Электро-дуговая и плазменная сварка

Министерство  народного образования России Волгоградский  ордена

  «Знак почета» государственный  педагогический институт им. А.С.  Серафимовича. 
 

Кафедра машиноведения

Курс  «Эксплуатация и ремонт автомобиля и трактора» 
 
 
 
 
 
 

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА. 

ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ И ГАЗОПЛАМЕННАЯ СВАРКА. 
 
 

Методические  указания для студентов специальности 2120

  «Общетехнические дисциплины и  труд» 
 
 

Рассмотрено и утверждено на

заседании кафедры машинове-

дения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Составитель – доцент Макаров В.К. 
 
 
 
 

Волгоград 1992г.

I. Тема: Электродуговая и газопламенная  сварка и наплавка.

II. Цель работы:

1. Изучить технологию проведения ручной электродуговой сварки и наплавки.
2. Изучить газоплазменную сварку и наплавку.
3. Автоматическая наплавка в среде защитных газов.
4. Плазменно – дуговая сварка и наплавка.
5. Металлизация.
6. Восстановление деталей электроконтактной приваркой. Металлического слоя. Сварка трещин.

III. Общие положения.

3.1. Технология ручной электро –  дуговой сварки.

В 1802г. русский физик В.В. Петров первым в мире открыл явления дугового разряда и возможность использования его для расплавления металла.

В 1888г. русский инженер Н.Г. Славянов изобрел дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Для получения  электросварочной дуги используют постоянный и переменный ток. Этим способом можно наплавлять и сваривать углеродистые и легированные стали всех марок толщиной от 1 мм. и выше, чугун и цветные металлы, а также наплавлять твердые сплавы. Горение любой сварочной дуги сопровождается выделением большого количества тепла. Температура дуги на оси газового столба достигает 6000 – 7500 С, на участках поверхности угольных электродов – 3000…4000 С, стальных – 2200…2500 С. При сварке на постоянном токе угольными электродами температура дуги на аноде достигает 4000 С и на катоде 3200 С, при использовании стальных электродов – на аноде 2600 С, на катоде 2400 С. Поэтому при сварке тонкого или легкоплавкого металла, а также чувствительных к перегреву высокоуглеродистых, нержавеющих и легированных сталей электрическую дугу питают током обратной полярности, то есть минус источника тока подключают к изделию.

Температура дуги зависит от силы тока, приходящейся на единицу площади поперечного  сечения электрода, плотности тока. Чем она больше, тем выше температура  дуги. При ручной дуговой сварке плавящимся электродом плотность достигает от 10 до 20 А/мм² и напряжении 18…20 В.

Производительность  сварки характеризуется количеством  расплавленного электродного металла  в единицу времени, которое определяется по формуле. 

О_н = К * I

где О_н – количество расплавленного металла электрода, Г;

К – коэффициент наплавки, Г (а.ч)

I – сварочный ток А.

Коэффициент наплавки зависит от присадочного материала, материала электродов и состава  их покрытия, рода и полярности тока, а также от потерь при сварке. Для различных условий коэффициент наплавки находят опытным путем. При ручной сварке он колеблется в пределах от 6 до 18г (А.Ч)

Под действием высокой температуры  в зоне сварки молекулы кислорода  и азота, попадающие из воздуха, частично распадаются на атомы. Кислород образует оксиды железа и способствует выгоранию ценных легирующих элементов (марганца, кремния и др.), тем самым резко ухудшая свойства наплавленного слоя. Азот образует нитриды, которые увеличивают твердость, снижают пластичность и способствуют образованию коробления и трещин. Водород, попадающий в зону сварки из влаги и ржавчины, способствует образованию пор и трещин. Чтобы уменьшить вредное воздействие этих элементов, место сварки зачищают, а зону сварки зачищают нейтральными газами и шлаками.

3.1.1. Оборудование электродуговой сварки.

Для сварки используют преобразователи  типа ПСО, ПСГ или выпрямители  типа ВДУ.

Наибольшее  распространение получили трансформаторы типа ТС и ТКС (ТС – 120, ТС – 300, ТС – 500, ТСК – 300, ТКС – 500).

Число обозначает номинальный сварочный ток. Для ручной электродуговой сварки применяют выпрямители ВСС – 120 – 4 ВСС – 300 – 3 (селеновые ВКС – 120, ВКС – 300 и ВКС – 500 (кремневые).

3.1.2. Сварочная проволока и электроды.

Качество  наплавляемого материала и производительность процесса сварки или наплавки во многом определяются материалом электродов и их покрытий. В зависимости от способа сварки применяют сварочную проволоку, плавящиеся и неплавящиеся электродные стержни, пластины и ленты. При механизированных способах сварки используют электродную проволоку без покрытия, а для ручной дуговой сварки проволоку рубят на стержни длиной 350 – 400 мм и на их поверхность наносят покрытие. Плавящийся стержень с нанесенным на его поверхность покрытием называют сварочным электродом.

Стальная  сварочная проволока изготавливается диаметром от 0.3 до 12. В зависимости от химического состава стальную сварочную проволоку разделяют на низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную.

Низкоуглеродистые проволоки СВ – 08, СВ – 08А, СВ – 08ГД, СВ – 10ГА и другие – всего шесть марок, содержание не более 0.12% углерода, предназначены для сварки мало – и среднеуглеродистых, а также некоторых низколегированных сталей.

Легированные  проволоки Св – 08Г2С, СВ – 08ХН2М, СВ – 08ХГСМФА и другие включают в себя до шести легирующих элементов с общим содержанием не более 6%. Эти проволоки применяют для сварки и наплавки углеродистых и легированных сталей.

Высоколегированные  проволоки СВ – 12Х13, СВ – 06Х19М9Т и другие, всего 41 марка – содержат в своем составе легирующих элементов более 60. Эти проволоки применяют для сварки нержавеющих, жаростойких и других специальных сталей.

Сварочные электроды выпускаются промышленностью как плавящиеся и неплавящиеся. Угольные неплавящиеся электроды изготавливают в виде стержней длиной до 30 мм. и диаметром от 6 до 30 мм. Плавящиеся электроды, занимающие ведущее место в сварке, выпускают покрытыми различными элементами для защиты сварки. По своему назначению покрытия электродов делят на стабилизирующие, или тонкие, и качественные, или толстые.

Стабилизирующие покрытия содержат вещества, атомы  которых легко ионизируются и  поддерживают устойчивое горение дуги, а также облегчают ее возбуждение, особенно при сварке на переменном токе. Лучше всего ионизируются пары кальция, а также кальция, который входит в состав мрамора и мела в виде углекислого кальция СаСО₃. Наиболее простое и распространенное стабилизирующее покрытие – меловое на 15…20 частей по массе натрового жидкого стекла берут 80…85 частей мела. Покрытие наносят на электрод тонким слоем -0.1 – 0.3 мм, и оно составляет 1…2% от массы электрода. Стабилизирующее покрытия не защищают наплавляемый металл от кислорода и азота, поэтому сварной шов получается сравнительно хрупким, со многими посторонними включениями.

Качественные защитные покрытия предохраняют наплавленный слой от кислорода и азота окружающего воздуха, а легирующие элементы, входящие в состав покрытия, позволяют получить сварной шов, не уступающий по механическим свойствам основному металлу, а иногда и превосходящий его. Эти покрытия наносят на электрод слоем 0.7…2.5 мм. и они составляют 30…75% массы электрода.

Электроды в зависимости от отношения наружного  диаметра «Д» к диаметру его стержня  «d_э» подразделяют на несколько групп:

М – с тонким покрытием (Д : d_э) < 1.2). б – со средним покрытием (Д : d_э) < 1.45.

Д – с толстым покрытием (Д : d_э) < 1.80).

Г – с особо толстым покрытием (Д : d_э) < 1.80)

Защитные  качества покрытия по составу основных входящих в них веществ делят  на группы: А – с кислым покрытием; Б – с основным покрытием; П –с покрытием прочих видов.

В соответствии с ГОС9467 – 75 электроды  для ручной дуговой сварки подразделяются на несколько типов, в каждой из которых  входит несколько марок, обеспечивающих определенное качество сварочного шва. Электроды типа 342, 342А, 346, 346А, 350 , 350А предназначены (марки АНО – 1, АНО – 5, УОНИ – 13/45, УОНИ – 13/55 и др.) для сварки углеродистых сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа. Буква А указывает на то, что электрод дает сварочный шов повышенного качества по пластичности ударной вязкости. 

Электроды типа 355 и 360 (марки УОНИ – 13/55 и ИОНИ – 13/65 используют для сварки сталей временным сопротивлением разрыву  до 600 МПа.

Электроды типа Э70, Э85, Э100, Э150 (марки УОНИ – 13/85, НИПТ – 3, НИА – 3М и др.) используют для сварки сталей высокой прочности с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа.

Электроды типа (-1012, Э – 12Г4, Э – Г2ХМ и  другие (марки ОЗН – 300, ОЗ – 400У  и др)

используют  преимущественно для наплавки деталей, работающих в тяжелых условиях ударных нагрузок и повышенного износа.

3.1.3. Выборы электродов и род тока.

Он  зависит от толщины и химического  состава свариемого материала, от конфигурации детали, расположения накладываемых  швов и других факторов. Поэтому  марку электрода в каждом конкретном случае должен выбирать квалифицированный специалист по сварке. Общие положения по выбору электродов, силы и рода тока можно свести к следующему.

Стальные  детали толщиной менее 5 мм., а также  чугун и цветные металлы лучше  варить на постоянном токе. При сварке на постоянном токе стабильно горение дуги на малых токах и, кроме того, можно маневрировать полярность тока. Если сваривают такие детали, то чтобы избежать пережога, их подключают к аноду (на минус), а в электрод – к катоду (на плюс). При сварке толстых деталей анод подключают к детали, а катод – к электроду.

Толщину стержня электрода выбирают в  зависимости от толщины свариваемой детали. Для сварки металла большей толщины берут электрод с более толстым стержнем электрода. В ремонтной практике используют преимущественно электроды со стержнем диаметром от 2 до 5 мм.

Силу  тока ( J ) выбирают в зависимости от толщины стержня электрода по формуле J = (40…50)

3.1.4. Подготовка деталей к сварке.

Важным  условием получения качественных сварных  соединений является чистота металла сварки. Наличие в металле любых загрязнений (масла, накипи, ржавчины, окислов) ухудшает свариваемость основного и присадочного металлов, шов получается пористым, а соединение непрочным.

Для удаления окисной пленки и поверхностных  загрязнений зону вокруг любого дефекта (повреждения) необходимо зачистить до металлического блеска. Это лучше всего сделать ручной электрической и пневматической шлифовальной машиной.