РГР

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное ГОРСУДАРСТВЕННОЕ бюджетное образовательное

учреждение ВЫСШЕГО профессионального образования

Восточно-Сибирский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ университет

технологий и управления

Кафедра «Металловедение и ТОМ»

Расчетно - графическая работа

на тему:

«Разработка технологического процесса ручной дуговой сварки»

Выполнил: ст-т гр. 440

Доржиев Б.Б. Проверил: Мосоров В.И.

Улан-Удэ

2014

Содержание:

Введение

1. Классификация и основные ГОСТы на электроды.

2. Цель работы и методика выполнения задания.

3. Выбор характеристик для заданной марки стали.

4. Расчет параметров свариваемости стали.

5. Источники питания.

Заключение.

Список литературы.

Введение

Несмотря на широкое применение различных механизированных методах сварки плавлением, наибольшее количество сварных конструкций изготовляются методом ручной дуговой сварки.

Ручная дуговая сварка производится штучными электродами, конструктивно представляющими собой металлический стержень с нанесенным на него покрытием соответствующего состава. Один из концов стержня длинной ~30мм. освобожден от покрытия для его зажатия в электро-держатель с обеспечение электрического контакта.

Второй конец слегка очищается для обеспечения возможности зажигания дуги посредством контакта с изделием. Применение электродов должно обеспечивать следующие необходимые условия: легкое зажигание и устойчивое горение дуги, равномерное расплавление покрытия, равномерное покрытие шва шлаком: легкое удаление шлака после сварки, отсутствие непроваров, пор, трещин в металле шва.

Электроды классифицируются по следующим признакам:

- по материалу, из которого они изготовлены;

- по назначению для сварки определенных сталей;

- по толщине покрытия, нанесенного на стержень;

- по видам покрытия;

- характеру шлака, образующегося при расплавлении покрытия;

- техническим свойствам металла шва;

- по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки

- по роду и полярности применяемого при сварке тока.

Классификация и основные ГОСТы на электроды.

Стальные электроды изготовляют в соответствии с ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75, ГОСТ 100051-75. В ГОСТ 9466-75 электроды подразделяются на группы в зависимости от свариваемых металлов:

У - углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных сталей;

Л - легированных конструкционных сталей;

Г - легированных теплоустойчивых сталей;

В - высоколегированных сталей с особыми свойствами.

Общее назначение электродных покрытий - обеспечение стабильности горения сварочной дуги и получение металла шва с заранее заданными свойствами (прочность, пластичность, ударная вязкость, стойкость против коррозии, и др.). Стабильность горения сварочной дуги достигается снижением потенциала ионизации воздушного промежутка между электродом и свариваемой деталью. Покрытия выполняют защитную функцию, шлаковая защита служит для защиты расплавленного металла шва от воздействия кислорода и азота воздуха путем образования шлаковых оболочек на поверхности капель электродного металла, переходящих через дуговой промежуток, и для образования шлакового покрова на поверхности расплавленного металла. Шлаковое покрытие уменьшает скорость охлаждения и затвердевания металла шва, способствуя выходу из него газовых и неметаллических включений. Шлакообразующими компонентами являются; титановый концентрат, марганцевая руда, каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, доломит, полевой шпат и др.

Для повышения производительности, т.е. для увеличения количества наплавляемого металла в единицу времени, в электродные покрытия иногда вводят железный порошок.

Введенный в покрытие железный порошок улучшает технологические свойства электродов (облегчает повторное зажигание дуги, уменьшает скорость охлаждения наплавленного металла, что благоприятно сказывается при сварке в условиях низких температур)

Для закрепления покрытия на стержне используют связывающие компоненты, жидкое стекло имеет также стабилизирующие свойства.

При наличии в составе покрытия более 20% железного порошка, к обозначению следует добавить букву Ж.

По видам покрытия электродов подразделяются:

А - с кислым покрытием, содержащим окиси железа, марганца, кремния, иногда титана;

Б - с основным покрытием, имеющим в качестве основы фтористый кальций и карбонад кальция. ( Сварку электродами с основным покрытием осуществляют на постоянном токе и обратной полярности. Вследствие малой склонности металла к образованию кристаллизационных и холодных трещин, электроды с этим покрытием используют для сварки больших сечений );

Ц - с целлюлозным покрытием, основные компоненты которых - целлюлоза, мука другие органические составы, создающие газовую защиту дуги и образующие при плавлении тонкий шлак.( Электроды с целлюлозным покрытием применяют, как правило, для сварки стали малой толщины);

Р - с рутиловым покрытием, основной компонент - рутил. Для шлаковой и газовой защиты покрытия этого типа вводят соответствующие минеральные и органические компоненты.

При сварке на постоянном и переменном токе разбрызгивание металла незначительно. Устойчивость горения дуги, формирование швов во всех пространственных положениях хорошее;

П - прочие виды покрытий.

При покрытии смешанного вида используют соответствующее условное обозначение.

Электроды для сварки конструкционных и низколегированных сталей

Для сталей обычной прочности предназначены электроды: Э38, Э42, Э46, Э50, Э42А, Э46А, Э50А, Э55 и Э60. Для констукционных сталей повышенной прочности - электроды: Э70, Э85, Э100, Э125, Э150. Механические свойства швов и сварных

соединений при применении электродов для сварки конструкционных сталей должны соответствовать определенным нормам.

Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей.

Эти стали сваривают электродами девяти типов по ГОСТ 9467-75 которые классифицируют по механическим свойствам к химическому

составу наплавленного металла. Буквы, стоящие после буквы Э, показывают гарантированное содержание легирующих элементов в наплавленном металле.

Электроды для сварки высоколегирванных сталей с особыми свойствами.

Для сварки коррозионно - стойких , жаропрочных и жаростойких высоколегированных сталей мартенситного, мартенситно - ферритного, ферритного, аустенитно - ферритного и аустенитного классов существует 49 типов электродов.

Цель работы:

Ознакомиться с методикой разработки технологии ручной дуговой сварки и составить технологическую карту.

При разработке технологического процесса сварки необходимо в зависимости от марки, размера и типа соединения свариваемых деталей выбрать тип и марку электрода, определить разделку кромок, диаметр электрода, род и силу сварочного тока, марку источника питании электрической дуги и его схему.

Методика выполнения задания

1. По механическим свойствам заданной марки стали выбрать тип электрода;

2. По химическому составу и пространственному положению шва определить марку электрода;

3. По марке электрода уточнить род тока, полярность, коэффициент К_н и положение шва в пространстве;

4. По толщине и типу соединения свариваемых деталей назначить разделку кромок и диаметр электрода;

5. По диаметру электрода определить силу тока;

6. По роду и силе сварочного тока выбрать марку источника питании дуги;

7. Определить свариваемость данной марки стали;

8. Определить время сварки детали.

Выбор характеристик для заданной марки стали

Исходные данные:

Таблица 1

№	Марка стали	Вид соединения	Толщина стали, мм	Ширина стали, мм
1.	Сталь Б ст.3 кп	тавровое	8	400

1.Тип электрода подбирается по таблице (ГОСТ 9467 - 75) – Э42.

2.Марка электрода подбирается по характеристики для дуговой сварки углеродистых и низколегированных конструкционных теплостойких сталей ВСП-1.

3. Род тока переменный, полярность обратная, коэффициент наплавки К_н=10,0; положение шва в пространстве – любое.

4.Стыковое соединение со скосом одной кромки одностороннее; диаметр электрода равен 5.

5.Сила тока рассчитывается по формуле (1), она равна 300 А.

6.Марка источника питания дуги ТС–300 (трансформатор).

7.Свариваемость детали рассчитывается по формуле (2), она равна 0,191%.

8.Время сварки рассчитывается по формуле (3), она равна 0,044 часа.

Электроды покрытые металлические для дуговой сварки конструкционных низколегированных устойчивых сталей (ГОСТ – 9467 - 75) Таблица 2

Тип электрода	Предел прочности шва σв, МПа при 2,5	Свариваемые стали
Э - 46	460	малоуглеродистые

Характеристика электродов для дуговой сварки углеродистых и низколегированных конструкционных теплостойких сталей.

Таблица 3

Тип электрода	σв шва МПа	Марка электрода	Покрытие	Коэф. напл.,г/а час	Род тока	Полярность	Пространственное положение	Примечание
Э - 42	460	АНО-3	Р	8,5	≈	Обр.	любое	С=0,08%

Конструктивные элементы тавровых сварных соединений

(ГОСТ 5264-80)

Тип	Наим.	Конструктивные элементы		S		b			h
шва	шва								усиле
		подготовка	сварной шов		ном		пре
		кромок			ин.		дел	ние
		сварив.					отк	шва
		деталей					л.
Т1	Тавро-			от 2,0	0		+1	1,5-2,0
	вые			до 3,0
	соедине			св. 3,0			+2
	ния без			до 15,0
	скоса			св. 15,0			+3
	кромок	s1>=2		до 40,0
	односто
	ронние
Т3	тавровы			от 2,0	0		+1	1,5
	е			до 3,0				2,0
	соедине			св. 3,0			+2
	ния без			до 15,0
	скоса			св. 15,0			+3
	кромок	s1>=2		до 40,0
	двустор
	онние

Расчет параметров свариваемости стали

Справочные данные по углеродистой стали ГОСТ 105 – 74.

Таблица 5

№	σв, МПа	Марка стали	Содержание элементов
			С	Si	Mn
1.	460	Б ст.3 кп	0,14-0,22	0,3 - 0,65	0,05 -0,3

Диаметр электрода устанавливается в зависимости от толщины свариваемых изделий, вида свариваемого соединения и размеров шва.

Для стыкового соединения диаметр электрода выбирается по таблице согласно ГОСТ.

По выбранному диаметру электрода устанавливают величину сварочного тока. Обычно для каждой марки электрода в зависимости от пространственного положения шва имеются рекомендации по выбору силы тока в паспортах электродов, или в справочниках.

При отсутствии этих данных силу тока можно рассчитать по формуле:

А (1)

где – диаметр электрода, мм

к=60 для углеродистых электродов.

Свариваемость стали оценивается примерно по формуле углеродного эквивалента:

; (2)

Сэкв. <= 0,3%, то сталь хорошо сваривается в обычных условиях.

Время сварки детали определяется по формуле:

(3)

где V_шва, объем наплавляемого металла, м³;

ρ – плотность металла шва, ρ=7,85 г/см³;

J_св – сварочный ток, А;

К_н – коэффициент наплавки, г/а*ас.

Источники питания

Таблица 6

Трансформатор

Марка

Ub х. хода

Ub раб.

Мощность, квт

Номин. ток, А

Пределы тока, а

Масса,кг

ТС-300

63

30

30

300

110-385

185

Инверторы

Такое название источников постоянного сварочного тока происходит от слова, означающего изменять или преобразовывать.

На рис. 3 приведена функциональная схема инверторного источника сварочного тока. Напряжение питающей сети, в данном случае трехфазное 380 В (может быть и однофазное 220 В), преобразуется входным выпрямителем в постоянное 500 В. Это напряжение поступает на инвертор, преобразуется в переменное напряжение повышенной частоты (до десятков килогерц) и поступает на понижающий высокочастотный трансформатор.

Вторичная обмотка трансформатора соединена с выпрямителем, к выходу которого через сглаживающий дроссель присоединены электрод и изделие.

Рис. 3. Функциональная электрическая схема инверторного источника питания: 1 — выпрямитель сетевой; 2 — фильтр; 3 — инвертор; 4 — трансформатор; 5 — выпрямитель выходной; 6 — дроссель

Питание трансформатора напряжением высокой частоты позволяет снизить массу и объем материалов, идущих на изготовление трансформатора, во много раз. Такое снижение расхода материалов уменьшает потери мощности и повышает КПД источника питания.

Инверторы в первых источниках питания сварочной дуги были на тиристорах.

Основным недостатком тиристорных схем является сравнительно низкая частота преобразования, зависящая от времени выключения тиристора.

Современные быстродействующие тиристоры позволяют получить предельную частоту около 5 кГц.

Мощные транзисторы по сравнению с тиристорами имеют более высокую быстроту преобразования и обеспечивают частоту инвертируемого напряжения и тока до 100 кГц.

Источники сварочного тока с транзисторными инверторами позволяют перейти с аналогового управления, как в тиристорных схемах, на цифровое управление с помощью микропроцессоров, что позволяет решать многие технологические задачи при организации процесса сварки.

На рис. 4 приведена схема однофазного инвертора, содержащая два силовых транзисторных ключа (СТК) VT1 и VT2, высоковольтные диоды VD1 и VD2 первичного контура и низковольтные диоды вторичного, силовой трансформатор Т и сглаживающий дроссель L.

Диод VD3 служит для выпрямления тока вторичной обмотки трансформатора, диод VD4 — для поддержания тока дуги при закрытых СТК.

Элементы-конденсаторы С, диоды VD5 и VD6, разрядные резисторы R входят в защитные цепи для снижения потерь переключения СТК.

Двухтактный инвертор сострит из двух однотактных, включенных параллельно по питанию на выпрямленное сетевое напряжение U1 и работающих на единую нагрузку через общий дроссель.

Рис. 4. Принципиальная схема однотактного инвертора

Инверторы небольшой массы могут использоваться при монтаже особо ответственных металлоконструкций и трубопроводов с повышенными требованиями к сварным соединениям, а условия работы не позволяют применять громоздкое оборудование. Мощные инверторы позволяют создавать сварочные комплексы, построенные по модульному принципу на основе одного источника сварочного тока.

Инверторы имеют плавную регулировку сварочного тока, а применяемые в них микропроцессоры позволяют запоминать несколько режимов сварки.

Заключение

Для того чтобы правильно сделать шов, при помощи ручной дуговой сварки необходимо, подобрать тип электрода и его марку. Рассчитать свариваемость данной стали, температуру предварительного подогрева и время сварки.

Производство электродов требует весьма различных технологических операций, как по обработке материалов, так и электродов в целом. В электродном производстве имеется три потока обработки металлов: обработка стержней, сыпучих материалов и силикатной глыбы, а также поток обработки электродов с нанесенным на стержень покрытием. Все это требует специфического оборудования, которое становится целесообразным максимально механизировать, а автоматизировать только при достаточно большой программе производства электродов.

Список литературы:

1. Г.А. Николаев "Справочные материалы для сварщиков"

2. И.П. Иванов "Справочник сварщика" А.В. Гуревич "Сварочные материалы"

3. Методическое указание к расчетно-графической работе №3 «Разработка технологического процесса ручной дуговой сварки» ВСГУТУ,2000г.