого газа выпирается в зависимости от положения шва в пространстве, движения окружающего воздуха и составляет 5-20 дм3/мин.

Вылет электрода 1Э -- длина электрода между его концом и выходом из мундштука. Он оказывает значительное влияние на устойчивость процесса сварки и качество сварного шва. С увеличением вылета ухудшается устойчивость горения дуги и формирование шва и увеличивается разбрызгивание. При сварке с очень малым вылетом затрудняется наблюдение за процессом сварки и часто подгорает контактный тон^подвэд.чщий мундштук.

Ориентировочный режим полуавтоматической сварки р углекислом газе стыковых швов без разделки кромок в нижнем по ложении проволокой СВ-08Г2С приведен в табл. 2, у порошковой проволокой ПП-АН1 без зашиты -- в табл. 3.

Таблица 2. Ориентировочный режим полуавтоматической дуговой сварки в углекислом газе стыковых швов без разделки кромок в нижнем положении проволокой СВ-08Г2С

Таблица 3. Ориентировочный режим сварки низкоуглеродистых сталей порошковой проволокой АП-АН1 без защиты

4. Технология дуговой сварки в углекислом газе

Для получения качественного сварного шва необходимы поддержание постоянного вылета электрода и стабильной длины дуги, равномерное перемещение горелки вдоль кромок заготовок с заданной скоростью сварки и, при необходимости, колебательные поперечные движения электрода.

Сварка стыковых и нахлесточных соединений в нижнем положении при толщине S = 0,8-1,2 мм выполняется при установке заготовок на подкладке или на весу при равномерном поступательном перемещении электрода (рис. 3, а). Металл толщиной S? 3 мм в нижнем положении сваривают без поперечных колебаний электрода, а приS> 3 мм применяют эти колебания.

Сварку вертикальных швов сS< 6 мм выполняют сверху вниз с наклоном электрода углом назад, направляя дугу на переднюю часть сварочной ванны, что обеспечивает хорошее проплавление кромок и исключает прожоги (рис. 3, б).

Рис. 3. Схемы расположения и поперечные колебания электрода при полуавтоматической сварке в углекислом газе

Рис. 4. Общий вид счетной линейки: 1 -- каркас; 2 -- движок; 3 -- визир; 4 -- точки засечек

Выбор ориентировочного режима полуавтоматической дуговой сварки в СО9 можно осуществлять с помощью счетной линейки, разработанной Институтом электросварки НАН Украины им. Е.О. Патона (рис. 4).

Линейка позволяет по виду сварного соединения, толщине металлаS, мм, для стыковых или катету шва К, мм, для угловых швов, диапазону изменения зазора в соединении (bmin-bmax),мм, диаметру электрода dэ определить параметры режима: сварочный ток Iсв, А; напряжение дуги Uд, В; скорость подачи электродной проволоки хп.пр, м/ч; скорость сварки исв, м/'ч; площадь поперечного сечения наплавленного металлаFH, мм2, время сварки Тсв 1 м шва, мин; массу наплавленного металлаМн, г/м.

Выбор режима сварки осуществляется следующим образом.

Вставить в каркас движок с заданным видом соединения.

Установить в окне каркаса против знака Ў диаметр электродной проволоки.

Центр окружностей визира совместить с точкой пересечения линии толщины S или катета К и величину зазораb.

Определить номер штриха визира, пересекающего точку засечки искомого параметра Iсв, Uд, хп.пр, хсв.

Снять соответствующее значение в месте пересечения такого же штриха со шкалой искомого параметра.

При толщине металла S > 6 мм вертикальные швы выполняют при движении электрода вверх с поперечными колебаниями (рис. 3, в, г).

Потолочные швы сваривают электродом диаметром dэ = 0,5-1,4 мм углом назад при минимальных значениях тока и напряжения и направлении дуги на ванну жидкого металла.

Полуавтоматическая сварка порошковой проволокой выполняется короткой дугой, так как при увеличении длины дуги усиливается разбрызгивание жидкого металла, ухудшается его зашита от кислорода и азота воздуха, усиливается выгорание элементов, содержащихся в проволоке, что приводит к образованию пор в наплавленном металле.

Кроме того, при увеличении вылета электрода сердечник проволоки перегревается, что приводит к преждевременному выгоранию газообразующих составляющих и образованию пористости шва. Сварка самозащитной легированной проволокой сплошного сечения применяется при монтаже конструкций из сборного и монолитного железобетона на открытых площадках при сооружении объектов промышленного и гражданского строительства, соединении арматуры периодического профиля в любых пространственных положениях, изготовлении тонколистовых конструкций.

Порядок проведения работы

1. Ознакомиться с сущностью процесса дуговой сварки в углекислом газе.

2. Изучить устройство и работу сварочного полуавтомата.

3. Выбрать режим сварки стали (марку и толщину указывает преподаватель), провести настройку полуавтомата, выполнить сварку и заполнить табл. 3.

дуговой сварка углеродистый сталь

Размещено на Allbest.ru