Федеральное агентство по образованию

  Государственное образовательное учреждение

  Высшего профессионального образования

  Тульский  государственный университет

  Кафедра «Сварка, литье и технология конструкционных материалов» 
 

  КОНТРОЛЬНАЯ  РАБОТА

  По  дисциплине: «Сварка, пайка и склеивание материалов»

  На  тему: «Современное состояние сварочных материалов, для ручной дуговой сварки покрытыми электродами». 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                         Выполнила: ст. группы 662371

                                                                         Сиволобова А.В.____________

                                      Проверил:

                                                                        асс. Протопопов Е.А.________ 
 
 
 
 
 
 

Тула 2010

Содержание

 

   Введение

     Дуговая сварка – процесс, при котором  теплота, необходимая для нагрева  и плавления металла, получается за счет электрической дуги, возникающего между свариваемым металлом и электродом.

     Под действием теплоты электрической  дуги кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии.

     При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая  для образования и поддержания  электрической дуги, получается от специальных источников питания  постоянного или переменного тока. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1. История электросварки

     1802 год – В.В. Петров открыл явление электрической дуги и указал, что появляющийся «…белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются, и от которого тёмный покой довольно ясно освещён быть может».

     1803 год – В.В. Петров опубликовал книгу «Известия о гальвани-вольтовых опытах…», где описал способы изготовления вольтова столба, явление электрической дуги и возможность её применения для электроосвещения, электросварки и электропайки металлов.

     1882 год – Н.Н. Бенардос изобрёл электрическую сварку с применением угольных электродов.

     1889 год – Н.Г. Славянов впервые  в мире применил дуговую электросварку при постройке судов.

     1893 год – На Всемирной выставке  в Чикаго Н.Г. Славянов получил  золотую медаль за способ электросварки  под слоем толчёного стекла.

     1905 год – В.Ф. Миткевич впервые  в мире предложил применять  трёхфазную дугу для сварки металлов.

     Дуга  представляет собой электрический  разряд в газе между электродами, к которым подведено напряжение источника тока.

     Ток в дуге обусловлен так называемыми свободными электронами и положительными и отрицательными заряженными частицами вещества – ионами. Процесс образования этих частиц называется ионизацией. В средней части дуги расположен столб дуги, ярко светящейся и имеющей температуру около 6000 градусов по Цельсию. Столб заканчивается на электродах катодным и анодным пятнами, через которые проходит весь ток дуги.

     Плотность тока на пятнах весьма велика, благодаря  чему в этих зонах происходит интенсивное нагревание до температуры испарения материала электродов. Столб дуги окружает пламя – раскалённые пары и газы, температура которых резко падает по мере удаления от столба.

     Дугу  перемещают при сварке в ручную или  механически вдоль кромок соединяемых  деталей, благодаря чему достигается непрерывное плавление их и образование соединения – сварного шва. Глубиной проплавления называется наибольшая глубина расплавления основного металла в сечении шва.

  2. Классификация дуговой сварки

     Классификация дуговой сварки производится в зависимости  от степени механизации процесса, рода тока и полярности, типа сварочной дуги, свойств сварочного электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха.

     По  степени механизации различают:

     - ручную дуговую сварку

     - полуавтоматическую дуговую сварку

     - автоматическую дуговую сварку

     Отнесение процессов к тому или иному  способу зависит от того, как выполняются  зажигание и поддержание определенной длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.

     При ручной дуговой сварке указанные  операции, необходимые для образования  шва, выполняются человеком вручную  без применения механизмов.

     При полуавтоматической дуговой сварке плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются вручную.

     При автоматической дуговой сварке под  флюсом механизируются операции по возбуждению  дуги, поддержанию определённой длины  дуги, перемещению дуги по линии  наложения шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режим сварки  более стабилен, что обеспечивает однородность качества шва по его длине, в то же время требуется большая точность в подготовке и сборке деталей под сварку.

     По  роду тока различают:

     - электрическая дуга, питаемые постоянным  током прямой полярности (минус  на электроде);

     - электрическая дуга, питаемая постоянным  током обратной (плюс на электроде)  полярности;

     - электрическая дуга, питаемая переменным током.

     По  типу дуги различают

     - дугу прямого действия (зависимую  дугу);

     - дугу косвенного действия (независимую  дугу).

     В первом случае дуга горит между электродом и основным металлом, который также  является частью сварочной цепи, и  для сварки используется теплота, выделяемая в столбе дуги и на электродах; во втором – дуга горит между двумя электродами.

     По  свойствам сварочного электрода  различают

     -   способы сварки плавящимся электродом;

     - способы сварки неплавящимся электродом (угольным, графитовым и вольфрамовым).

     Сварка  плавящимся электродом является самым  распространённым способом сварки; при  этом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем, подаваемым в зону сварки по мере плавления. Этот вид сварки можно производить одним или несколькими электродами. Если два электрода подсоединены к одному полюсу источника питания дуги, то такой метод называют двухэлектродной сваркой, а если больше – многоэлектродной сваркой пучком электродов. Если каждый из электродов получает независимое питание – сварку называют двухдуговой (многодуговой) сваркой. При дуговой сварке плавлением КПД дуги достигает 0,7-0,9.

     По  условиям наблюдения за процессом горения  дуги различают:

     - открытую;

     - закрытую;

     - полуоткрытую дугу.

     При открытой дуге визуальное наблюдение за процессом горения дуги производится через специальные защитные стёкла – светофильтры. Открытая дуга применяется при многих способах сварки: при ручной сварке металлическим и угольным электродом и сварке в защитных газах.

     Закрытая  дуга располагается полностью в расплавленном флюсе – шлаке, основном металле и под гранулированным флюсом, и она невидима.

     Полуоткрытая  дуга характерна тем, что одна её часть  находится в основном металле и расплавленном флюсе, а другая над ним. Наблюдение за процессом производится через светофильтры. Используется при автоматической сварке алюминия по флюсу.

     По  роду защиты зоны сварки от окружающего  воздуха различают:

     - дуговая сварка без защиты (голым  электродом, электродом со стабилизирующим покрытием);

     - дуговая сварка со шлаковой защитой (толстопокрытыми электродами, под флюсом);

     - дуговая сварка со шлакогазовой  защитой (толстопокрытыми электродами);

     - дуговая сварка с газовой защитой  (в среде защитных газов);

     - дуговая сварка с комбинированной  защитой (газовая среда и покрытие или флюс).

     Стабилизирующие покрытия представляют собой материалы, содержащие элементы, легко ионизирующие сварочную дугу. Наносятся тонким слоем на стержни электродов (тонкопокрытые электроды), предназначенных для ручной дуговой сварки.

     Защитные  покрытия представляют собой механическую смесь различных материалов, предназначенных ограждать расплавленный металл от воздействия воздуха, стабилизировать горение дуги, легировать и рафинировать металл шва.

     В последнее время получает распространение  плазменная сварка, где дуга между инертными неплавящимися электродами используется для высокотемпературного нагрева промежуточного носителя, например – водяного пара.

     Известна  также сварка атомарным водородом, получаемым в дуге между вольфрамовыми электродами, и выделяющем тепло при рекомбинации в молекулы на свариваемых деталях.

     В зависимости от способа дуговой  сварки, т. е. от материала применяемого электрода, свойства электрической дуги меняются. Так, при горении дуги между свариваемым металлическим изделием и угольным электродом дуги имеет большую длину и несколько иную форму, чем дуга, горящая между изделием и металлическим электродом.

     В последнем случае явления, происходящие в дуге, значительно сложнее, так  как в дуговом промежутке помимо паров, образуемых при сгорании электрода, присутствуют капли расплавленного и пары сгорающего в дуге электродного покрытия.

  3. Ручная дуговая сварка покрытыми металлическими электродами

     При ручной дуговой сварке покрытыми  металлическими электродами, сварочная  дуга горит с электрода на изделие, оплавляя кромки свариваемого изделия и расплавляя металл электродного стержня и покрытие электрода. Кристаллизация основного металла и металла электродного стержня образует сварной шов. 

     

 

     Рисунок 1. Схема сварки покрытым металлическим электродом

     Электрод  состоит из электродного стержня  и электродного покрытия. Электродный  стержень – сварочная проволока; электродное покрытие – многокомпонентная  смесь металлов и их оксидов.

  3.1 Зажигание сварочной дуги

     Перед зажиганием (возбуждением) дуги следует установить необходимую силу сварочного тока, которая зависит от марки электрода, типа сварного соединения, положения шва в пространстве и др.

     Зажигание (возбуждение) производиться двумя  способами. При первом способе электрод подводят перпендикулярно к месту начала сварки и после сравнительно легкого прикосновения к изделию отводят верх на расстояние 25 мм. Второй способ напоминает процесс, зажигая спички. При обрыве дуги повторное зажигание ее осуществляется впереди кратера на основном металле с возвратом к наплавленному металлу для вывода на поверхность загрязнений, скопившихся в кратере. После этого сварку ведут в нужном направлении.

     Применение  того или иного способа зажигания  дуги зависит от условий сварки и  от навыка сварщика.

  3.2 Положение и перемещение электрода при сварке

     Положение электрода зависит от положения  шва в пространстве. Различают  следующие положения швов: нижнее, вертикальное и горизонтальное на вертикальной плоскости, потолочное. Сварку вертикальных швов можно выполнять сверху вниз и снизу вверх.