Лабораторно-практическая работа № 1

Определение коэффициентов расплавления, наплавки, потерь на угар и

Разбрызгивание, оценка производительности сварки

Цель работы

Изучить влияние рода и силы тока, марки электродов на коэффициенты расплавления и наплавки, потерь на угар и разбрызгивание, определить производительность при ручной наплавке.

Общие положения

На производительность процесса электродуговой сварки влияют следующие факторы: 1 - сварочный ток; 2 - коэффициент расплавления α_р; 3 - коэффициент наплавки α_н, который обычно меньше α_р, так как не весь расплавленный электродный металл переходит в шов: часть его выгорает, часть разбрызгивается.

Потери металла на угар и разбрызгивание, а также значения коэффициентов расплавления и наплавки зависят от величины сварочного тока. Увеличение тока приводит к повышению температуры дуги, т.е. к интенсивности расплавления электрода и ускорению протекания химических реакций. Следовательно, с увеличением тока α_н и α_р увеличиваются, но на разные значения, так как увеличение температуры дуги приводит к увеличению количества образующихся газов и повышению их давления в капле, а значит, к повышению потерь на угар и разбрызгивание.

На значения α_н и α_р, на потери от угара и разбрызгивания влияют количество тех или иных примесей в электродном металле и электродном покрытии, а также температура стержня электрода. В начальный момент сварки скорость плавления электродного металла небольшая, но по мере разогрева, электрода Джоулевым теплом, при прохождении по нему тока, скорость его плавления увеличивается в два раза, т.е. на 100 и более % при значительных плотностях тока. При этом увеличиваются α_н и α_р. Качество наплавки или шва будет обеспечено, если скорость плавления электрода вначале сварки будет отличаться от скорости в конце не более чем на 30%. Джоулево тепло определяется уравнением:

(1.1)

Покрытие электродов существенно влияет на коэффициенты расплавления, наплавки и на коэффициент потерь, который равен:

Ψ =(1.2)

Коэффициент расплавления толстопокрытых электродов значительно уменьшается по сравнению с коэффициентом голых и тонкопокрытых электродов за счёт того, что некоторое количестве теплоты дуги расходуется на плавление, испарение и разложение покрытия, но прямой зависимости α_р от толщины покрытия нет.

Коэффициент потерь ψ толстопокрытых электродов уменьшается по сравнению с коэффициентом голых электродов за счёт того, что материалы покрытий при испарении дают дополнительное количество газа, который увлекает за собой в шов пары металла и мелкие капли. Коэффициент наплавки α_н электродов с толстым покрытием обычно меньше коэффициента плавления, за исключением тех случаев, когда в покрытие входит большое количество металлических составляющих.

На α_н и α_р оказывают влияние полярность тока, тип соединения, положение шва в пространстве и т.д. Установлено, что род тока существенно их не изменяет. Исследования показали, что α_н и α_р, будут иметь разные значения (при прочих равных условиях) при сварке электродами различных марок.

Масса расплавленного металла определяется по формуле:

(1.3)

Необходимые материалы

1.3.1. Пластины из низкоуглеродистой и нержавеющей стали.

1.3.2. Электроды с тонким покрытием типа Э-38 (d=4 мм).

1.3.3. Электроды с толстым покрытием марок ОК-46 типа Э-46, УОНИ-13/55 типа Э-50А, марок АНО-4С типа Э-46 или другой марки (d=4мм).

1.3.4. Электроды, имеющие стержни из нержавеющей стали, например элек-

троды марки ЭА-395.

1.3.5. Электроды с добавками железного порошка в покрытие, марки ОЗС-6.

Оборудование, приспособления, инструмент

1.4.1. Сварочный пост постоянного и переменного тока с электроизмеритель-

ными приборами.

1.4.2. Весы лабораторные ВЛТЭ-5000.

1.4.3. Секундомер.

1.4.4. Штангенциркуль, микрометр.

1.4.5. Линейка.

1.4.6. Бачок для охлаждения проб.

Порядок выполнения работы

Определить коэффициенты плавления, наплавки и потерь на угар и разбрызгивание при наплавке валиков электродами разных марок, при постоянном токе.

1. Зачистить пластину.

2. Взвесить пластину с точностью до 1г.

3. Замаркировать концы электродов условными обозначениями.

4. Определить массу металлического стержня электрода по формуле:

(1.4)

где

d - диаметр стержня;

γ - плотность;

l - длина электрода.

Для какой-либо марки электродов с толстым покрытием определить коэффициент массы покрытия (%) путём взвешивания с погрешностью до 0.1 г, рассчитывая по формуле 1.5.

(1.5)

5. Подобрать на вспомогательной пластине действительную силу сварочного тока, например 160A, немаркированным электродом. При переходе к наплавке электродами другой марки, установленная по амперметру сила тока будет произвольно меняться, поэтому необходимо в процессе наплавки отмечать действительную силу тока по амперметру, которую затем и использовать при расчётах.

6. При установленной силе сварочного тока наплавить на пластину валик электродом типа Э-38, оставляя огарки длиной не более 40 мм. Зафиксировать точное время горения дуги и силу тока.

7. Подсчитать массу огарка по формуле (1.4).

8. Охладить пробу с наплавленным валиком, удалить шлак и брызги.

9. Взвесить пробу с наплавленным валиком.

10. Определить коэффициенты расплавления и наплавки по следующим формулам:

α_р = m_р·3600/Iсв·t (1.6)

 

m_р = q_ст– q_ог (1.7)

 

α_н = m_н·3600/Iсв·t (1.8)

Рассчитать коэффициент потерь на угар и разбрызгивание по формуле (1.2).

11. Определить теоретическую производительность, кг/ч,

G = α_н ·I_св/1000 (1.9)

12. По ранее указанным методикам проделать п.п. 3…11 электродами марок УОНИ-13/45, ЦТ-15 и порошковым на постоянном токе обратной полярности, а электродом марки АНО-4 на переменном токе.

Для одной марки электродов опыт повторить три раза в одинаковых условиях и вычислить среднее значение определяемых данных.

Данные всех измерений и результаты расчётов занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТОВ

Результаты замеров	Результаты расчетов
Марка электрода	Масса металлического стержня, г	Режим сварки	Масса, г	Коэффициент	Производительность, кг/ч
До наплавки	После наплавки	Род тока, полярность	Сила тока, А	Время горения дуги, с	Расплавленного металла	Наплавленного металла	Расплавления, гА/ч	Наплавки, гА/ч	Потерь, %

Содержание отчёта

1.6.1. Методика постановки опытов, краткие теоретические сведения, примеры расчётов.

1.6.2. Таблица замеров и результатов расчётов.

1.6.3. Выводы и объяснения полученных результатов.

1.7. Контрольные вопросы

1.7.1. От каких факторов зависит производительность электрической сварки плавящимся электродом?

1.7.2. Что характеризует коэффициенты расплавления, наплавки, потерь, их единицы измерения и значение для основных марок электродов?

1.7.3. Почему коэффициент плавления в начале и конце плавления электрода разный?

1.7.4. Как влияет плотность тока на размер потерь при ручной дуговой сварке?

1.7.5. В каких случаях коэффициент наплавки может оказаться больше коэффициента плавления?

1.7.6. Почему α_н у электродов ЭА-395/9 больше, чем у УОНИ-13/45?

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Доля основного металла в металле шва и погонная энергия

Цель работы

Изучить влияние параметров режима ручной дуговой сварки, погонной энергии на долю основного металла шва и его размеры.

Общие положения

Независимо от типа и способа выполнения шов состоит из определенной доли основного и электродного металлов. Рассмотрим вопрос о влиянии режима ручной дуговой сварки на долю основного и электродного металлов в металле шва и на его размеры. Режим ручной дуговой сварки - это сила сварочного тока, напряжение на дуге, диаметр электрода, скорость перемещения дуги, угол наклона электрода и т.д. Сила сварочного тока (А) может быть определена по следующей формуле:

Iсв= k · dэл (3.1)

где

k - коэффициент, принимаемый для электродов диаметром 3…4 мм равным 30…45 А/мм2;

dэл - диаметр стержня электрода, мм.

Увеличение силы сварочного тока приводит к увеличению эффективной тепловой мощности дуги Qэф, вследствие чего увеличиваются глубина проплавления, выпуклость, ширина валика и скорость плавления электрода. В результате этого доля основного металла в металле шва повышается. Для определения доли основного металла в металле шва (а в данном случае наплавленного валика) требуется знать площадь сечения наплавленного валика Fн (мм2), рассчитываемую по формуле:

Fн=0,75·e·g (3.2)

и площадь сечения проплавленного металла, которая с некоторой погрешностью может быть определена по формуле:

Fпр=0,75·e·h (3.3)

где

е - ширина шва;

h - глубина провара;

g - высота усиления.

Доля участия основного металла в металле шва определяется по формуле:

γо= Fпр / (Fпр+Fн) (3.4)

Повышение напряжения на дуге приводит к снижению глубины провара h (при увеличении длины дуги сварочный ток снизится), так как увеличиваются потери тепла на лучеиспускание, угар и разбрызгивание. Вследствие увеличения длины дуги увеличивается площадь нагрева изделия, т.е. увеличивается ширина валика е и, следовательно, увеличивается его выпуклость g, так как на величину коэффициентов α_р и α_н, напряжение влияет незначительно. Доля основного металла в металле при ручной электродуговой сварке с увеличением напряжения практически не меняется. Увеличение диаметра электрода (при одной и той же силе сварочного тока) приводит к уменьшению плотности сварочного тока, температуры дуги, что влечёт за собой уменьшение глубины провара и доли основного металла в металле шва, а также незначительное увеличение ширины валика.

Погонная энергия - это отношение эффективной тепловой мощности дуги, расходуемой на нагрев изделия к скорости перемещения дуги [Дж/см], и определяет количество теплоты, введенное электрической дугой в 1 см длины однопроходного шва или валика, т.е.:

(3.5)

где

η- эффективный КПД нагрева дугой;

Vсв - скорость сварки;

F - площадь сечения шва или валика, мм².

Следовательно, увеличение энергии приводит к увеличению площади сечения шва, т.е. изменению доли основного металла в металле шва и форме валика. Скорость перемещения дуги при однопроходной сварке равна скорости сварки.

2.3. Необходимые материалы:

2.3.1. Пластины из низкоуглеродистой стали (100x100x10 мм).

2.3.2. Электроды типа Э-46 с кислым, основным, рутиловым или другим (по указанию преподавателя) покрытием.