В.В. Засыпкин, В.М. Скляров, Н.Н. Воронин

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Раздел

СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам

Москва - 2013

федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный университет путей сообщения»

_______________________________________________

Кафедра технологии транспортного машиностроения

И ремонта подвижного состава

В.В. Засыпкин, В.М. Скляров, Н.Н. Воронин

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Раздел

СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний для студентов специальности «Подвижной состав железных дорог»

Москва - 2013

УДК 621.791(031)

З-36

Засыпкин В.В., Скляров В.М., Воронин Н.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Раздел «Сварочное производство»: Методические указания к лабораторным работам. – М.: МИИТ, 2013. – 43 с.

Методические указания являются основным учебным материалом к лабораторным работам по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» для студентов Института транспортной техники и систем управления.

В каждой работе даются пояснения, описываются методы и последовательность эксперимента, что позволяет каждому студенту самостоятельно подготовиться к выполнению лабораторной работы, провести экспериментальную часть, дать оценку полученных результатов и составить отчет по работе.

В лабораторных предусмотрены эксперименты, которые проводятся по типовой методике или по системе учебной исследовательской работы студентов (УИРС) с элементами творческого поиска.

Ранее методические указания были составлены при участии проф. Киселёва С.Н.

Библиография: ил. 21, табл. 5.

© МИИТ, 2013

РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ РАСПЛАВЛЕНИЯ, НАПЛАВКИ
И ПОТЕРЬ НА УГАР И РАЗБРЫЗГИВАНИЕ ПРИ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ
И АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКЕ ПОД ФЛЮСОМ

Цель - определение величины коэффициентов расплавления α_р, наплавки α_ни потерь на угар и разбрызгивание ψ при ручной дуговой сварке в зависимости от сварочного тока I_св; сравнение этих показателей при электродуговой сварке открытой и закрытой дугой.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Процесс расплавления электрода при электродуговой сварке непосредственно связан с обеспечением как эксплуатационных, так и технологических характеристик сварных соединений.

Важной технологической характеристикой процесса расплавления электрода является его производительность. Производительность процесса расплавления определяется количеством расплавленного электродного металла в единицу времени и зависит от следующих факторов:

· мощности дуги и ее распределение между анодом, катодом и столбом дуги;

· теплофизических свойств металла электродного стержня;

· термического эффекта процессов, протекающих при плавлении электрода;

· количества тепла, выделяющегося в электродном стержне при прохождении сварочного тока, и условия охлаждения электродов;

· наличия химических реакций и, в частности, процесса восстановления железа из окислов, содержащихся в покрытии.

Как было установлено опытным путем, плавление электрода под действием тепла дуги происходит равномерно. Количество расплавленного электродного металла можно приближенно определить:

G_p = a_p × I_св × t, (1)

где G_p - количество расплавленного металла, г; a_p - коэффициент, определяемый опытным путем, г/А×ч; I_св - ток, А; t - время горения дуги, ч.

Анализ зависимости (1) показывает, что расплавление электрода происходит преимущественно за счет энергии, освобождаемой в дуге, и пропорционально току. Поэтому главным из вышеперечисленных факторов является мощность дуги или, в первом приближении, величина сварочного тока.

Коэффициент пропорциональности α_р, входящий в (1), называется коэффициентом расплавления и характеризует удельную, отнесенную к единице сварочного тока, производительность процесса расплавления электрода

a_p= , (2)

где t - время горения дуги, с.

Коэффициент расплавления зависит от рода и полярности сварочного тока, состава электродного стержня (или электродной проволоки), состава покрытия электрода (при других способах сварки - от состава флюса или защитного газа), плотности тока в электроде.

Коэффициент расплавления при ручной электродуговой сварке обычно находится в пределах 8-14 г/А×ч.

В процессе расплавления при переносе электродного металла в сварочную ванну часть расплавленного электродного металла теряется на угар и разбрызгивание. Вследствие этого, количество наплавленного металла G_н, расходуемого на формирование сварного шва, будет меньше, чем количество расплавленного электродного металла на величину потерь на угар и разбрызгивание.

Потери на угар и разбрызгивание оценивают коэффициентом потерь

Y = ×100%, (3)

где G_p - масса расплавленного электродного металла, г; G_н - масса наплавленного металла, г.

Коэффициент потерь Ψ зависит от длины дуги, состава, количества покрытия электрода и растет с увеличением тока. Для покрытых электродов коэффициент потерь находится в пределах 10-15%.

Количество наплавленного металла, идущего на формирование сварного шва, определяет производительность процесса наплавки

G_н = α_н× I_св × t, г (4)

где G_н - масса наплавленного металла, г; α_н - коэффициент наплавки г/А×ч; I_св - ток, А; t - время горения дуги, с.

Коэффициент наплавки характеризует удельную, отнесенную к единице тока, производительность процесса наплавки:

α_н = , г/А×ч (5)

где G_н - масса наплавленного металла, г; t - время горения дуги, с.

Значение коэффициента наплавки α_нзависит от физико-химических свойств покрытия, потерь на угар и разбрызгивание и изменяется в пределах 7‑12 г/А ×ч.

Определив коэффициент наплавки α_н, можно подсчитать производительность процесса сварки при данной величине сварочного тока:

Q_н = α_н × I_св , г/ч (6)

Производительность процесса сварки открытой дугой ограничена из-за роста коэффициента потерь на угар и разбрызгивание с увеличением сварочного тока.

Применение автоматической сварки под флюсом обеспечивает повышение производительности процесса, в частности, за счет значительного уменьшения потерь на угар и разбрызгивание электродного металла (до 1-3%), так как в этом случае дуга закрыта плотным слоем флюса.

Кроме того, при автоматической сварке под слоем флюса увеличивается скорость расплавления электродной проволоки вследствие повышения абсолютной величины тока и плотности тока в электроде.

ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ

1. Сварочные установки для ручной и автоматической сварки.

2. Амперметр.

3. Весы технические.

4. Электроды, электродная проволока и флюс.

5. Пластины из низкоуглеродистой стали.

6. Секундомер.

7. Разновес с набором гирь.

8. Штангенциркуль.

9. Масштабная линейка.

10.Наглядные пособия.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Зачистить опытную пластину металлической щеткой.

2. Взвесить пластину с точностью до 1 грамма (G₁).

3. Измерить масштабной линейкой длину электрода с точностью до 1 мм.

4. Взвесить электродную проволоку до сварки с точностью до 1 г.

5. Измерить штангенциркулем диаметр стержня электрода с точностью до 0,1 мм.

6. Произвести наплавку валика на пластину (опыт проводится не менее двух раз).

7. Замерить среднее значение сварочного тока.

8. Замерить время горения дуги.

9. Удалить с поверхности наплавленного металла и пластины брызги и шлак.

10. Взвесить пластину после наплавки (G₁).

11. Измерить длину огарка электрода.

12. Взвесить электродную проволоку после сварки с точностью до 1 г.

13. Определить массу расплавленного металла электрода.

G_р = g (l₁ – l₂), г (7)

где d - диаметр стержня электрода, см; g - удельный вес стержня электрода g = 7,8 г/см³; l₁ - длина стержня электрода до сварки, см; l₂ - длина огарка, см. При d = 5 мм, G_p = 1,5 ×(l₁ - l₂).

14.Определить массу наплавленного металла

G_н = G₂ – G₁, г (8)

15.Вычислить коэффициент расплавления по формуле (2).

16.Вычислить коэффициент наплавки по формуле (5).

17.Вычислить коэффициент потерь на угар и разбрызгивание по формуле(3).

18.Определить производительность при сварке по формуле (6).

19.Записать в таблицу результаты наблюдений и расчетов. По данным таблицы построить графики зависимости α_p, α_н, y, Q_н от сварочного тока (I_св).

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

1. Расчетные формулы (выполняется дома в порядке подготовки к лабораторной работе).

2. Результаты опытов и расчетов.

3. Графики зависимости коэффициентов и производительности от силы сварочного тока.

РАБОТА №2