Файл: теория к мат_лаб7.doc

Лабораторная работа №7

Электрическая дуговая сварка металлов

Цель работы: ознакомление с исходными материалами, оборудованием, выбором режима сварки и методикой проведения электросварочных работ.

Общие сведения

Электродуговая сварка ‑ процесс получения неразъемного соединения за счет расплавления и совместной кристаллизации двух свариваемых материалов.

При сварке плавлением расплавленный металл свариваемых деталей и присадочного металла образует общую сварочную ванну. В процессе охлаждения происходит общая кристаллизация сварочной ванны; металл шва приобретает литую структуру.

Электрическая дуга ‑ источник тепла при сварке

При дуговой сварке источником нагрева служит электрическая дуга, представляющая собой стационарный разряд в газах. Сварочная дуга характеризуется высокой температурой и большим током в зоне разряда.

При дуговой сварке разряд возникает между свариваемым (основным) металлом и специальным стержнем (электродом) или между двумя электродами (рис. 1.).

В том случае, когда дуга горит между металлом и электродом, для нагрева и плавления используется теплота, выделяемая в столбе дуги, а также на катодном и анодном пятнах. Этот способ называется сваркой дугой прямого действия, или зависимой дугой (рис. 1, а). Сварку дугой прямого действия производят как без присадочного металла, так и с присадочным металлом, вводим в дугу или укладываем в разделку между кромками.

В том случае, когда дуга горит между двумя электродами, для расплавления основного металла используется теплота, выделяемая в столбе дуги, соприкасающемся с поверхностью свариваемого изделия (рис. 1, б). Этот способ называется сваркой косвенной, или зависимой дугой, применяется относительно редко.

В зависимости от рода тока_, характера воздействия дуги на свариваемый металл, материала электрода, способа и вида защиты дуги и зоны сварки от взаимодействия с воздухом, степени механизации процесса дуговая сварка разделяется на несколько разновидностей.

При использовании дуги прямого действия различают сварку неплавящимся (угольным, графитовым, вольфрамовым) электродом (способ Бенардоса) и плавящимся металлическим электродом, по составу близким свариваемому металлу (способ Славянова). При сварке плавящимся электродом (рис. 2, а) шов образуется за счет расплавления основного металла и металла плавящегося электрода. В качестве электродов применяют сварочные проволоки, ленты или свернутую в трубку ленту, внутри которой находится минеральный заполнитель, служащий для защиты и легирования металла шва. При сварке неплавящимся электродом (рис. 2, б) шов образуется за счет плавления только основного или основного и присадочного металла, вводимого в зону сварки.

---

а б

Рис.1. Схемы электрической дуговой сварки: а ‑ сварка дугой прямого действия, или зависимой дугой; б ‑ сварка косвенной, или независимой дугой.

а б

Рис.2. Способы сварки дугой прямого действия:

а – по Славянову; б – по Бенардосу.

Сварку неплавящимся вольфрамовым электродом производят в защитных инертных газах (аргон, гелий), предохраняющих зону сварки от взаимодействия с воздухом. Для питания дуги применяют постоянный и переменный ток. Сварку угольным электродом производят только на постоянном токе.

---

Электроды для ручной электросварки

При ручной сварке используют электроды, изготовленные из сварочной проволоки диаметром 2‑8 мм, длиной до 450 мм, на поверхность которой нанесены различные покрытия: тонкое (меловое), назначение которого является стабилизация горения дуги, или толстое, служащее для защиты и легирования металла сварочного шва и стабилизации горения дуги.

При дуговой сварке электродами со стабилизирующим тонким покрытием возможно взаимодействие находящегося в расплавленном состоянии металла сварочной ванны с кислородом и азотом воздуха, что приводит к изменению химического состава и ухудшению механических свойств и коррозионной стойкости швов. Поэтому такое покрытие электрода применяют только при производстве неответственных сварных конструкций.

Наибольшее распространение получила ручная сварка качественными электродами с толстым покрытием. В состав покрытия обычно входят:

1. Ионизирующие вещества для снижения эффективного потенциала ионизации. Это обеспечивает стабильное горение дуги. В качестве ионизирующих компонентов в покрытия входят такие вещества, как мел (СаСО₃), поташ (К₂СО₃), углекислый барий (ВаСО₃), мрамор, полевой шпат и др.

2. Газообразующие вещества, которые при сварке разлагаются или сгорают, выделяя большое количество газов, создающих в зоне дуги газовую оболочку. Благодаря этой оболочке металл шва предохраняется от воздействия атмосферного кислорода и азота. Такими газообразующими веществами являются крахмал, древесная мука, целлюлоза и др.

3. Раскисляющие вещества, которые обладают большим сродством к кислороду и поэтому восстанавливают металл шва. Раскислителями служат ферросплавы, алюминий, графит и др.

4. Шлакообразующие вещества, создающие шлаковую защиту расплавленного металла шва и капель электродного металла, проходящих через дуговой промежуток. Кроме того, шлаки активно участвуют в металлургических процессах при сварке и обеспечивают получение качественного шва. В качестве шлакообразующих веществ применяют полевой шпат (К₂О·АlО₃·6SiO₂), кварц (SiO₂), мрамор, рутил (TiО₂), марганцевая руда и др.

5. Легирующие вещества, которые в процессе сварки переходят из покрытия в металл шва для придания ему тех или иных качеств. Хорошими легирующими веществами являются ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферротитан. Реже применяют различные окислы металлов (Cu, Cr и др.).

---

6. Связующие вещества, предназначенные, во-первых, для замеса всех компонентов покрытия в виде пасты, и, во-вторых, для связывания пасты на сердечнике электрода и придания определенной прочности после высыхания покрытия. Таким веществом является жидкое стекло.

Схема сварки металлическим электродом с толстым покрытием показана на рис.

Рис.3

Электрическая дуга 8 горит между стержнем 7 электрода и основным металлом 1. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну 9. Вместе со стержнем плавится покрытие 6 электрода, образуя газовую защитную атмосферу 5 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере перемещения дуги сварочная ванна затвердевает, и образуется сварочный шов 3. Жидкий шлак по мере остывания образует на поверхности шва твердую шлаковую корку 2, которая легко удаляется впоследствии.

Качественные покрытия разделяют на четыре основных группы:

Рудно-кислые покрытия, содержащие руды в виде окислов железа и марганца, а также раскислители в виде ферросплавов. Эта группа покрытий обозначается буквой P.

Рутиловые покрытия, основным компонентом которых является рутил (TiO₂). В состав рутиловых покрытий входит ферромарганец, полевой магнезит и др. Эта группа обозначается буквой Т.

Органические покрытия, содержащие главным образом органические компоненты, а также ферромарганец и ферросилиций. Эта группа обозначается буквой О.

Фтористо-кальциевые покрытия составлены на основе плавкого шпата (СаF₂) и мрамора. В качестве раскислителей покрытие содержит ферротитан, ферромарганец и ферросилиций. При сварке можно получить металл шва заранее заданного химического состава с хорошими механическими свойствами. В эту группу входят покрытия типа УОНИ‑13. Группа обозначается буквой Ф.

Требования, предъявляемые к металлическим (плавящимся) электродам для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей, изложены в ГОСТ 9466-75. Электроды разделены на 15 типов по механическим свойствам металла шва и сварочного соединения.

---

Тип электрода обозначается буквой Э и цифрой, указывающей гарантируемый предел прочности металла шва в кг/мм². Буква А в обозначении указывает, что металл шва, наплавленный этим электродом, имеет повышенные пластические свойства.

Каждому типу электрода соответствует несколько марок электродов. Марка электрода – это его промышленное обозначение, как правило, характеризующее стержень и покрытие. Условное обозначение электродов по ГОСТ 9466-75 должно включать марки и тип электрода, диаметр стержня, тип (группу) покрытия и номер ГОСТа. Например, ЦМ-7-Э42-6, О-Р ГОСТ 9466-75.

---