Структура сварного соединения 1 страница

Материалы для ЭУМК

· В. В. Овчинников — д-р техн. наук, профессор ФГБОУ ВО «Московский политехнический университет», академик Международной академии информатизации, Отличник изобретательства авиационной промышленности.

Экспертиза материалов ЭУМК

· Л. М. Карпухина — преподаватель высшей квалификационной категории ГБПОУ г. Москвы «Колледж Архитектуры, Дизайна и Реинжиниринга № 26» (электронный учебник);

· Н. Н. Белова — преподаватель специальных дисциплин ГБПОУ г. Москвы «Образовательный комплекс градостроительства «Столица»» (контрольно-оценочные средства).

Версия 1.1.0.0

· © «Академия-Медиа», 2018

· © Издательский центр «Академия», 2018

· © Образовательно-издательский центр «Академия», 2018

Раздел 1.Технология ручной дуговой сварки покрытыми электродами

Предисловие

Программа профессионального модуля является частью основной профессиональной образовательной программы по профессии «Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))» и разработана в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 29 января 2016 г. № 50.

Программа профессионального модуля направлена на освоение студентами ручной дуговой сварки (наплавки, резки) плавящимся покрытым электродом и соответствующих ей следующих профессиональных компетенций (ПК):

1) выполнять ручную дуговую сварку различных деталей из углеродистых и конструкционных сталей во всех пространственных положениях сварного шва;

2) выполнять ручную дуговую сварку различных деталей из цветных металлов и сплавов во всех пространственных положениях сварного шва;

3) выполнять ручную дуговую наплавку покрытыми электродами различных деталей;

4) выполнять ручную дуговую резку различных деталей.

В результате освоения профессионального модуля студент должен:

§ иметь практический опыт:

· по проверке оснащенности сварочного поста ручной дуговой сварки (резки, наплавки) плавящимся покрытым электродом;

· проверке работоспособности и исправности оборудования поста ручной дуговой сварки (резки, наплавки) плавящимся покрытым электродом;

· проверке заземления сварочного поста ручной дуговой сварки (резки, наплавки) плавящимся покрытым электродом;

· подготовке и проверке сварочных материалов для ручной дуговой сварки (резки, наплавки) плавящимся покрытым электродом;

· настройке оборудования ручной дуговой сварки (резки, наплавки) плавящимся покрытым электродом для выполнения сварки;

· выполнению ручной дуговой сварки (резки, наплавки) плавящимся покрытым электродом различных деталей и конструкций;

· выполнению дуговой резки;

§ уметь:

· проверять работоспособность и исправность оборудования для ручной дуговой сварки (резки, наплавки) плавящимся покрытым электродом;

· настраивать оборудование для ручной дуговой сварки (резки, наплавки) плавящимся покрытым электродом;

· выполнять сварку различных деталей и конструкций во всех пространственных положениях сварного шва;

· владеть техникой дуговой резки металла;

§ знать:

· основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений, выполняемые ручной дуговой сваркой (резкой, наплавкой) плавящимся покрытым электродом;

· основные группы и марки материалов, свариваемых ручной дуговой сваркой (резкой, наплавкой) плавящимся покрытым электродом;

· сварочные (наплавочные) материалы для ручной дуговой сварки (резки, наплавки) плавящимся покрытым электродом;

· технику и технологию ручной дуговой сварки (резки, наплавки) плавящимся покрытым электродом различных деталей и конструкций в пространственных положениях сварного шва;

· основы дуговой резки;

· причины возникновения дефектов сварных швов, способы их предупреждения и исправления при ручной дуговой сварке (резке, наплавке) плавящимся покрытым электродом.

ГЛАВА1Электрическая дуга

· 1.1. Электрическая дуга и ее строение

· 1.2. Типы сварочных дуг

· 1.3. Дуга в защитных газах

· 1.4. Параметры режима дуговой сварки

· 1.5. Плавление и перенос электродного материала

· 1.6. Плавление основного металла

· 1.7. Структура сварного соединения

1.1Электрическая дуга и ее строение

Электрическая дуга — разряд в газах, при котором электрический ток проходит через газовый промежуток под воздействием электрического поля при наличии в нем заряженных частиц — электронов и ионов, возникающих в этом пространстве при эмиссии (испускании) электронов с поверхности отрицательного электрода (катода) и ионизации газов.

Энергию электрической дуги широко используют в сварке для получения сварных соединений, например в дуговой сварке плавлением. При сварке дуговой разряд может быть возбужден между свариваемым (основным) металлом и электродом (дуга прямого действия), между двумя электродами без включения свариваемой детали в цепь сварочного тока (дуга косвенного действия), между двумя электродами и свариваемой деталью (комбинированная дуга).

Сварочная дуга — электрический дуговой разряд в ионизированной смеси газов, а также паров металлов и компонентов, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и т. д.

Дуга является частью электрической сварочной цепи. При сварке на постоянном токе электрод, подсоединенный к положительному полюсу источника питания дуги, называют анодом, а электрод, подсоединенный к отрицательному полюсу, — катодом. Если сварку ведут на переменном токе, то каждый электрод попеременно служит то анодом, то катодом. Пространство между электродами называют областью дугового разряда, или дуговым промежутком, а длину этого промежутка — длиной дуги. Дуга, горящая между электродом и деталью, является дугой прямого действия.

По длине дугового промежутка можно выделить три области (рис. 1.1): катодную, анодную и находящийся между ними столб дуги.

Рис. 1.1.Распределение падения напряжения в дуге:
1 — электрод; 2 — свариваемые детали; U_д — общее падение напряжения (напряжение дуги); l_д — длина дуги; U_к, U_с и U_а — составляющие падения напряжения в катодной области, столбе дуги и анодной области длиной l_к, l_с и l_а соответственно

Катодная область включает в себя нагретую поверхность катода (катодное пятно) и часть дугового промежутка, примыкающую к ней. Температура в пятне на стальных электродах достигает 2400…2700°С; здесь выделяется до 38% общей теплоты дуги. В катодной области происходит разгон электронов. Падение напряжения в ней U_к = 10…20 В.

Анодная область состоит из анодного пятна на поверхности анода и части дугового промежутка, примыкающей к нему. Анодное пятно, являющееся местом входа и нейтрализации свободных электронов, имеет примерно такую же температуру, как и катодное пятно, но в результате бомбардировки электронами на нем выделяется больше теплоты, чем на катоде. Для дуг с плавящимся электродом анодное падение напряжения U_а = 2…6 В.

Столб дуги, расположенный между катодной и анодной областями, имеет наибольшую протяженность в дуговом промежутке. Образующиеся в столбе заряженные частицы движутся к электродам: электроны — к аноду, а ионы — к катоду. Температура столба дуги изменяется в зависимости от плотности сварочного тока и может превышать 8000°С. Напряжение дуги меняется вдоль столба в пределах 10…50 В/см. Величина напряжения зависит от состава газовой среды и уменьшается с введением в нее легкоионизующихся компонентов (натрия, калия и др.).

Выделение тепловой и световой энергии в сварочной дуге происходит неравномерно. Электроны, достигшие анода, отдают ему свою энергию. Здесь образуется сильно нагретое «анодное пятно». Положительные ионы плазмы движутся к катоду и, отдавая ему энергию, формируют так называемое катодное пятно. Необходимое условие существования дуги — поддерживаемая ионной бомбардировкой высокая температура катода, благодаря которой происходит эмиссия электронов, ионизирующих газ в столбе дуги.

Если дуга включена в цепь переменного тока низкой (промышленной) частоты, то в конце каждого полупериода подача тока прекращается, дуга гаснет. Однако в следующем полупериоде благодаря термоэмиссии электронов с не успевших остыть участков металла дуга возникает вновь, как только напряжение между электродами достигает значения, называемого напряжением зажигания. Чтобы добиться устойчивого горения дуги на переменном токе, необходимы определенные меры. Применяют, например, специальные электроды, в состав покрытия которых добавлены вещества с низким потенциалом ионизации.

Температура электрической дуги зависит от материала электродов: при угольных электродах на катоде она составляет около 3200°С; на аноде — около 3900°С; при металлических электродах — соответственно 2400 и 2600°С. В центре дуги у ее оси температура достигает 6000…8000°С.

Тепловая мощность дуги Q, Дж/с, определяется по формуле

Q = 0,24kI_свU_а,

(1.1)

где k — коэффициент снижения мощности дуги при сварке на переменном токе, равный 0,70…0,97; I_св— сварочный ток, A; U_а — напряжение на дуге, В; 0,24 — коэффициент перевода электрических величин в тепловые, Дж/(Вт×с).

При электродуговой сварке на нагревание и расплавление металла расходуется 60…70% теплоты. Остальное количество теплоты рассеивается в окружающем пространстве.

Образование дуги начинается с ее зажигания, которое может осуществляться одним из двух способов:

1) электрод приближается к заготовке на расстояние 3…6 мм, и в сварочную цепь на короткое время подключается источник высокочастотного переменного тока высокого напряжения (осциллятор);

2) зажигание дуги осуществляется в три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку; отвод электрода на 3…6 мм; возникновение устойчивого электрического разряда.

Второй способ является основным, а первый применяется только при сварке неплавящимся электродом.

При коротком замыкании (рис. 1.2, а) плотность тока в точках контакта достигает больших значений, и под действием выделяющейся теплоты металл в этих точках мгновенно расплавляется, образуя жидкую перемычку между основным металлом и электродом (рис. 1.2, б). При отводе электрода от поверхности металла жидкая перемычка сначала растягивается, образуя шейку (рис. 1.2, в), а затем разрывается, после чего с его разогретого торца (катода) под действием электрического поля начинается термоэлектронная эмиссия электронов. Столкновение быстродвижущихся по направлению к аноду электронов с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации. По мере разогрева столба дуги и повышения кинетической энергии атомов и молекул происходит дополнительная ионизация за счет их соударения. Отдельные атомы также ионизируются в результате поглощения энергии, выделяемой при соударении других частиц. В результате дуговой промежуток становится электропроводным и через него проходит разряд электрического тока (см. рис. 1.2, в). Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда.

Рис. 1.2.Схема образования дуги:
а — короткое замыкание; б — образование прослойки из жидкого металла; в — образование шейки и возникновение дуги

На рис. 1.3 показана схема устойчивой сварочной дуги, возникающей при пропускании тока между металлическим (проволочным) электродом 1 и основным металлом 6. Дуговой разряд 3, окруженный пламенем (ореолом) 5, имеет форму расширяющего поверхность столба, у основания которого в толще изделия образуется кратер дуги, или сварочная ванна 4. Под влиянием автоэлектронной эмиссии и теплоты дуги конец электрода и находящийся под ним участок детали расплавляются, на детали возникает сварочная ванна, в которую по каплям 2 стекает расплавленный металл с электрода 1. Устойчивое горение, необходимое для высокого качества сварки, достигается при длине дуги 3…5 мм. Рекомендуемая длина дуги равна диаметру электрода. При слишком длинной дуге металл электрода, плавясь, образует большие шарики (крупнокапельный перенос металла); при этом дуга, часто прерываясь, дает широкий неравномерный и забрызганный сварной шов с недостаточным сплавлением. При слишком короткой дуге выделяется недостаточно теплоты для глубокого проплавления основного металла и происходит частое прилипание электрода к основному металлу.

Рис. 1.3.Схема электрической сварочной дуги:
1 — электрод; 2 — капля расплавленного металла; 3 — дуговой разряд; 4 — сварочная ванна; 5 — ореол дуги; 6 — основной металл

Устойчивость дуги улучшается с повышением напряжения холостого хода сварочного источника (его измеряют при отключенной нагрузке). Однако этот параметр ограничен требованиями безопасности обслуживающего персонала и не должен превышать 80 В.

Электрическая сварочная дуга может отклоняться от своего нормального положения под действием магнитных полей, неравномерно и несимметрично расположенных вокруг дуги и в свариваемом изделии (рис. 1.4). На эти поля действуют движущиеся заряженные частицы и тем самым оказывают воздействие на всю дугу. Такое явление называется магнитным дутьем (рис. 1.5). Воздействие магнитных полей на дугу прямо пропорционально квадрату силы тока и становится заметным при сварочных токах более 300 А.

Рис. 1.4.Отклонение дуги постоянного тока под действием магнитного поля:
а, б — отклонение дуги под действием магнитных полей, несимметрично расположенных в свариваемой детали; в — отсутствие отклонения дуги при симметричном расположении магнитных полей в свариваемой детали; г — дуга, отклоненная магнитным полем, горит по кратчайшему расстоянию к поверхности детали

Рис. 1.5.Магнитное дутье, вызываемое симметрией магнитного поля

Сварочная дуга — особый проводник с током, имеющий свое магнитное поле. Сварочный ток, проходя по электроду и свариваемому металлу (см. рис. 1.4, а), также создает свое магнитное поле. Пока магнитные поля, окружающие дугу, симметричны по отношение к дуге, отсутствует электромагнитная сила воздействия на дугу. Дуга при этом горит по кратчайшему расстоянию к поверхности свариваемого металла (см. рис. 1.4, в). Несимметричное магнитное поле, окружающее дугу, вызывает отклонение дуги в сторону меньшей плотности магнитного поля, причем чем длиннее дуга, тем сильнее отклонение. Короткая дуга менее подвержена воздействию магнитного дутья.

Асимметрия магнитного поля вызывает магнитное дутье, которое отклоняет дугу вперед (в начале сварного шва) и назад (в конце сварного шва). В некоторых случаях отклонение дуги может происходить под углом как вправо, так и влево. Магнитное дутье наиболее значительно проявляется в начале шва. Изменение полярности или направления сварки при сварке на постоянном токе не оказывает заметного влияния на магнитное дутье.

При сварке на переменном токе магнитное дутье существенно снижается. Уменьшение магнитного дутья происходит в связи с тем, что переменный ток создает переменное магнитное поле в основном металле, что в свою очередь приводит к появлению вихревых токов.

Магнитное дутье чаще всего возникает при сварке покрытыми электродами и при полуавтоматической и автоматической сварке магнитных материалов (например, сталь, чугун, никель), но может проявляться и при сварке немагнитных материалов. Отклонение дуги от оси вызывает затруднения при сварке, увеличивает разбрызгивание электродного металла и ухудшает качество сварного шва.

Для уменьшения магнитного дутья можно:

§ изменять направление магнитного потока, проходящего через сварное соединение, установив в начале и конце шва выводные планки, или применить обратноступенчатую сварку, или выполнять прерывистый шов;

§ создать внешнее магнитное поле, оборачивая заготовку сварочным кабелем, подводящим ток к электрододержателю;

§ при сварке покрытыми электродами произвести позиционирование электрода, уменьшить сварочный ток;

§ оборачивать заготовку обратным проводом так, чтобы создаваемое им магнитное поле компенсировало действие магнитного поля, вызывающего отклонение дуги;

Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 145; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!