Контрольная работа Технология и оборудование электрической сварки плавлением и термической резки - файл n1.doc

Контрольная работа Технология и оборудование электрической сварки плавлением и термической резки
скачать (184 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.doc288kb.19.03.2009 09:41скачать
ᢠઠ.doc222kb.16.01.2012 14:32скачать

n1.doc



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Тольяттинский государственный университет

Автомеханический институт
Кафедра «Техническая эксплуатация автомобилей и восстановление деталей»


ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

«ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКИ

ПЛАВЛЕНИЕМ И ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ»

И ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
Тольятти 2007

УДК 621.791 (076)

ББК 34.641 я 73

П 78


П78 Программа и методические указания к изучению дисциплины «Технология и оборудование электрической сварки плавлением и термической резки» и выполнению контрольных работ для студентов 4го курса заочной формы обучения по специальности 150202/ Составители: Ельцов В.В., Матягин В.Ф. Тольятти: ТГУ, 2007. - с.38

Издание 2 е , исправленное и дополненное.
Данное методическое указание позволяет студентам заочного отделения ознакомиться со способами сварки плавлением и изучить правила расчетов параметров режима сварки и расхода сварочных материалов при различных способах сварки. Приведены примеры расчетов этих параметров, а также справочные материалы для расчетов.
Утверждено научно-методическим советом Автомеханического института Тольяттинского государственного университета.

УДК 621.791 (076)

ББК 34.641 я 73

Тольяттинский государственный университет
1. Программа дисциплины

Таблица 1.Распределение фонда времени по семестрам и видам занятий.

№ семестра

Всего часов

Лекции

Лабор. работы

Самостоят. работа

7

62

6

8

48

8

52

6

10

36

Общее

114

12

18

84


Таблица 2. Распределение фонда времени по темам и видам занятий



Наименование тем

Лек.

Лаб.

СР

Всего

1

История развития сварочной техники и технологии. Сущность процессов сварки







6

6

2

Сварочные материалы для сварки плавлением

1




6

7

3

Ручная дуговая, автоматическая и полуавтоматическая сварка.

2

14

14

30

4

Сварка неплавящимся электродом в инертных газах

1

4

6

11

5

Электрошлаковая сварка

1




6

7

8

Газовая сварка. Способы термической резки металлов

1




10

11

9

Технология сварки углеродистых конструкционных сталей

1




6

7

11

Технология сварки легированных сталей

-




12

12

12

Технология сварки высоколегированных сталей

2




6

8

13

Технология сварки легких и цветных сплавов

2




6

8

14

Технология сварки чугуна

1




6

7




Итого:

12

18

84

114



  1. Содержание разделов и тем

1. История развития сварочной техники и технологии. Сущность процессов сварки плавлением.

Возникновение технологического процесса сварки. Явление электрической дуги. Основные этапы развития. Сущность сварки плавлением. Электрическая сварочная дуга, как источник тепла при сварке. Особенности защиты свариваемого металла от вредного воздействия воздуха. Роль и особенности различных защитных сред при сварке. Сварка плавящимся и неплавящимся электродом. Сущность основных видов сварки плавлением. Процессы, протекающие при сварке плавлением: раскисление, рафинирование, легирование основного и электродного металла. Коэффициенты, характеризующие плавление электрода. Параметры режима сварки. Строение сварного соединения: сварной шов, зона сплавления, зона термического влияния. Доля участия основного металла в металле шва и ее влияние на химический состав шва. [1] с. 18...82.[3] с.3…5

2. Сварочные материалы для сварки плавлением.

Сварочная и наплавочная проволока. Покрытые электроды для ручной сварки. Классификация покрытых электродов. Виды покрытий. Типы и марки электродов.

Сварочные флюсы. Назначение и классификация флюсов, основные требования к флюсам для автоматической сварки. Плавленые и керамические флюсы. Порошковые проволоки. Защитные газы - активные и инертные, смеси газов. Газы для термической резки металла. Неплавящиеся электроды. [1] с. 83...121. [3] c6…18.

3. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Механизированная сварка порошковой проволокой.

Классификация сварных соединений и швов. Подготовка кромок под сварку. Параметры режима сварки, выбор режима сварки. Техника сварки. Дефекты сварных соединений. Источники питания для ручной сварки. Сварка порошковой проволокой. Типы порошковых проволок. Область применения способа, достоинства и недостатки. Полуавтоматы для сварки порошковой проволокой. [1] с. 7...17, 62...65, с.129...133.

4. Механизированная сварка в защитных газах.

Сварка в среде углекислого газа. Особенности горения дуги, металлургические процессы при сварке. Разновидности процесса, сварка в смеси газов Технология и техника сварки. Способы снижения разбрызгивания при сварке. Сварка

плавящимся электродом к инертных газах. Импульсно-дуговая сварка. Источники питания и установки для сварки. [1] с. 44...60.

5. Автоматическая и механизированная сварка под флюсом.

Преимущества автоматической сварки по сравнению с ручной. Сварка со свободным и принудительным формированием шва, однодуговая, многодуговая. Сварка в одну сварочную ванну и раздвинутыми дугами.

Механизированная сварка: шланговая, электрозаклепками, приварка шпилек. Технология и техника автоматической и механизированной сварки. Выбор режима сварки, подготовка кромок под сварку. Сварка односторонних и двусторонних швов, сварка с металлическим наполнителем. Сварка многослойных и угловых швов Сварочные автоматы и полуавтоматы. Источники питания для сварки под флюсом. [1] с. 32...44, с. 140...153. [3] с. 30...36,

6. Сварка неплавящимся электродом в инертных газах.

Сущность способа сварки преимущества и недостатки. Сварка на прямой полярности высоколегированных сталей. Сварка титановых сплавов. Дуга переменного тока с неплавящимся вольфрамовым электродом. Эффект выпрямления тока. Постоянная составляющая тока. Устойчивость горения дуги. Сварка алюминиевых сплавов на переменном токе.

Установки для сварки неплавящимся электродом. Сварка пульсирующей дугой. Сварка разнополярными импульсами тока. Возбудители дуги. Стабилизаторы дуги переменного тока. [1] с. 44...62.

7. Электрошлаковая сварка

Сущность, металлургические и технологические особенности процесса, особенности кристаллизации. Разновидности сварки: электродной проволокой, пластинчатым электродом, плавящимся мундштуком. Техника и технология сварки прямолинейных и кольцевых швов. Установки для электрошлаковой сварки. [2] с. 57...61. [3] с. 42...49,

8. Газовая сварка. Способы термической резки металлов.

Газосварочное пламя. Горючие газы. Металлургия газовой сварки. Присадочные прутки и стержни. Преимущества газовой сварки малых толщин, чугуна и цветных металлов. Технология и техника газовой сварки. Аппаратура для сварки.

Сущность процесса газовой резки. Резка малых толщин, пакетная резка. Резка больших толщин. Кислородно-флюсовая резка, поверхностная строжка металла.

Электродуговая резка. Воздушно-дуговая резка. Плазменная резка. Установки для раскроя металла кислородной и плазменной резки.[2] с. 71...73.

9. Технология сварки углеродистых конструкционных сталей

Классификация углеродистых конструкционных сталей. Понятие свариваемости. Влияние легирующих элементов и примесей в стали на свариваемость. Регулирование термического цикла различных зон сварного соединения. Сварка низко и средне углеродистых сталей. Особенности применения различных способов сварки. [2] с. 73...83.

10. Технология сварки низколегированных сталей

Сварка низколегированных конструкционных и строительных сталей. Сварка теплоустойчивых сталей. Роль предварительного и сопутствующего подогревов при сварке. Особенности применения различных способов сварки. [2] с. 106...127.

11. Технология сварки легированных сталей.

Сварка легированных сталей. Характеристика и классификация легированных сталей. Основные трудности при сварке. Технологические методы предупреждения образования холодных трещин в сварных соединениях. Особенности сварки конструкций из легированных сталей. Особенности применения различных способов сварки. [2] с. 106...127. [3] c. 56…62

12. Технология сварки высоколегированных сталей

Состав и свойства высоколегированных сталей и сплавов. Диаграмма Шеффлера. Металлургические особенности сварки, обеспечение стойкости металла шва и зоны термического влияния против образования трещин, обеспечение коррозионной стойкости сварных соединений. Технологические особенности сварки основных классов высоколегированных сталей (мартенститных, аустенитных, ферритных, переходных классов с учетом условий эксплуатации сварных соединений). [2] с. 106...127.

13. Технология сварки алюминиевых сплавов

Классификация, свойства и свариваемость алюминия и его сплавов. Основные трудности при сварке, подготовка металла под сварку, технология и техника

различных способов сварки. Установки для сварки алюминиевых сплавов. [2] с. 143...162. [3] с. 70…72,

14. Технология сварки чугуна

Области применения сварки чугуна. Особенности сварки чугуна, особенности структуры металла шва и зоны термического влияния. Способы сварки чугуна. [1] с. 321...336.

3. Перечень лабораторных работ

Л.Р. №1. Выбор режимов ручной дуговой сварки покрытым электродом - 2 часа

Л.Р. №2. Принцип действия и конструкция полуавтомата для сварки в среде углекислого газа - 4 часа.

Л.Р.№3. Принцип действия и конструкция автомата для сварки под слоем флюса - 4 часа.

Л.Р. № 4. Установки для сварки неплавящимся электродом в среде аргона. - 4 часа.

Л.Р.№ 5. Полуавтомат А-765 для сварки порошковой проволокой – 4 часа

4.Темы заданий для самостоятельной работы (контрольные работы)

1. Расчет расхода электродного металла при сварке и назначение режимов сварки. - 7 семестр . (КР №1)

  1. Разработка технологии сварки заданного узла. - 8 семестр. (КР№2)

5. Содержание самостоятельной работы

  1. Изучение лекционного материала

  2. Изучение учебной литературы и методических разработок.

  3. Изучение методики выполнения лабораторных работ при подготовке к лабораторным работам.

  4. Подготовка отчетов по лабораторным работам.

  5. Выполнение контрольных работ

Основная литература

  1. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. - М.: Машиностроение, 1977. – 432 с.

  2. Никифоров Г.Д. Технология и оборудование сварки плавлением. - М.: Машиностроение, 1978.

  3. Ельцов В.В. Сварка плавлением металлических конструкционных материалов. Уч. пособие. – Тольятти, ТГУ, 2007 - 195 с.

Дополнительная литература

3. Сварка в машиностроении: Справочник в 4 томах. Т 2. /Под ред. А.И. Аку-

лова. - М.: Машиностроение, 1978. - 462 с.

4. Оборудование для дуговой сварки: Справ. пособие / Под ред. В.В. Смирнова.

- Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 656 с.

5. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. - М.: Машиностроение, 1973.

- 448 с.

6. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом.- М.:

Машиностроение, 1974.- 239 с.

7. Розаренов Ю.Н. Оборудование для электрической сварки плавлением. - М.:

Машиностронение, 1987. - 208 с.

8. Ворновицкий И.Н. Электроды для сварки оборудования тепловых

электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1983. – 96 с.

9. ГОСТ 9467-75. Электроды покрытые металлические для ручной дуговой

сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы. – М.: Изд.-во

стандартов, 1977. – 9 с.

10. ГОСТ 5264-80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные

типы, конструктивные элементы и размеры. – М.: Изд.-во стандартов, 1982.

– 64 с.

11. Мозберг Р.К. Материаловедение. - М.: Высшая школа, 1991. - 448 с.

12. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Под ред. В.В.

Смирнова. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 656 с.

13. Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2 т. /Под

общ. ред. Н.Н. Потапова. Т.2. – М.: Машиностроение, 1989.

14. Сварочные проволоки и электроды. - М.: Машиностроение, 1993. - 768 с.

15. Сварка и свариваемые материалы: Справ. в 3 т. /Под ред. В.Н. Волченко.

Т 2. Технология и оборудование /Под ред. В.М. Ямпольского. - М.: Изд-во

МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. - 573 с.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ЗАДАНИЯ № 1

Этап 1. Определение количественных характеристик процесса сварки

    1. . Назначение и обозначение сварочных электродов.

    2. . Расчет количества металла наплавленного.

    3. . Расчет времени плавления электродного металла.

Этап 2. Выбор режимов сварки

2.1. Определение времени сварки.

2.2. Расчёт режимов ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

2.3. Расчёт режимов сварки для автоматической сварки плавящимся электродом под слоем флюса.

Этап 3. Определение физических величин процесса сварки

3.1. Определение эффективной мощности дуги.

3.2. Определение погонной и удельной энергии процесса сварки, термического КПД.

3.3. Определение расхода сварочных материалов.

Э Т А П 1.

1.1. Назначение и обозначение сварочных электродов.

Вариант

Марка электрода.

1

Э46-УОНИ-13/45-3,0-УД2 ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75

Е-432(5)-Б 10

2

Э-09У1МФ-ЦЛ-20-4,0-ТДЗ ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75

У-27-Б 10

3

Э10Х 25 Н13 Г2Б-ЦЛ-9-5,0-ВД1 ГОСТ 9466-75, ГОСТ 10052-75

Е-2075-Б 30

4

Э-11Г3-ОЗН-3004-4,0-НД1 ГОСТ 9466-75, ГОСТ 10051-75

Е 300/32-1-Б 40

5

Э46-МР-3-УД2 ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75

Е 430(3)-Р 26

6

Э-10Х20Н9ГШС-НИИ-48-4,0-ВС2 ГОСТ 9466-75, ГОСТ 10051-75 Е-0050-Б 20

7

Э-09Х1МФ-ЦЛ-39-2,5-ТД2 ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75

Е 27-Б 20

8

Э46-АНО-13-УД2 ГОСТ 9466-75, ТУ 14-4-1684-91

Е-430(1)-РЦ11

9

Э-08Х 19 Н10 Г2Б-ЦТ-15-3,0-ВД2 ГОСТ 9466-75, ГОСТ 10052-75

Е-2453-Б 20

10

Э46-АНО-21-3.0-УД1 ГОСТ 9466-75, ТУ 14-4-1684-91

Е-432(3)-Р11


1.2. Расчет количества металла наплавленного

Определить количество наплавленного металла на 1 погонный метр шва, если сварка выполняется:

Вариант

Задание

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.


ГОСТ 5264- 80 – С2, толщина 5 мм.

ГОСТ 8713 – 70- С14, толщина 5 мм.

ГОСТ 14771- 69-У2, толщина 5 мм.

ГОСТ 5264- 80 – С2, толщина 4 мм.

ГОСТ 8713 – 70- С14, толщина 4 мм.

ГОСТ 14771- 69-У2, толщина 4 мм.

ГОСТ 5264- 80 – С2, толщина 6 мм.

ГОСТ 8713 – 70- С14, толщина 6 мм.

ГОСТ 14771- 69-У2, толщина 6 мм.

ГОСТ 5264- 80 – С2, толщина 3 мм.


1.3. Расчет времени плавления электродного металла

Длина покрытого электрода при сварке составляет 450 мм. Диаметр электрода (см. вариант). Марка электрода (см. вариант). Определить время, через которое происходит замена электрода, при максимально допустимом сварочном токе для данного типа электрода.

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Марка электро-да

МР-3

АНО-14

УОНИ 13/45

ЦУ-5

ЦЛ-39

ЦТ-26

МР-3

УОНИ 13/55

ТМУ 21

ОЗЛ-5

Диа-метр

4

5

6

4

5

6

4

5

6

4

Э Т А П 2.

2.1. Определение времени процесса сварки

Поперечное сечение сварного соединения пластин имеет вид (см. рисунок), соединение выполняется ручной дуговой сваркой покрытыми электродами. Длина соединения составляет 1,5 метра. Материал пластин - Сталь 20. Определить время сварки и необходимый расход электродов.






Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Марка электрода

УОНИ13/55

МР-3

ОЗЛ-5

УОНИ 13/45

АНО-4

МР-3

МР-3

УОНИ 13/55

АНО-4

ОЗЛ-5

Толщина мм.

5

6

6

5

6

8

4

5

6

6

Св. ток А.

160

200

240

160

200

240

150

180

220

160

Диаметр мм.

4

5

6

4

5

6

4

5

6

4

2.2. Расчёт режимов ручной дуговой сварки покрытыми электродами

Вариант 1. Подобрать режимы сварки, для ручной дуговой сварки стыкового соединения пластин толщиной 5 мм. из Ст. 3, в нижнем положении. Сварка ведется электродами Э46А.

Вариант 2. Должна производиться ручная сварка в нижнем положении пластин по ГОСТ 5264-80 С14 толщиной 6мм из Ст3; тип электродов Э46А (ГОСТ 9467-75). Разработать режимы сварки.

Вариант 3. Сварка в нижнем положении пластин толщиной S=6 мм из Ст.20, тип электрода Э42 (ГОСТ 9467-75); длина шва 200 мм. Разработать режимы для ручной дуговой сварки.

Вариант 4. Разработать режимы сварки пластин из Ст20 сварного соединения Вариант С17 (ГОСТ 5264-80) для толщины 16 мм. Сварка ведется в нижнем положении электродами типа Э46 (ГОСТ 9467-75).

Вариант 5. Разработать режимы сварки углового соединения У-4 (ГОСТ 5264-80) для стальных элементов толщиной 6 мм. Свариваемые элементы из Ст20, сварка ведется электродами типа Э42 (ГОСТ 9467-75).

Вариант 6. Разработать режимы сварки вертикальных швов стыкового соединения из Ст3 толщиной пластин 6 мм, тип соединения С17 (ГОСТ 16037). Сварка ведется электродами типа Э46А.

Вариант 7. Разработать режимы сварки горизонтального стыка С8 из стали Ст3 при толщине свариваемых элементов 12 мм. Для сварки используют электроды типа Э42А (ГОСТ 9467-75).

Вариант 8. Разработать режимы сварки потолочного соединения листов толщиной 6 мм из Ст3. Тип электродов Э42 (ГОСТ 9467-75).

Вариант 9. Разработать режимы сварки, для ручной дуговой сварки стыкового соединения пластин толщиной 4 мм. из Ст.20, в нижнем положении. Сварка ведется электродами Э42.

Вариант 10. Разработать режимы сварки, для ручной дуговой сварки стыкового соединения пластин толщиной 3 мм. из Ст.30, в нижнем положении. Сварка ведется электродами Э46А.
2.3. Расчёт режимов сварки для автоматической сварки плавящимся электродом под слоем флюса

Определить режимы сварки Iсв, Uп, Vсв для стыкового соединения при сварке под слоем флюса АН-348А автоматом АДС-1000 на постоянном токе, листов из стали Ст.35 (см. вариант), при использовании проволоки Св08А.



Вариант

Задание

ГОСТ

Толщина

пластин мм.

Диаметр

проволоки мм.



1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ГОСТ 8713-70-С14

ГОСТ 8713-70-С14

ГОСТ 5246-69-С2

ГОСТ 5246-69-С2

ГОСТ 8713-70-С14

ГОСТ 5246-69-С2

ГОСТ 8713-70-С14

ГОСТ 5246-69-С2

ГОСТ 5246-69-С2

ГОСТ 8713-70-С14



6

7

8

9

10

10

9

8

7

6

5

4

5

4

6

6

5

4

5

4



Э Т А П 3.

3.1. Определение эффективной мощности дуги

Ручная сварка пластин из стали Ст20 велась покрытыми электродами. Размеры пластины AґBґC, скорость сварки V, диаметр электрода dэ, ток дуги I, напряжение на дуге Vд .= 18 в. Определить приращение средней температуры пластин после сварки.

Вариант

AґBґC, мм

dэ, мм

V, м/ч

I, А

Род тока

1

1000ґ1000ґ0,05

5

7

150

Обратная поляр-ность

2

500ґ300ґ3

3

8

120

Перемен-ный

3

1200ґ300ґ4

4

8

160

Прямая поляр-ность

4

1500ґ300ґ5

5

9

220

Обратная поляр-ность

5

2000ґ500ґ3

4

10

220

Перемен-ный

6

100ґ100ґ5

4

12

230

Перемен-ный

7

250ґ1000ґ3

4

7

140

Прямая поляр-ность

8

250ґ500ґ4

5

8

200

Обратная поляр-ность

9

1500ґ300ґ5

4

6

200

Прямая поляр-ность

10

100ґ100ґ5

5

8

210

Обратная поляр-ность

3.2. Определение погонной и удельной энергии процесса сварки, термического КПД

Сварка пластин из коррозионностойкой стали 08Х18Н9Т, производилась на сварочном автомате неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона. Сварка велась за один проход без разделки кромок и подачи присадочной проволоки. После сварки определялась площадь поперечного сечения.

Определить термический и полный КПД процесса сварки



Вариант

S пл., мм

dэ, мм

V, м/ч

I, А

Uд. В

1

4

3

17

250

15

2

5

4

28

280

18

3

3

3

15

200

16

4

2

3

30

320

20

5

4

4

200

260

18

6

5

5

24

330

15

7

5

4

17

240

20

8

3

4

18

260

24

9

2

3

26

300

26

10

4

5

20

310

22

3.3. Определение расхода сварочных материалов

При механизированной сварке в углекислом газе электродной проволокой диаметром d, скорость подачи проволоки составляет V, сварной ток I, напряжение на дуге Vд. Определить теплосодержание капель электродного металла, если термический КПД передачи мощности дуги в электрод составляет 0,2.

Вариант

d, мм

V, м/ч

I, A

Vд, В

1

1

180

160

26

3

1,2

200

180

26

5

1,5

220

200

26

7

1,6

240

230

28

9

2,0

240

250

28

Определить максимальную теоретически возможную скорость подачи электродной проволоки, приняв теплосодержание жидкого металла равным Hпл=2000 Дж/г, при сварке током I и диаметром проволоки d.

Вариант

d, мм

I, A

Род тока

Vд, В

2

1,6

240

Прямая полярность

20

4

1,3

350

Обратная полярность

28

6


4

400

Перемен-ный

29

8

1,2

100

Прямая полярность

18

10

1

180

Обратная полярность

16

7. Примеры выполнения заданий:

Задача 1.1.

Э42А УОНИ – 13/45 – 4,0

Э – электрод для электродуговой сварки;

42 минимальная гарантия сопротивления металла шва на разрыв;

А – показывает на то, что изготовитель гарантирует повышенную пластичность металла сварного шва;

УОНИ – марка электрода;

13/45 – механические свойства шва;

4,0 – диаметр электродного стержня.

Задача 1.2.

1. По ГОСТ 5264-80 «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры» выбираем для стыкового сварного соединения тип соединения согласно, толщины свариваемых пластин.

По ГОСТ 5264-80 в таблице отыскиваем конструктивные размеры сварного шва.

Размеры шва включают: ширину наплавленного валика е мм, ширину обратного валика е1 мм, усиление g мм. (предельное отклонение во время расчетов не учитывается).

2.Определяется площадь поперечного сечения наплавленного металла.

Для этого разбиваем площадь поперечного сечения наплавленного металла на простые фигуры: два сегмента круга, прямоугольник и треугольник. Площадь верхнего сегмента (верхнее усиление шва) S1 ? 2 е g/3 мм2. Аналогично, площадь сечения обратного валика S2 ? 2 el gl/ 3 мм2. Площадь прямоугольника, определяемая зазором S3 мм2. Площадь одного треугольника S4 = Ѕ аh мм2.

Общая площадь поперечного сечения наплавленного металла:

S = S1 + S2 + S3 + S4 мм2 .

3. Рассчитывается масса наплавленного металла по формуле

Мн= SнLш,

где Lш - длина шва, см;

 - плотность металла, г/см3.
Задача 1.3.

1
.Для определения времени горения электрода воспользуемся формулой, расчета коэффициента расплавления электрода:

где Мр - масса расплавленного металла, г;

I - величина сварочного тока, А;

t св- время горения электрода, с;

2. Максимально допустимая величина сварочного тока задаётся от типа и диаметра используемого электрода и определяется:

Iсв = Пdэл /4 * j;

j допустимая плотность тока.

3.Массу расплавленного металла можно определить по формуле:

Mp = Fэ Lэ r ;

где Fэ – площадь поперечного сечения электрода, мм2.

r - плотность электродного металла, г/см3

Lэ – длина электрода, см.

3. По таблице (см. приложение 1) определяем aр.

Задача 2.1.

1. По ГОСТ 5264-80 «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры» по ГОСТ 5264-80 в таблице отыскиваем конструктивные размеры сварного шва.

Размеры шва включают: ширину наплавленного валика е мм, усиление g мм. (предельное отклонение во время расчетов не учитывается).

2.Определяется площадь поперечного сечения наплавленного металла.

Для этого разбиваем площадь поперечного сечения наплавленного металла на простые фигуры: два сегмента круга, прямоугольник Площадь верхнего сегмента (верхнее усиление шва) S1 ? 2 е g/3 мм2. Площадь прямоугольника, определяемая зазором S2 мм2.

Общая площадь поперечного сечения наплавленного металла:

S = S1 + S2 мм2.

3. Рассчитать массу наплавленного металла по формуле

Мн=FнLш,

где Lш - длина шва, см;

 - плотность металла, г/см3.
4. Определить коэффициент наплавки для заданной марки электродов н ( приложение 1).

5. Определить основное время сварки по формуле

6
. Расход сварочных электродов выбираем с помощью приложения 1.
Задача 2.2.

1. Зная марку свариваемых элементов, толщину и тип электрода, а так же положение сварного шва в пространстве, назначить марку и диаметр электрода.

2. По марке, диаметру электрода рассчитать сварочный ток и определить полярность(полярность обосновать).

3. Для данного способа сварки задать скорость сварки, наклон электрода, технику выполнения.

Задача 2.3.

1. По ГОСТ 8713-80 «Автоматическая дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры» выбираем для стыкового сварного соединения тип соединения согласно, толщины свариваемых пластин и определяем конструктивные размеры сварного шва.

Размеры шва включают: ширину наплавленного валика е мм, ширину обратного валика е1 мм, усиление g мм. (предельное отклонение во время расчетов не учитывается).

2.Определяется площадь поперечного сечения наплавленного металла.

Для этого разбиваем площадь поперечного сечения наплавленного металла на простые фигуры: два сегмента круга, прямоугольник и треугольник. Площадь верхнего сегмента (верхнее усиление шва) S1 ? 2 е g/3 мм2. Аналогично, площадь сечения обратного валика S2 ? 2 el gl/ 3 мм2. Площадь прямоугольника, определяемая зазором S3 мм2. Площадь одного треугольника S4 = Ѕ аh мм2.

Общая площадь поперечного сечения наплавленного металла:

S = S1 + S2 + S3 + S4 мм2 .

1. Определить сварочный ток, необходимый для проплавления листов на всю глубину

где hп - глубина проплавления, равная толщине листов, мм;

k - коэффициент пропорциональности. Для автоматической сварки под слоем флюса k=0,01.

2
. Определяем скорость подачи электродной проволоки по формуле:

где Vп - скорость подачи электродной проволоки, м/час;

Fэ - площадь сечения электродной проволоки, мм2;

Fн - площадь сечения наплавленного металла, определяемая по сечению сварного соединения в мм2 ;

q – вес погонного метра проволоки, граммах.
3. Определяем скорость сварки по формуле:




где Vп - скорость подачи электродной проволоки, м/час; Задача 1

Fэ - площадь сечения электродной проволоки, мм2;

Fн­ - площадь сечения наплавленного металла, определяемая по сечению сварного соединения в мм2.

Задача 3.1.

1
) Приращение средней температуры пластины после сварки можно определить по формуле:

где Cv - объемная теплоемкость металла пластин, Дж/( см3град);

Q - количество тепла, полученное пластинами от дуги, Дж;

V - объем пластин, см3.

Для малоуглеродистой стали Cv=5,05 Дж/( см3град).

2) Количество тепла Q на нагрев пластин можно определить по формуле

Q=qnt,

где qn - эффективная мощность дуги при данном способе сварки, Вт;

t - время горения дуги, сек.

3) Эффективную мощность дуги можно найти по формуле

qn=Pди=UдIдn;

где n - эффективный КПД дуги.

4
) Время горения дуги t рассчитывают по формуле

где Lш - длина сварного шва;

36 - коэффициент перевода размерности из м/час в см/сек.

Подставив числовые значения, определить Тс.

Задача 3.2.

Оценку эффективной мощности дуги и погонной энергии для сварки одного слоя определяется:.

qн = I Uд ?н Вт.

qп = qн / Vсв Дж/см.

Погонная энергия необходима для оценки тепловложения в шов и корректировки режимов сварки.

Задача 3.3.

Мощность, поглощаемая проволокой, определяется:

Pпр=VmaxSпрНпл,

где Pпр - мощность, поглощаемая проволокой, Вт;

Vmax­ - скорость подачи электродной проволоки, м/час;

Sпр - площадь сечения поволоки, см2;

 - плотность металла, г/ см3;

Hпл - теплосодержание металла при температуре плавления, Дж/г;

Или по формуле:

Pпр=UэквIсв,

где Uэкв - электрический эквивалент тепловой мощности, передаваемой электроду, Вт/А;

Iсв - величина сварочного тока, А.

U­экв зависит от рода и полярности тока.

Для прямой полярности

Uэкв=(Uк-Uв);

Для обратной полярности

Uэкв=(Uа+Uв);

Н
а переменном токе

где Uк, Uа - соответственно катодное и анодное падения напряжения для материала электрода;

Uв - напряжение, численно равное работе выхода электрона у материала электрода.

8. Исходные данные задания №2 (КР№2)

Разработка технологического процесса сварки заданного узла.

  1. Назначить способ сварки.

  2. Определить тип сварного соединения и его геометрические размеры.

  3. Определить массу наплавленного металла.

  4. Подобрать марку электродного или присадочного материала.

  5. Подобрать диаметр электродного или присадочного материала.

  6. Определить режимы сварки.

  7. Определить число слоев сварного шва.

  8. Рассчитать расход сварочных материалов.

  9. Определить основное время сварки.

Эскиз сварного узла и материал узла задаются преподавателем (таблица 6)

9. Пример выполнения:

Дано стыковое соединение двух листов из стали 14ХГС толщиной 12 мм.(см. рис.)



1. Сталь 14 ХГС является низкоуглеродистой, конструкционной и обладает удовлетворительной свариваемостью. Толщина соединения составляет 12 мм. и имеет короткий шов, поэтому целесообразно назначить для этого соединения ручной дуговой способ сварки штучными электродами.

2. По ГОСТ «Соединения сварные», в зависимости от типа шва и его конструктивных особенностей, подготовки кромок, определяем геометрические размеры сварного шва.

Согласно ГОСТ 5264-80 в таб. находим геометрические размеры шва:

-зазор между пластинами в = 4 (+1;-1)мм.;

- ширина шва е = 24 (+2;-2)мм.;

- ширина обратного валика е1 = 6 (+1;-1)мм.;

- усиление валика g = 6 (+1;-1)мм.;

- усиление обратного валика g1 = 1 (+1;-1)мм.

3. Площадь поперечного сечения наплавленного металла.

Разбиваем площадь поперечного сечения наплавленного металла на простые фигуры: два сегмента круга, прямоугольник и два треугольника. Площадь верхнего сегмента (верхнее усиление шва) S1 ? 2 е g/3 = 2 ∙ 24 ∙ 0,5/3 = 8 мм2. Аналогично, площадь сечения обратного валика S2 ? 2 el gl/ 3 = 2 ∙ 6 ∙ 1/3 = 4 мм2. Площадь прямоугольника, определяемая зазором S3 = 4 ∙ 12 = 48 мм2. Площадь одного треугольника S4 = (12-1) tg25° (12-1)/2 = 25 мм2.

Общая площадь поперечного сечения наплавленного металла:

S = S1 + S2 + S3 + 2S4 = 8 + 4 + 48 + 2 ∙ 25 = 110 мм2 = 1,1 см2 .

4. Определение массы наплавленного металла.

Массу наплавленного металла шва определяем по формуле

Мн = S ∙ lш ∙ ?,

где lш - длина шва, см: ? - плотность наплавленного металла. Для стали ? = 7,8 г/см3.

Мн = 1,1 - 400 - 7,8 = 3432 г = 3,43 кг.

5. Сталь 14 ХГС является низколегированной конструкционной сталью. Ее химический состав и механические свойства находим по [1].

Таблица 2

Химический состав, %

Механические свойства

Индекс стоимости

?т

?в

?

KCU, при -40 °С

С

Si

Мn

Cr

МПа

%

Дж/см2




0,11…0,16

0,4...0,7

0,9...1,3

0,3

350

500

22

40

1,23


Для обеспечения равнопрочности металла шва основному металлу следует использовать электроды типа Э50А по ГОСТ 9467-75*. Требования к металлу шва и сварного соединения приведены в табл.3.
Таблица 3.

Механические свойства при нормальной температуре

Содержание в наплавленном металле, %

Металла шва или наплавленного металла

Сварного соединения, выполненного электродами dэ < 3 мм

S

Р

?в, кгс/мм2

?5,%

ан, кгс/см2

?в, кгс/мм2

Угол загиба, град

Не менее

Не более




50

20

13

50

150

0,030

0,035

Для обеспечения требований, соответствующих выбранному типу электродов, подходят, например, электроды марок ОЗС-18, АНО-10, АНО-Д.

Электроды ОЗС-18 с основным покрытием предназначены для сварки постоянным током обратной полярности ответственных конструкций из низколегированной атмосферно-коррозионностойкой стали 10ХНДП преимущественно толщиной до 15 мм [2].

Электроды АНО-10 предназначены для сварки ответственных конструкций в нижнем положении из низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей. Они имеют рутилоосновное покрытие при D/d > 1,8 содержащее большое количество железного порошка. Они допускают сварку постоянном током («+» на электроде) и переменным током от источника с напряжением холостого хода не менее 80 В.

Химический состав металла шва электродов АНО-10 соответствует хорошо успокоенной стали; соотношение марганца и кремния обеспечивает высокую пластичность швов. Наплавленный металл содержит не более 0,01% азота, не более 0,07% кислорода и не более 5 см3/100 г водорода. Электроды АНО-10

рекомендуются для сварки конструкций, работающих при статических и динамических нагрузках, из сталей 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 10ХСНД и др.

Таблица 4

Характеристики рассматриваемых электродов


Марка

?н, г/(А∙час)

Расход на 1 кг наплавленного

металла

?т, кгс/мм2

?в, кгс/мм2

?5,%

ан, кгс/см2

ОЗС-18

9...9,5

1,55

-

?50

?20

?14

АНО-10

12,5...13,5

-

40...45

50

25

20

АНО-Д

10...10,5

1,6

44

54

27

26


Выбираем электроды марки АНО-Д, как обладающие повышенными технологическими свойствами.

Таблица 5

Химический состав металла, наплавленного электродами марки АНО-Д

Химический состав наплавленного металла,%

С

Si

Мn

S

Р

0,1

0,35

1,1

0,022

0,019

















Для сварки корневого слоя шва выбираем электроды диаметром 4 мм, так как сварка ведется на съемной подкладке. Для сварки последующих слоев можно использовать электроды диаметром 4...5 мм. Режимы сварки следует выбирать в соответствии с рекомендациями указанными в паспорте на электроды.

По доле участия основного металла в металле шва определяем площадь поперечного сечения шва.

?о = Sо/(Sо+Sн) = So/Sш,

где So - площадь поперечного сечения основного металла, см2; Sш - площадь поперечного сечения шва, см2.

Поскольку по условию ?о = 0,3,

So = Sн ?о /(l - ?о) = 1,1 - 0,3/(1-0,3) = 0,47 см2.
Площадь поперечного сечения шва Sш = 1,1 + 0,47 = 1,57 см2.
Определяем расход сварочных электродов.

По таблице 4 коэффициент расхода электродов марки АНО-Д составляет 1,65. Следовательно расход электродов на данный шов Мэ = Мн ∙ 1,65 = 3,43 ∙ 1,65 = 5,66 кг.

Основное время сварки.

Определяется с помощью формулы

?н = Mн/Itсв,

Мн - масса наплавленного металла, г; I - сварочный ток, A; tсв - время горения дуги, час.

Приняв сварочный ток I = 140 А, получим

Tсв = 3430/140-10 = 2,45 часа.

Определяем поперечное сечение первого (корневого) слоя шва. Его при ручной сварке рекомендуется выбирать F1 ? (6...8) dэ, где dэ - диаметр электрода. При сварке первого слоя dэ = 3 мм. Следовательно F1 ? 20 мм2. Последующие слои шва рекомендуется сваривать сечением Fn ? (8...12) dэ. Отсюда Fn ? 40 мм2.

Число слоев наплавленного металла N

N = (S - F1)/Fn = (110 - 20)/40 = 2...3.

Рекомендуется сварку вести в 4 слоя, включая корневой слой. Сечение заполняющих слоев 30 мм2.

Средняя скорость сварки при заполнении слоя

Vсв = ?н *I/ 3600 *? *S = 10 * 140/3600 * 7,8 * 0,3 = 0,1661 см/с = 5,98 м/час.

Таблица 6


Вариант

Тип сварного соединения

Марка материала

Толщина металла (мм)


Длина сварного соединения

(мм)


1

Стыковое прямолинейное

Х18Н9Т

22

1800

2

Тавровое

20к

12

600

3

Угловое

30ХГС

6

100

4

нахлесточное

10ГА

10

150

5

Стыковое кольцевое

Ст3

24

2500

6

Стыковое прямолинейное

09Г2С

10

250

7

Тавровое

10ХСНД

5

600

8

Угловое

14ХГС

14

150

9

нахлесточное

Х23Н18

3

1500

10

Стыковое кольцевое

08Г2

28

2800



10. Вопросы для самоконтроля усвоения материала.

  1. Кто является автором первого сварочного трансформатора?

  2. Кто является основоположником способов сварки плавящимся электродом?

  3. Как маркируются электроды вольфрамовые лантанированные?

  4. Как маркируются проволоки сварочные цельнометаллические и порошковые проволоки для сварки стали?

  5. Как классифицируются сварочные флюсы по способу изготовления, по содержания марганца и кремния?

  6. Какие функции выполняет порошок, входящий в состав порошковой проволоки?

  7. Чем отличаются плавленые и керамические флюсы для сварки?

  8. Каково условное обозначение покрытых электродов для сварки стали?

  9. В каком состоянии поставляется для сварки углекислый газ?

  10. К какой группе газов относится аргон и гелий?
  11. Какие параметры режима сварки являются основными для ручной дуговой сварки металла покрытым электродом?


  12. Перечислите высокопроизводительные способы ручной дуговой сварки.

  13. Влияние параметров режима сварки на форму и размеры сварного шва.

  14. Сущность и разновидности автоматической сварки под слоем флюса.

  15. Преимущества автоматической сварки под слоем флюса.

  16. Принцип действия флюсовой подушки при сварке односторонних стыковых швов.

  17. Способы полуавтоматической сварки металла под слоем флюса

  18. Особенности сварки стыковых швов автоматической сваркой под слоем флюса с подачей порошкового присадочного материала на вылет электрода.

  19. Преимущества и недостатки способов сварки в среде защитных газов.

  20. Особенности сварки трехфазной дугой неплавящимися электродами в среде аргона.

  21. Технологические преимущества способа сварки трехфазной дугой.

  22. Разновидности способов сварки в среде защитных газов.

  23. За счет чего происходит плавление основного и присадочного металла при электрошлаковой сварке?

  24. Преимущества и недостатки способа электрошлаковой сварки металлов.

  25. Особые случаи применения электрошлакового процесса.

  26. Влияние параметров режима ЭШС на размеры провара кромок металла.

  27. Какие горючие газы и жидкости используют для газокислородной сварки металлов?

  28. Какие бывают виды газового пламени в зависимости от концентрации газа и кислорода в смеси газов.

  29. Какие способы газовой сварки металлов применяют для производства сварных конструкций?

  30. Как подобрать мощность газовой горелки для сварки металла определенной толщины?

  31. Основные затруднения при газовой сварке изделий из средне и высокоуглеродистой стали.

  32. Основные затруднения при газовой сварке высоколегированной стали.

  33. Необходимые условия для проведения газокислородной разделительной резки металлов.

  34. Как влияют на процесс резки теплофизические свойства металла?

  35. Какие металлы не поддаются газокислородной резке?

  36. В чем сущность способа кислородно-флюсовой резки металлов?

  37. Основные затруднения при сварке малоуглеродистой и малоуглеродистой низколегированной конструкционной стали.

  38. Особенности сварки низколегированных среднеуглеродистых и теплоустойчивых сталей.

  39. Способы сварки жаропрочных низколегированных сталей.

  40. Особенности сварки среднелегированной стали.

  41. Каков механизм (гипотезы) образования холодных трещин при сварке среднеуглеродистой или среднелегированной стали?

  42. Мероприятия по предупреждению образования холодных трещин при сварке стали.

  43. Особенности сварки среднелегированной стали при различных видах термообработки сварных соединений.

  44. Основные затруднения при сварке высоколегированной стали.

  45. Причины образования межкристаллитной коррозии при сварке коррозионно-стойкой стали.

  46. Мероприятия по предупреждению образования межкристаллитной коррозии сварных соединений из высоколегированной стали.

  47. Способы предупреждения образования горячих трещин при сварке высоколегированной аустенитной стали.

  48. Технологические варианты сварки ферритной и мартенситной стали.

  49. Особенности и основные способы сварки двухслойной стали.

  50. Основные затруднения технологического и металлургического характера при электродуговой сварке алюминиевых сплавов.

  51. Способы устранения окисной пленки на поверхности основного и присадочного металла при сварке алюминия.

  52. Принцип действия «механизма катодного распыления» окисной пленки.

  53. Способы электродуговой сварки изделий из алюминиевых сплавов.

  54. Оценка способов сварки алюминия и его сплавов.

  55. Особенности сварки алюминиевых сплавов трехфазной дугой.

  56. Технологические особенности горения 3 х фазной дуги при наплавке изделий из алюминиевых сплавов.

  57. Основные затруднения при сварке магниевых сплавов.

  58. Причины образования горячих трещин при сварке магниевых сплавов.

  59. Технология заварки дефектов магниевого литья.


СОДЕРЖАНИЕ


  1. Программа дисциплины 3

  2. Содержание разделов и тем 4

  3. Перечень лабораторных работ 7

  4. Темы заданий для самостоятельной работы (контрольные работы) 8

  5. Содержание самостоятельной работы 8

  6. Исходные данные задания №1 10

  7. Примеры выполнения заданий 21

  8. Исходные данные задания №2 28

  9. Пример выполнения 29

  10. Вопросы для самоконтроля усвоения материала. 34


Ельцов Валерий Валентинович

Матягин Владимир Федорович

ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

«ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКИ

ПЛАВЛЕНИЕМ И ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ»

И ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Учебно-методические указания


Подписано в печать Формат 60х84/16.

Печать оперативная. Усл. п.л. 2,1. Уч.-изд. л. 2,0.

Тираж 100 экз.
Тольяттинский государственный университет

Тольятти, ул. Белорусская, 14



Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации