IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В данной работе проведено экспериментальное определение технологических коэффициентов, позволяющих оценивать режимы ручной дуговой сварки

Цель исследования:

Определить оптимальное значение сварочного тока при ручной дуговой сварке

Объект исследования – процессанализа технологических коэффициентов, позволяющих оценивать режимы ручной дуговой сварки в учреждении профессионального образования.

Предмет исследования - сварочная мастерская, оборудование и приспособления.

Задачи:

Произвести эксперимент по наплавке пластин с использованием электродов одинакового диаметра и марки, при 3-х значениях сварочного тока.

Произвести расчет технологических коэффициентов при использованных режимах сварки

Построить графики зависимости технологических коэффициентов от силы сварочного тока.

Сформулировать вывод о том, какой из изученных режимов является оптимальным.

Основные методы исследования: поиск, эксперимент, сравнительный анализ.

При ручной дуговой сварке стали покрытыми электродами возбуждение дуги осуществляется за счет короткого замыкания электрода на изделие. Для этого сварщик на мгновение касается электродом свариваемого изделия (или «чиркает» по его поверхности), затем отводит электрод от изделия. В этот момент и происходит зажигание дуги.

Область применения процесса – сварка стальных изделий с короткими и прерывистыми швами различной конфигурации, когда применение автоматизированных процессов сварки затруднено.

В данной работе для выбора оптимальных режимов и сравнительной оценки различных процессов сварки, экспериментальным путем рассмотрена проблема определения оптимального значения сварочного тока, при котором достигаются максимальная производительность сварки и минимальные потери электродного металла.

Произведен эксперимент по наплавке трех пластин с использованием электродов одинакового диаметра и марки, при 3-х значениях сварочного тока 40 А, 60 А, 80 А, проведен расчет технологических коэффициентов,

1) коэффициент расплавления - расплавление присадочного металла

2) коэффициент наплавки; характеризующий производительность процесса сварки

3) коэффициент потерь электродного металла, представляющий потери электродного металла на разбрызгивание, испарение и окисление.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Электрическая сварочная дуга, ее характеристики

Источником тепла, необходимого для расплавления металла при дуговой сварке, является электрическая дуга. Дуга представляет собой мощный стабильный электрический разряд в ионизированной атмосфере газов и паров металла].

 

Рис. 1. Схема подключения

источника сварочного тока

при прямой полярности

При ручной дуговой сварке стали покрытыми электродами возбуждение дуги осуществляется за счет короткого замыкания электрода на изделие. Для этого сварщик на мгновение касается электродом свариваемого изделия (или «чиркает» по его поверхности), затем отводит электрод от изделия. В этот момент и происходит зажигание дуги.

 

Данный вид сварки выполняется на постоянном или переменном токе. При сварке на постоянном токе применяют прямую и обратную полярность. Если минус источника питания сварочного тока подключить к сварочному электроду, а плюс – к свариваемому изделию (рис. 1), такая полярность называется прямой.

Если подключение полюсов источника питания электрической дуги выполняется наоборот, такая полярность считается обратной.

При выборе полярности необходимо учитывать неравномерность распределения тепловой энергии в различных зонах дуги. Так, в зоне катода выделяется около 36 % тепла, в зоне анода – примерно 43 %. Остальная тепловая энергия выделяется в наиболее протяженной части дуги – столбе дуги, расположенном между катодом и анодом. В этих условиях температура в зоне катода составляет около 2800-3200 ⁰К, в зоне анода – примерно 3200-3400 ⁰К, а у оси столба дуги – около 6000-8000 ⁰К.

При выборе источника питания дуги необходимо знать его внешнюю характеристику. Под внешней характеристикой источника питания дуги понимают зависимость напряжения, вырабатываемого источником, от силы сварочного тока.

Режим ручной дуговой сварки характеризуется следующими основными параметрами: диаметром электрода d и силой сварочного тока I.

1.2.Краткая характеристика процесса

Область применения процесса – сварка стальных изделий с короткими и прерывистыми швами сложной конфигурации, когда применение автоматизированных процессов сварки затруднено.

Достоинствами данного вида сварки являются: 1) возможность проведения сварки в любом пространственном положении (нижнем, вертикальном, потолочном), что особенно важно при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы; 2) универсальность по маркам свариваемых материалов.

К недостаткам ручной дуговой сварки следует отнести: 1) трудности, связанные со сваркой тонких листовых заготовок (толщиной менее 1-2 мм); 2) невысокую производительность; 3) значительную зависимость качества сварного шва от квалификации сварщика; 4) длительный срок обучения сварщика высокой квалификации (1-1,5 года).

1.3.Технологические коэффициенты при ручной дуговой сварке стали

Для выбора оптимальных режимов сварки и сравнительной оценки различных процессов сварки проводится расчет технологических коэффициентов.

Для анализа технико-экономических показателей ручной дуговой сварки стали покрытыми электродами определяются следующие технологические коэффициенты: 1) коэффициент расплавления; 2) коэффициент наплавки; 3) коэффициент потерь электродного металла.

Коэффициент расплавления представляет собой массу электродного металла в граммах, расплавленного за 1 ч горения дуги, отнесенную к силе тока, равной 1 А:

,

где Q_р – масса расплавленного металла электрода, г; I_св – сила сварочного тока, А; t – время сварки, с.

При расчете этого коэффициента массу расплавленного электрода определяют в граммах по формуле

,

где d – диаметр стального стержня электрода, см;  – удельная масса металла электрода, г/см³; =(d²)/4 – масса одного погонного сантиметра стержня, г; l₁ – длина электрода до сварки, см; l₂ – длина огарка, см. Для стержня диаметром d=4 мм масса погонного сантиметра стержня=0,98 г/см.

Коэффициент наплавки показывает количество металла электрода в граммах, наплавленного на свариваемое изделие за 1 ч горения дуги, отнесенное к силе тока, равной 1 А:

,

где Q_н – масса наплавленного на изделие металла электрода, г; I_св – сила сварочного тока, А; t – время сварки, с.

Здесь масса наплавленного на изделие электрода Q_н определяется путем взвешивания изделия (пластины, на которую наплавляется металл) до и после сварки:

Q_н = G₁ – G₂,

где G₁– масса пластины до сварки, г; G₂– масса пластины после сварки, г.

Перед взвешиванием пластины, на которую наплавлен валик сварного шва, необходимо ударами слесарного инструмента (молотка или зубила) удалить слой шлака с поверхности сварного шва. Во время удаления шлака необходимо пользоваться защитными очками и галицами.

Коэффициент потерь электродного металла представляет отношение количества электродного металла, потерянного при сварке на окисление, разбрызгивание и испарение, ко всей массе расплавленного металла электрода:

,

где Q_р – масса расплавленного металла электрода, г; Q_н – масса наплавленного на изделие металла электрода, г.

Величина рассмотренных технологических коэффициентов зависит от электрода и выбранного режима сварки и определяется опытным путем.

2. ПРаКТИЧЕСАЯ ЧАСТЬ.Определение технологических коэффициентов

и выбор оптимального режима сварки

2.1. Оборудование, инструмент и приспособления для проведения

эксперимента

1. Сварочный пост для ручной дуговой сварки.

2. Источник питания сварочной дуги.

3. Аналитические весы.

4. Масштабная линейка.

5. Сварочные электроды Д=3мм, LB52U

6. Стальные пластины (под наплавку): сталь 3,толщиной 3мм..

7. Защитные маски, защитные очки.

8. Слесарный молоток.

9. Плоскогубцы.

10. Секундомер.

2.2. Порядок выполнения экспериментальной части работы

1.Подготовка пластин из низколегированной стали для каждой наплавки: очистка от грязи, окалины.

2.Взвешиванием определяем массу каждой пластины до наплавки.

3. Измеряем длину каждого электрода

4. Производим наплавку всех пластин на выбранных режимах:

1-ю пластину наплавляем при 40 А;

2-ю пластину наплавляем при 60 А;

3-ю пластину наплавляем при 80 А.

5. Измеряем длину полученных после наплавки огарков электродов.

6. После наплавки пластины охлаждаем под краном проточной холодной воды, после просушки пластины ударами слесарного молотка удаляем с поверхности пластины шлак и брызги застывшего металла.

7. Взвешиванием определяем массу пластин после наплавки.

8. Производим расчет технологических коэффициентов при использованных режимах сварки, данные занести в табл. 2.

Таблица 2. Результаты эксперимента

№ опыта	II, А	t, с	Длина электрода, см			Qр, г		Масса пластины, г			Qн, г		р, г/Ач		н, г/Ач		, %
			l1	l2	G1			G2
1	40	60	35	22	7.15		644		656	12		10,67		17,9		0,1
2	60	36	35	21	12,61		604		614	10		12,66		16,4		0,23
3	80	33	35	16	14,25		630		630	16		14,25		21,81		0,4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного эксперимента выявлено, что с увеличением сварочного тока до 60 А (оптимального), производительность процесса возрастает за счет стабильного горения дуги; коэффициента расплавления электрода 12.66 г/А*ч, коэффициента наплавки 16.44 г/А*ч, увеличение потерь на разбрызгивание равно 0.23%, т.е. при увеличении скорости плавления электрода, увеличивается глубина проплавления металла.

Сварка при значениях тока выше оптимального, до 80 А- приводит к снижению производительности процесса, так как увеличиваются потери на окисление и испарение электродного металла вследствие повышения температуры в зоне горения дуги, возможны прожоги металла, коэффициент расплавления электрода 14.25 г/А*ч, коэффициент наплавки 21.82, увеличения потерь на разбрызгивание 0.4%

Сварка при меньших значениях тока 40 А имеет более низкую производительность процесса вследствие снижения интенсивности расплавления электрода 10,67 г/А×ч и коэффициент наплавки 16.44 г/А×ч увеличения потерь на разбрызгивание 0.1% расплава в результате нестабильного (прерывистого) горения дуги, при этом, свариваемый металл проплавляется хуже.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ПУТЕМ УСТАНОВЛЕНО:

чем больше ток, тем выше производительность процесса сварки. Однако при значительном увеличении сварочного тока электрод может быстро нагреваться, что резко понизит качество сварного шва, так как металл шва и зона сплавления основного металла будут перегреты, а перегрев электрода, увеличивает разбрызгивание металла.

ОПТИМАЛЬНЫМ РЕЖИМОМ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ ЯВЛЯЕТСЯ СВАРОЧНЫЙ ТОК 60 А .

Полученные результаты имеют рекомендательный характер использования в производственном обучении для подготовки квалифицированных рабочих в учреждениях профессионального образования.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Акулов А. И. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки / А. И. Акулов, В. П. Алехин, С. И. Ермаков и др.; Под ред. А. И. Акулова. – М.: Машиностроение, 2003. – 560 с.

2. Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов машиностроит. спец. вузов / Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин и др.; Под ред. Г. П. Фетисова. – М.: Высшая школа, 2001. – 638 с.

3. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей вузов / Под общ. ред. А. М. Дальского. – М.: Машиностроение, 1985. – 448 с.

4.http://rosswarka.ru/

5. Погребная И.А. Проблема кавитации в нефтегазопромысловом оборудовании. Статья.

Опыт, актуальные проблемы и перспективы развития нефтегазопромыслового комплекса. Материалы 5 региональной научно-практической конференции обучающихся ВО, аспирантов и ученых. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. – с. 368-372

 

11

 

Код для цитирования: Скопировать