Категории:
ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника
Технико-экономические показатели ручной
Электродуговой сварки
Технологические возможности ручной электродуговой сварки покрытыми электродами характеризуется, прежде всего, производительностью процесса. Эта величина определяется в первом приближении скоростью расплавления металлического электродного стержня ν(см/мин). Наравне с линейной скоростью плавления определяют массовую (весовую), выраженную в г/мин. (2):
г/мин (2)
где
g – погонный вес электродного стержня, г/см.
ν– скорость расплавления металлического электродного стержня, (см/мин).
Погонный вес электродного стержня может быть определен экспериментально - путем взвешивания или расчетом по формуле (3):
, г/см (3)
где
d - диаметр электродного стержня, см;
g - плотность материала электродного стержня, г/см3.
Многочисленными исследованиями установлено, что скорость плавления электрода для ручной дуговой сварки зависит не только от состава электродного покрытия, но и от электрических параметров режима сварки - силы сварочного тока Iд и напряжения дуги Uд. С изменением последних двух величин изменяется мощность дуги, а, следовательно, и количество тепла, затрачиваемого на расплавление электродного материала. Поэтому наиболее объективной оценкой производительности сварки покрытыми электродами считают скорость расплавления электродного стержня, отнесенную к единице сварочного тока. Эта характеристика именуется коэффициентом расплавления и имеет размерность г/(А´час).
Для определения коэффициента расплавления необходимо скорость расплавления электродного стержня, выраженную в г/мин., разделить на силу сварочного тока, при которой получена данная скорость расплавления (4):
, (4)
где
g - масса электродного стержня, г/см;
Dlст - длина электродного стержня, расплавленного при сварке, см;
Iсв - сила сварочного тока, А;
tсв - время, за которое был расплавлен электродный стержень длиной Dlст, мин.
αрзависит от состава сварочной проволоки и покрытия электрода, веса покрытия, а так же рода и полярности тока. Для стальных электродов коэффициент расплавления может колебаться в пределах от 5 до 20 г/А´ч, составляя в среднем 8…12 г/А´ч.
В процессе расплавления электродного материала и перехода его в сварочную ванну, металл подвергается воздействию высоких температур до (6000°С) и системы сил, определенным образом ориентированных в пространстве. При этом часть металла испаряется, а часть - разбрызгивается. Кроме того, в состав электродных покрытий вводят различные металлические порошки - ферросплавы и чистые металлы, которые в процессе плавления принимают участие в металлургических реакциях. Часть этих порошков переходит в сварочную ванну и является дополнительным присадочным материалом. Таким образом, количество металла, пошедшего на образование сварочного шва, зачастую отличается от количества расплавленного электродного стержня.
Поэтому производительность сварки следует определять по скорости наплавки. Скорость (или производительность) наплавки определяют как изменение веса свариваемых изделий за время сварки. При этом не учитывают вес брызг и шлака, остающихся после сварки на сварном шве и прилегающих участках свариваемых деталей (5):
, г/мин (5)
где
DG - изменение веса свариваемых деталей, г;
t – время сварки, мин.
Изменение электрических параметров режима сварки приводит к изменению производительности наплавки. Поэтому принято определять коэффициент наплавки, являющийся отношением скорости наплавки к силе сварочного тока (6):
, 
(6)
где DG - изменение веса свариваемых изделий после наложения шва или вес наплавленного металла, г.;
I- сила сварочного тока, А;
t- время, за которое было наплавлено DG грамм металла, мин.
Коэффициент наплавки (αн) меньше коэффициента расплавления (αр) на величину потерь электродного металла при сварке, составляющих от 5 до 20%.
При сварке на переменном токе электродами с толстым покрытием величина коэффициента наплавки может быть в пределах
αн= 6…18 (г/А´ч), составляя в среднем αн= 7…10 (г/А´ч).
Величину коэффициента наплавки важно знать при нормировании сварочных работ. Обозначим через V – скорость сварки (см/ч); F– площадь поперечного сечения шва (см2), тогда:
,см/ч(7)
где ρ – плотность металла, г/см3.
Следовательно, скорость сварки будет тем выше, чем больше коэффициент наплавки и больше ток.
Соотношение между коэффициентами наплавки и расплавления или скоростями наплавки и расплавления определяет коэффициент использования электродного стержня или выход наплавленного металла (8):
, (8)
Коэффициент наплавки является главной и объективной оценкой производительности сварки электродами любой марки. Эта характеристика обязательно указывается в паспорте на электроды и в каталогах.
Для более детальной оценки сварочно-технологических свойств покрытия электродов принято определять коэффициент веса покрытия (КВП), коэффициент шлаковой защиты (КШЗ), коэффициент использования электродов или выход годного металла (КЭ) и коэффициент набрызгивания.
Коэффициент веса покрытия - это отношение веса электродного покрытия GПОКР к весу электродного стержня GЭЛ.СТ. такой же длины (9).
(9)
Обычно коэффициент веса покрытия колеблется в пределах 30-40%. Коэффициент шлаковой защиты - отношение веса шлака GШЛ, полученного при выполнении шва, к весу наплавленного металла (10):
(10)
Эта величина определяет степень защиты металла сварочной ванны от окружающей газовой атмосферы и колеблется в пределах 33-38%.
Снижение коэффициента газовой защиты вредно сказывается на механических свойствах металла шва, а с увеличением - значительно усложняет процесс сварки из-за избытка шлака в зоне горения дуги.
Коэффициент набрызгивания - отношение веса металлических и шлаковых брызг к весу наплавленного металла - определяет необходимые затраты рабочего времени и энергии на очистку сварных конструкций и деталей (11).
(11)
Для определения расхода электродов на сварку очень удобной является величина выхода годного металла или коэффициент использования электрода (12):
(12)
где Gэл.сг. - вес сгоревшей части электрода, г.
Обычно выход годного металла не превышает 65-70%.
Коэффициент потерь (Ψ) – характеризует потери металла электрода на разбрызгивание, испарение, окисление
.
,(13)
где
Gн – масса наплавленного металла, г,
Gp – масса расплавленного металла, г.
Коэффициент потерь зависит не только от состава проволоки и её покрытия, но так же от режима сварки и типа сварного соединения. Коэффициент потерь возрастает при увеличении плотности тока и длины дуги. Он несколько меньше при сварке в тавр с разделкой кромок, чем при наплавке.
Производительность процесса дуговой сварки – определяется количеством наплавленного металла (Gн):
, (14)
Чем больше ток, тем выше (Gн). Однако при значительном увеличении сварочного тока для применяемого диаметра электрода – последний может быстро нагреваться теплом Джоуля-Ленца:
,(15)
что резко понизит качество сварочного шва, так как металл шва и зона сплавления основного металла будут перегреты. А перегрев электрода увеличивает, к тому же, разбрызгивание металла.
Погонная энергия.
Количество тепла, вводимое дугой в свариваемый металл в единицу времени, называется эффективной тепловой мощностью. Она меньше полной тепловой мощности дуги и слагается:
1. Из тепла, выделяющегося в пятне дуги на свариваемом металле.
2. Тепла, вводимого в металл за счёт теплообмена со столбом дуги и её пятном на свариваемом металле.
3. Тепла, вносимого в свариваемый металл с каплями расплавленного металла электрода, электродного покрытия (или флюса).
Эффективная тепловая мощность подсчитывается по формуле:
(16)
где Uд – напряжение на дуге, В,
Iд – сила сварочного тока, А,
h – эффективный коэффициент полезного действия.
Откуда:
(17)
Эффективным к.п.д. процесса нагрева металла сварочной дугой называется отношение количества введенного в металл тепла к тепловому эквиваленту электрической мощности дуги.
Этот коэффициент характеризует эффективность процессов выделения тепла и теплообмена в дуговом промежутке по отношению к нагреву металла изделия и зависит в основном от способа сварки.
Отношение эффективной тепловой мощности дуги Qэф к скорости перемещения дуги называется погонной энергией:
(18)
где Vсв – скорость перемещения дуги или скорость сварки, см/с.
Таким образом, погонная энергия – это количество тепла, введенное на единицу длины однопроходного шва или валика.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
ПОД ФЛЮСОМ
Ручная дуговая сварка имеет ряд недостатков, основными из которых являются невысокая производительность и неоднородное качество сварного шва. При ручной сварке сварщик должен поддерживать дугу, подавать электрод по мере его расплавления и перемещать электрод вдоль шва. Автоматизация этих операций приводит к автоматической сварке. При этом производительность повышается в 5-10 и более раз и получается однородное качество сварного соединения.
Схема сварки под флюсом показана на Рис.19. При автоматическом процессе механизированы подача флюса, возбуждение дуги, установление и поддержание режима сварки, перемещение электрода вдоль соединяемых кромок, заварка кратера, прекращение процесса по выполнению шва и уборка флюса.
Для нагрева и расплавления металла используется теплота, выделяемая сварочной дугой 1. В процессе сварки электрод 2 со всех сторон окружен защитным и формирующим слоем флюса 3. Высота и ширина слоя флюса, насыпаемого на основной металл из бункера 4, выбираются из условий обеспечения полной изоляции зоны дуги от окружающей атмосферы и создания вокруг так называемого плавильного пространства плотного, формирующего жидкий металл, барьера. Дуга располагается под заполненной газами и парами оболочкой из жидкого шлака 5 в плавильном пространстве. Наличие оболочки гарантирует физическую изоляцию зоны дуги от контакта с азотом и кислородом воздуха.
Рис. 19. Схема автоматической дуговой сварки под слоем флюса:
1– сварочная дуга; 2– электродная проволока; 3– флюс; 4– бункер для флюса; 5– газовый пузырь; 6– мундштук (место токоподвода); 7– бухта с электродной проволокой; 8– самоходная сварочная головка; 9– сварочная ванна (расплавленные электродный и основной металлы); 10– сварочный шов (закристаллизовавшийся металл сварочной ванны); 11– корка затвердевшего шлака.
Столб и ореол дуги, находящейся под флюсом, невидимы. Это исключает возможность визуального наблюдения за положением конца электрода.
Контроль за процессом сварки ведут по приборам и указателю положения электрода. Электродная проволока, ток к которой подводится через мундштук 6, по мере плавления со скоростью, обеспечивающей стабильное существование дугового разряда, из бухты 7 подается к изделию специальной самоходной 8 или несамоходной сварочной головкой.
Под воздействием электродинамических, взрывных и гравитационных сил жидкий металл с конца плавящегося электрода в виде мелких капель и пара переносится на основной металл. Размер и частота переноса капель определяется режимом сварки. Пройдя через дуговой промежуток, капли электродного металла сливаются с жидким металлом, образующимся при расплавлении кромок соединяемых деталей. Формируется единая сварочная ванна 9. По мере образования сварочной ванны дуга перемещается вдоль изделия или изделие перемещается под дугой при помощи механизмов различных конструкции. После удаления источника нагрева идет процесс остывания и кристаллизации металла сварочной ванны. Образуется шов 10, имеющий литую столбчатую структуру. Поверхность шва покрыта коркой из затвердевшего шлака 11. Химический состав металла шва зависит от состава и долей участия в нем основного и электродного металла, а также от взаимодействия металла с газовой фазой и шлаком. Практически весь электродный металл участвует в образовании шва (Рис20 а, б).
Как известно, производительность сварки (количество расплавляемого металла в единицу времени) прямо пропорциональна величине сварочного тока. При сварке под флюсом вылет электрода значительно меньше (50-70 мм), чем при ручной дуговой сварке (320-420 мм). Поэтому можно, не опасаясь перегрева электрода, в несколько раз увеличить силу сварочного тока.
а
 б
Рис. 20. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы сварочной зоны при автоматической сварке под флюсом.
|
Флюс способствует получению чистого и плотного металла шва, без пор и шлаковых включений, с высокими механическими свойствами. Введение во флюс элементов стабилизаторов и высокая плотность тока на электроде позволяет получить устойчивое горение дуги и на переменном токе. Работа на высоких плотностях тока на электроде позволяет производить сварку металла значительной толщины без разделки кромок. Практически отсутствуют потери на угар и разбрызгивание металла. Процесс сварки практически полностью механизирован. Простота процесса позволяет использовать для обслуживания сварочных автоматов сварщиков-операторов без длительной их подготовки. Автоматическая сварка под флюсом по сравнению с ручной дуговой сваркой значительно улучшает условия труда сварщиков-операторов, повышает общий уровень и культуру производства.
Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23
lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...