Классификация сварки (1016822), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

рис. 3.8. Пример применения агрегата дизельного Соттапйег 500

в электрическую требуемого напряжения и тока. Сварочный агрегат состоит из двигателя внутреннего сгорания и сварочного генератора с самовозбуждением.

Наиболее широкое применение находят источники переменного тока благодаря простоте конструкции, меньшему расходу электро-энергии, высокому КПД и другим экономическим показателям. Од-нако в некоторых случаях (сварка на малых токах покрытыми элект-родами и под флюсом) при питании переменньш током дуга горит неустойчиво.

Некоторые сорта легированной стали лучше сваривать постоян-ным током. При его применении повышается устойчивость горения Дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях, появляется возможность вести сварку на прямой и об-ратной полярностях.

Общий вид и функциональная схема инверторного источника сварочноготока показаны нарис. 3.9. Понятие «инвертор» происхо-Дит от латинского «!пуег1о» — переворачиваю, изменяю. Напряжение сети промышленной частоты (в данном случае трёхфазной, 380 В) преобразуется входным выпрямителем в постоянное ~ 500 В. Это напряжение в свою очередь преобразуется с помощью инвертора в переменное напряжение повышенной частоты (до десятков килогерц), которое затем поступает на понижающий высокочастотный транс

.

Рис.3.9 Общий вид и функциональная схема инверторного источника

Сварочного тока.

форматор. Вторичная обмотка трансформатора нагружена на диодный выпрямитель, к выходу которого через сглаживающий дроссель подключены электрод и изделие.

Питание трансформатора напряжением высокой частоты позволяет существенно снизить массу и объем материалов, идущих на изготовление трансформатора. Так, при частоте питающего напряжения 10 кГц масса трансформатора и его габаритныё размеры уменьшаются по сравнению с частотой 50 Гц примерно в 3 раза, а при частоте 50 кГц уже в 15-17 раз. Например, расчетная масса транс-форматора мощностью 20 кВ • А при питании напряжением частотой 50 Гц составляет 120 кг, а при 50 кГц- 7 кг. Такое уменьшение массы активных материалов обусловливает существенное (в 25 раз) снижение потерь мощности, а значит, рост КПД источника питания. Росту КПД способствуют также малые коммутационные потери в

ключевых элементах, в качестве которых для сварочных инверторов применяют достаточно мощные тиристоры или транзисторы.

Первые образцы ИИП для дуговой сварки, которые появились в начале 80-х годов, были снабжены инверторами на тиристорах. В настоящее время в мировой практике тиристорные инверторы для сварочных источников питания применяются редко. Основным недостатком тиристорных схем является сравнительно низкая частота преобразования, которая зависит от времени выключения тиристоров. Современные быстродействующие тиристоры с минимальным временем выключения 20 мкс позволяют получить предельную частоту всего лишь 5 кГц. Инвертирование на более высокой частоте невозможно из-за вероятности возникновения аварийного режима, который называется опрокидыванием инвертора(короткое замыкание на выходе сетевого выпрямителя). Сейчас тиристорные инверторы в сварочных источниках питания практически уступили место транзисторным частотным преобразователям.

Современные мощные транзисторы по сравнению с тиристорами имеют более высокие коммутирующие свойства и могут обеспечить частоту инвертируемого напряжения и тока до 100 кГц.

Современные источники питания для дуговой сварки с транзисторными инверторами позволяют перейти с аналогового (в тиристорных схемах) на цифровое управление с помощью микропроцессоров. В этом случае решаются многие технологические задачи путём управления током в динамике с высоким быстродействием (со скоростью срабатывания до 1000 А/с) и получения различного рода токов (постоянный, импульсный средней и высокой частоты, переенно-постоянный) для многих способов сварки.

3.2.3. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

В настоящее время для сварки на воздухе разработаны и успешно применяются электроды, которые при расплавлении создают надёжную газошлаковую защиту сварочной ванны от её взаимодействия с окружающей атмосферой и обеспечивают высокое качество наплав-•Пенного металла. Такие электроды разработаны для дуговой сварки сталей (в том числе высоколегированных), чугуна и цветных металлов: меди, бронз, латуней, медно-никелевых сплавов, никеля, алюминиевых и магниевых сплавов.

Ручная дуговая сварка (РДС) покрытыми электродами остаётся одним из самых распространённых методов и широко применяется при изготовлении сварных конструкций как в нашей стране, так и за рубежом. Это объясняется универсальностью процесса, простотой и мобильностью применяемого оборудования, возможностью выполнения сварки в различных пространственных положениях и местах, труднодоступных для механизированных способов сварки.

Существенный недостаток ручной дуговой сварки покрытьши электродами — невысокая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от практических навыков сварщика.

Сущность сварки покрытым электродам заключается в следующем. К электроду и свариваемому изделию для возбуждения и поддержания сварочной дуги от источника питания подводится постоянный или переменный ток (рис. 3.10). Дуга расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие и основной металл. Расплавляющееся покрытие образует шлак и газы. Шлак обволакивает капли металла, образующиеся при плавлении электродной проволоки. В сварочной ванне электродный металл смешивается с расплавленным металлом изделия, а шлак всплывает на поверхность ванны. Расплавленный шлак, покрывая капли электродного металла и поверхность расплавленной сварочной ванны, способствует предохранению их от контакта с воздухом и взаимодействует с расплавленным металлом.

Образующиеся при расплавлении покрытия газы оттесняют воздух из реакционной зоны (зоны дуги) и таким образом способствуют созданию лучших условий для защиты нагретого металла.

Для повышения устойчивости горения сварочной дуги в электродное покрытие вводят соединения, содержащие ионы щелочных металлов. Пары этих соединений снижают сопротивление дугового промежутка за-

Рис. 3.10. Схема ручной дуговой сварки по-крытым электродом:

1 - затвердевший шлак; 2 - сварочная ван-на; 3 - слой расплавленного шлака; 4 - дуга; 5 - электродное покрытие; 6 - метапличес-кий стержень

счёт увеличения степени его ионизации и делают дуговой разряд устойчивым.

В связи с тем, что большая часть теплоты выделяется на торце металлического стержня электрода, на его конце образуется коническая втулка из покрытия, способствующая направленному движению газового потока. Это улучшает защиту сварочной ванны. Кроме того, втулка удлиняет дугу, увеличивая её напряжение и мощность, а следовательно, и глубину проплавления. Кристаллизация металла сварочной ванны по мере удаления дуги приводит к образованию шва. При смене электродов, при случайных обрывах дуги кристал-лизация металла сварочной ванны приводит к образованию кратера (углубление в шве). Затвердевающий шлак образует на поверхности шва шлаковую корку.

Ввиду того, что от токопровода в электрододержателе сварочный ток протекает по металлическому стержню электрода, стержень разогревается. Этот разогрев тем больше, чем дольше протекание по стержню сварочного тока и чем больше его величина. Перед началом сварки металлический стержень имеет температуру окружающего воздуха, а к концу расплавления электрода его температура значительно повышается (у стержней из стали до 500-600 °С). Это приводит к увеличению скорости расплавления электрода по сравнению с начальной. Изменяется и глубина проплавления основного металла ввиду изменения условий теплоотдачи от дуги к основному металлу через прослойку жидкого металла в сварочной ванне. В результате изменяется соотношение долей электродного и основного металлов, участвующих в образовании сварного шва, а значит, и состав и свойства металла шва, выполненного одним электродом. Это одна из причин нестабильности качества сварного соединения.

При сварке покрытыми электродами перемещение вдоль линии стыка и подачу электрода в зону дуги по мере оплавления осуществляют вручную. При этом возникают трудности, связанные с поддержанием постоянства длины дуги. Колебания дугового промежутка отражаются на сварочном токе и напряжении и, как следствие этого, на размере сварочной ванны и механических характеристиках соединения. Поэтому для повышения стабильности качества сварного соединения применяют источники питания с крутопадающими вольтамперными характеристиками.

Электроды, например для сварки стали, представляют собой стержни, изготовленные из сварочной проволоки, на поверхность которой нанесён слой покрытия, предназначенного для повышения устойчивости горения дуги, образования комбинированной газошлаковой защиты, легирования и раскисления металла шва. Для изготовления покрытий применяют различные компоненты.

Ионизирующие и стабилизирующие компоненты - соединения, содержащие ионы щелочных металлов с низким потенциалом ионизации (Ыа2СО3, К2СО3, СаСО3,КаР), т.е. газообразующие компоненты — вещества, разлагающиеся с выделением большого объёма газа - мрамор, мел или органические вещества: декстрин, крахмал, целлюлоза, которые при нагреве ещё до расплавления металла в результате разложения и окисления дают много газообразных продуктов (С02,СО,Н2,Н20):

Н2+0,5О2->Н2О;

С + О2-»СО2;

СаСО3 -> СаО + СО2;

СО2-»СО + 0,5О2.

Образующееся значительное количество газов обеспечивает хорошую защиту от атмосферы воздуха, и в частности от азота. В то же время эта газовая среда сама является окислительной по отношению к железу и легирующим элементам.

Шлакообразующие компоненты — минералы: полевой шпат К2О • А12О3 • 65 Ю2; мрамор, мел СаСО3; глинозём А12О3; флюорит СаР2; кварцевый песок 8Ю2; иногда гематитРе2О3; марганцевая руда, титановый концентрат ТЮ2 • РеО. При сплавлении эти компоненты образуют шлаки различного состава и основности.

Раскислители и легирующие компоненты - это, например, кремний, марганец, титан, используемые в виде порошков сплавов этих элементов с железом (так называемых ферросплавов), быстро растворяющихся в жидкой стали. Алюминий в покрытие вводят в виде порошка-пудры.

Некоторые компоненты могут выполнять несколько функций одновременно, например мел, который, разлагаясь, выделяет много газа (СО2), оксид кальция идёт на образование шлака, а пары кальция имеют низкий потенциал ионизации и стабилизируют дуговой раз-ряд; СО₂ также служит газовой защитой.

Для соединения порошков компонентов в замес используют жид-кое стекло или полимеры. Нанесение покрытия на металлический стержень осуществляется в специальных прессах или методом окунания в жидкий замес.

Покрытия электродов для магниевых сплавов аналогично покрытиям для сварки алюминиевых сплавов состоят из фтористых и хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов.

Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются диаметр электрода и величина сварочного тока. Остальные параметры подбирает сварщик в процессе сварки, они не регламентируются. Диаметр электрода устанавливают в зависимости от толщины свариваемых кромок, вида сварного соединения и размеров шва. Для стыковых соединений рекомендуются следующие диаметры электродов в зависимости от толщины свариваемых кромок:

Толщина кромок, мм. .......... .. <2 3-5 6-8 9-12 13-15 16-20 20

Диаметр электрода, мм .........< 2 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-10

По выбранному диаметру электрода устанавливают величину сварочного тока. Обычно для каждой марки электродов она указана на заводской этикетке, но ее можно определить и по формулам

1_СК - сварочный ток, А; г/_эл и г_эл - диаметр и радиус электрода соответственно, мм; У - плотность тока, А/мм².

Полученные значения сварочного тока корректируют, учитывая толщину металла и положение сварного шва. При толщине кромок (1,3- 1,6)^ расчетное значение сварочного тока уменьшают на 10 -1 5 %, а при толщине кромок >3</_эл - увеличивают на 1 0-1 5 %. Сварку вертикальных и потолочных швов выполняют сварочным током, на 10-15 % уменьшенным против расчетного.

Напряжение на дуге при ручной дуговой сварке составляет 20-36 В и при проектировании технологических процессов ручной сварки не регламентируется.

3.2.4. Автоматическая сварка под флюсом

Сварка под флюсом - это самый распространенный способ механизированной дуговой сварки плавящимся электродом. Способ нашел широкое применение и стал одним из ведущих во многих отраслях промышленности при производстве конструкций из сталей, цветных металлов (алюминия, титана, меди) и их сплавов.

Автоматическую сварку под флюсом целесообразно применять в серийном и массовом производстве для выполнения кольцевых, прямолинейных, стыковых и угловых швов протяженностью не менее 0,8 м на металле толщиной 3-100 мм со свободным входом и выходом сварочной головки.

Характеристики

Список файлов лекций