Технология ручной дуговой сварки

Качество сварного соединения зависит от качества подготовки и сборки заготовок под сварку и режима сварки. Основной металл в разделке свариваемых кромок и на 20…30мм от нее должен быть очищен от ржавчины и других загрязнений.

Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, форм и качества. При ручной дуговой сварке такими характеристиками являются: диаметр электрода, сила сварочного тока, род тока, полярность. К дополнительным характеристикам относятся: положение электрода и шва в пространстве, состав и толщина электродного покрытия, начальная температура основного металла и др.

Диаметр электрода при сварке в нижнем положении выбирают, пользуясь установленными практикой данными, приведенными в таблице 2.

Таблица 2 – Диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемого изделия

Толщина металла, мм	0,5…1,5	1,5…3	3…5	6…8	9…12	13…20	Более 20
Диаметр электрода, мм	1,6…2	2…3	3…4	4…5	4…6	5…6	6…12

При сварке вертикальных швов не следует пользоваться электродами диаметром более 5мм, а при сварке горизонтальных и потолочных швов – более 4мм.

Тип и марку электрода выбирают по справочным таблицам в зависимости от марки свариваемого металла и условий сварки. Химический состав металла электрода должен быть одинаковым с химическим составом основного металла или близким к нему.

Силу сварочного тока можно ориентировочно определить по формуле

I_св = kd_э,(1)

где d_э – диаметр электродного стержня, мм;

k – коэффициент, принимаемый в зависимости от диаметра электрода:

d_э, мм 1…2 3…4 5…6

k, А/мм 25…30 30…45 45…60

Повышенные значения коэффициента k принимают при сварке нижних швов, а пониженные – при сварке вертикальных, горизонтальных и потолочных. Значение сварочного тока зависит от вида сварного соединения: нахлесточные и тавровые соединения выполняются повышенным током по сравнению со стыковыми. Сварочный ток зависит также от марки электрода и более точно может быть определен по справочным таблицам.

Полярность тока может быть прямой и обратной. При прямой полярности анод присоединяют к изделию, а катод – к электроду. Концентрация теплоты на аноде больше (до 45%), чем на катоде. В практике сталь сваривают постоянным током при включении на прямую полярность потому, что масса изделия в большинстве случаев больше массы электрода. Такая технология обеспечивает наилучшие условия для хорошего провара основного металла. Сварку постоянным током сталей малой толщины необходимо выполнять при включении на обратную полярность во избежание прожога основного металла.

Напряжение при ручной дуговой сварке изменяется незначительно и возрастает с увеличением длины дуги. Для стальных покрытых электродов диаметром 4…5мм нормальная длина дуги равна 5…6мм. Такая дуга называется короткой. Она горит устойчиво и обеспечивает нормальное протекание процесса сварки. Дугу более 6мм называют длинной. Она горит неустойчиво, стекающие с конца электрода капли металла окисляются кислородом и обогащаются азотом воздуха, сварной шов получается пористым, повышается разбрызгивание металла, образуются места с непроваром и понижается производительность сварки.

Перемещение электрода необходимо для поддержания горения сварочной дуги и получения сварного шва. Сварщик в процессе сварки должен выполнять три движения электрода: непрерывное равномерное вниз по мере расплавления электрода, в направлении сварки и поперек шва. Направление сварки может быть слева направо, справа налево, от себя к себе. Независимо от направления сварки положение электрода должно быть определенным, электрод должен быть наклонен к оси шва так, чтобы металл свариваемого изделия проплавлялся на наибольшую глубину. При сварке в нижнем положении, на горизонтальной плоскости, угол наклона электрода должен быть равен 15^о от вертикали в сторону ведения шва.

Скорость сварки выбирают с таким расчетом, чтобы получить сварной шов шириной около 1,5d_э, с хорошим проваром и плавным переходом наплавленного металла к поверхности свариваемого изделия.

 

 

БИЛЕТ №2

1. Назовите современные способы подготовки железорудного сырья для доменной плавки.

Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода топлива и улучшении качества чугуна. Цель подготовки состоит в увеличении содержания железа в шихте и уменьшение в ней вредных примесей – серы, фосфора, повышении ее однородности по химическому составу.

Первой стадией подготовки руды к плавке является дробление – измельчение кусковой руды. Добытые в карьерах или в рудниках куски руды достигают размеров 1200мм и более; для непосредственной плавки идут куски размером 30...100мм.

Чтобы в доменную печь поступали куски примерно равного размера (Д_max/Д_min ≤2), их подвергают грохочению и сортировке (просеивают через грохоты (сита). После просеивания крупные куски возвращаются на повторное дробление.

Для увеличения содержания рудного минерала применяют обогащение руды. Для обогащения руду обрабатывают промывкой, обжигом, магнитной сепарацией.

Промывку применяют для обогащения руд, содержащих песчано-глинистые породы; при промывке вода уносит легкие частицы пустой породы.

Обжиг руды производят для удаления влаги, углекислоты и частично выжигания серы, в результате чего руда очищается и обогащается соединениями железа. Кроме того, обжиг немагнитного оксида железа Fe₂O₃ проводят с целью перевода его в магнитное соединение Fe₃O₄, чтобы можно было производить магнитное обогащение.

Для магнитного обогащения используют аппараты, называемые магнитными сепараторами. Основной частью сепаратора являются электромагниты, создающие магнитное поле. При перемещении руды в таком поле происходит отделение немагнитных частиц. Тетраоксид три железа Fe₃O₄ магнитен, притягивается к электромагнитам, ссыпается в отдельный бункер.

Массовое содержание железа в концентратах руд составляет 60…70%.

Для придания пригодности к доменной плавке мелкие и порошкообразные концентраты окусковывают. Применяют два способа окускования: агломерацию с получением агломерата и окомкование (окатывание) с получением окисленных окатышей.

Агломерат – продукт спекания мелочи руды, кокса, флюсов и колошниковой пыли в пористые куски размером 80…200мм. Спекание осуществляют на агломерационных ленточных машинах при температуре 1300…1500^оС.

Окатыши прочнее агломерата, при перевозке не рассыпаются, и их применение предпочтительнее, особенно когда горно-обогатительные комбинаты находятся вдалеке от металлургических заводов. Окатыши получают из тонкоизмельченных смесей примерно того же состава, что и агломерат, с добавлением воды и связующего (бетонита – мелкодисперсной глины, 0,3…1,5%). Их получают во вращающихся барабанах, высушивают и обжигают. Окатыши имеют форму шариков диаметром до 30мм.

Основным топливом для доменных печей является кокс – продукт сухой перегонки каменного угля.

Недостаток кокса – большое содержание серы (до 2%), которая в процессе доменной плавки частично переходит в чугун, ухудшая его свойства. Применение дешевого (по сравнению с коксом) природного газа в доменном производстве уменьшает расход кокса примерно на 20% и увеличивает производительность доменных печей до 10%. В качестве добавки к коксу применяют также угольную пыль.

Флюсы служат для обеспечения достаточной жидкотекучести шлака при температуре 1400…1450^оС. Шлак состоит из оксидов пустой породы, золы кокса и флюса. С флюсами частично переходят в шлак сера и фосфор. В качестве флюсов в доменном производстве применяют известняк CaCO₃ или доломитизированный известняк CaCO₃ ∙ MgCO₃.

 

2. Приведите примеры марок по ГОСТу углеродистых конструкционных качественных сталей, опишите их свойства и применение в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении.

3. Перечислите основные виды контактной сварки, охарактеризуйте их. Объясните схему точечной контактной сварки.

Контактной называют сварку с применением давления, при которой нагрев проводится теплом, выделяемым при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. В месте соприкосновения частей ток испытывает большое сопротивление, отчего выделяется значительное количество теплоты, нагревающего металл настолько, что он приходит в пластичное состояние и оплавляется. При этом свариваемые части заготовок сильно прижимают одну к другой.

Металлы с малым электросопротивлением, например медь и алюминий, труднее поддаются контактной сварке, чем сталь, которая обладает более высоким электрическим сопротивлением.

Существуют три разновидности контактной сварки: стыковая, точечная и роликовая.

Контактная машина состоит из трех основных частей: источника переменного тока, прерывателя тока и механизма давления. Первичную обмотку трансформатора подключают к сети с напряжением 220…380В. Вторичное напряжение 1…12В. Сила вторичного тока составляет 100…100000А.

При стыковой контактной сварке (рис. 1,а) соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Стыковая сварка разделяется на три вида: сварка сопротивлением, сварка непрерывным оплавлением и сварка прерывистым оплавлением.

При сварке сопротивлением ток пропускают, когда концы деталей плотно соприкасаются. Как только концы нагреваются до пластического состояния, ток выключают и под давлением соединяют свариваемые детали. Такая сварка применяется для соединения деталей из малоуглеродистой стали и цветных металлов с чистой поверхностью.

При сварке непрерывным оплавлением сначала включают ток, затем при слабом давлении соединяют свариваемые концы. Образовавшийся на стыке жидкий металл и окислы выдавливаются под действием приложенного внешнего усилия, и стыкуемый металл надежно сваривается. Таким образом сваривают тонкостенные трубы, рельсы, цепи, сверла, рабочая часть которых изготовляется из быстрорежущей стали, а хвостовик – из углеродистой и др.

При сварке прерывистым оплавлением чередуют плотное и неплотное сжатие соединяемых частей в процессе сварки. После достижения определенной величины оплавления концов их резко сжимают.

Контактная сварка:

а – стыковая; б – точечная; в – роликовая; 1 и 2 – свариваемые детали; 3 – медные электроды; 4 – сварной шов; 5 – сварочный трансформатор

При точечной сварке металлические изделия свариваются в отдельных точках (рис. 1,б). Изделия, наложенные друг на друга внахлестку, сжимаются двумя электродами, по которым в течение короткого отрезка времени пропускают ток большой силы. Соединяемые листы в данной точке сплавляются. Электроды изготовляются полыми из сплавов меди с хромом, алюминием и другими элементами. Внутри полых электродов циркулирует вода для их охлаждения. Точечную сварку применяют при изготовлении из тонколистового проката кабин, кузовов и емкостей для зерна, деталей обшивки и других изделий в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении.

Контактная сварка высокопроизводительна, легко автоматизируется и широко применяется во всех отраслях промышленности в серийном и массовом производстве.

 

 

БИЛЕТ №3

1. Перечислите виды огнеупорных материалов, укажите их назначение и охарактеризуйте их.

Огнеупорные материалы подразделяют на следующие группы: кислые, основные и нейтральные.

Огнеупорные материалы применяют для футеровки (выкладки изнутри) доменных, сталеплавильных и других печей, а также ковшей для расплавленного металла и других устройств, по которым транспортируется (желоба) или в которых хранится жидкий металл. Эти материалы используют в виде кирпичей различных форм и размеров, а также в виде порошка. Они выдерживают высокие температуры, не разрушаясь в течение длительного времени.

К кислым огнеупорам относятся динасовый кирпич, кварцевый порошок и песок. Они состоят из 93…97% оксида кремния и применяются для футеровки кислых печей. Эти огнеупоры не разрушаются под действием кислых шлаков, в которых преобладает оксид кремния. Температура плавления кислых огнеупоров 1700…1730^оС.

К основным огнеупорам относятся магнезит, доломит, смолодоломит. Магнезитовые огнеупоры содержат 90…95% оксида магния и плавятся при температуре 2000…2400^оС. Доломитовые огнеупоры изготовляют, обжигая доломит. Они содержат до 40% оксида магния и до 50% оксида кальция. Температура их плавления не ниже 1800^оС. Смолодоломитовый кирпич изготовляют из смеси доломитового порошка с каменноугольной смолой. Температура плавления не ниже 1800^оС. Основные огнеупоры не вступают в реакции с основными шлаками, где преобладают соединения СаО и МgО.

К нейтральным огнеупорным материалам относятся шамот, хромомагнезит, углеродистые материалы. Шамотный кирпич содержит 50…60% SiО₂ и 30…40% Аl₂О₃. Хромомагнезитовые огнеупоры содержат до 70% МgО и до 20% Сr₂О₃. Их температура плавления не ниже 2000^оС. Углеродистые огнеупоры содержат до 92% углерода в виде графита, обладают высокой огнеупорностью. Нейтральные огнеупорные материалы противостоят разрушению слабокислыми и слабоосновными шлаками.

2. Приведите примеры марок по ГОСТу углеродистых инструментальных сталей, опишите их свойства, термическую обработку и применение.

3. Объясните технологию сварки под слоем флюса, электрошлаковой сварки и сварки в среде защитных газов.

 

Дуговая сварка под флюсом (рис.2) выполняется голой электродной проволокой, которая подается в зону горения дуги специальным механизмом. Сварочная дуга возбуждается между электродной проволокой под слоем гранулированного флюса и свариваемым металлом. За счет высокой температуры дуги флюс плавится и закрывает расплавленный металл шва и электрода коркой расплавленного шлака, замедляющего процесс охлаждения металла шва и зон, прилегающих к нему, а также предохраняет металл от соприкосновения с воздухом, что способствует улучшению качества шва.

Автоматическая электродуговая сварка под слоем флюса:

а – схема установки; б – схема сварки; 1 – бункер; 2 – флюсоотсасывающее устройство; 3 – подающая головка; 4 – электродная проволока; 5 – шлаковая корка; 6 – флюс; 7 – сварочный шов; 8 – ванна жидкого металла

 

Малый вылет электрода, отсутствие в нем покрытия, большая скорость подачи электродной проволоки позволяют значительно увеличить сварочный ток по сравнению с ручной сваркой электродами тех же диаметров, что приводит к ускорению процесса плавления сварочной проволоки, увеличению глубины проплавления основного металла и, как следствие, к значительному повышению производительности.

При сварке под флюсом эффективно используется тепло дуги и экономно расходуется электроэнергия. Выполняется автоматическая сварка, как на переменном, так и на постоянном токе.