Оборудование и технология сварочного производства Курс лекций

• Сварка – процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании или совместном действии и того и другого (ГОСТ 2601 -74) • Сварное соединение – неразъемное соединение, выполненное с помощью сварки

Классификация сварочных процессов ГОСТ 19521 -74 • По основным физическим признакам (вид энергии, используемой для получения сварного соединения) • По основным техническим признакам (способы защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса, степень механизации и пр. ) • По основным технологическим признакам (устанавливаются для каждого вида сварки отдельно, например для РДС – вид электрода, характер защиты и пр. )

Классификация видов сварки по физическим признакам Сварка плавлением Сварка с применением нагрева и давления Сварка давлением Термическая сварка Термомеханическая сварка Механическая сварка Дуговая Электрошлаковая Плазменная Газовая Термитная Лазерная Электронно-лучевая Контактная Кузнечная Газопрессовая Термитная и индукционная с давлением Дугопрессовая Холодная Трением Ультразвуком Взрывом

Дуговая сварка • Сварочная дуга – стабильный электрический разряд между двумя электродами в ионизированной атмосфере газов и паров металла. • Процесс зажигания дуги при сварке плавящимся электродом включает 3 этапа: 1 – короткое замыкание электрода на заготовку – происходит разогрев электродов - а; 2 – отвод электрода – начинается термо- и автоэлектронная эмиссия, газовый промежуток становится электропроводным- б; 3 – возникновение устойчивого дугового разряда – равновесие процессов ионизации и рекомбинации - в.

Классификация сварочной дуги • ПО ПОДКЛЮЧЕНИЮ К ИСТОЧНИКУ ПИТАНИЯ • Прямого действия • Косвенного действия • Комбинированная • ПО ПРИМЕНЯЕМЫМ ЭЛЕКТРОДАМ • При плавящемся • При неплавящемся электроде • ПО СТЕПЕНИ СЖАТИЯ ДУГИ • Свободная • Сжатая • ПО ПОЛЯРНОСТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА • Прямая • Обратная • ПО ДЛИНЕ ДУГИ • 2 – 4 мм – короткая • 4 – 6 мм – нормальная • свыше 6 мм – ДЛИННАЯ

Тепловые свойства дуги • Температуры: катодная область – 2200… 2400 ОС; анодная область – 2400… 2600 ОС; столб дуги – 7000 ОС • Выделение тепловой энергии: катодная область – 30%; анодная область – 45%; столб дуги – 25% 1 – электрод; 2 – свариваемый металл; 3 – катодная область; 4 – столб дуги; 5 – сварочная ванна; 6 – кратер; 7 – анодная область; 8 – газовое облако.

Тепловые свойства сварочной дуги • Суммарное количество теплоты Q=IUt, • Эффективная тепловая мощность дуги q=0, 24 IUДη • Погонная энергия

Статическая вольт-амперная характеристика сварочной дуги • Вольт-амперная характеристика дуги характеризует электрические свойства дуги 1 – падающая 2 – жесткая 3 - возрастающая 1 и 2 – сварка неплавящимся электродом в среде защитных газов и РДС; 2 и 3 – механизированная сварка под флюсом; 3 – сварка плавящимся электродом в среде защитных газов

Технологические свойства сварочной дуги • Совокупность ее теплового, механического и физико-химического воздействия на электроды (интенсивность плавления электрода, характер каплепереноса, проплавление основного металла, формирование и качество шва); • пространственная устойчивость и эластичность; • зажигание и стабильность горения.

Магнитное дутье • Отклонение дуги от нормального положения под воздействием магнитных полей или значительных ферромагнитных масс

Металлургические процессы в зоне сварки • Окисление и восстановление металлов • Шлакообразование • Растворение газов • Раскисление Особенности: • Высокая интенсивность • Никогда не достигают равновесия • Высокая скорость

Формирование структуры металла сварного шва 1 – неметаллические частицы, 2 – линия расплавления, 3 – основной металл, 4 – мелкие равноосные зерна, 5 – столбчатые кристаллы

Структура зоны термического влияния

Образование остаточных напряжений при термической сварке. Литейная усадка расплавленного металла Неравномерный нагрев металла

Деформация при термической сварке От поперечной усадки От продольной усадки

Ручная дуговая сварка Дуговая сварка, при которой возбуждение дуги, подача электрода и его перемещение производятся вручную, а газошлаковая защита расплавленного металла обеспечивается расплавлением и разложением компонентов покрытия.

Каплеперенос при ручной дуговой сварке • Крупнокапельный • Мелкокапельный • Струйный Мелкокапельный перенос обеспечивает наилучшее качество металла шва

Саморегулирование дуги при РДС 1 – ВАХ дуги при РДС; 2 – ВАХ источника сварочного тока

Технология ручной дуговой сварки • Основные технологические операции: • • • Подготовка кромок под сварку Сборка свариваемых торцов изделия Выбор режимов сварки Контроль сварного соединения Термообработка

Сборка сварного соединения Основные способы сборки: • Сборка узла или конструкции в целом с последующей сваркой • Последовательная сборка и сварка путем наращивания отдельных элементов • Поузловая сборка и сварка с последующей сборкой и сваркой конструкции Основные параметры (ГОСТ 5264 -80) • • Угол разделки кромок Величина зазора Величина притупления Смещение кромок

Выбор режимов сварки Режим сварки – совокупность параметров сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества Основные параметры режима сварки: • • • Диаметр электрода Сила сварочного тока Напряжение на дуге Скорость перемещения электрода вдоль шва Род тока и его полярность

Диаметр электрода Толщина металла, мм 1– 2 3 4– 5 6 – 12 13 и более Диаметр электрода, мм 1, 5 – 2 3 3 – 4 4 – 5 5 – 8 Величина сварочного тока lсв= Kdэ lсв= (20+6 dэ)dэ Диаметр электрода, мм 2 3 4 5 6 К 25 – 30 – 45 35 – 50 40 – 55 45 – 60

Напряжение на дуге Изменяется в узких пределах (20 – 36 В) и при расчетах не регламентируется •

Источники тока при РДС • Сварочные трансформаторы: • С увеличенным магнитным рассеянием (а, б, в) • С нормальным магнитным рассеянием

Источники тока при РДС • Выпрямители • Однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямления • Выпрямление трехфазного переменного тока

Внешние ВАХ источников тока ВАХ трансформатора ТД-500 ВАХ сварочных выпрямителей ВД-306 и ВДГ-601

Источники тока при РДС • Блок-схема инверторного источника питания

Источники тока при РДС Инвертор преобразует переменное напряжение сети в напряжение и ток для сварки. Технологические преимущества: : • • • КПД – 95 -98% cosφ = 1, 0 Высокое быстродействие Минимальное разбрызгивание Минимальный перегрев

Источники тока при РДС Трансформатор ТДМ-504 Выпрямитель ВДУ-309

Источники тока при РДС • Сварочные генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую (статор и якорь-ротор ГСО-330 М) • Сварочный преобразователь (асинхронный двигатель и генератор: ПСГ 500 -1 и др. ) • Сварочный агрегат (ДВС и генератор)

Вспомогательные устройства для источников тока при РДС • Осциляторы – высокочастотные искровые генераторы (U=2 -5 к. В; 150 -250 к. Гц; W=100300 Вт), облегчают зажигание дуги и повышают устойчивость ее горения. • Стабилизаторы –устройства для создания стробирующих импульсов, поддерживают устойчивое горение дуги на переменном токе.

Газовая сварка • Сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки.

Газовая сварка ВИДЫ ПЛАМЕНИ

Технология газовой сварки Правый способ • Пламя направлено на шов • Горелка движется практически прямолинейно • Большая производительность при меньшем расходе ацетилена

Технология газовой сварки Левый способ • Пламя направлено на не сваренные кромки • Горелка и пруток перемещаются зигзагообразно • Лучше формируется шов • Применяют для сварки тонколистового металла (<4… 5 мм) и вертикальных швов

Дуговая сварка в среде защитных газов • 1 – горелка • 2 – сопло • 3 – токоподводящий наконечник • 4 – сварочная проволока • 5 – дуга • 6 – сварной шов • 7 – сварочная ванна • 8 – свариваемый металл • 9– капли электродного металла • 10 – газовая защита Сварка, при которой дуга и расплавленный металл, находятся в защитном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специальных устройств.

Оборудование для механизированной сварки в среде защитных газов

Основные технологические параметры • • Род и полярность тока Диаметр электродной проволоки Сварочный ток Напряжение дуги Скорость подачи электродной проволоки Скорость сварки Расход защитного газа Вылет электрода

Автоматическая сварка под флюсом

Основные технологические параметры • • Сила сварочного тока Напряжение дуги Скорость сварки Диаметр электрода Род и полярность тока Вылет электрода Наклон электрода