Лабораторна робота № 5 зварювання в середовищі захисних газів. Дослідження параметрів режиму і їх впливу на формування шва

5.1 Мета роботи

1) Вивчити будову і роботу обладнання для зварювання в середовищі захисних газів.

2) Ознайомитися з технологією зварювання в середовищі захисних газів.

3) Дослідити залежність геометричних розмірів шва від параметрів режиму зварювання.

4) Визначити коефіцієнти розплавлення, наплавлення і втрат електродного металу в залежності від величини зварювального струму.

В результаті виконання лабораторної роботи студенти повинні знати та вміти:

- марки і призначення зварювальних матеріалів;

- особливості фізико-металургійних процесів при зварці в захисних газах;

- вимори до зварювальних матеріалів;

- технологію зварювання в захисних газах;

- будову і роботу обладнання для зварки в середовищі захис­них газів.

- зібрати зовнішню електричну схему установки і підготовити її до роботи;

- підібрати режим зварювання;

- відрегулювати обладнання на заданий режим зварки;

- зварити контрольний шов;

- визначити-коефіцієнт розплавлення, наплавлення і втрат електродного металу;

- за результатами роботи зробити висновки про вплив пара­метрів режиму зварювання на формування і якість шва.

5.2 Основні теоретичні положення

Застосування захисних газів почалося разом а винаходом дугового зварювання, але при ручному зварюванні штучним електродом позитивних результатів одержати не вдалося, тому захисні гази використовують лише при механізованому зварюванні.

Спосіб газового захисту полягає в тому, що в зону дуги безперервно подається струмінь захисного газу, менш шкідливого, ніж повітря, яке визиває хрупкість наплавленого металу. Схема приведена на рис. 5.1.

1 - зварювальна ванна; 2 - електродний дріт; 3 - зварювальне сопло; 4 - газовий захист; 5 - зварювальний метал; 6 - зварювальний шов.

Рисунок 5.1 - Схема зварювання в середовищі захисних газів

На початку 50-х років групою працівників ЦНДІТМашу під ке­рівництвом К.В. Любавського був розроблений важливий промисловий спосіб зварювання в вуглекислому газі, котрий одержав широке розповсюдження в багатьох країнах світу. Підготовка кромок рис. 5.2.

Рисунок 5.2 - Підготовка кромок для зварювання в середовищі захисних газів

Вуглекислий газ, забезпечуючи захист зварювальної ванни від впливу повітря, разом з тим є окислюючим середовищем в результаті дисоціації в зоні високих температур дуги:

С О₂ СО+1/2О₂-Q

Витрата енергії на дисоціацію газу складає 20...25 % від загальних витрат енергії в дузі.

В такому випадку, не дивлячись на надійний захист зварювальної ванни від азоту повітря, виникає необхідність запобігання окис­лення металу зварювальної ванни і вигорання вуглецю, кремнію, марганцю і інших легуючих елементів, як це має місце при зварюванні вуглецевим дротом типу Св-08.

Окислення заліза в області високих температур в зварювальній ванні може відбуватися двома шляхами: безпосередньо вуглекислим газом і киснем, що утворюється в результаті дисоціації, а також випадково попадаючим в зварювальну ванну:

C O₂+[Fe] CO+[FeO]; O₂+2[Fe] 2[FeO]

Утворений окис заліза в рідкому металі ванни реагує з елементами і утворює з ними шлаки і гази.

При зварюванні в середовищі вуглекислого газу в швах можуть утворюватися газові пори.

Для запобігання поро утворення при зварці в СО₂ в зварювальну ванну вводять розкислювачі або через зварювальний дріт, або через спеціальний захисно-легуючий флюс. При зварюванні в середовищі СО₂ використовують зварювальний дріт з підвищеним вмістом марганцю і кремнію типу Св-08ГСА, Св-08Г2СА і ін.

Механічні властивості зварювальних об’єднань, виконаних в середовищі вуглекислого газу, не поступаються властивостям з’єднань, зварених під флюсом.

Процес зварки плавким електродом у вуглекислому газі характеризуються наступними особливостями:

1) Для забезпечення стабільності горіння дуги, зменшення розбризкування і покращення формування шва необхідно, щоб роз­плавлений метал переходив з електроду в зварну ванну у вигля­ді дрібних капель.

Використання для зварювання тонкого дроту (0,8...2мм) і високої щільності струму (75...300 А/мм²) забезпечує дрібно-крапельний перенос.

2) В даний час використовується зварка постійним струмом, на оберненій полярності, при якій забезпечується стабільне го­ріння дуги, зменшується розбризкування металу і якісне форму­вання шва.

Пряму полярність застосовують при наплавочних роботах і виправленні дефектів литва.

Найбільша стабільність зварки забезпечується при вико­ристанні джерел живлення з жорстокою і зростаючою характеристикою (ПСГ-350, ПСГ-500 і ін.) (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 - Вольт-амперна характеристика джерела

3) Продуктивність процесу зварки на оберненій полярності вища продуктивності зварки лід флюсом.

4) При зварюванні на прямій полярності коефіцієнт наплавлення зростає, а глибина проплавлення зменшується. В резуль­таті цього доля основного металу в шві значно менша.

5) Збільшення напруги на дузі призводить до зменшення коефіцієнтів розплавлення і наплавлення за рахунок росту втрат тепла подовженою дугою і втрат металу на збільшення вигорання і розбризкування. При цьому погіршується хімічний склад на­плавленого металу внаслідок вигорання легуючих елементів і насичення металу киснем і азотом.

6) Зі збільшенням витрат газу коефіцієнти розплавлення і наплавлення знижуються за рахунок інтенсивного охолодження дуги. При зварюванні застосовують витрати газу порядком 900...1500 л/год.

7) Із збільшення вильоту електроду зростає продуктивність зварки за рахунок попереднього підігріву електродного дроту струмом. При цьому може погіршитися захист зони зварювання га­зом.

Переваги зварки в СО₂: висока продуктивність, низька вартість, невелика чутливість до ржавіння, можливість спос­тереження за процесом зварки, можливість автоматичного і напів­автоматичного зварювання без застосування будь-яких флюсо (метало) утримуючих пристроїв.

В трубопровідному будівництві використовують напівавтомати і автомати для зварювання плавким дротом типу А-537, А-547, А-1197, А-І230М, СГУ-301 і ін.

Зварювальний струм визначають за формулою:

(5.1)

діаметр електродного дроту, мм;

Напруга на дузі при газоелектричній зварці

(5.2)

Зварювання проводять короткою дугою. Довжина дуги при струмах 200...500 А повинна бути в межах 1,5...4 мм.

Відстань від сопла пальника до зварюваного метолу підтримують з межах 10...25 мм. При цьому забезпечується надійний захист і незначне забризкування сопла.

Тиск вуглекислого газу встановлюють рівним 0,1...0,2 МПа, витрати газу при нормальних умовах 15…20 л/хв.

При автоматичному режимі зварки в середовищі вуглекис­лого газу зварювальний струм визначають за формулою:

(5.3)

де коефіцієнт розплавлення електродного дроту, г/А год.;

коефіцієнт теплопровідності сталі, І/°С;

температура нагріву вильоту електроду, 400 °С;

виліт електроду, мм;.

діаметр електродного дроту, мм.

Швидкість подачі електродного дроту визначається за формулою:

(5.4)

де – площа поперечного перерізу електродного дроту, см²; густина наплавленого металу, кг/см³.