 |
Методические указания. Содержание. Расчет параметров процесса ручной дуговой сварки. 1. Цель работы. 2. Теоретический раздел
|
|
|
|
Министерство образования и науки Украины
Севастопольский национальный технический университет
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим занятиям по дисциплине
«Сварка в машиностроении»
для студентов дневной и заочной форм
обучения направления
«Инженерная механика»
Севастополь
УДК 669. 584 (046)
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Сварка в машиностроении» / Сост. Л. Б. Шрон, Г. П. Резинкина,
Э. С. Гордеева, В. Б. Богуцкий – Севастополь: изд-во СевНТУ, 2020. - 48 с.
Целью методических указаний является закрепление на практике знаний, полученных при изучении дисциплины «Сварка в машиностроении».
Методические указания обсуждены и утверждены на заседании кафедры «Технология машиностроения», протокол № 4 от 25 декабря 2009 г.
Допущены учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.
Рецензент: доктор техн. наук, проф. Ю. К. Новоселов
СОДЕРЖАНИЕ
| 1. Практическая работа. Расчет параметров процесса ручной дуговой сварки. | |
| 2. Практическая работа. Технология изготовления стыкового сварного соединения. | |
| 3. Практическая работа. Расчет параметров процесса полуавтоматической сварки в среде защитных газов. | |
| 4. Практическая работа. Технология изготовления сварного соединения методом контактной (точечной) сварки. | |
| 5. Практическая работа. Расчет механических свойств шва сварных соединений. | |
| Библиографический список | |
| Приложение |
Практическая работа
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Освоить методику расчета параметров процесса ручной дуговой сварки.
|
|
|
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др. ), а также пластмассы.
Сварка – экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.
Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами соединяемых поверхностей заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.
В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.
К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др. ).
К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная и др. ).
К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др. ).
Электродуговая сварка
Дуга – мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает в себя три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3–6 мм и возникновение устойчивого дугового разряда.
|
|
|
Короткое замыкание выполняется для разогрева торца электрода и заготовки в зоне контакта с электродом. После отвода электрода 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 столбца 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 начинается разряд электричества. Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда.
Электродуговая сварка может быть ручной и автоматической.
Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом – дуга горит между стержнем электрода и основным металлом. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя газовую защитную атмосферу вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковые ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает, и образуется сварочный шов. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку.
Электроды для ручной сварки представляют собой стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержень изготовляют из сварочной проволоки повышенного качества. Сварочную проволоку всех марок в зависимости от состава разделяют на три группы: низкоуглеродистая, легированная и высоколегированная.
|
|
|
Ручная сварка удобна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях – нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном, при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы.
Производительность процесса в основном определяется сварочным током. Однако ток при ручной сварке покрытыми электродами ограничен, так как повышение тока сверх рекомендованного значения приводит к разогреву стержня электрода, отслаиванию покрытия, сильному разбрызгиванию и угару расплавленного металла.
Качество сварных соединений прежде всего зависит от правильного выбора сварочного тока. Чрезмерно большой ток вызывает перегрев металла, а иногда приводит к прожогам. Слишком малый ток ведет к непроварам, т. е. несплавлению наплавленного металла с основным металлом.
Технологические параметры ручной дуговой сварки определяются в следующей последовательности:
2. 1. Выбрать тип разделки кромок свариваемого изделия по таблице А2 приложения А.
2. 2. Определить диаметр электрода dэ по формуле:
при односторонней разделке кромок 
при двусторонней разделке кромок 
,
где dэ – диаметр электрода, мм
S – толщина свариваемых заготовок, мм
Согласно расчета выбрать номинальный диаметр электрода dн по ГОСТ 2246-70: 0, 3; 0, 5; 0, 8; 1, 0; 1, 2; 1, 6; 2, 0; 2, 5; 3. 0; 4, 0; 5, 0; 6, 0; 8, 0; 10, 0; 12, 0.
2. 3. Выбрать тип и марку электрода по таблице А3 приложения А и указать согласно ГОСТ 9466-75 его обозначение.
2. 4. Определить величину сварочного тока Iсв по формуле
где dэ – диаметр электрода, мм;
i – плотность тока, А/мм; i = 35 – 60 А/мм. При dэ≤ 4 мм значение i принимается ближе к нижнему пределу; при dэ> 4 мм - ближе к верхнему пределу.
2. 5. Определить массу наплавленного металла по формуле:
где Fш – площадь поперечного сечения шва, мм2 подсчитывается, исходя из свариваемых заготовок и типа разделки кромок по таблице А2 приложения А;
Lш – длина сварного шва, согласно задания, мм.;
|
|
|
ρ – плотность металла (для стали ρ = 7, 8 10 -3 г/мм3).
2. 6. Определить расход электродов по формуле:
где Gм – масса наплавленного металла, кг;
Кп – коэффициент потерь на огарки, на угар и разбрызгивание, на шлакообразование. (Кп = 0, 17 - 0, 6).
2. 7. Определить основное технологическое время сварки по формуле:
где tо – основное технологическое время сварки, ч;
Gм – масса наплавленного металла, кг;
α – коэффициент наплавки выбирается по таблице А3 приложения А, кг/А·ч;
А – коэффициент, учитывающий длину шва: при Lш > 1000 мм А = 1; при Lш< 200 мм А= 1, 2; при Lш=200-1000 мм А= 1, 1.;
m – коэффициент, учитывающий положение шва в пространстве. Для горизонтальных швов m = 1; для вертикальных m = 1, 6
2. 8. Определить полное время сварочных работ по формуле:
где tо – основное технологическое время сварки, ч;
tв – вспомогательное время (на установку и поворот детали в процессе сварки), ч;
tдоп – дополнительное время (на уход за сварочным агрегатом, отдых сварщика), ч;
tпз – подготовительно-заключительное время (на получение наряда, инструктаж, подготовку оснастки) для n-го количества деталей.
Для данного расчета можно принять tп ≈ 1, 5 to.
2. 9. Выбрать источник питания, для чего:
2. 9. 1. Определить падение напряжения на дуге по формуле:
где Uд – напряжение на дуге, В;
Uак – падение напряжения на аноде и катоде, В. Обычно Uак = 15-20 В;
Uс – падение напряжения на столбе дуги, В
Uс = Ес · lд, В,
где Ес – напряженность электрического поля в столбе дуги. Ес =2-3 В;
lд – длина дуги определяется по формуле:
где dэ диаметр электрода, мм.
2. 9. 2. Выбрать источник питания по таблице А4 приложения А и записать его паспортные данные. При этом Uд≤ Uхх (для трансформаторов), Iсв≤ Iн. Ответственные конструкции рекомендуется варить на постоянном токе.
2. 10. Определить скорость сварки по формуле:
где Lш – длина шва, м;
tо – основное технологическое время, ч.
2. 11. Определить расход электроэнергии на сварку по формуле:
,
где Uд – падение напряжения на дуге, В;
Iсв – сварочный ток, А;
tо – основное технологическое время, ч.
η – к. п. д. источника питания. Для сварочных трансформаторов η = 0, 8 – 0, 85; для выпрямителей выбирать по таблице А4 приложения А.
Рхх –потери холостого хода для сварочных трансформаторов Рхх = 0, 2 – 0, 4 кВт. Для выпрямителей выбирается по таблице А4 приложения А.
Расход электроэнергии составляет в среднем на 1 кг наплавленного металла при переменном токе 3, 5-4, 5 кВт. ч.; при постоянном 7 – 8 кВт. ч.
|
|
|
