Методическое указание по выполнению практической работы по МДК 01.01. Технология электрогазосварки и резки металлов
методическая разработка на тему

Министерство образования  Саратовской области

 Марксовский политехнический колледж»

Методическое указание

по выполнению практической работы по

МДК 01.01. Технология электрогазосварки и резки металлов

Тема: «Выбор оборудования для сборки заданной сварной конструкции, принцип его работы»

специальность:  22.02.10 Сварочное производство

Разработал преподаватель

Хлебников В Ф

2016 г.

Практическая работа

Тема: «Выбор оборудования для сборки заданной сварной конструкции, принцип его работы»

Цель работы: Приобретение практических навыков в разработке технологического процесса сборки заданного сварного узла.

Методическое обеспечение:

- Методические указания по выполнению практической работы

- Чертежи сварных конструкций

- Технические условия на изготовление сварных конструкций

Последовательность выполнения практической работы:

1. Изучить конструкцию сварного узла по чертежу.
2. Для чертежа сварного узла выбрать и указать места под установку фиксирующих элементов.
3. Описать последовательность работы фиксирующих элементов.
4. Составить отчет.

Основные теоретические положения:

Сборку сварных конструкций в единичном и мелкосерийном производстве можно производить по разметке с применением простейших универсальных приспособлений (струбцин, скоб с клиньями), с последующей прихваткой с использованием того же способа сварки, что и при выполнении сварных швов.

В условиях серийного производства сборка под сварку производится на универсальных плитах с пазами, снабжёнными упорами, фиксаторами с различными зажимами. На универсальных плитах сборку следует вести только в тех случаях, когда в проекте заданы однотипные, но различные по габаритам сварные конструкции. При помощи шаблонов можно собрать простые сварные конструкции.

В условиях крупносерийного и массового производства сборку под сварку следует производить на специальных сборочных стендах или в специальных сборочно-сварочных приспособлениях, которые обеспечивают требуемое взаимное расположение входящих в сварную конструкцию деталей и точность сборки изготавливаемой сварной конструкции в соответствии с требованиями чертежа и технических условий на сборку.

Кроме того, сборочные приспособления обеспечивают сокращение длительности сборки и повышение производительности труда, облегчение условий труда, повышение точности работ и улучшение качества готовой сварной конструкции.

Собираемые под сварку детали крепятся в приспособлениях и на стендах с помощью различного рода винтовых, ручных, пневматических и других зажимов

Оборудование для ручной дуговой сварки (MMA)

Технология сварки штучным электродом - это сварка с применением плавящегося покрытого электрода. Чаще всего ручную дуговую сварку используют для сварки металлоконструкций из различных марок стали, но применяя специальные сварочные электроды можно производить сварку меди и алюминия, сварку чугуна, сварку разнородных металлов. О ручной дуговой сварке

Большинство успешных промышленных предприятий в мире, на которых есть сварочное производство или применяется электродуговая сварка, используют сварочные инверторные аппараты. И это не случайно, если учесть, что сварка является одним из конечных технологических процессов в производстве машин, металлоконструкций, оборудования. Поэтому для успешного развития необходимо постоянное совершенствование сварочной технологии с целью достижения более высокого качества, увеличения производительности, снижения себестоимости продукции.

Продажа сварочных инверторов от ведущих мировых производителей сварочной техники - одно из основных наших направлений работы. Предлагая Вам инвертор для ручной дуговой сварки, мы гарантируем его качество, подтвержденное мировой репутацией производителей EWM и Lincoln Electric.

Выбор режима дуговой сварки

При выборе режимов сварки следует учитывать и наличие скоса свариваемых кромок. Все эти обстоятельства учтены и сведены в таблицах 2 и 3. Особенности горения сварочной дуги на  постоянном и переменном токе различны. Дуга, представляющая собой газовый проводник, может отклоняться под воздействием магнитных полей, создаваемых в зоне сварки. Процесс отклонения сварочной дуги под действием магнитных полей называют магнитным дутьем, которое затрудняет сварку и стабилизацию горения дуги.

Таблица 2. Режим сварки стыковых соединений без скоса кромок

Примечание: максимальное значение тока должно уточняться по паспорту электродов.

Таблица 3. Режимы сварки стыковых соединений со скосом кромок

Примечание: значение величины тока уточняется по паспортным данным электрода.

Особенно ярко выражено магнитное дутье при сварке на источнике постоянного тока. Магнитное дутье ухудшает стабилизацию горения дуги и затрудняет процесс сварки. Для уменьшения влияния магнитного дутья применяют меры защиты, к которым относят: сварку на короткой дуге, наклон электрода в сторону действия магнитного дутья, подвод сварочного тока к точке, максимально близкой к дуге и т.д. Если полностью избавиться от действия магнитного дутья не удается, то меняют источник питания на переменный, при котором влияние магнитного дутья заметно снижается. Малоуглеродистые и низколегированные стали обычно варят на переменном токе.

Техника ручной дуговой сварки

Траектория движения электрода

Правильное поддержание дуги и ее перемещение является залогом качественной сварки. Слишком длинная дуга способствует окислению и азотированию расплавленного металла, разбрызгивает его капли и создает пористую структуру шва. Красивый, ровный и качественный шов получается при правильном выборе дуги и равномерном ее перемещении, которое может происходить в трех основных направлениях.

Поступательное движение сварочной дуги происходит по оси электрода. При помощи этого движения поддерживается необходимая длина дуги, которая зависит от скорости плавления электрода. По мере плавления электрода, его длина уменьшается, а расстояние между электродом и сварочной ванной - увеличивается. Для того чтобы это не происходило, электрод следует продвинуть вдоль оси, поддерживая постоянную дугу. Очень важно при этом поддерживать синхронность. То есть, электрод продвигается в сторону сварочной ванны синхронно с его укорочением.

Продольное перемещение электрода вдоль оси свариваемого шва формирует так называемый ниточный сварочный валик, толщина которого зависит от толщины электрода и скорости его перемещения. Обычно ширина ниточного сварочного валика бывает на 2 — 3 мм больше диаметра электрода. Собственно говоря, это уже есть сварочный шов, только узкий. Для прочного сварочного соединения этого шва бывает недостаточно. И поэтому по мере перемещения электрода вдоль оси сварочного шва выполняют третье движение, направленное поперек сварочного шва.

Поперечное движение электрода позволяет получить необходимую ширину шва. Его совершают колебательными движениями возвратно-поступательного характера. Ширина поперечных колебаний электрода определяется в каждом случае индивидуально и во многом зависит от свойств свариваемых материалов, размера и положения шва, формы разделки и требований, предъявляемых к сварному соединению. Обычно ширина шва лежит в пределах 1,5 — 5,0 диаметров электрода.

Таким образом все три движения накладываются друг на друга, создавая сложную траекторию перемещения электрода. Практически каждый опытный мастер имеет свои навыки в выборе траектории перемещения электрода, выписывая его концом замысловатые фигуры. Классические траектории движения электрода при ручной дуговой сварке приведены на рис. 1. Но в любом случае траекторию перемещения дуги следует выбирать таким образом, чтобы кромки свариваемых деталей проплавлялись с образованием требуемого количества наплавленного металла и заданной формы шва.

Если шов не будет закончен до того, как длина электрода уменьшится настолько, что требуется его замена, то сварку на время прекращают. После замены электрода следует удалить шлак и возобновить сварку. Для завершения оборванного шва зажигают дугу на расстоянии 12 мм от углубления, образовавшегося на конце шва, называемого кратером. Электрод возвращают к кратеру, чтобы образовать сплав старого и нового электродов, а затем снова начинают перемещать электрод по первоначально выбранной траектории.

Схема дуговой сварки

Порядок заполнения шва по сечению и длине определяет способность сварного соединения воспринимать заданные нагрузки, влияет на величину внутренних напряжений и деформаций в массиве шва.

Швы различают: короткие — длина которых не превышает 300 мм, средние — длиной 300 — 100 мм и длинные — свыше 1000 мм. В зависимости от длины шва его заполнение может выполняться по различным схемам сварочного заполнения, которые представлены на рис. 2.

При этом короткие швы заполняют за один проход — от начала шва до его конца. Швы средней длины могут заполняться обратноступенчатым методом или от середины к концам. Для выполнения обратноступенчатого метода заполнения шов разбивают на участки длина которых равна 100 —300 мм. На каждом из этих участков заполнение шва выполняют в направлении, обратном общему направлению сварки.

Если для нормального заполнения шва одного прохода сварочной дуги мало, накладывают многослойные швы. При этом, если число накладываемых слоев равно числу проходов, шов называют многослойным. Если же некоторые слои выполняют за несколько проходов, такие швы называют многослойно-проходными. Схематически такие швы отражены на рис. 3.

С точки зрения производительности труда наиболее целесообразными являются однопроходные швы, которым отдают предпочтение при сварке металлов небольших (до 8—10 мм) толщин с предварительной разделкой кромок.

Но для ответственных конструкций (сосуды, работающие под давлением, несущие конструкции и т.д.) этого бывает мало. Внутренние напряжения, возникающие в процессе сварки, могут вызвать появление трещин в шве или в околошовной зоне из-за недостаточной пластичности шва и большой жесткости основного металла. При сварке изделий с относительно небольшой жесткостью внутренние напряжения вызывают местное или общее коробление (деформации) свариваемой конструкции. Кроме того, при сварке металлов толщиной более 10 мм. появляются объемные напряжения и возрастает опасность появления трещин. В таких случаях принимают целый ряд мер, позволяющих уменьшить напряжения и деформации: применяют сварные швы минимального сечения, сварку многослойными швами, наложение швов «каскадными методами» или «горкой», принудительное охлаждение или подогрев.

При сварке «горкой» сначала у основания разделанных кромок прокладывают первый слой, длина которого должна быть не более 200 — 300 мм. После этого первый слой перекрывают вторым, длина которого на 200 — 300 мм больше первого. Точно так же накладывают третий слой, перекрывая второй на 200 — 300 мм. Таким образом продолжают заполнение до тех пор, пока количество слоев в зоне первого шва не окажется достаточным для заполнения. Следующий слой накладывают в месте окончания первого слоя, перекрывая последний (если позволяет длина шва) на те же 200 — 300 мм. Если первый шов прокладывался не в начале шва, а в его средней части, то горку формируют последовательно в обоих направлениях (рис.2,е). Так, формируя горку, последовательно заполняют весь шов. Преимущество данного метода состоит в том, что зона сварки все время находится в подогретом состоянии, что способствует улучшению физико-механических качеств шва, так как внутренние напряжения получаются минимальными и предупреждается появление трещин.

«Каскадный метод» заполнения шва по существу является той же «горкой», но выполняют его в несколько другой последовательности. Для этого детали соединяют между собой «на прихватках» или в специальных приспособлениях. Прокладывают первый слой, а затем, отступив от первого слоя на расстояние 200 — 300 мм, прокладывают второй слой, захватывая зону первого (рис.2,д). Продолжая в той же последовательности, заполняют весь шов.

Угловые швы (рис. 4) можно выполнять двумя методами, каждый из которых имеет свои преимущества и свои недостатки. При сварке «в угол» допускается больший зазор между деталями (до 3 мм), проще сборка, но техника сварки сложнее. Кроме того, возможны подрезы и наплывы, снижается производительность из-за необходимости за один проход сваривать швы небольшого сечения, катет которых меньше 8 мм. Сварка «в лодочку» допускает большие катеты шва за один проход и поэтому более производительна. Однако такая сварка требует тщательной сборки.

Указанные приемы дуговой сварки рассматривались на нижних положениях шва, выполнение которых наименее трудоемко. На практике часто приходится выполнять горизонтальные швы на вертикальной плоскости, вертикальную и потолочную сварку. Для выполнения этих работ используются те же приемы, что и для швов с нижним положением, но трудоемкость работ и некоторые технологические особенности требуют более детального подхода и изменения некоторых методов.

При сварке таких швов появляется вероятность вытекания расплавленного металла, что приводит к падению капель к незаполненным сваркой местам, потекам расплавленного металла по горизонтальным плоскостям и т.д

Рассматривая суть процессов, происходящих в подобных швах, мы говорили, что удерживать металл в расплавленной ванне могут силы поверхностного натяжения. Для того чтобы эти силы были достаточными, сварщик должен владеть приемами сварки виртуозно. Здесь приходится понижать сварочный ток и применять электроды пониженного сечения. Это в конечном итоге сказывается на производительности, так как приходится увеличивать количество сварочных проходов. Поэтому на практике стараются в дополнение к силам поверхностного натяжения добавить «пленку поверхностного натяжения». Суть данного метода заключается в том, что дугу держат не постоянно, а с определенными промежутками, то есть импульсами.

Для этого дугу постоянно прерывают, зажигая ее с определенными промежутками времени, давая возможность расплавленному металлу частично закристаллизоваться. Именно здесь и проявляется умение сварщика выбрать такие интервалы, когда не успевает образоваться сварочный катет и одновременно металл потерял бы часть своей текучести.

Потолочный шов является самым сложным. Поэтому проводить его непрерывным горением дуги - дело бесперспективное. Сварку выполняют короткими во времени замыканиями дуги на сварочную ванну так, чтобы она не успела остыть, пополняя ее новыми порциями расплавленного металла.

При сварке данным методом следует следить за размером дуги, так как ее удлинение может вызвать нежелательные подрезы. Кроме того, при сварке таких швов создаются неблагоприятные условия для выделения шлаков из расплавленного металла, что может привести к пористости сварного шва.

Вертикальные швы можно варить в двух направлениях - снизу вверх и сверху вниз. И тот и другой метод имеет право на существование, но всегда предпочтительнее сварка на подъем. В этом случае расположенный снизу металл удерживает сварочную ванну, не давая ей растекаться.

При сварке на спуск труднее удерживать сварочную ванну, и поэтому добиться качественного шва гораздо сложнее. Суть такого метода практически не отличается от потолочной сварки, и применяют его тогда, когда сварка на подъем технологически невозможна.

Горизонтальные швы на вертикальной плоскости тоже имеют свои особенности. В данных швах особую сложность представляет удержание сварочной ванны у обеих кромок свариваемых деталей. Для того чтобы облегчить этот процесс, скос нижней кромки не выполняют. В таком случае получается полочка, которая способствует удержанию на месте расплавленной сварочной ванны. Уместен здесь и прием импульсной сварки с кратковременным зажиганием дуги, как и для потолочных швов.

Удаление сварочных шлаков выполняют обрубочным молотком. Для этого, подождав, пока заготовка остынет настолько, что ее можно брать рукой, прижимают крепко к столу и ударами молотка, направленными вдоль шва, удаляют шлак, покрывающий сварочный шов. После этого шов проковывают для снятия внутренних напряжений. Для этого боек молотка разворачивают вдоль шва и выполняют проковку по всей его длине.Завершают очистку жесткой проволочной щеткой, перемещая ее резкими движениями сначала вдоль шва, а потом - поперек, чтобы удалить последние остатки шлака. 

Подготовка металла к сварке

Подготовка металла под сварку заключается в очистке, разметке, резке и сборке. Правка в моем узле не применяется. Очистка применяется для того, чтобы очистить металл от ржавчины, краски, шлака, и.т. д.

Перенос размеров детали на натуральную величину с чертежа на металл называют разметкой. При этом пользуются инструментом: рулеткой, линейкой, угольником и чертилкой. Проще и быстрее разметка выполняется шаблоном, изготовляемый из тонкого металлического листа.

При разметке заготовок учитывается укорачивания их в процессе сварки конструкции. Поэтому предусматривается припуск из расчета 1 мм на каждый поперечный стык и 0,1–0,2 мм на 1 мм продольного шва.

При подготовке детали к сварке применяют преимущественно термическую резку. Механическую резку целесообразно выполнять при заготовке однотипных деталей, главным образом с прямоугольным сечением.

Часто кислородную резку применяют, особенно машинную, сочетают со снятием угла скоса кромок.

Предупреждение деформации

Деформацией называется изменение формы и размеров изделия под действием внутренних и внешних сил. Деформации могут быть упругими и пластическими.

Они подразделяются на деформации растяжения, сжатия, кручения, изгиба, среза. Деформации при сварке возникают при неравномерном нагреве и охлаждении металла. Уменьшение деформаций производят конструктивным и технологическим способом.

Конструктивным – уменьшение количества сварных швов и их сечений, что снижает количество вводимой теплоты. Между количеством теплоты и деформацией существует прямая зависимость.

Технологический способ – применение силовой обработки металла сварочного изделия в процессе его сварки.

Виды применяемых сил:

• Внешняя статическая или пульсирующая сила, приложенная к собранному под сварку изделию.
• Местная проковка и обкатывание металла шва, околошовного металла.

Деформации выражаются в изменении формы и размеров детали по сравнению с намеченными до резки.

Контроль качества сварки

В производстве сварных изделий различают дефекты: наружные, внутренние и сквозные, исправимые и неисправимые, внутрицеховые и внешние.

• наружные дефекты: трещины, микротрещины, осадочные раковины, утяжины, вогнутости корня, несквозные свищи, пары, брызги металла и.т. д.
• внутренние дефекты: непровар, внутренняя пора и.т. д.
• сквозные дефекты: свищи, прожоги, трещины, сплошные непровары.
• исправимые дефекты – дефекты, устранение которых технически возможны и экономически целесообразно и т.д.

Основные виды контроля классифицируются по форме воздействия на производство, активный и пассивный. По охвату продукции на сплошной и выборочный. По месту проведения на стационарный и подвижной.

Различают следующие виды контроля за качеством сварки:

Внешний осмотр – служит для определения наружных дефектов в сварных швах и производится невооруженным глазом или с помощью лупы, увеличивающий в 5–10 раз.

Испытание керосином – применяется для определения плотности сварных швов. Доступную для осмотра сторону шва покрывают водной суспензией мела или каолина и подсушивают. Другую сторону смазывают керосином. Появление жирного пятна на меле выявляет место дефекта.

Испытание обдувом воздуха – состоит в том, что одна сторона обдувается сжатым воздухом, а другая покрывается водным раствором с мылом. Появление пузырей показывает место дефекта шва.

Испытание вакуумом – определенный участок шва покрывают мыльным раствором и устанавливают вакуумную камеру, появление пузырей или пены показывает место дефекта шва.

Испытание водой – под давлением одну сторону шва обливают водой, если с другой стороны появляются течи, капли, это значит, что шов с дефектом.

Также проводятся испытания воздушным давлением, гидравлическим давлением, просвечиванием сварных соединений, ультразвуком, магнитографическим методом, технологические, химические и механические испытания.

Шовная сварка

Шовная сварка – разновидность контактной сварки, при которой между свариваемыми заготовки образуется прочное и плотное соединение. Электроды выполняют в виде плоских роликов, между которыми пропускают свариваемые заготовки.

В процессе шовной сварки листовые заготовки соединяют внахлестку, зажимают между электродами и пропускают ток. При движении роликов по заготовкам образуются перекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получается сплошной геометрически шов. Шовную точку, так же как и точечную, можно выполнить при двустороннем и одностороннем расположениях электродов.

Шовную сварку применяют в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Толщина свариваемых листов составляет 0,3 – 3 мм. Шовной сваркой выполняют те же типы сварных соединений, что и точечной, но используют для получения герметичного шва.

Расчёт режима ручной дуговой сварки

Для марки Сталь 3 ВСт3пс выбираем ГОСТ 2590–71 (сортовой прокат в горячекатаном или термически обработанном состоянии сталь).

1. Определяем химический состав основного металла

2) Определяем механические свойства в данной стали

где у0,2  условный предел текучести, ув - временное сопротивление, д - относительное удлинение.

3) Технологические свойства в данной стали

Свариваются без ограничений (кроме химико-термически обработанных деталей).

Способы сварки: РДС, АДС над флюсом и газовой защитой ЭШС и КТС.

4) Диаметр электрода: dэ =S/2+1=3 (мм)

5) Сила сварного тока: Iсв =k· dэ =50·3=150 (А), где k =50 А/мм.

6) Длина сварной дуги: Lдуги=0,5·(dэ +2)= 0,5·(3+2)= 2,5 (мм).

7) Напряжение сварки: Uсв =Uак + Lдуги·Uд=10+2,5·2=15 (В), где:

Uак =10–12 В; Uд =2–3 В; 1,25 ≤ Iкор /Iраб ≤ 2.

8) Выбираем марку проволоки исходя из механического состава основного металла Св08.

9) Выберем тип электрода (по механическим свойствам) – Э42.

10) Для моей конструкции используется марка электрода УОНИ13/45.

Условное обозначение электрода:

Э 42 – УОНИ – 13/45 – 3 – УД

Е 412 – Б 2 0 где,

• Э – электрод;
• 42временное сопротивление;
• Э 42тип электрода;
• УОНИ13/45марка электрода по ГОСТу;

11) Масса наплавляемого металла:

Qн =Vн·с; где Vн – объём наплавляемого металла, с – плотность металла.

Для начала вычислим площадь сечения: F=l·S/2=12·4/2=24 (мм²) = 0,24 (см²)

Вычислим объём наплавляемого металла Vн = F·lшва = 0,24 ·70=16,8 (см³), тогда

Qн =Vн·с=16,8 ·7,85=131,88 (г.)=0,13 (кг.), где с=7,85 г./ см³

12) Нормирование расхода электродов при ручной дуговой сварке.

Qэ = Кэ · Qн =1,4·131,88 = 184,632 (г.)=0,185 (кг)

13) Определим время горения дуги:

t0=Qн/Iсв·бн=131,88 /150·9=0,1 (час), где бн – коэффициент наплавки (г. /А· час).

14) Определим скорость сварки:

н= lшва /t0=0,70/0,1=7 (м/ час)

15) Выберем светофильтр для сварочного тока 150А. Для нас подходит светофильтр марки С7.

16) Выберем сварочный трансформатор ТДМ180 У2 (I=180A, Uсв = 15B) пределы регулирования Iсв от 50А до 450А.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите основное оборудование при ручной дуговой сварке.
2. Принцип работы сварочного трансформатора?
3. Какие виды сварных швов Вам известны?
4. Какова траектория движения электрода?
5. Назовите этапы подготовки изделия к сварке.
6. Как осуществляется контроль качества сварного шва?

Содержание отчета:

1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Материальное обеспечение.
4. Принципиальная схема базирования сварной конструкции.
5. Описать использованные фиксирующие элементы и их работу.
6. Ответить на контрольные вопросы.
7. Вывод.

Литература

1. В.Г. Сорокин, С.А. Вяткин «Марочник сталей и сплавов».

Под редакцией В.Г. Сорокина.М.: Машиностроение, 2014 – 640 с.

2) В.И. Анурьев. «Справочник конструктора-машиностроителя. Том 3»

Под редакцией И.Н. Жестковой.

3) Волченко В.Н. «Сварные конструкции». – М.: Машиностроение, 2016 г.

4) Алешин Н.П., Щербинский В.Г. «Контроль качества сварочных работ»

М.: Высшая школа, 2016 г.

5) Белоконь В.М. Производство сварных конструкций. – Могилев, 2013. – 139с.