Электроды для ручной электродуговой сварки

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ

КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебно-технологическая практика

Сварочная практика

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Направления подготовки бакалавров:

110800 Агроинженерия 190100 Наземные транспортно-технологические комплексы 190600 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов

Уфа 2013

УДК 378.148:620.22

ББК 74.58+30.3

М 54

Рекомендовано к изданию методической комиссией механического факультета (протокол № 6 от 30 января 2013 г.)

Обсуждена и одобрена на заседании кафедры технологии металлов и ре­монта машин (протокол № 6 от 22 января 2013 г.).

Составители: к.т.н.,старший преподаватель Павлов А.П. и ассистент Исламов Л.Ф.

Рецензент: к.т.н., доцент Гайсин Э.М.

Ответственный за выпуск: и.о. зав. кафедрой технологии металлов и ремонта машин д.т.н., доцент Сайфуллин Р.Н.

г. Уфа, БГАУ, кафедра технологии металлов и ремонта машин

ОГЛАВЛЕние

1 Техника безопасности 4

2 Общие сведения 5

3 Электродуговая сварка 6

3.1 Сварочная дуга 6

3.2 Оборудование и оснастка 7

3.3 Электроды для ручной электродуговой сварки 11

3.4 Типы сварных соединений и швов 13

3.5 Подготовка изделий к сварке 15

3.6 Техника выполнения сварки 17

3.7 Дефекты сварных швов 18

4 Газовая сварка И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ 18

4.1 Ацетиленокислородное пламя 18

4.2 Расходные материалы 19

4.3 Оборудование и инструменты 20

4.4 Техника выполнения газосварки 27

4.5 Термическая резка металлов 28

5 Содержание отчета 29

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 29

ПРИЛОЖЕНИЕ А 30

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 32

Цель работы.Ознакомиться с оснащением рабочих мест электро- и газосварщика. Приобрести практические навыки ручной электродуговой сварки различных типов сварных соединений металлических изделий.

Задание. 1. При самостоятельной работе по данному пособию и на занятиях под руководством мастера изучить технологические процессы электродуговой и газовой сварки и резки металлов, оборудование, инструменты и расходные материалы. 2. Научиться производить электродуговую сварку в нижнем пространственном положении. 3. По заданию мастера рассчитать режимы сварки. 4. Сварить контрольные образцы. 5. Оценить качество сварки. 6. Оформить отчет.

Порядок выполнения работы. 1. Получить у мастера заготовки. 2. По толщине заготовок рассчитать сварочный ток и диаметр электрода. 3. Подобрать тип и марку электрода. 4. Закрепить электрод оголенным концом в электрододержателе. 5. Разделать кромки заготовок. 6. Уложить в необходимом положении заготовки на сварочный стол. 7. Включить источник тока и установить необходимый ток. 8. Отработать приемы сварки различных типов сварных соединений в нижнем положении. 9. Сварить контрольные образцы. 10. Контролировать сварные соединения визуально и замерами и оценить качество сварки. При неудовлетворительном качестве сварку контрольных образцов повторить.

Оснащение рабочего места. Рабочее место электросварщика находится в специальной кабине, в которой расположены рабочий стол, местная вентиляция, оборудование, приспособления, инструменты и материалы. Рабочее место газосвар­щика должно быть оснащено сварочным столом и мест­ной вентиляцией. Следует иметь защитные очки, приса­дочную проволоку, наборы инстру­ментов и приспособлений, необходимые для подготовки, проведения и контроля газосварочных работ. На видном месте должна быть вывешена инструкция по технике безопасности.

Техника безопасности

К сварочным работам могут допускаться только лица, твер­до знающие правила техники безопасности. Рассмотрим ряд общих правил по технике безопасности при сварочных работах:

- для защиты глаз и кожи лица от воздействия лучей применять щитки и маски с защитными темными стеклами;

- надеж­но заземлять корпуса сварочных машин и наблюдать за исправностью изоляции токоподводящих проводов;

- все карманы спецодежды сварщика должны закрываться кла­панами;

- нельзя заправлять куртку в брюки или брюки в сапоги для того, чтобы брызги металла могли свободно скатываться на пол, не задерживаясь в складках одежды;

- брюки у сварщика должны быть длинные, закры­вающие ботинки;

- обувь должна плотно прилегать к ноге и быть зашну­рована;

- голова сварщика должна быть покрыта головным убо­ром без козырька, так как он затрудняет работу со щит­ком;

- для предотвращения ожога рук свариваемые детали следует брать только плоскогубцами;

- все части электросварочных машин, которые обычно не являются токоведущими, но могут оказаться под напря­жением, должны быть надежно заземлены;

- все находящиеся под напряжением части свароч­ных машин должны быть надежно защищены от возмож­ности случайного прикосновения к ним;

- токоподводящие провода должны быть тщательно изолированы и защищены от действия высоких темпера­тур и механических повреждений.

- запрещается сварочные работы выполнять на расстоянии менее 5 мот легковоспламеняю­щихся или огнеопасных материалов;

- в сварочных помещениях воспрещается хранить легковоспламеняющие­ся материалы — паклю, керосин, бензин;

- газовый и кислородный баллоны располагаются в специальных шка­фах не ближе 3 м от открытого огня;

- ацетиленовые ге­нераторы должны находиться на расстоянии не менее 10 м от места работ и 5 м — от баллонов с кислородом или горючим газом.

Общие сведения

Таблица 1 Методы сварки

Метод сварки	Источник теплоты
Сварка плавлением (металлы в месте соединения расплавляются): Электрическая сварка:
Дуговая	Сварочная дуга
Электрошлаковая	Ток при прохождении через расплавленный флюс (шлаковую ванну)
Электроннолучевая	Резкое торможение быстродвижущихся электронов при внедрении их в металл
Химическая сварка:
Газовая	Горение различных газов (ацетилена, водорода, пропана и др.)
Термитная	Горение порошкообразной горючей смеси (термита)
Литейная сварка	Расплавленный в печах металл заливают между заформированными соединяемыми деталями
Сварка давлением:(металлы соединяются путем совместной пластической деформации в месте их контакта)
Электроконтактная	Тепло выделяется в месте соприкосновения деталей при прохождении тока через контакт
Индукционная	Тепло выделяется в самой детали токами высокой частоты (ТВЧ)
Кузнечная	Печи, горны
Сварка трением	Трение быстро вращающихся свариваемых деталей

Сваркой называется технологический процесс образования неразъемных соединений материалов методом установления межатомных связей между свариваемыми частями нагревом, пластической деформацией или их совместным действием. Ее применяют для соединения различных металлов, сплавов, металлов с неметаллами, пластмасс и т.д.

Выбор такого способа сварки, который при наименьшей стоимости сварочных работ обеспечивал бы получение необходимого качества ремонта, является задачей весьма трудной и требует довольно глубокого знания технологии сварки. Рекомендации по выбору способа сварки могут быть следующими:

1. Газовая сварка применяется при сварке деталей из тонколистовой (до 1,5 мм) стали, а также из медных и легких сплавов толщиной 0,5—3,0 мм. Может быть использована при ремонте литых изделий из чугуна, бронзы и алюминиевых сплавов. Рекомендуется при монтаже тонкостенных трубопроводов.

2. Ручная электродуговая сварка металлическим электродом применяется при сварке деталей из стали толщиной не менее 1,5 мм. Не рекомендуется применять для деталей из магниевых, алюминиевых и медных сплавов.

3. Ручная электродуговая сварка угольным электродом применяется при сварке литых деталей из чугуна, медных и алюминиевых сплавов. Используется для наплавки.

4. Ручная аргонодуговая сварка применяется для сварки деталей из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, а также тонкостенных (0,5—2,0 мм) деталей из нержавеющей стали и жаропрочных сплавов.

5. Полуавтоматическая сварка в углекислом газе применяется для сварки деталей толщиной свыше 1 мм из низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Контрольные вопросы: 1 Что такое сварка? 2 Какие бывают методы сварки?

3 Когда применяется ручная электродуговая сварка? другие виды сварки?

Электродуговая сварка

Сварочная дуга

Наибольший объем среди других видов сварки занимает ручная дуговая сварка — сварка плавлением штучными электродами, при которой подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производятся вручную. При электродуговой сварке источником теплоты яв­ляется электрическая дуга.

Дуга — это мощный разряд электричества в ионизи­рованной среде газов и паров металла. Ионизация среды происходит во время зажигания дуги и поддерживается при ее горении. Зажигание дуги производится коротким замыканием. Оно необходимо для разогрева торца элект­рода и основного металла в зоне контакта. После корот­кого замыкания электрод отводится на 3...6 мм от свари­ваемого металла. С разогретого торца электрода под действием электрического поля начинается эмиссия (выделение) электронов. Столкновение электронов с молекулами га­зов и паров металла приводит к их ионизации. Процесс зажигания заканчивается получением устойчивой дуги (рисунок 1). Температура столба дуги достигает 6000...7000 °С, а температура катодного и анодного пятен (поверхности электрода и изделия) –2400...2600 °С.

Схема процесса показана на рисунке 1. Дуга горит между стержнем электрода 1 и основным металлом 7. Под действи­ем теплоты дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическую сварочную ванну 4. Капли жидкого металла 8 с расплавляемого электродного стержня перено­сятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стерж­нем плавится покрытие электрода 2, образуя газо-

Рисунок 1 Ручная дуговая сварка ме­таллическим электродом с покрыти­ем (стрелкой указано направление сварки) 1 – стержень электрода; 2 – покрытие электрода; 3 – газовая защита; 4 – сварочная ванна; 5 – шлаковая корка; 6 – сварной шов

вую защиту 3 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверх­ности расплавленного металла. Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги металл сва­рочной ванны затвердевает и образуется сварной шов 6. Жидкий шлак по мере ос­тывания образует на повер­хности шва твердую шла­ковую корку 5, которая удаляется после остывания шва. Для обеспечения за­данного состава и свойств шва сварку выполняют электродом, на которую нанесен слой покрытия 2 (обмазка). Составляющие этих покрытий стабилизируют горение дуги, увеличивая ионизацию междугового промежутка; соз-

дают газовую и шлаковую защиту расплавленного ме­талла от воздействия воздуха; раскисляют (т.е. удаляют окислы железа из металла шва) и легируют (т.е. вводят в металл «легирующие элементы» — вещества, улучшающие свойства шва) металл шва.

Контрольные вопросы: 1 Что такое дуга? 2 Как образуется дуга? 3Что такое сварочная ванна? 4 Из чего образуется шлаковая корка?

Оборудование и оснастка

Рабочее место электросварщика.При сварке сравнительно небольших деталей сварочный пост располагают в кабине размером 2,5´2,5 м или огораживают перегородкой 8. В кабине устанавливают рабочий стол 7 и стул сварщика, светильник и местную вытяжную вентиляцию 9, устроенную так, чтобы газы дуги не проходили через зону дыхания сварщика. В оборудование поста входит источник питания 3, соединенный гибким изолированным кабелем 5 с рабочим столом и электрододержателем 6. Корпус источника питания и рубильника 2, а также рабочий стол сварщика должны быть заземлены 4. Рабочее место сварщика показано на рисунке 2.

Рисунок 2 Рабочее место сварщика

1 – электрическая сеть; 2 – рубильник; 3 – источник питания; 4 – заземление;

5 – гибкие изолированные кабели; 6 – электрододержатель; 7 – рабочий стол;

8 – перегородка; 9 – вытяжка

Источники питания.Электрические генераторы и трансформаторы для питания световых и си­ловых установок нельзя применять для питания свароч­ной дуги, поскольку они имеют внешнюю характеристику, обеспечивающую постоянство напряжения. Если такую машину применить для питания сварки, то возбужден­ная дуга станет разрастаться, ток в ней будет увеличи­ваться до тех пор, пока не произойдет сгорание предо­хранителей или разрушение проводников цепи.

Сварочную дугу можно питать постоянным и пере­менным током. Дуга, питаемая переменным током, менее устойчива, так как ток при нормальной частоте (50 Гц) 100 раз в секунду меняет свое направление. Поэтому ионизация газового промежутка меняется, и дуга может обрываться. Для повышения устойчивости горения дуги на переменном токе применяют ионизирующие покрытия электродов. При сварке на постоянном токе используют свароч­ные генераторы и выпрямители, переменном — сварочные трансформа­торы.

В качестве источника переменного тока рассмотрим устройство сварочного трансформатора (рисунок 3) с повышенным магнитным рассеянием, с подвижной катушкой, при перемещении которой регулируется сварочный ток.

В нижней части сердечника 1 находится первичная обмотка 3, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях магнитопровода. Магнитопровод трансформаторов набирается из ли­стов электротехнической стали толщиной 0,3...0,5 мм, изолированных окалиной или лаком. Обмотки трансфор­маторов выполнены из медных проводов, изолированных лаками, намоточной бумагой на бакелитовом лаке, элек­тротехническим картоном.

Рисунок 3 Схема сварочного трансформатора а – внешний вид, б – принципиальная схема с плавным регулированием сварочного тока: 1 – сердечник; 2 – вторичная обмотка; 3 – первичная обмотка; 4 – конденсатор; 5 – ходовой винт; 6 – ручка ходового винта

Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка 2, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Вторичная обмотка подвижная и может перемещаться по сердечнику с помощью винта 5, с которым она связана, и рукоятки 6, находящейся на крышке кожуха трансформатора.

Трансформатор работает следующим образом. Переменный ток из сети поступает на катушки первичной обмотки 3. При этом образуется магнитное поле, которое усиливается сердечником 3 и направляется к катушкам вторичной обмотки 2. Здесь происходит обратный процесс: при прохождении магнитного поля возбуждается э.д.с. Так как число витков вторичной обмотки меньше чем у первичной обмотки, то полученный ток имеет низкое напряжение и высокую силу тока.

Сварочный ток регулируется ступенчато рукояткой переключателя диапазонов, которая соединяет катушки как первичной, так и вторичной обмоток параллельно (как на рисунке) (200-460 А) или последовательно (70-200 А). Рукоятка переключателя диапазонов расположена на крышке трансформатора.

Внутри каждого диапазона регулирование сварочного тока плавное – ручкой 6 ходового винта 5, по которому перемещаются катушки вторичной обмотки 2. При этом сварочный ток регулируется изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При вращении рукоятки 6 по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшается, сварочный ток возрастает. При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, индуктивное сопротивление и магнитный поток рассеяния растут и сварочный ток уменьшается.

Для приближенной установки силы сварочного тока на боковом кожухе расположена шкала с делениями. Более точно ток устанавливают по амперметру. Для увеличения коэффициента мощности cos φ параллельно первичной обмотке включен конденсатор 4.

Рисунок 4 Схема сварочного выпрямителя

1 – трансформатор; 2 – блок выпрямителей; 3 – дроссель

Для по­лучения постоянного тока служат сварочные выпрямители (рисунок 4). В них в качестве электрических вентилей применяют полупроводники, обладающие свой­ством проводить ток в одном направлении.

Сварочный выпрямитель состоит из трехфазного по­нижающего трансформатора 1, блока селеновых или кремниевых выпрямителей 2 и дросселя 3. Дроссель слу­жит для получения падающей внешней характеристики.

Принадлежности и инструмент сварщика. За каждым электросварщиком должны быть закреплены: электродо­держатель (рисунок 5) с гибким провопроводом длиной не менее 2 м; щиток или шлем, пассатижи, металлическая щетка, моло­ток и зубило; специальная одежда и рукавицы; ящик для хранения инструмента.

Рисунок 5 Электрододержатели

Применяется гибкий провод марок ПРГД и ПРГДО. В зависимости от силы сварочного тока подбирается соответствующее сече­ние провода из расчета 5-7 А/мм² для медных, 3 А/мм² – для алюминиевых. Щитки и шлемы изготовляют из прочного легкого ма­териала, чаще всего из фибры. В защитный щиток вставляется стекло марки ТС3. Стекла имеют различную прозрачность, наиболее темное - Э-4 (более 400А), далееЭ-3 (200-400А), Э-2 (75-200А), Э-1 (30-75А). Снаружи стекло ТСЗ прикрывают простым бесцветным стеклом для предохранения от брызг расплавленного ме­талла.

Специальная одежда изготавливается из прочной, труд­но загорающейся ткани.

Контрольные вопросы: 1 Что входит в рабочее место электросварщика?

2 Устройство сварочного трансформатора? 3 Как регулируется сварочный ток трансформатора? 4 Что относится к инструменту сварщика? 5 Как выбираются сварочные кабели? 6 Как выбираются защитные стекла щитков?

Электроды для ручной электродуговой сварки

Плавящиеся электроды для ручной дуговой сварки представляют собой стержни длиной до 450 мм из сварочной проволоки, на ко­торую нанесен слой покрытия (обмазка) - смесь веществ для усиления ионизации (повышения устойчивости горения дуги), защиты от вредного воздействия воздуха и улучшения качества шва (легирования, раскисления).

По ви­ду покрытия электроды бывают со стабилизирующим, за­щитным и легирующим покрытием. В качестве стабили­зирующих составляющих применяют силикат натрия и калия, поташ, мрамор, мел. В защитные покрытия вхо­дят стабилизирующие, газообразующие (крахмал, цел­люлоза, мрамор, магнезит), шлакообразующие состав­ляющие (марганцевая руда, полевой шпат, мрамор, рутил), раскислители (ферромарганец, ферросилиций, алюминий). В легирующие покрытия кроме перечислен­ных входят различные ферросплавы (феррохром, ферро­молибден, феррованадий) или чистые металлы (никель и др.).

Составляющие этих покрытий стабилизируют горение дуги, увеличивая ионизацию междугового промежутка, создают газовую и шлаковую защиту расплавленного ме­талла от воздействия воздуха, раскисляют и легируют металл шва. В качестве связующего вещества в любом покрытии применяется жидкое стекло.

Схема структуры условного обозначения электродов.Условное обозначение электродов дает сведение об их основных характеристиках.

Установлена следующая структурная схема условно­го обозначения электродов:

Рисунок 6 Схема структуры условного обозначения электродов

где

1 - тип электрода.

В обозначении типа электрода цифры за буквой «Э» указывают величину гарантированного временного сопротивления разрыву σ_вр (предела прочности) сварного шва, выполненного этим электродом. Например, металл шва, сваренного электродом Э42А должен иметь временное сопротивление разрыву не менее 42 кг/мм² (420 МПа). Индекс «А» обозначает повышенные пластические свойства металла шва.

2 - марка электрода.

Каждому типу электрода может соответствовать одна или несколько марок электродов (например, типу Э42 соответствуют электроды марок УОНИ-13/45, ОММ-5, ЦМ-7 и МЭЗ-04). Марки электродов показывают вид покрытия и его состав.

3 - диаметр электрода, мм.

4 - назначение электрода:

- для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву σ_вр до 600 МПа (типы Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60) (индекс У),

- для сварки легированных конструкционных сталей с σ_вр свыше 600 МПа (типы Э70, Э85, Э100, Э125, Э150) (индекс Л),

- для сварки легированных теплоустойчивых сталей (Т);

- для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами (В);

- для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (Н).

5 - толщина покрытия:

- тонкие (М) – D/d < 1,2 (D - диаметр электрода, d - диаметр стержня),

- средние (С) – D/d = 1,2...1,45,

- толстые (Д) – D/d = 1,48...1,8,

- особо толстые (Г) – D/d > 1,8;

6 - группа качества электродов.

По содержанию вредных веществ се­ры и фосфора в наплавленном металле, по состоянию по­верхности покрытия и сплошности выполненного сварно­го шва электроды разделяют на группы 1, 2 и 3. Чем выше номер, тем лучше качество.

7 - группа индексов (Е43 2), характеризующих наплавлен­ный металл и металл шва по пределу прочности на растя­жение, относительному удлинению и минимальной темпе­ратуре, при которой ударная вязкость составляет не менее 35 Дж/см²;

8 - вид покрытия: А - кислое, Р - рутиловое, Б - основное, Ц - целлюлозное, БЦ - смешанное(две любые буквы из указанных), Ж - с содержанием 20% железного порошка, П - про­чие;

9 - допустимые пространственные положения сварки или наплавки:

1 - для всех пространственных положе­ний,

2 - для всех положений, кроме вертикального свер­ху вниз,

3 - для нижнего, горизонтального и вертикаль­ного снизу вверх,

4 - для нижнего;

10 – код рода применяемого то­ка, полярности постоянного тока или номинального напря­жения холостого хода переменного тока:

Таблица 2 Код рода применяемого тока

Код	Род тока	Напряжение холостого хода Uх.х переменного тока	Полярность постоянного тока
	постоянный	—	обратная
	пост., перем.	50 В	прямая или обратная
	пост., перем.	50 В	прямая
	пост., перем.	50 В	обратная
	пост., перем.	70 В	прямая или обратная
	пост., перем.	70 В	прямая
	пост., перем.	70 В	обратная
	пост., перем.	90 В	прямая или обратная
	пост., перем.	90 В	прямая
	пост., перем.	90 В	обратная

11 - стандарт (ГОСТ 9468-75), определяющий клас­сификацию, размеры и общие технические требования на покрытые металлические электроды для ручной дуговой сварки;

12 - стандарт (ГОСТ 9467-75, ГОСТ 10051-75 или ГОСТ 10052-75), регламентирующий требования к рас­сматриваемому типу электродов.