Основні показники зварювальної дуги.

 

Коефіцієнт розплавлення. При зварюванні металу шов утворюється в наслідок розплавленнаго основного металу. Розплавлення присадного металу характерезується коефіцієнтом розплавлення:

 

де G_p-вага розплавленого електродного металу за час горіння

дуги, г;

t-час горіння дуги, ч;

І-сила зварювального струму, А.

Величина коефіцієнта розплавлення залежить від складу електродного дроту, ваги та складу покриття, а також від роду та полярності струму.

Коефіцієнт наплавки. Вводять для оцінки кількості наплавленого металу. Його величина визначається за формулою:

де G_н- кількість наплавленого за час t металу при силі

струму I.

На величину коефіцієнта наплавки впливають рід та полярність струму, тип покриття, склад електродного дроту, а також положення в просторі, в якому виконується зварювання. Наприклад, для ручного зварювання покритим електродом величини G_н складає 8-12 г/А*г; для автоматичного зварювання під шаром флюсу 12-16 г/А*г; для електрошлакового зварювання 18-22 г/А*г.

Коефіцієнт втрат. При електродуговому зварюванні частину розплавленого металу електроду не приймає участі в утворенні шва і витрачається на покриття втрат на чад, розбризкування, випаровування та інше. Коефіцієнт характеризуючий ці втрати визначається за формулою:

 

Коефіцієнт втрат залежить не тільки від складу електродного дроту та її покриття, але і від режиму та типу зварювального з’єднання. Коефіцієнт втрат підвищується при збільшенні щільності струму та довжини дуги. При зварюванні електродами з тонким покриттям Y=10-20%, електродами з твлстим покриттям Y= 5-10%, при напівавтоматичному та автоматичному зварюванні Y=1-5%.

Залежність величини зварювального струму від діаметру електрода. При ручному дуговому зварюванні сила зварювального струму і діаметр електроду пов’язані слідуючою залежністю:

де I- величина зварювального струму;

d- діаметр електроду;

к- коефіцієнт, який залежить від марки електроду. Його величина коливається від 40(для легованих електродів) до 60(для вуглецевих електродів). Силу зварювального струму в залежності від діаметра електроду можна також підрахувати по приближеній формулі:

Продуктивність дугового зварювання визначається кількістю наплавленого металу:

Чим більше струм тим більше продуктивність. Але при значному збільшенні струму зварювання електрод може швидко нагріватись теплом Джоуля-Ленца, що різко погіршує якість зварювального шва, так як метал шва і зона плавлення основного металу будуть перегрітими. Окрім того перегрів електрода збільшує розбризкування металу.

Теплова потужність дуги. Електрична потужність, яка витрачається на горіння дуги, перетворюється в теплову потужність. Повна теплова потужність дуги Q підраховують за формулою:

де U_д- падіння напруги на дузі, В;

І-сила зварювального струму, А.

 

Перенос розплавленого металу крізь дуговий простір.

Під час зварювання, метал з кінця електроду переходе в зварювальну ванну в вигляді окремих крапель. За одну секунду з електрода стікає 20...50 крапель металу приблизно однакового розміру. Відрив та перенос капель в дузі проходить під дією електромагнітних сил, сил тяжіння, сил поверхневого натяжіння та внутрішнього тиску газів.

При великій щільності струму, особливо при зварюванні в середовищі захисних газів, крапельний перенос металу переходить в струменевий. В цьому випадку стискаючу дію струму стає настільки великим, що розплавлений метал з електрода стікає в дуговий проміжок в вигляді конічного струменю.

В процесі такого зварювання під шаром флюсу одночасно плавиться зварювальний дріт, основний метал (деталь) і флюс. Розплавлений флюс утворює навколо дуги газовий пузир, заповнений газами та парами металу. Дуга під флюсом дає менші теплових втрат на випромінювання і є більш зосередженим джерелом тепла, ніж відкрита дуга. Зварювальний струм при наплавлюванні під флюсом можливо застосовувати значно більше, ніж при ручному зварюванні, що обумовлено більш близьким струмопідводом до дуги.

Джерела струму для живлення зварювальної дуги.

Для живлення зварювальної дуги застосовують спеціальні джерела струму, які відповідають певним технічним вимогам та вимогам безпеки. Насамперед джерела струму повині мати визначену зовнішню характеристику, яка виражає залежність напруги на зажимах джерела струму від навантаження (сили струму). Ця залежність виражається зазвичай графічно в вигляді кривої

Стійке горіння дуги можливе лише при падаючий характеристиці джерела струму, тобто коли напруга на зажимах знижується при збільшені навантаження і підвищується при її зменшенні. Для звичайних зварювальних установок, з міркувань безпеки, максимальна напруга джерела струму не повина перевищувати 90…100 В.

Зварювальна дуга може живитись як постійним так і змінним струмом для чого і випускаються спеціальні джерела.

Для отримання падаючої характеристики на електродах дуги необхідно вмикати послідовно з дугою достатній опір. Кращі економічні показники отримуються при вмиканні в зварювальний ланцюг послідовно з дугою індуктивного опору дросельної котушки, окремої від трансформатора або об’єднаною з ним в одне ціле.

В якості джерела постійного зварювального струму можуть застосовуватись зварювальні генератори або напівпровідникові випрямлячи.

Зварювальні перетворювачи (генератори постійного струму) випускаючи нашою промисловістю з електричними двигунами змінного струму типу ПСО, ПСУ, ПСМ та з двигунами внутрішнього згорання. За останні роки отримали розповсюдження агрегати АСБ та АДБ з бензиновими двигунами, а також АСД та АДД з дизельними двигунами. Зварювальні випрямлячи складаються з понижуючого трансформатора та блока випрямляючих елементів (вентилів) в якості яких використовують селенові, кремнієві або германієві напівпровідникові випрямні елементи. Переваги випрямлячів перед зварювальними перетворювачами заключається в тому, що тут відсутні обертаючи частини, менша вага, просте обслуговування та інше. Зварювальні випрямлячі випускаються з падаючою та жорсткою характеристиками. Нашою промисловістю випускаються зварювальні випрямлячі типу ВС з селеновими напівпровідниковими елементами та ВК – кремнієві.

Осцилятор – пристрій, призначений для полегшення запалювання зварювальної дуги та підвищення її стійкості. Запалювання зварювальної дуги та стійкість її горіння досягається за рахунок паралельного накладення на дуговий проміжок допоміжного змінного струму підвищеної напруги , високої частоти (50*10³Гц) та великій потужності. Підвищена напруга пробивається газовим проміжком при відсутності або ослабленні основного зварювального струму та в результаті створюється канал з достатньо високою ступінню іонізації і відкривається шлях для проходження зварювального струму.

З метою захисту джерела зварювального струму від пошкодження високовольтним розрядом, послідовно з дугою вмикають індуктивний опір-дросельну котушку.

Контрольні запитання

1. Роль російських та радянських вчених в становленні та розвитку зварювальної технології.

return false">ссылка скрыта

2. Назвіть області зварювальної дуги. Як розподіляється температура по довжині дуги?

3. Як впливає рід зварювального струму на процес наплавки?

4. Назвіть основні показники дуги і як вони визначаються.

5. Які джерела струму використовуються для живлення дуги?

 

 

ТЕХНОЛОГІЯ ВІДНОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ

НАПЛАВЛЕННЯМ.

 

Процес відновлення спрацьованих поверхонь деталей наплавленням відноситься до способу відновлення номінальних розмірів. З цією метою в ремонтній практиці використовуються такі технологічні процеси, як наплавлення під шаром флюсу, вібродугова наплавка, зварювання та наплавлення в середовищі вуглецевого газу, зварювання та наплавлення в середовищі аргону, плазменна та інші.

 

НАПЛАВЛЕННЯ ПІД ШАРОМ ФЛЮСУ.

Для наплавлення деталей під шаром флюсу випускають наплавлю вальні головки різноманітних конструкцій (А-580М, ПАУ-1,ОКС-1252М, ОКС-1031-Б та інші), які встановлюються на супорті пере обладнаного токарно-гвинторізного або спеціального верстату з частотою обертання шпинделя від 0,25 до 4 хв^-1. Основні частини наплавлювальної головки – механізм подачи дроту з редуктором для зміни швидкості її подачи, бункер для флюсу з флусопроводом та спеціальним мундштуком для подачи дроту до місця наплавки.

Для отримання електричної дуги використовують звичайні зварювальні генератори та випрямлячи. Наплавлення ведуть на постійному струмі оберненої полярності (+ на електроді ).

В ремонтній практиці найбільш широке використання знаходить флюс АН-348А, в склад якого входить (% по масі) SiO₂ – 41,0…44,0; MnO – 34,0…38,0; CaO – до 6,5; MgO – 5,0…7,5; Al₂O₃ до 4,5; CaF₂ – 4,0…5,5. При високій температурі зварювальної ванни відбувається відновлення окислів марганцю та кремнію, які місяця у флюсі. Утворений при цьому чистий марганець та кремній переходять до металу шва. При подальшому знижені температури марганець та кремній відновлюють залізо з розчиненої в металі закису заліза, а утворившися при цьому окиси марганцю та кремнію з’єднуються між собою, утворюючи силікат марганцю,

 

Рис.5. Схема наплавлення під шаром флюсу.

1- джерело струму; 2- флюсопровід; 3- оболонка з рідкого флюсу; 4- мундштук; 5- електродний дріт; 6- електрична дуга; 7- шлакова корка; 8- наплавлювальний шар; 9- деталь; 10- підвід струму до деталі; а- зміщення електроду з зениту.

 

який спливає на поверхню та переходить в шлак. При недостатньому вмісті кремнію у зварювальній ванні можливо вигорання вуглецю з утворенням окису вуглецю, що призводить до утворення пор у наплавленому шарі металу. Марганець зв’язує сіру в нерозчинне у рідкому металі з’єднання – сірнистий марганець, який спливає на поверхню і переходить у шлак. При високій температурі дуги фтористий кальцій розлагається з утворенням вільного фтору. Останній з’єднується з воднем, вилучаючи його з металу шва.

При наплавленні під шаром флюсу забезпечується висока та стабільна якість наплавленого шару. Це досягається за рахунок надійного захисту металу шва від навколишнього повітря, однорідності металу шва по хімічному складу, добре формування шва та постійність його розміру. Якість наплавлювального металу в значному ступіні залежить від глибини проплавлення основного металу. Глибокого проплавлення металу при наплавлювальних роботах не бажано, так як при цьому зменшується концентрація вуглецю та легуючих елементів у наплавленому шарі. Крім цього, при глибокому проплавленні збільшується деформація деталей та виникає ймовірність пропалювання тонкостінних деталей. Глибина проплавлювання в більшому ступеню залежить від струму, що і визначає вибір режиму наплавлення.

 

 

Таблиця 2

Режими наплавлення під шаром флюсу

 

Діаметр деталі, мм.	Струм в амперах при діаметрі електродного дроту, мм.	Напруга, В.	Швидкість наплавки, м/г.	Швидкість подачи електродного дроту, м/г.	Зміщення електроду з зеніту, мм.
1,2...1,8	2...2,5
50...60	100...120	120...150	25..28	20...24
65...75	140...150	180...220	25...28	18...28
80...100	170...180	230...300	28..30	16...30
150...200	230...250	300...350	30...32	16...30
250...300	270...300	350...380	30...32	16...30

 

Вибір струму, напруги та швидкості подачи наплавлювального дроту проводять з врахуванням:

- мінімального проплавлення металу деталі;

- максимальної необхідної товщини наплавки з врахуванням припуску на обробку;

- якісного формуванньного проплавлення металу деталі;

- максимальної необхідної товщини наплавки з врахуванням припуску на обробку;

- якісного формування наплавленого шару та відсутності дефектів після обробки до номінального розміру.

Наплавлення під флюсом використовують для відновлення деталей діаметром більше 40 мм, так як при менших діаметрах деталей погіршується утримання флюсу, можливий прогрів деталі наскрізь, що приведе до змінення структури металу.

Швидкість подачи електродного дроту визначають з виразу;

де - коефіцієнт наплавки;

І- сила струму, А;

d- діаметр електродного дроту, м;

- щільність метала електродного дроту.

Продуктивність наплавки зазвичай оцінюється по кількості металу, наплавленого за період часу:

Коефіцієнт наплавки при зварюванні під флюсом складає 14...18 , а кількість наплавленого металу – від 2 до 15кг за годину.

Величина зміщення з зениту визначається дослідним шляхом в залежності від діаметру деталі та режимів наплавлення.

Продольну подачу наплавлювальної головки приймають в відповідності з заданим кроком зміщення наплавлювальних валиків. На деталях великого діаметру (понад 80 мм) валики наплавляють з перекриттям на 1/3 їх ширини. На деталях малого діаметру та порожнистих деталях наплавлення проводять у декілька проходів з великим кроком.

Частота обертання деталі визначається в залежності від прийнятої швидкості наплавлення:

 

де V_н – задана швидкість наплавлення, м/г;

d- діаметр наплавлювальної деталі, мм;

n- частота обертання деталі, хвл^-1.