2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Методы сравнительного анализа в сварке

Сравнительная характеристика способов сварки

При сварке на постоянном токе выше устойчивость дуги, что обеспечивает стабильность процесса и лучшее качество сварного шва, чем на переменном токе. Поэтому сварка на постоянном токе имеет более широкие технологические возможности, но требует более сложного и дорогостоящего оборудования. Кроме того, для этого вида сварки ниже КПД (0,3 . 0,6 против 0,8 . 0,85 для переменного тока).

При сварке на постоянном токе прямой полярности максимум тепла выделяется на детали – аноде, минимум – на электроде-катоде, при обратной полярности – наоборот. Соответственно КПД прямой полярности выше, можно варить тугоплавкие материалы. При обратной полярности возрастает напряжение, снижается устойчивость дуги и стойкость вольфрамового электрода, но удаляются оксиды с деталей (катодное распыление), можно использовать тугоплавкую сварочную проволоку. Этот метод применяют при сварке тонкого листово-

го материала. Применение плавящегося электрода повышает устойчивость дуги за счет

ионизации паров расплавленного металла электрода, что особенно важно для сварки на постоянном токе обратной полярности и на переменном токе, упрощается заполнение шва металлом, но качество шва несколько снижается. При сварке на переменном токе проще и дешевле оборудование, выше КПД, но ниже устойчивость дуги, особенно неплавящимся электродом, т. к. полярность тока меняется в каждом полупериоде. Температуры детали и электрода примерно одинаковы, качество шва хорошее, потому что в полупериоде обрат-

ной полярности удаляются оксиды с деталей, но в этот момент при работе неплавящимся электродом требуется применение специальных устройств для стабилизации дуги. Сварка на переменном токе плавящимся электродом применяется наиболее широко, т. к. является самой экономичной и обеспечивающей для хорошо сваривающихся металлов необходимое качества сварного соединения. Ручная сваркапокрытыми электродами (рис. 10.4). В маркировке указывается тип электродов, начинающийся с буквы Э, затем следуют цифры, которые указывают минимальный гарантированный предел прочности в кГ/мм2 . Например, Э42 (σВ ≈ 420 МПа), Э50 (σВ = 500 МПа). В состав материала толстых покрытий (0,5 . 3 мм) входят следующие компоненты:

• стабилизирующие горение дуги в результате распада на ионы (СаСО3 – мел, мрамор; К2СО3 – поташ);

• газообразующие, т. е. образующие защитную (восстановительную) атмосферу в результате образования CO (древесная мука, крахмал и др.);

• шлакообразующие (мел СаСО3, полевой шпат SiO2);

• раскисляющие, которые являются более химически активными по сравнению с железом (ферросплавы);

• легирующие, обеспечивающие особые свойства шва (ферросплавы);

• связующие, обеспечивающие прочность покрытия (жидкое стекло, крахмал, декстрин).

Для обеспечения высокого качества шва и высокой производительности необходимо выдерживать при сварке оптимальную величину сварочного тока. Он рассчитывается по формуле Iсв. = К × dэ (ампер), где dэ – диаметр сварочной проволоки, мм. При сварке в нижнем положении коэффициент К = 40 . 60 для стержня электрода из низкоуглеродистой стали, К = 35 . 40 для стержня электрода из высокоуглеродистой стали. Для вертикальных швов сварочный ток Iсв. уменьшают на 10 . 15 %, для потолочных – на 15 . 20 %. Интервал изменения Iсв = 150 . 400 А, напряжение U = 16 . 30 В. Диаметр электрода dэ выбирают равным толщине металла δ при стыковой сварке и катету К шва при угловой сварке, но не более 6 мм. По расположению шва при сварке швы разделяются на нижние, горизонтальные, наклонные, вертикальные, потолочные (рис. 10.5). По положению к действующему усилию швы разделяются на фронтальные (лобовые), фланговые, косые. В зависимости от расположения соединяемых деталей различают сварные соединения внахлестку, угловые, тавровые, стыковые (табл. 5). Для пластин с толщиной δ 10 мм – многослойным, т. е. заполнение сварных швов большой толщины производится за несколько проходов электрода. Чтобы обеспечить качество

шва на всю толщину свариваемых изделий, производится разделка кромок свариваемых поверхностей. При сварке пластин толщиной δ менее 6 мм разделка кромок не производится, при δ > 6 мм выполняется разделка под углом в 30°.

Читать еще:  Устройство вентиляции в цокольном этаже частного дома

Ручная сварка применяется для коротких швов, криволинейных, любых пространственных, в труднодоступных местах при монтаже и сборке сложных конструкций. Ток и производительность наплавки ограничены, так как при большом токе стержень электрода нагревается и покрытие отслаивается. Плотность тока находится в пределах 10 . 20 А/мм2. Сварочные источники тока должны обеспечивать устойчивую дугу при относительно невысоком напряжении, постоянство тока при изменении длины дуги, простое регулирование тока. Кроме того, они должны выдерживать ток короткого замыкания, который всегда возникает при зажигании дуги. Для сварки переменным током применяются сварочные трансформаторы, а для постоянного тока – генераторы и выпрямители. Сварка под слоем флюса.Автоматическую и полуавтоматическую сварку производят не отдельными электродами с покрытием, а сварочной проволокой, которая хранится в мотках и поэтому не имеет покрытия. Роль покрытия в этом случае играет флюс, который подаётся из бункера в зону сварки (рис. 10.1).Плотность тока в этом случае значительно больше, чем при ручной сварке, 50… 200 А/мм2. Применяют флюсы гранулированные, содержащие MnO + SiO2 + CaF2. Этот вид сварки обеспечивает повышение производительности в 5 . 25 раз по сравнению с ручной электродуговой сваркой за счет больших токов до 2000 А и непрерывности процесса. Большие токи позволяют сваривать пластины толщиной до 20 мм без разделки кромок за один проход. При разделке кромок и многослойной сварке толщина свариваемых листов до 100 мм. Этот процесс обеспечивает снижение расхода электродов примерно в 2 раза, по сравнению с ручной сваркой, образуется меньше вредных выделений. При этом обеспечивается повышенное качество сварного шва (более однородный по химическому составу и размерам). Автоматическая сварка под флюсом применяется в серийном и массовом производстве для сварки в нижнем положении прямолинейных и кольцевых швов.

Для ответственных изделий и сварке сильно окисляющихся металлов применяется дуговая сварка в защитных газах. В качестве защитных газов используют инертные: аргон (Ar), гелий (Не) – а также нейтральные: азот N2, СО2. Аргоно-дуговая сварка. Ar хранится и транспортируется в стальных баллонах под давлением 15 МПа. Толщина свариваемого металла 0,8 . 6 мм, Imin = 10 А. Аргоно-дуговая сварка применяется для цветных металлов и тугоплавких (Ti, Nb, V, Zr) сплавов, легированных и высоколегированных сталей, где требуется повышенное качество шва. За счет высокой плотности тока (I = 100 А/мм2) обеспечивается струйный перенос расплавленного металла с электрода в сварочную ванну вместо крупнокапельного.

Таблица 5

Типы сварных соединений, применяемых при основных способах сварки плавлением и давлением

Сварка в углекислом газе СО2выполняется только плавящимся проволочным электродом на постоянном токе повышенной плотности и обратной полярности. Газ СО2 хранится в баллонах, р = 7 МПа. При высоких температурах СО2 диссоциирует на СО и О. Для нейтрализации О в проволоку дают повышенное количество раскислителей – Mn и Si. Диаметр электрода dэл. = 0,2 . 2 мм. Плотность тока 80 . 100 А/мм2. Это самый доступный и дешевый способ сварки в защитной атмосфере. Для повышения качества шва вместо проволоки иногда используют порошковую проволоку, которая имеет вид трубки, заполненной материалами, аналогичными покрытиям. Заметим, что сварка порошковой проволокой даже без

использования защитной атмосферы в ряде случаев вытесняет автоматическую и полуавтоматическую сварку под слоем флюса.

Сравнительные характеристики способов сварки

Обзор возможных способов сварки конструкции

Источником нагрева названных способов является сварочная дуга. Поэтому целесообразно рассмотреть её свойства и особенности.

Электрическая сварочная дуга. Сварочная дуга является источником нагрева для достаточно большого количества способов сварки плавлением. Поэтому целесообразно более подробно рассмотреть процессы происходящие в сварочной дуге.

Электрическая сварочная дуга представляет собой устойчивый длительный электрический разряд в газовой среде между твердыми или жидкими электродами при высокой плотности тока, сопровождающийся выделением большого количества теплоты. Электрический разряд в газе есть электрический ток, проходящий через газовую среду благодаря наличию в ней свободных электронов, а также отрицательных и положительных ионов, способных перемещаться между электродами под действием приложенного электрического поля (разности потенциалов между электродами).

Читать еще:  Как сделать лестницу своими руками схема из дерева

Электрон — это частица весьма малой массы, несущая элементарный (наименьший, неделимый) электрический заряд отрицательного знака. Масса электрона равна 9,1 • 10

28 г; элементарный электрический заряд равен 1,6 • 10

‘ 9 Кл. Ионом называется атом или молекула вещества, имеющая один или несколько элементарных зарядов. Положительные ионы имеют избыточный положительный заряд; они образуются при потере нейтральным атомом или молекулой одного или нескольких электронов из своей наружной (валентной) оболочки (электроны, вращающиеся в валентной оболочке атома, связаны слабее, чем электроны внутренних оболочек, и поэтому легко отрываются от атома при столкновениях или под действием облучения). Отрицательные ионы имеют избыточный отрицательный заряд; они образуются, если атом или молекула присоединяет к своей валентной оболочке лишние электроны.

Процесс, при котором из нейтральных атомов и молекул образуются положительные и отрицательные ионы, называется ионизацией. Ионизация, вызванная в некотором объеме газовой среды, называется объемной ионизацией. Объемная ионизация, полученная благодаря нагреванию газа до очень высоких температур, называется термической ионизацией

При высоких температурах значительная часть молекул газа обладает достаточной энергией для того, чтобы при столкновениях могло произойти разбиение нейтральных молекул на ионы; кроме того, с повышением температуры увеличивается общее число столкновений между молекулами газа. При очень высоких температурах на процесс ионизации начинает влиять также и излучение газа и раскаленных электронов. При обычных температурах ионизацию можно вызвать, если уже имеющимся в газе электронам и ионам сообщить с помощью электрического поля боль­шие скорости. Обладая большой энергией, эти частицы могут разбивать нейтральные атомы и молекулы на ионы. Кроме того, ионизацию можно вызвать световыми, ультрафиолетовыми, рентгеновскими лучами, а также излучением радиоактивных веществ.

В обычных условиях воздух, как и все газы, обладает весьма слабой электропроводностью. Это объясняется малой концентрацией свободных электронов и ионов. Поэтому, для того чтобы вызвать в воздухе или в газе мощный электрический ток, т. е. электрическую дугу, необходимо ионизиро­вать воздушный промежуток (или другую газообразную среду) между электродами. Ионизацию можно про­извести, если приложить к электродам достаточно высокое напряжение; тогда имеющиеся в газе (в малом количестве) свободные электроны и ионы будут разгоняться электрическим полем и, получив большие энергии, смогут разбить нейтральные атомы и молекулы на ионы.

При сварке из соображений техники безопасности нельзя пользоваться высокими напряжениями. Поэтому используют явления термоэлектронной и автоэлектронной эмиссий. При этом имеющиеся в металле в большом количестве свободные электроны, обладая достаточной кинетической энергией, переходят в газовую среду межэлектродного пространства и способствуют ее ионизации.

При термоэлектронной эмиссии благодаря высокой температуре свободные электроны «испаряются» с поверхности металла. Чем выше температура, тем большее число свободных электронов приобретает энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера в поверхностном слое и выхода из металла. При авто­электронной (холодной) эмиссии создается внешнее электрическое поле, которое изменяет потенциональный барьер у поверхности металла и облегчает выход тех электронов, которые имеют достаточную энергию для преодоления этого барьера.

Ионизация газовой среды характеризуется степенью ионизации, т. е. отношением числа заряженных частиц в данном объеме к первоначальному числу частиц (до начала ионизации).

Сравнительные характеристики способов сварки

Для решения технологической задачи, а именно разработки технологии сварки возможно применение ручной дуговой сварки покрытыми электродами, механизированной сварки под флюсом и в защитном газе. На рис. представлена схема ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Однако у РДС много недостатков. РДС является менее производительным методом сварки по отношению к полуавтоматической (п/а) сварки в защитном газе и автоматической сварки под флюсом (АСФ). Для РДС характерен большой расход сварочных материалов и низкая производительность процесса сварки, этот метод, кроме того, самый неблагоприятный в экологическом отношении.

Читать еще:  Бассейн в оренбурге как сходить

Ручная дуговая сварка.

Ручная дуговая сварка производится двумя способами: неплавящимся и плавящимся электродом. По первому способу свариваемые кромки изделия приводят в соприкосновение, между неплавящимся (угольным или графитовым) электродом и изделием возбуждают электрическую дугу . Кромки изделия и вводимый в зону дуги присадочный материал нагреваются до плавления и образуют ванну расплавленного металла, который после затвердевания превращается в сварной шов . Этот способ используется иногда при сварке цветных металлов и их сплавов, а также при наплавке твердых сплавов. Второй способ сварки, выполняемой плавящимся электродом, является основным при ручной дуго­вой сварке. Электрическая дуга возбуждается между металлическим (плавящимся) электродом и свариваемыми кромками изделия. Теплота дуги расплавляет электрод и кромки изделия.

Сравнительные характеристики способов сварки

Для решения технологической задачи, а именно разработки технологии сварки возможно применение ручной дуговой сварки покрытыми электродами, механизированной сварки под флюсом и в защитном газе. На рис. представлена схема ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Однако у РДС много недостатков. РДС является менее производительным методом сварки по отношению к полуавтоматической (п/а) сварки в защитном газе и автоматической сварки под флюсом (АСФ). Для РДС характерен большой расход сварочных материалов и низкая производительность процесса сварки, этот метод, кроме того, самый неблагоприятный в экологическом отношении.

Ручная дуговая сварка.

Ручная дуговая сварка производится двумя способами: неплавящимся и плавящимся электродом. По первому способу свариваемые кромки изделия приводят в соприкосновение, между неплавящимся (угольным или графитовым) электродом и изделием возбуждают электрическую дугу . Кромки изделия и вводимый в зону дуги присадочный материал нагреваются до плавления и образуют ванну расплавленного металла, который после затвердевания превращается в сварной шов . Этот способ используется иногда при сварке цветных металлов и их сплавов, а также при наплавке твердых сплавов. Второй способ сварки, выполняемой плавящимся электродом, является основным при ручной дуго­вой сварке. Электрическая дуга возбуждается между металлическим (плавящимся) электродом и свариваемыми кромками изделия. Теплота дуги расплавляет электрод и кромки изделия.

Схема ручной дуговой сварки покрытым электродом

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный или переменный сварочный ток. Сварочная дуга (1) горит между металлическим стержнем электрода (2) и основным металлом (3) Под действием тепла дуги металл дуги электрода, покрытие электрода и основной металл расплавляется, образуя сварочную ванну (4). Капли жидкого металла (5) с торца расплавленного электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода (6), образуя вокруг дуги газовою защиту (7) и жидкую шлаковую ванну (8). По мере движения дуги, металл сварочной ванны затвердевает, образуется сварочный шов(9) и шлаковую корка(10) на поверхности шва. Глубина, на которую расплавляется основной металл, называется глубиной проплавления.

Схема процесса ручной дуговой сварки с обозначением параметров сварочной ванны и сварного шва: L-длина сварочной ванны; H-глубина проплавления; e-ширина шва; q-выпуклость шва (усилениние)

· При ручной дуговой сварке, сварщик вручную подает электрод и вручную производится перемещение его по стыку.

· Сварка происходит на малых сварочных токах, следовательно, скорость сварки также будет мала, что явно скажется на производительности.

Полуавтоматическая сварка в (СО2 )

Особенности и преимущества.

Основными преимуществами сварки в защитных газах являются:

1) отсутствие обмазок и флюсов, а, следовательно, и последующий необходимости очистки от шлаков;

2) высокая производительность процесса; 3)низкая стоимость при использовании углекислого газа (СО2 );

3)возможность сварки разнообразных металлов и сплавов толщиной от десятых долей миллиметра до десятков миллиметров;

4)возможность наблюдения за открытой дугой, что облегчает управление процессом сварки;

5)широкие возможности механизации и автоматизации процесса.

Дуговая сварка в среде защитных газов

Сварка в защитных газах:
а-неплавящимся электродом, б-плавящимся электродом

Сварка в защитных газах:
а-неплавящимся электродом, б-плавящимся электродом

Источники:

http://studopedia.ru/14_28414_sravnitelnaya-harakteristika-sposobov-svarki.html
http://megaobuchalka.ru/3/22707.html
http://mydocx.ru/5-66069.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector