Особенности плазменной резки черных и цветных металлов.

При назначении режимов плазменной резки необходимо учитывать особенности резки различных металлов: алюминия и его сплавов, легированных и низкоуглеродистых сталей, меди и ее сплавов, титана, никеля и т.д.

При кислородно-плазменной резке, как и при кислородно-флюсовой, происходит изменение химического состава металла в плоскости реза. Сохраняется общая тенденция к обеднению металла хромом, титаном, марганцем, кремнием и обогащение ее никелем.

Алюминий и его сплавы склонны к образованию окислов, которые при последующей сварке могут перейти в сварной шов и снизить механические свойства металла. Алюминий в расплавленном состоянии активно поглощает водород, поэтому необходимо, чтобы литой участок зоны термического влияния (ЗТВ) на кромке реза был минимальным.

Скорость резки алюминия высокая, но меньше скорости резки титана и магния.

Алюминиевые сплавы толщиной 5…20 мм можно резать в азоте или на воздухе, толщиной 30…160 мм – в азотно-водородных смесях. Хорошее качество реза получается при использовании аргона.

При резке алюминиево-магниевых сплавов наилучшее качество может быть получено при максимально возможной скорости резки и содержании в аргоновой смеси 50% водорода.

Для резки алюминиево-марганцевых сплавов и сплавов типа дуралюмин используют смеси с меньшим содержанием водорода, а также азот и его смесь с воздухом.

Медь и медные сплавы имеют высокие теплоемкость и теплопроводность, поэтому при резке меди мощность дуги должна быть больше, чем при резке стали. В качестве плазмообразующего газа при резке меди применяют сжатый воздух и азотные смеси с высоким содержанием воздуха и азотные смеси с высоким содержанием водорода. Для резки меди небольших и средних толщин предпочтительнее воздушно-плазменная резка при силе тока 350…400 А.

При резке латуни используют те же рабочие газы, что и при резке меди, скорость резки при этом может быть увеличена на 25…30 %.

При резке титана рекомендуют применять азотно-воздушные смеси или чистый азот.

Нержавеющие и другие стали режут плазменно-дуговой или кислородно-флюсовой резкой. Первый способ рациональнее использовать для сталей толщиной менее 100 мм.

Рабочим газом для плазменно-дуговой резки нержавеющих сталей толщиной 50-:-60 мм является сжатый воздух или смесь азота с кислородом.

При резке стали толщиной 16…40 мм, применяют азотоводородные смеси. Для сталей больших толщин предпочтительнее газопламенная кислородная резка.

В качестве рабочих газов при плазменно-дуговой резке низкоуглеродистых сталей толщиной до 40…50 мм применяют сжатый воздух, кислород или кислородосодержащие смеси. Эти стали можно резать также в азоте или азотно-водородных смесях.

Качество поверхности реза при воздушно-плазменной резке значительно выше, чем в азоте. При воздушно-плазменной резке поры в кромке реза не образуются.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Прежде чем приступить к выполнению практических работ, необходимо тщательно изучить правила техники безопасности в условиях работы со сварочным оборудованием и освоить элементарные приемы сварки.

Задание 1. Определение внешней характеристики источника питания сварочной дуги.

Собрать рабочую электрическую схему, как показано на рис.10. Измерить и записать значения напряжения и тока при работе источника питания в режиме "холостой ход". Замкнуть сварочную цепь на 5-10 сек., прижимая электрод к плите на сварочном столе и записать значения напряжения и тока в режиме "короткого замыкания". Возбудить нормальный дуговой разряд (процесс сварки) и поддерживать постоянно оптимальную длину дуги. Записать значения напряжения и тока при работе источника в режиме "процесс сварки". Максимально увеличить длину дуги, поддерживая ее нормальное "горение" и записать напряжение и ток в этом режиме работы. Результаты измерений занести в протокол. По результатам измерений построить характеристику источника питания сварочной дуги в координатах U - I.

Протокол результатов измерений:

Отчет о выполненной работе должен содержать: перечень используемого оборудования, приборов, материалов; электрическую схему сварочного поста для снятия внешней характеристики; методику определения внешней характеристики; протокол результатов измерений и график внешней характеристики построенный по результатам экспериментов.

Задание 2. Определение сварочно-технологических характеристик покрытых электродов для ручной дуговой сварки.

Цель: Определить сварочно-технологические характеристики электродов с качественным покрытием для ручной дуговой сварки (РДС).

При подготовке к работе необходимо исходить из следующих предпосылок: производительность процесса сварки, определяемая количеством металла, наплавляемого за единицу времени (кг/ч), зависит не только от сварочного тока, но и от коэффициента расплавления (α_р) и коэффициента наплавки (α_н); наличие потерь металла на угар и разбрызгивание учитывает коэффициент потерь (ψ). На величину коэффициентов расплавления и наплавки влияют: марка электрода, диаметр электрода, сила сварочного тока, полярность и род сварочного тока, положение шва в пространстве.

Материалы:

1) Пластина из малоуглеродистой стали размерами 50×70 мм, толщиной 4…6 мм;

2) Сварочные электроды с качественным покрытием типа Э-46, марки АНО-4, АНО-6 или т.п. диаметром 3…5 мм.

Оборудование и инструмент:

1) Аналитические весы с разновесами;

2) Сварочный пост с трансформатором СТШ-500;

3) Регистрирующие приборы: амперметр, вольтметр, трансформатор тока 500/5;

4) Штангенциркуль;

5) Масштабная линейка;

6) Секундомер;

7) Металлическая щетка, молоток, зубило;

8) Сварочные щитки, рукавицы, кузнечные клещи;

9) Бак с водой.

Порядок выполнения работы:

1. Взвесить пластину (с точностью до 0,1 гр.)– G_дн

2. Взвесить электрод (с точностью до 0,1 гр.)– G_эл

3. Измерить диаметр стержня сварочного электрода (с точностью до 0,01 см)– D_эл.ст.

4. Измерить длину сварочного электрода (с точностью до 0,1 см)– L_эл

5. Рассчитать силу сварочного тока для данного диаметра и марки электрода, сверить с табличными данными и внести поправку.

6. Установить необходимое значение сварочного тока на источнике питания - сварочном трансформаторе (для выполнения этой операции следует применить сварочный электрод той же марки и такого же диаметра, что и тестируемый)

7. Установить в электрододержатель тестируемый электрод и произвести наплавку валика на пластину (количество израсходованного электрода должно быть не менее половины его первоначальной длины).

При этом зафиксировать:

a) реальное значение силы сварочного тока – I_св (взять среднее значение за весь период наплавки(сварки));

b) время наплавки – τ_св. (перерывы при загасании дуги во время наплавки (сварки) не учитывать, фиксировать только чистое время «горения» дуги).

8. Остудить наплавленную пластину, погружая ее в бак с водой при помощи кузнечных клещей.

9. Удалить с наплавленного валика остатки сварочного шлака (зубило, молоток).

10. Удалить с наплавленной пластины брызги металла (зубило, молоток, металлическая щетка).

11. Взвесить пластину с наплавленным валиком (с точностью до 0,1 гр.) – G_пн.

12. Взвесить огарок тестируемого электрода (с точностью до 0,1 гр.) – G_ог.

13. Измерить длину огарка тестируемого электрода (с точностью до 0,1см) – L_ог.

14. Данные занести в протокол исследования и вычислить:

a) коэффициент веса покрытия – K_вп

b) коэффициент наплавки – α_н

c) коэффициент расплавления – α_р

d) выход наплавленного металла – К_э

Протокол исследований:

№ п/п	Характеристика измерения	Условное обозначение	Единица измерения	Расчетная формула	Измеренное, расчетное значение
	Диаметр электродного стержня	Dэл.ст.	см	–
	Длина сварочного электрода	Lэл.	см	–
	Вес пластины до наплавки	Gдн	грамм	–
	Вес сварочного электрода	Gэл	грамм	–
	Сила сварочного тока	Iсв	А	Для РДС обычными стальными электродами: a=6, b=20.
	Время горения дуги (время сварки)	τсв	мин.	–
	Вес брызг металла	Gбр	грамм	–
	Вес шлака	Gшл	грамм	–
	Вес пластины после наплавки	Gпн	грамм	–
	Вес огарка сварочного электрода	Gог	грамм	–
	Длина огарка сварочного электрода	Lог	см	–
	Погонный вес электродного стержня	g	г/см
	Вес электродного стержня	Gэл.ст	грамм	где ρ=7.87 г/см3-плотность металла стержня электрода
	Вес покрытия сварочного электрода	Gпокр.	грамм	–
	Вес наплавленного металла	Gн.ме	грамм	Gн.ме = Gпн – Gдн
	Израсходованная длина электродного стержня	ΔLст	см	–
	Вес израсходованной части сварочного электрода	Gэл.сгор.	грамм	Gэл.сгор. =Gэл – Gог
	Коэффициент веса покрытия	Kвп	%	KВП = (Gпокр /Gэл.ст.)×100%
	Коэффициент наплавки	αн
	Коэффициент расплавления	αр
	Выход наплавленного металла	Кс	%
	Выход годного металла	Кэ	%
	Коэффициент шлаковой защиты	Кшз	%
	Коэффициент набрызгивания	Кнб	%
	Коэффициент потерь на угар и разбрызгивание	ψ	%

НОРМИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

Нормирование времени на сварку дает возможность правильно организовать оплату труда рабочих и лучшим образом планировать производство.

Норма времени на сварку Т, слагается из пяти элементов (7.1): подготовительного времени t_П, основного времени t_О, вспомогательного времени t_В, дополнительного времени t_Д и заключительного времени t_З, т.е.

T = t_П + t_О + t_В + t_Д + t_З (7.1)

Подготовительное время выделяется для получения рабочим инструктивного задания по ознакомлению с условиями выполнения сварки, на подготовку и наладку оборудования и приспособлений.

Основное (машинное) время представляет собой время горения дуги.

Вспомогательное время включает время на смену электрода, очистку кромок и швов, их осмотр, переход на другое место сварки.

Дополнительное время дается на обслуживание рабочего места, на отдых и естественные надобности.

Заключительное время расходуется на сдачу работы.

При укрупненном нормировании общее время T обычно определяют через основное время t_О и коэффициент К_УЧ (коэффициент, учитывающий организацию труда) по формуле (7.2):

T = t_О / К_УЧ (7.2)

В свою очередь, основное время (время горения дуги) (7.3):

t_О = 7,85 FL /(а´I), (7.3)

где 7,85 - удельная плотность наплавленного металла, г/см³ ;

F - площадь сечения шва, см² ;

L - длина шва, см;

а - коэффициент наплавки, г/(А´ч);

I - сварочный ток, А.

Площадь сечения шва подсчитывают по чертежу сварного соединения или по таблице.

Коэффициент К_УЧ принимают при ручной сварке 0,25 ÷ 0,40; при автоматической сварке 0,60 - 0,80 в зависимости от положения шва в пространстве и организации труда на потоке.