Технология механизированной св

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
___________________________________________________
Утверждаю
Зам. директора по УР
___________ А.Б.Ефременков
“_____”____________ 2007 г.
ТЕХНОЛОГИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ
НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу
«Технология сварочного производства» для студентов экономических специальностей ФЭиМ и ВЗФ и студентов специальности 150202 - «Оборудование и технология сварочного производства»
Издательство
Юргинского технологического института (филиала)
Томского политехнического университета
Юрга 2007
1
УДК 621.791.754.264
Технология механизированной сварки низкоуглеродистых сталей в углекислом газе: методические указания к выполнению лабораторной работы
по курсу «Технология сварочного производства» для студентов экономических
специальностей ФЭиМ и ВЗФ и студентов специальности 150202 – «Оборудование и технология сварочного производства» / Сост. К.И. Томас. –
Юрга: Изд-во Юргинского технологического института (филиала) Томского политехнического университета, 2007. – 12 с.
Рецензент
к.т.н., доцент
О.Г. Брунов
Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию
методическим семинаром кафедры СП 13 сентября 2007 г.
Зав. кафедрой
доц., канд. техн. наук
Е.А. Зернин
2
Лабораторная работа
Технология механизированной сварки низкоуглеродистых
сталей в углекислом газе
Цель работы:
1. Ознакомиться с устройством полуавтомата для сварки в СО2.
2. Ознакомиться с методикой выбора параметров режима полуавтоматической сварки в СО2.
3. Ознакомиться с техникой выполнения швов на полуавтомате.
1. Теоретическая часть
Способ сварки в защитной среде углекислого газа был разработан
в 1952 г. советскими исследователями К.В. Любавским и Н.М. Новожиловым.
Сварка в СО2 плавящимся электродом осуществляется с использованием плавящегося электрода и защитного газа СО2 подаваемого в
зону дуги. Этот вид сварки является механизированным, ее выполняют
полуавтоматами и автоматами. Устойчивое горение дуги обеспечивается при высокой плотности постоянного тока на возрастающей ветви
вольтамперной характеристики. Стабильность параметров сварного шва
(его глубина и ширина) зависит от постоянства длины дуги, которое
обеспечивается процессами саморегулирования длины дуги за счет поддержания постоянной скорости подачи электродной проволоки, равной
скорости плавления.
Основной особенностью сварки в СО2 плавящимся электродом
является необходимость применения электродных проволок с повышенным содержанием элементов-раскислителей кремния и марганца,
компенсирующих их выгорание в зоне сварки, предотвращающих дополнительное окисление металла при сварке и образования пор.
Причины окисления и образования пор при сварке в углекислом
газе следующие. При сварке углекислый газ диссоциирует в зоне дуги с
образованием атомарного кислорода по реакции:
СО2СО+О,
СОС+О.
Атомарный кислород окисляет железо и легирующие присадки,
содержащиеся в стали,
Fe+OFeO.
В результате этого металл сварочной ванны насыщается кислоро3
дом, а его свойства ухудшаются. При охлаждении расплавленного металла углерод, содержащийся в стали, окисляясь, будет способствовать
образованию оксида углерода по реакции:
С+ОСО,
FeO+ССО+Fe.
Образующийся при кристаллизации металла шва СО выделяется в
виде пузырьков, часть из которых, не успевая выделится, задерживается
в металле шва, образуя поры.
В том же случае, если металл сварочной проволоки легирован
кремнием и марганцем, окислы железа раскисляются не за счет углерода, а в основном за счет кремния и марганца из сварочной проволоки,
таким образом предотвращается образование окиси углерода при кристаллизации и образование пор. Раскисление окислов железа идет по
реакции
2FeO+SiSiO2+2Fe,
FeO+MnMnO+Fe.
Окислы кремния и марганца в виде шлака скапливаются на поверхности сварочной ванны.
Установлено, что как и всякий другой процесс сварка в СО2 проволокой диаметром 0,8-2мм имеет свои рациональные области применения. Главнейшим из них являются:
1) сварка обычных углеродистых, легированных конструкционных
и обычных нержавеющих сталей толщиной 0,8-4,0мм во всех положениях, от 4мм и выше в вертикальном горизонтальном и потолочном положениях со швами любой формы и любой длины;
2) сварка небольших деталей массового и серийного производства;
3) сварка неповоротных стыков диаметром от 10 мм и до нескольких метров с толщиной стенки 1-12мм в монтажных условиях;
4) сварка поворотных круговых швов труб и других изделий при
необходимости получения полного провара с формированием обратного
шва;
5) наплавка изношенных поверхностей деталей малых размеров и
малых диаметров (от 10 мм и выше);
6) выполнение прихваточных швов, сварка электрозаклепками и
точками;
7) сварка разнородных сталей и чугуна;
8) заварка трещин и других дефектов малых размеров на стальных
и чугунных деталях.
На основе анализа опыта применения сварки в СО2 были следующим образом сформулированы основные преимущества этого способа,
4
которые и обусловили столь широкое его применение:
1) высокая концентрация энергии дуги и большая, чем при ручной дуговой сварке, проплавляющая способность дуги при сварке в
СО2; это обеспечивает меньший разогрев кромок, большие скорости
сварки и более высокую экономичность процесса;
2) возможность вести механизированную сварку проволокой
диаметром 0,8…1,4 мм во всех пространственных положениях и проволокой диаметром 1,6…2,0 мм в нижнем положении;
3) высокая производительность (присущая большинству из известных механизированных способов сварки);
4) высокие механические свойства сварных соединений;
5) высокая стабильность процесса сварки в СО2 в широком диапазоне режимов (от малых до больших токов);
6) стойкость против образования пор и трещин, которая обусловлена окислительной атмосферой в зоне сварки;
7) возможность видеть зону сварки и высокая маневренность
процесса, обеспечивающие выполнение точечных швов, коротких и
длинных швов любой конфигурации в различных пространственных
положениях;
8) производительность при сварке тонкого металла по зазорам и
“на весу”, а также вертикальных и потолочных швов более высокая, чем
при ручной дуговой сварке;
9) возможность выполнения швов, расположенных вблизи края
конструкции;
10) легкая механизация и автоматизация всего цикла сварки;
11) малое время подготовки сварщиков;
12) меньшая себестоимость сварочных работ и другие.
Вместе с тем сварка в СО2 обладает рядом существенных недостатков, а именно:
1) несколько повышенная окислительная способность атмосферы
в зоне сварки, требующая использования проволок с большим количеством раскислителей и дающая неравномерное расположение участков
шлака на шве;
2) во многих случаях повышенное разбрызгивание и не всегда
удовлетворительное формирование швов;
3) более сложная и тяжелая, чем при ручной дуговой сварке, аппаратура.
Схема общего вида сварочного поста показана на рис. 1.1.
Источниками питания дуги постоянным током служат сварочные
выпрямители с жесткой внешней (ВС-300Б, ВСЖ-303 и др.) или универсальной (ВДУ-504, ВДУ-506, ВДУ-601, ВДУ-1201 и др.) характери5
стиками.
Рис. 1.1. Схема механизированной сварки в углекислом газе:
1 – держатель, 2 – подающий механизм, 3 – кнопка включения, 4 – защитный
щиток, 5 – манометр, 6 – переходной штуцер для установки манометра, 7 – редуктор
кислородный с манометром высокого давления, 8 – осушитель газа, 9 – подогреватель газа, 10 – баллон с углекислым газом, 11 – сварочный выпрямитель, 12 – пульт
управления
В данной работе для полуавтоматической сварки в СО2 применяется шланговый полуавтомат ПДГ–508У3, имеющий следующие технические характеристики:
1.
Номинальное напряжение сети трехфазного пере380
менного тока, В
2.
Частота питающей сети, Гц
50
3.
Номинальный сварочный ток при ПВ=60% и цикле
500
сварки 5 мин, А
4.
Род тока
пост.
5.
Пределы регулирования сварочного тока, А
150 – 500
6.
Диаметр электродной проволоки, мм
1,2 – 2,0
7.
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч
108 – 932
8.
Расход газа, л/мин
8 – 12
В качестве источника питания используется выпрямитель ВДУ–
504–1 имеющий следующие технические данные:
6
1.
2.
3.
4.
Номинальный сварочный ток, А
Напряжение холостого хода, В
Пределы регулирования сварочного тока, А:
для жестких характеристик
для падающих характеристик
Пределы регулирования рабочего напряжения, В
при жестких внешних характеристиках:
1 диапазон (250 – 500 А)
500
72 – 80
60 – 500
100 – 500
27(при 250А)
50(при 500А)
18(при 100А)
27(при 250А)
23 – 46
2 диапазон (100 – 250 А)
при падающих внешних характеристиках
5.
Отношение продолжительности включения к про60
должительности цикла сварки (ПВ), %
6.
Коэффициент полезного действия, %, не менее
81
Сварка в СО2 производится проволокой Св-08Г2С, имеющей состав, приведенный в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Химический состав проволоки Св-08Г2С
С
0,05-0,11
Si
0,70-0,95
Mn
1,80-2,10
Cr
0,20
Ni
0,25
S
0,025
P
0,030
Сварку в углекислом газе выполняют во всех пространственных
положениях; вертикальные и потолочные швы выполняют на малых токах и проволокой небольшого диаметра.
Параметрами режима сварки в углекислом газе являются род и
полярность тока, диаметр электродной проволоки, величина сварочного
тока, напряжение дуги, расход углекислого газа, вылет и наклон электродной проволоки по отношению к свариваемому изделию.
При сварке применяют постоянный ток обратной полярности. Величину сварочного тока и диаметр электродной проволоки выбирают в
зависимости от толщины металла и положения шва в пространстве.
Для каждого диаметра электрода существует диапазон токов, в
котором обеспечивается достаточная устойчивость процесса сварки и
удовлетворительное формирование швов (табл. 1.2).
Таблица 1.2
Диапазоны тока для различных диаметров электродной проволоки
d, мм
I, А
0,8
50-130
1,0
70-180
1,2
100-240
7
1,6
150-400
2,0
200-550
Конкретное значение силы тока выбирается из условия получения
требуемых размеров шва и производительности сварки.
Напряжение на дуге при сварке в СО2 обычно находится в пределах от 18 до 35 В. Оптимальное значение напряжения для заданной силы тока устанавливается с учетом разбрызгивания, производительности
и формирования шва. Повышение напряжения от оптимального увеличивает разбрызгивание, возрастает интенсивность металлургических реакций окисления и изменение химического состава металла шва, шов
становится шире. Минимальное разбрызгивание наблюдается при низком напряжении дуги.
Скорость подачи электродной проволоки, зависящая от диаметра
и химического состава проволоки, устанавливается в соответствии с
требуемой силой сварочного тока по графику (рис. 1.2).
Iсв, A
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0
2,0
1,6
1,4
400
800
1,2
1,0
d=0,8
1200
Vэп, м/ч
Рис. 1.2. Зависимость скорости подачи электродной проволоки от силы сварочного тока (d – диаметр электродной проволоки Св – 08Г2С, мм)
Значительное влияние на производительность сварки и устойчивость горения дуги оказывает вылет электрода L, рекомендуемые величины которого приведены в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Величина вылета электрода в зависимости от диаметра
электродной проволоки
d, мм
L, мм
0,8
6-8
1,0
8-11
1,2
9-12
8
1,6
12-18
2,0
14-25
Расход СО2 зависит от режима сварки, конструкции горелки, её
положения относительно шва и типа сварного соединения. При сварке
на различных режимах расход газа обычно составляет 6-20 л/мин.
Увеличение расхода СО2 сверх минимально необходимого влияет
на стабильность горения дуги, химический состав металла шва и свойства сварного соединения. Для обеспечения качественной защиты зоны
сварки целесообразно выдерживать расстояние h от сопла горелки до
изделия в пределах, указанных в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Расстояние от сопла горелки до изделия в зависимости от диаметра
электродной проволоки
d, мм
h, мм
0,8
6-15
1,0-1,2
8-18
1,6-2,0
15-25
Скорость сварки в СО2, выбранная с учетом как производительности, так и формирования шва, обычно составляет 15-18 м/ч.
2. Оборудование и материалы
1)
2)
3)
4)
5)
Пост для механизированной сварки в СО2.
Сварочный и слесарный инструмент.
Линейка.
Секундомер.
4 образца из стали Ст3 размером: 240×120×5 мм.
3. Порядок выполнения работы
1) Ознакомиться с технологией и режимами механизированной
сварки в СО2.
2) Очистить поверхность свариваемых образцов от масла и ржавчины.
3) Настроить режим сварки, устанавливая, в соответствии с материалом и толщиной образца, диаметр электродной проволоки, скорость
подачи электродной проволоки, силу тока, напряжение дуги, расход
СО2, положение горелки относительно изделия, пространственное положение.
4) Величина сварочного тока и напряжение сварки устанавливаются в зависимости от толщины свариваемого металла, наклона свари9
ваемой поверхности, скорости подачи электродной проволоки и других
факторов.
Таблица 3.1
Ориентировочные данные по подбору режима сварки
Диаметр сварочной проволоки, мм
1,2 – 1,4
1,6 - 2,0
Полярность
тока
сварки
обратная
обратная
Сила
тока,
А
160 - 400
250 - 500
Напряжение
дуги,
В
24 - 31
26 - 34
Расход
газа, л/мин
8 – 20
8 - 20
5) Разметить по длине образца 3 – 4 равных участка и произвести
сварку (наплавку) в нижнем положении, изменяя ступенчато на каждом
участке сварочный ток, например, 100, 150, 200, 250 А. Измерить ширину шва и время сварки на каждом участке. Результаты занести в таблицу. Сделать выводы. Опыт повторить в вертикальном положении.
6) Для сравнения опыт повторить, выполнив сварку (наплавку) без
защиты СО2.
7) Оценить качество формирования шва в обоих случаях внешним
осмотром. Сделать выводы.
4. Порядок оформления отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1) Цель работы.
2) Описание процесса механизированной сварки в СО2.
3) Таблицу с результатами опытов.
4) Выводы.
5. Контрольные вопросы
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Сущность и основная особенность сварки в СО2.
Причины окисления и образования пор при сварке в СО2.
Области применения сварки в СО2.
Преимущества сварки в СО2.
Недостатки сварки в СО2.
Параметры режима сварки в СО2.
10
6. Литература
1.Геворкян В.Г., Основы сварочного дела. – М.: Высш. шк., 1991.
– 240 с.
2. Китаев А.М., Китаев Я.А., Справочная книга сварщика. – М.:
Машиностроение, 1985. – 256 с.
3.Лабораторные работы по сварке, под редакцией Г.А. Николаева,
«Высшая школа», 1972. – 276 с.
4.Сварка в машиностроении – Справочник. В 4-х т. – М.: Машиностроение. 1978. т. 1. – 501 с., т. 2. – 462 с.
5.Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением (под редакцией Б.Е. Патона). – М.: Машиностроение, 1974. 768 с.
6. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах. – М.: Машиностроение. 1974. – 238 с.
11
ТЕХНОЛОГИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ
НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Технология сварочного производства» для студентов экономических специальностей
ФЭиМ и ВЗФ и студентов специальности 150202 – «Оборудование и технология сварочного производства»
Составитель Томас Константин Иосипович
Подписано к печати 18.09.2007 г.
Формат 60х84/16. Бумага офсетная.
Плоская печать. Усл. печ. л. 0,7. Уч. – изд. л. 0,63.
Тираж 50 экз. Заказ 753. Цена свободная.
ИПЛ ЮТИ ТПУ Ризограф ЮТИ ТПУ.
652000, Юрга, ул. Московская, 17.
12