Сварка

Содержание

 Введение………………………………………………………………………..3

1. Общие понятия о свариваемости……………………………………………5

2. Электрическая сварочная дуга……………………………………………....7

3. Требования к источникам питания  сварочной дуги……………………….11

4. Ручная электродуговая сварка. Классификация……………………………13

5. Расчет ручной дуговой сварки (соединение встык)………………………..16

6. Расчет ручной дуговой сварки (тавровое соединение)…………………….19

7. Автоматическая сварка под  флюсом. ………………………………………20

8. Расчет режимов автоматической  сварки под флюсом……………………..22

9. Техника безопасности при выполнении  электросварочных работ………..27

Список литературы………………………………………………………………29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В решение  задач научно- технического прогресса  важное место принадлежит сварке. Сварка является технологическим процессом, широко применяемая практически  во всех отраслях народного хозяйства. С применением сварки создаются  серийные и уникальные машины. Сварка внесла коренные изменения в конструкцию  и технологию производства многих изделий. При изготовлении металлоконструкций, прокладке трубопроводов, установке  технологического оборудования, на сварку приходится четвертая часть всех строительно-монтажных работ.

Физическая  сущность процесса сварки заключается  в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; 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 сварка, 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.). Свариваемость  — свойство металла или сочетания  металлов образовывать при установленной  технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Основным  видом сварки является дуговая сварка.

Основоположниками сварки являются русские  ученые и инженеры - В.В. Петров, Н.Н. Бенардос и Н.Г.Славянов. В 1802г. профессор физики Петров открыл и наблюдал дуговой разряд от построенного им мощного «вольтового столба». Этот столб или батарея был самым мощным источником электрического тока того времени. В то время электротехника только начинала создаваться, и открытие Петровым дугового разряда значительно опередило свой век.

Однако, несмотря на первоначальные успехи русских изобретателей  в деле разработки и внедрения  дуговой сварки, к началу XX века страны Европы опередили Россию.

Только после  революции 1917г. сварка получила интенсивное  развитие в нашей стране.

Фундаментальные исследования по разработке новых процессов  и технологии сварки проводятся в  ряде научно-исследовательских организациях, ВУЗах и крупных предприятиях судостроительной, авиационной, нефтехимической, атомной и других.

На современном  этапе развития сварочного производства в связи с развитием научно-технической  революции резко возрос диагноз  свариваемых толщин, материалов, видов  сварки. В настоящее время сваривают  материалы толщиной от  несколько  микрон (в микроэлектронике) до нескольких метров (в тяжелом машиностроении).

В данной курсовой работе будут рассмотрены два  вида сварки: ручная электродуговая сварка и автоматическая сварка под слоем  флюса. Описаны теоретические основы этих способов сварки и проведены практические расчеты режимов сварки стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых соединений, подобраны флюсы для материала Сталь 3 ГОСТ 380 – 88 с толщенной листа 11 мм.

1. Общие понятия о свариваемости

Под   свариваемостью понимают    совокупность  технологических   характеристик основного   металла,   определяющих его реакцию на термический  цикл    сварки, и способность  при принятом технологическом процессе обеспечивать надежное  и  долговечное  в  эксплуатации    сварное  соединение.   Свариваемость  не является   неотъемлемым   свойством   металла или сплава, подобным физическим свойствам, она определяется способом и режимом сварки, составом присадочного металла и сварочных  материалов,  конструкцией   сварного  узла   и   условиями   эксплуатации изделия.

Отношение металла  к конкретному способу сварки и режиму принято считать технологической  свариваемостью. Физическая свариваемость  определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, в результате     которых  образуется неразъемное сварное   соединение.

Свариваемость — свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. В сварочной практике существуют такие понятия, как физическая и технологическая свариваемость.

Физическая  свариваемость подразумевает возможность  получения монолитных сварных соединений с химической связью. Такой свариваемостью обладают практически все технические  сплавы и чистые металлы, а также  ряд сочетаний металлов с неметаллами.

Технологическая свариваемость — это характеристика металла, определяющая его реакцию  на воздействие сварки и способность  образовывать сварное соединение с  заданными эксплуатационными свойствами. В этом случае свариваемость рассматривается  как степень соответствия свойств сварных соединений одноименным свойствам основного металла или их нормативным значениям.

Определение свариваемости по ГОСТ 29273-92: металлический  материал считается поддающимся  сварке до установленной степени  при данных процессах и для  данной цели, когда сваркой достигается  металлическая целостность при  соответствующем технологическом  процессе, чтобы свариваемые детали отвечали техническим требованиям, как в отношении их собственных  качеств, так и в отношении  их влияния на конструкцию, которую  они образуют. 

  Свариваемые металлы могут иметь как одинаковые, так и различные химический состав и свойства. В первом случае это однородные с точки зрения химического состава и свойств металлы, во втором случае – разнородные.

Все однородные металлы обладают физической свариваемостью.

Свойства  разнородных металлов иногда не в  состоянии обеспечить протекание необходимых  физико – химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают физической свариваемостью.

По свариваемости  стали подразделяют на четыре группы:

- хорошо сваривающиеся;

- удовлетворительно сваривающиеся; 
- ограниченно сваривающиеся;

- плохо сваривающиеся.

Склонность  к образованию трещин и механические свойства сварного соединения являются основными признаками, которые характеризуют  свариваемость сталей. Применение различных технологических процессов ведения сварки и обработки изделий как до, так и после сварки зависит от группы свариваемости.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Электрическая сварочная дуга

Электрическая дуга представляет собой один из видов  электрических разрядов в газах, при котором наблюдается прохождение электрического тока через газовый промежуток под воздействием электрического поля. Электрическую дугу, используемую для сварки металлов, называют сварочной дугой. Дуга является частью электрической сварочной цепи, и на ней происходит падение напряжения. При сварке на постоянном токе электрод, подсоединенный к положительному полюсу источника питания на переменном токе, каждый из электродов является попеременно то анодом, то катодом.

Промежуток  между электродами называют областью дугового разряда или дуговым  промежутком. Длину дугового промежутка называют длиной дуги. В обычных  условиях при низких температурах газы состоят из нейтральных атомов и  молекул и не обладают электрической  проводимостью. Прохождение электрического тока через газ возможно только при  наличии в нем заряженных частиц - электронов и ионов. Процесс образования  заряженных частиц газа называют ионизацией, а сам газ - ионизованным. Возникновение  заряженных частиц в дуговом промежутке обусловливается эмиссией (испусканием) электронов с поверхности отрицательного электрода (катода) и ионизацией находящихся  в промежутке газов и паров. Дуга, горящая между электродом и объектом сварки, является дугой прямого действия. Такую дугу принято называть свободной  дугой в отличие от сжатой, поперечное сечение которой принудительно  уменьшено за счет сопла горелки, потока газа, электромагнитного поля. Возбуждение дуги происходит следующим  образом. При коротком замыкании  электрода и детали в местах касания  их поверхности разогреваются. При  размыкании электродов с нагретой поверхности  катода происходит испускание электронов - электронная эмиссия. Выход электронов в первую очередь связывают с  термическим эффектом (термоэлектронная эмиссия) и наличием

у катода электрического поля высокой  напряженности (автоэлектронная эмиссия). Наличие электронной эмиссии с поверхности катода является непременным условием существования дугового разряда.

По длине  дугового промежутка дуга разделяется  на три области: катодную, анодную  и находящийся между ними столб  дуги. Катодная область включает в  себя нагретую поверхность катода, называемую катодным пятном, и часть  дугового промежутка, примыкающую к  ней.

Протяженность катодной области мала, но она характеризуется  повышенной напряженностью и протекающими в ней процессами получения электронов, являющимися необходимым условием для существования дугового разряда. Температура катодного пятна  для стальных электродов достигает 2400 - 2700°С. На нем выделяется до 38% общей  теплоты дуги.                    

Основным физическим процессом  в этой области является электронная  эмиссия и разгон электронов. Падение  напряжения в катодной области U_к составляет порядка 12 - 17 В. Ток в анодной области определяется потоком электронов, идущих из столба дуги. Анодное пятно является местом входа и нейтрализации свободных электронов в материале анода. Оно имеет примерно такую же температуру, как и катодное пятно, но в результате бомбардировки электронами на нем выделяется больше теплоты, чем на катоде. Анодная область также характеризуется повышенной напряженностью. Падение напряжения в ней U_к составляет порядка 2 - 11 В. Протяженность этой области также мала.

         Столб дуги занимает наибольшую протяженность дугового промежутка, расположенную между катодной и анодной областями. Основным процессом образования заряженных частиц здесь является ионизация газа. Этот процесс происходит в результате соударения заряженных (в первую очередь электронов) и нейтральных частиц газа. При достаточной энергии соударения из частиц газа происходит выбивание электронов и образование положительных ионов.

Такую ионизацию называют ионизацией соударением. Соударение может произойти и без ионизации, тогда энергия соударения выделяется в виде теплоты и идет на повышение температуры дугового столба. Образующиеся в столбе дуги заряженные частицы движутся к электродам: электроны - к аноду, ионы - к катоду. Часть положительных ионов достигает катодного пятна, другая же часть не достигает и, присоединяя к себе отрицательно заряженные электроны, становятся нейтральными атомами. Такой процесс нейтрализации частиц называют рекомбинацией. В столбе дуги при всех условиях горения ее наблюдается устойчивое равновесие между процессами ионизации и рекомбинации. В целом столб дуги не имеет заряда. Он нейтрален, так как в каждом сечении его одновременно находятся равные количества противоположно заряженных частиц. Температура столба дуги достигает 6000 - 8000°С и более. Падение напряжения в нем U_с изменяется практически линейно по длине, увеличиваясь с увеличением длины столба. Падение напряжения зависит от состава газовой среды и уменьшается с введением в нее легко ионизующихся компонентов. Такими компонентами являются щелочные и щелочно-земельные элементы (Са, Na, К и др.). Общее падение напряжения в дуге U_Д = U_к + U_а + U_с. Принимая падение напряжения в столбе дуги в виде линейной зависимости, его можно представить формулой

U_с = Е

l_с

 где Е - напряженность по длине,

 l_с - длина столба.

Значения  U_к, U_а, Е практически зависят лишь от материала электродов и состава среды дугового промежутка и при их неизменности остаются постоянными при разных условиях сварки. В связи с малой протяженностью катодной и анодной областей можно считать практически l_с = l_д. Тогда получается выражение показывающее, что напряжение дуги прямым образом зависит от ее длины:

U_д = a + bl_д

где а = U_к + U_а;

 b = Е.

Непременным условием получения качественного  сварного соединения является устойчивое горение дуги (ее стабильность). Под  этим понимают такой режим ее существования, при котором дуга длительное время  горит при заданных значениях  силы тока и напряжения, не прерываясь и не переходя в другие виды разрядов. При устойчивом горении сварочной  дуги основные ее параметры- сила тока и напряжение- находятся в определенной взаимозависимости. Поэтому одной из основных характеристик дугового разряда является зависимость ее напряжения от силы тока при постоянной длине дуги. Графическое изображение этой зависимости при работе в статическом режиме (в состоянии устойчивого горения дуги)называют статической вольтамперной характеристики дуги.