Автоматическая дуговая сварка и её разновидности

Федеральное агентство по образованию

Сибирский Государственный Аэрокосмический  Университет

имени академика  М.Ф. Решетнёва 
 
 
 
 

кафедра СЛА 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

по тепловым процессам в сварочном производстве

на тему:

«Автоматическая дуговая сварка

и её разновидности» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

студент гр. ТС-71

Лецковник Анна 
 

Проверил:

преподаватель

Коновалов Ю.И. 
 
 
 

Красноярск  – 2009 год

      Содержание: 

1. Введение………………………………………………………………3
2. Автоматы с постоянной скоростью подачи электрода………….…7
3. Установки для автоматической дуговой сварки…………………..10
4. Дуговая сварка порошковыми проволоками…………..………………………………………11
5. Техника сварки……………………………………………………….…12
6. Сварка под флюсом…………………………………………………14
7. Зависимости от способа дуговой сварки………………………..…16
8. Сварка в среде защитных газов…………………………………….18

9. Общие требования для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом………………………………………………………….......19

10. Заключение………………………………………………………...…21
11. Используемая литература……………………………………………22

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Введение 

      Для осуществления автоматической сварки требуется целый комплекс машин, механизмов и приспособлений, составляющих автоматическую установку для дуговой сварки. Устройство, производящее зажигание дуги, подачу электродов по мере сгорания и обеспечивающее устойчивое горение дуги, называется автоматической головкой для дуговой сварки, или дуговым автоматом. Наиболее важное промышленное значение имеют автоматы для сварки плавким металлическим электродом. Вместо отдельных коротких электродов, применяемых в процессе ручной сварки, при автоматической сварке используется электродная проволока большой длины, в мотках или бухтах, сматываемая механизмом автомата и подаваемая в зону дуги по мере ее плавления.

                   Проволока подается через передаточный механизм и ведущие ролики небольшим приводным электродвигателем автомата. Пройдя ведущие ролики, а также часто и правильный механизм, устраняющий кривизну и придающий сматываемой с бухты проволоке прямолинейность, она поступает в мундштук или токоподвод автомата, где прижимается к токоведущим контактам и скользит по ним, проводя сварочный ток, питающий дугу. Расстояние от токоподводящих контактов до дуги невелико (несколько сантиметров), поэтому автомат работает как бы коротким непрерывно возобновляемым электродом. Это является важным преимуществом автомата, так как уменьшается нагрев проволоки джоулевым теплом и создается возможность применения очень высоких плотностей тока в электродной проволоке без ее перегрева. Подача проволоки производится автоматически со скоростью ее плавления, поэтому длина дуги при сгорании проволоки остается приблизительно постоянной. Многие автоматы также автоматически производят зажигание дуги в начале сварки и повторное зажигание при случайном обрыве в процессе работы. Регулирование процесса сварки в автомате может быть осуществлено различными путями. Например, можно связать скорость подачи электродной проволоки с напряжением дуги и ее длиной. При нормальной длине дуги и нормальном ее напряжении автомат подает проволоку со скоростью, равной примерно скорости ее плавления; при уменьшении длины дуги скорость подачи проволоки уменьшается, вследствие чего длина дуги и ее напряжение возрастают и устанавливаются их нормальные значения. 
            При случайном увеличении длины дуги скорость подачи проволоки возрастает и длина дуги, а вместе с тем и ее напряжение уменьшаются до нормальной заданной величины. 
При коротком замыкании, когда напряжение дуги падает почти до нуля, направление подачи электродов меняется, т. е. электрод не подается вперед к основному металлу, а отдергивается назад, и конец электрода удаляется от основного металла. После включения автомата, когда конец электрода еще не касался изделия и дуга отсутствует, напряжение между электродом и изделием равно полному напряжению холостого хода источника тока. Это напряжение выше нормального напряжения дуги, и потому электрод подается вперед, к изделию. Когда конец электрода касается изделия и замыкает накоротко дуговой промежуток, происходит реверсирование подачи е зажигание дуги. Если при отрыве электрода дуга не загорится, описанный процесс повторяют. После зажигания дуги начинается подача электрода вперед к изделию с изменениями скорости подачи соответственно напряжению дуги. Таким образом, длина дуги поддерживается автоматически постоянной с точностью, недоступной для ручной сварки.             Современные автоматы поддерживают напряжение дуги с точностью до 0,5В, что соответствует точности поддержания длины дуги ±0,2-0,3 мм. 
          Дуговой автомат представляет собой автоматический регулятор, поддерживающий постоянство режима дуговой сварки по возможности независимо от воздействия внешних и случайных возмущающих факторов. 
В основу регулирования работы дугового автомата с плавящимся металлическим электродом могут быть положены различные принципы. В настоящее время существует два основных вида дуговых автоматов с плавящимся электродом, различных по принципу регулирования:

     1) автоматы с регулированием электрических величин;

     2) автоматы с постоянной скоростью  подачи электрода. 
         В автоматах первого типа регулируемой является какая-либо электрическая величина сварочной дуги, регулирующей величиной - скорость подачей электрода. Регулируемой величиной могут служить напряжение, той или мощность дуги и т. д. В современных автоматах за регулируемую величину принимают обычно напряжение дуги. В сварочной дуге напряжение практически не зависит от силы тока, зависит только от длины дуги, изменяясь пропорционально изменениям длины: U = a+bl. 
        При наличии автомата, поддерживающего постоянство напряжения дуги, длина дуги останется постоянной и процесс сварки сохранит нормальный характер. Таким образом, регулирование постоянства напряжения дуги эквивалентно регулированию постоянства ее длины. На протяжении десятков лет дуговые автоматы для плавящегося электрода строились только с автоматическим регулированием постоянства напряжения дуги. В. И. Дятлов впервые предложил новый принцип устройства дуговых автоматов для подачи электрода с постоянной скоростью, не зависящей от напряжения дуги или каких-либо других факторов. Он впервые обратил внимание на саморегулирование дуги при сварке плавящимся электродом, исследовал это явление и предложил использовать в дуговых автоматах. В ряде случаев саморегулирование дуги протекает настолько интенсивно, что нет необходимости в применении довольно сложных схем автоматического регулирования дуги, - достаточно непрерывно подавать электрод в дугу с постоянной скоростью, равной скорости его плавления. 
        Саморегулирование дуги вызывается тем, что скорость плавления электрода изменяется с изменением длины дуги: с увеличением длины дуги уменьшается скорость плавления, с уменьшением длины дуги эта скорость увеличивается. При постоянной скорости подачи электрода случайное изменение длины дуги вызывает изменение скорости плавления электрода, направленное на восстановление первоначальной длины дуги. 
На интенсивность процесса саморегулирования, помимо других факторов, наиболее сильное влияние оказывают плотность сварочного тока в электроде и форма внешней характеристики источника сварочного тока. При недостаточных плотностях тока саморегулирование протекает так медленно, что начавшееся случайное укорочение дуги часто приводило к короткому замыканию, а удлинение - к обрыву дуги раньше чем в процессе саморегулирования успевала восстановиться нормальная длина дуги. С увеличением плотности тока быстро возрастает скорость плавления электродной проволоки и интенсивность процесса саморегулирования. 
        Например, для стальной электродной проволоки при небольших плотностях тока 15-25 а/мм2, дающих скорость плавления электродной проволоки 0,5-1 м/мин, обязательно требуется автоматическое регулирование дуги и постоянная скорость подачи электродной проволоки не может быть использована для этих режимов работы автоматов. При плотностях тока 30-50 а/мм2 и скорости подачи проволоки 1-2 м/мин могут быть использованы как автоматическое регулирование, так и постоянная скорость подачи. Для плотностей тока 50-100 а/мм2 и выше и скоростей подачи проволоки 2-6 м/мин все преимущества - при постоянной скорости подачи. В связи с тенденцией в современной технике к повышению плотностей тока при автоматической сварке быстро возрастает применение автоматов с постоянной скоростью подачи, и этот тип автоматов становится наиболее распространенным. Очень большое значение для саморегулирования дуги имеет форма внешней характеристики источника тока, питающего дугу.  
        Выше излагались требования к характеристикам источников тока, действительные для сварочного тока небольших плотностей, применяемого при ручной или автоматической сварке. При высоких плотностях тока и постоянной скорости подачи саморегулирование протекает наиболее интенсивно при пологих характеристиках источника тока и лучшие результаты дают источники тока с постоянным напряжением, а в некоторых случаях целесообразны уже не падающие, а возрастающие внешние характеристики, когда напряжение возрастает с увеличением тока. 
Дуговой автомат поддерживает горение дуги и подает электродную проволоку. Для получения сварного шва необходимо перемещать дугу по линии сварки. В зависимости от способа перемещения дуги различают подвесные автоматы, самоходные автоматы и сварочные тракторы. Подвесной автомат не имеет механизма перемещения, оно производится отдельным устройством. Перемещаться может изделие при неподвижном автомате (так обычно выполняются круговые швы) или же автомат, установленный на самоходную тележку, вдоль изделия, например при сварке длинных прямолинейных швов. Возможно и одновременное перемещение автомата и изделия, удобное при выполнении некоторых криволинейных швов. У самоходных автоматов имеется механизм перемещения, конструктивно объединенный с автоматом. Самоходный автомат перемещается по специальному рельсовому пути. 
       Сварочным трактором называется легкий компактный самоходный автомат, перемещающийся непосредственно по поверхности свариваемого изделия или по легкому переносному рельсовому пути, укладываемому на поверхность изделия. Сварочные тракторы особенно удобны для сварки изделий больших размеров, таких, как корпусы судов, крупные резервуары и т. п. 
       Приведем краткое описание некоторых дуговых автоматов. В первую очередь рассмотрим автомат с регулированием напряжения, а тем самым и длины дуги за счет изменения скорости подачи электродной проволоки. Примером подобного достаточно совершенного автомата непрерывного действия может служить автомат АДС, изготовляемый заводом "Электрик". 
 
 
 

      Автоматы  с постоянной скоростью подачи электрода

      
При достаточных  скоростях плавления электродной  проволоки возможна удовлетворительная работа дугового автомата при постоянной скорости подачи электродной проволоки без применения каких-либо автоматических механизмов для регулирования процесса сварки.  
Конструкции автоматов отличаются простотой: трехфазный асинхронный электродвигатель с постоянным числом оборотов через коробку передач приводит во вращение ролик, подающий электродную проволоку. Скорость подачи проволоки изменяется сменой передаточных зубчатых колес. Таким же образом регулируется скорость перемещения по шву у самоходных автоматов и сварочных тракторов. 
Автоматы снабжены дополнительными устройствами: для правки электродной проволоки, поворота, наклона и точной установки автомата над швом, указателями и копирами, корректирующими положение конца электрода относительно оси шва. Автоматы с постоянной скоростью подают проволоку все время в направлении к изделию, зажигание дуги производится кратковременным пуском электродвигателя автомата в обратную сторону. После зажигания дуги электродвигатель автомата переключается на подачу электродной проволоки к изделию и вследствие саморегулирования сварочной дуги быстро устанавливается нормальная работа автомата. В конце сварного шва выключается механизм перемещения дуги и автомат, подающий электродную проволоку; сварочный ток не выключается, и дуга продолжает гореть до естественного обрыва вследствие ее удлинения. Таким образом заваривается конечный кратер. 
Управляют автоматом обычно через установленный в удобном месте кнопочный пульт управления с кнопками "Пуск", "Стоп", "Вверх", "Вниз". 
Автоматы с постоянной скоростью подачи электрода наиболее распространены вследствие простоты устройства и. надежности в работе. 
Рассмотрим для примера универсальный дуговой автомат АБС, применяемый на многих заводах. Автомат состоит из трех комплектов.

     Комплект  А - подвесная сварочная головка, или собственно автомат, подает электродную проволоку и зажигает дугу, он включает асинхронный трехфазный приводной электродвигатель (0,1 кит, 1450 об/мин), редуктор, ведущие и правильные ролики, токоподводящий мундштук. На автомате смонтирован и кнопочный пульт управления. Комплект Б включает подъемный механизм, позволяющий перемещать автомат по высоте, флюсоаппарат, подающий и отсасывающий флюс, с бункером для флюса и катушку (барабан) для электродной пр оволоки. Комплект С - самоходная тележка велосипедного типа с отдельным приводным электродвигателем для перемещения .автомата по рельсовому пути из двух швеллеров, лежащих в одной вертикальной плоскости. 
Сдвоенный пульт управления состоит из трехкнопочного пульта управления и двухкнопочного пульта передвижения тележки. Автомат нормально работает с постоянной скоростью подачи тележки. Регулирование скорости подачи и перемещения тележки производится сменой шестерен. Автомат работает проволокой диаметром 2-6 мм при постоянном или переменном сварочном токе до 1500 а. 
Автомат может иметь разносторонние применения. Один комплект А представляет собой простейшую подвесную автоматическую сварочную головку. Комплект АБ образует головку, укомплектованную флюсоаппаратом и механизмом подъема, что упрощает настройку автомата при сварке. Комплект АБС - это самоходный автомат с перемещением его по рельсовому пути. Вес автомата без проволоки и флюса 160 кг. 
Сварочные тракторы конструкции Института электросварки им. Е. О. Патона имеют общий электродвигатель, приводящий в движение одновременно как ролики, подающие проволоки, так и бегунки самоходного механизма, перемещающие трактор. Благодаря наличию лишь одного электродвигателя, удачной конструкции и использованию легких сплавов вес тракторов снижен и их габаритные размеры значительно уменьшены. 
Сварочный трактор ТС-17-М, рассчитанный на сварочный ток до 1200 A, - один из наиболее распространенных дуговых автоматов в промышленности, он весьма универсален, имеет разнообразные области применения, которые расширяются возможностью присоединения специальных узлов. Трактор ТС-17 может работать на постоянном и переменном токе, проволокой диаметром 1,6-5 мм, на сварке стыковых и угловых швов, наклонным электродом, и в положении "в лодочку" при скоростях сварки 16- 126 м/ч. 
Автомат работает при постоянной скорости подачи, устанавливаемой, как и скорости перемещения, сменой шестерен. Трактор имеет один общий электродвигатель, приводящий механизмы подачи проволоки и перемещения трактора по шву. Вес трактора [без проволоки и флюса) 42 кг. Он может передвигаться непосредственно по поверхности изделия и по легкому направляющему пути, по копиру, движущемуся по разделке шва, и от руки. Сварочный трактор конструкции ЦНИИТМАШ УТ-1250-3 универсальный, работает электродной проволокой диаметром 1,6-6 мм, преимущественно на переменном токе до 1250 а при скорости сварки 10-80 м/ч. Трактор имеет два приводных электродвигателя, допускающих плавную и точную регулировку числа оборотов. Автомат работает с постоянной скоростью подачи прово-локи, регулировать которую можно плавно во время работы автомата, не прерывая сварки. Вес трактора без флюса и проволоки 50 кг. 
Дуговые автоматы используют не только для сварки под флюсом, но и для сварки открытой дугой в защитных газах. Автоматы имеют много разновидностей, отличающихся по назначению: для сварки внутри труб и резервуаров, продольного шва труб, неповоротных стыков труб, для наплавочных работ, для сварки специальных сортов металла и т. д. Заслуживают внимания многоэлектродные, обычно двух- или трехэлектродные автоматы большой мощности с током до 2000 а и более на каждую дугу. Эти автоматы позволяют использовать трехфазную дугу и развивать весьма высокую производительность при сварке металла большой толщины, в производстве труб больших диаметров и пр. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Установки для автоматической дуговой сварки  
        Для осуществления процесса сварки недостаточно одного автомата, требуется еще ряд дополнительных устройств, образующих шесте с одним или несколькими дуговыми автоматами комплектую установку для автоматической дуговой сварки. Эти устройства и механизмы могут быть весьма разнообразны, в зависимости от конфигурации и размеров изделия, характера производства и т. д.  
       В первую очередь следует отметить механизмы перемещения дуги вдоль шва, затем механизмы регулирования и установочных перемещений автомата и изделия. Часто существенное значение имеют транспортные приспособления для укладки, поворачивания и перемещения изделий. Кроме того, необходимы электрические измерительные и регулировочные приборы, подводка электрического тока, флюсовая аппаратура и разные специальные устройства. Необходим источник тока, питающий автоматическую установку с относящейся к нему аппаратурой; чаще всего это - однофазный сварочный трансформатор. 
       Установки для автоматической дуговой сварки могут быть классифицированы по различным признакам, в первую очередь по форме свариваемых швов, которые могут быть прямолинейными, круговыми и криволинейными. Далее можно отличать универсальные установки, пригодные без переделки для сварки различных изделий или различных форм швов, и специализированные установки, предназначенные для менее широкого круга изделий или только для одной формы сварных швов.                 Высокой степенью универсальности обычно обладают установки со сварочными тракторами. Установки могут быть стационарными, к которым подводятся изделия, подлежащие сварке, и передвижными или переносными, которые подводят к неподвижному изделию, что удобно и единственно возможно для громоздких изделий (корпусов судов). Особенно высокой портативностью отличаются сварочные тракторы. 
       Перемещение дуги может осуществляться движением как автомата, так и изделия, в особенности при сварке круговых швов; 
В автоматических сварочных установках важную роль играют устройства для перемещения и поворота изделия с целью постановки швов в наиболее удобное для сварки положение, в особенности для угловых швов "в лодочку", или же для вращения изделия с заданной равномерной скоростью при сварке круговых швов. 
       Дуговые автоматы обычно питаются сварочным током от сварочных трансформаторов. При небольшом сварочном токе достаточны стандартные сварочные трансформаторы, обычно применяемые для ручной дуговой сварки. Для более значительных токов, требующихся обычно при сварке под флюсом, применяют более мощные сварочные трансформаторы, на 1000 и 2000 A. При отсутствии мощных трансформаторов можно применить параллельное соединение нескольких менее мощных трансформаторов. При автоматической дуговой сварке токи обычно настолько велики, что характеристика дуги становится возрастающей, т. е. ее напряжение повышается с увеличением силы тока. Это обстоятельство и особенности саморегулирования дуги при постоянной скорости подачи электрода делают возможным питание дуги от источников тока с жесткими или возрастающими характеристиками.