книги / Сварка плавлением

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Е.М. Федосеева, И.Ю. Летягин

СВАРКА ПЛАВЛЕНИЕМ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2016

1

УДК 621.791(075.8) Ф33

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор В.Я. Беленький (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. воен. наук, доцент Д.М. Цимберов (Пермский военный институт внутренних войск МВД России)

Федосеева, Е.М.

Ф33 Сварка плавлением: учеб.-метод. пособие / Е.М. Федосеева, И.Ю. Летягин. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед.

политехн. ун-та, 2016. – 94 c.

ISBN 978-5-398-01693-2

Рассмотрены методики расчета режимов ручной и механизированной сварки разных типов соединений. Представлены основы расчета проплавляющей способности дуги с учетом технологических особенностей сварки углеродистых и низколегированных сталей по заданным режимам, также описано влияние режимов сварки на форму и размеры сварного шва, полученного сваркой плавлением. Приведены определение влияния режимов и погонной энергии ручной дуговой сварки на долю основного металла в металле шва, а также оценка коэффициентов плавления, наплавки, потерь на угар и разбрызгивание, производительность сварки. Представлены задания для практических и лабораторных работ.

Предназначено для студентов и аспирантов очной и заочной форм обучения сварочных специальностей.

УДК 621.791(075.8)

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Сварка – один из ведущих технологических процессов в машиностроении и строительстве. Она применяется практически во всех отраслях хозяйства. Сварка позволила внести коренные изменения в технологию производства, создать принципиально новые конструкции и сооружения.

Сварка универсальна: этим способом могут соединяться металлы в изделиях различных размеров при толщине соединяемого металла от сотых долей миллиметра до метров, при массе изделия от долей грамма до сотен и тысяч тонн. Размеры сварных изделий могут быть от долей миллиметра (приборы электроники) до гигантских размеров (пролетные конструкции железнодорожных и шоссейных мостов, корпуса океанских лайнеров, трубопроводы длиною в тысячи километров). Сваркой можно соединять не только металлы, но и некоторые другие материалы (стекло, керамику, пластмассы). Возможна сварка разнородных металлов, таких, например, как стали с медью или алюминием.

Вусловиях развития науки и техники, совершенствования и,

внекоторой степени, усложнения конструкций неуклонно растет объем сварочных работ. Характер изготовляемых сваркой изделий и конструкций достаточно разнообразен. Создание конструкций с использованием сварки требует знаний по металлургии и металловедению, машиностроению, электротехнике, физике, химии, а также прочности материалов и их свойствам при различных температурах, прочности сварных конструкций.

5

I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ

Сваркой плавлением называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частицами при их местном (общем) нагреве. Сущность сварки заключается в сближении элементарных частиц свариваемых частей настолько, чтобы между ними начали действовать межатомные связи, которые обеспечивают прочность соединения. Все технически важные металлы при обычной температуре – это твердые кристаллические тела, при сварке которых возникают некоторые трудности: образование трещин, окисление, деформация металла и коробление изделия, снижение механических свойств металла в зоне сварки. Отрицательное влияние часто оказывают пленки окислов, различные загрязнения на поверхности металлов. Для проведения сварки необходимо сблизить большое количество атомов поверхностей соединяемых металлов на очень малые расстояния, т.е. привести их в соприкосновение. Такому сближению препятствуют высокие прочность и твердость металла: его атомы прочно удерживаются в узлах кристаллической решетки и малоподвижны.

Твердость металла и жесткость кристаллической решетки можно ослабить нагревом. Чем выше температура нагрева, тем мягче металл и подвижнее его атомы. При нагреве до температуры плавления металл становится жидким, атомы в нем легко перемещаются, поэтому для сваривания достаточно расплавить немного металла у соединяемых кромок.

Жидкий металл обеих кромок при плавлении образует общую сварочную ванну. По мере охлаждения расплавленный металл затвердевает и прочно соединяет свариваемые детали.

Сварка плавлением относится к термическому классу, когда сварное соединение создается местным расплавлением соединяемых частей с использованием тепловой энергии. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и теплота, выде-

6

ляемая при электрошлаковом процессе. Источники теплоты характеризуются температурой и концентрацией, определяемой наименьшей площадью нагрева (пятно нагрева) и наибольшей плотностью тепловой энергии в пятне нагрева. Эти показатели определяют технологические свойства источников нагрева при сварке, наплавке и резке.

Основные виды сварки термического класса: дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная, лазерная, термитная и др.

При дуговых способах сварки необходимое для местного расплавления деталей и присадочного материала тепло образуется при горении электрической дуги между свариваемым металлом и электродом. По способу механизации сварка может быть ручная, механизированная и автоматическая. Механизированная и автоматическая сварка может быть под флюсом и в защитных газах.

7

II. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Лабораторная работа № 1 Расчет режимов ручной и механизированной

сварки соединений различных типов

Краткие теоретические сведения

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества.

Основными параметрами режима (ручной дуговой сварки, механизированной дуговой сварки под флюсом и в среде углекислого газа), существенно влияющими на форму и размеры сварных швов, являются: величина сварочного тока Iсв, плотность тока i, род тока и его полярность, напряжениенадугеUд, скоростьсваркиvсв идр.

При назначении режима сварки необходимо выбрать такие его параметры, которые обеспечат получение швов заданных размеров, формы и качества. При этом основным условием является получение требуемой глубины провара шва H. Однако для получения качественного шва одного этого условия недостаточно. Для того чтобы швы обладали высокой технологической и эксплуатационной прочностью, необходимо получить определенные значения и других размеров шва, а именно его ширины е и выпуклости g. Так, при автоматической сварке под флюсом и в среде углекислого газа значение коэффициентов формы провара швовп = е/Н может составлять 0,8–4,0. Оптимальные значения коэффициентов формы провара швов равны 1,3–2,0. При меньшем значении п будут получаться швы, склонные к образованию горячих трещин, при большем – слишком короткие швы с малой глубиной провара и с увеличенными деформациями свариваемых деталей. Значение коэффициентов формы валика в = е/g для хорошо сформированных швов не должны выходить за пределы 7,0–10,0. Малые значения в имеют место при узких и высоких швах, такие швы не имеют плавного сопряжения с основным метал-

8

лом и поэтому обладают неудовлетворительной работоспособностью при знакопеременных нагрузках. Большие значения в соответствуют широким и низким швам, такие швы так же нежелательны, как и швы с чрезмерно большими значениями п Получение сварных швов оптимальной формы возможно только при определенных параметрах режима сварки, которые могут быть определены какэкспериментально, такирасчетными методами.

Порядок расчета режимов сварки для стыковых соединений без разделки и с разделкой кромок, а также тавровых и угловых соединений приведен ниже.

Цель работы – освоить методику расчета режимов ручной дуговой и механизированной сварки под флюсом и в СО2 стыковых, угловых и тавровых соединений.

Порядок расчета режимов сварки

1. Расчетрежимовиразмеровшваприручнойдуговойсварке

При ручной дуговой сварке это диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги, площадь поперечного сечения шва, выполняемого за один проход дуги, число проходов, род тока, полярность и др.

Определение режима сварки начинают с выбора диаметра электрода, который назначают в зависимости от толщины листов при сварке швов стыковых соединений и от катета шва при сварке швов угловых и тавровых соединений.

Стыковые соединения

Угловые и тавровые соединения

При сварке многопроходных швов стыковых соединений первый проход должен выполняться электродами диаметром не

9

более 5 мм, чаще всего диаметром 4 мм, так как применение электродов большего диаметра не позволяет проникнуть в глубину разделки для провара корня шва. В связи с этим при многопроходной сварке для корневого слоя шва выбирают обычно электрод диаметром 3 мм, а для заполняющего – 4 мм.

При сварке угловых и тавровых соединений, как правило, за один поход выполняют швы катетом не более 8–9 мм. При необходимости выполнения шва с большим катетом применяется сварка за два прохода и более.

При определении числа проходов следует иметь в виду, что максимальное поперечное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно превышать 30–40 мм2. Для определения числа проходов при сварке угловых и тавровых соединений общая площадьпоперечногосечения можетбытьвычисленапоформуле

где Fн площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм2; kу коэффициент увеличения, учитывающий наличие зазоров и выпуклость(усиление) шва; k катетшва, мм.

Значение kу выбирают в зависимости от катета шва:

При сварке швов стыковых соединений площадь поперечного сечения (мм2) металла, наплавляемого за один проход, при которой обеспечиваются оптимальные условия формирования, должна составлять:

– для первого прохода (при проварке корня шва)

где dэ диаметр электрода (стержня), мм.

10