МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ № 4 по МДК 01.01 Технология сварочных работ на тему "Определение длины сварочной ванны и времени ее существования"

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Волгоградский техникум нефтяного и газового машиностроения

им. Героя Советского Союза Н. Сердюкова»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

ПО ПРОФЕССИОНАЛЬНОМУ МОДУЛЮ

ПМ.01 Подготовка и осуществление технологических

процессов изготовления сварных конструкций

МДК 01.01 Технология сварочных работ

(практическая № 4)

для специальности среднего профессионального образования

22.02.06 Сварочное производство

Программа подготовки – базовая

Очная форма обучения

Преподаватель: Галанина Л.В.

г.Волгоград, 2018

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Сварочное производство является одним из ведущих видов производства, определяющим уровень технического прогресса в машиностроении. Рост объемов сварочного производства привел к необходимости организации на судостроительных и машиностроительных предприятиях сварочных цехов и участков, оснащенных современным сварочным оборудованием и сборочно-сварочным приспособлениями.

Все существующие способы сварки могут быть разделены на две основные группы: сварка давлением (контактная, газопрессовая, трением, холодная, ультразвуком) и сварка плавлением (газовая, термитная, электродуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная).

Наибольшее распространение получили различные способы электрической сварки плавлением. А ведущее место занимает дуговая сварка, источником теплоты при которой, служит электрическая дуга.

Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа – процесса высокопроизводительного и обеспечивающего хорошее качество сварных соединений.

При появлении полуавтоматической и автоматической сварке в среде СО₂ возникла возможность дальнейшей механизации процесса сварки во всех пространственных положениях. Сварка в СО₂ составляет 25% объема всех сварочных работ.

Целью проведения практических работ является научить студентов:

- организовать рабочее место сварщика;

- выбирать рациональный способ сборки и сварки конструкции, оптимальную технологию соединения или обработки конкретной конструкции или материала;

- использовать типовые методики выбора параметров сварочных технологических процессов;

- применять методы устанавливать режимы сварки;

- рассчитывать нормы расхода основных и сварочных материалов для изготовления сварного

узла или конструкции;

- читать рабочие чертежи сварных конструкций;

Задача студентов состоит в добросовестном выполнении тем под руководством преподавателя и в осмысливании практической значимости изучаемых тем для будущей производственной деятельности.

Основной теоретический материал, необходимый для изучения при проведении практических работ помещен в пособии. Данный материал прорабатывается самостоятельно при подготовке к практической работе и закрепляется при ее проведении. Чтобы совершенствовать теоретические и практические знания в сборник включены контрольные вопросы.

1 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ К

ПРАКТИЧЕСКИМ РАБОТАМ

В начале каждой работы сформулирована ее цель, даны основные теоретические сведения, изложено задание, указано, что должно содержаться в отчете. В конце даны контрольные вопросы. Рекомендуется отчеты по всем выполненным работам оформлять в одной тетради.

При оформлении работы студент фиксирует в тетради наименование темы, цель работы, содержание задания и результаты выполнения отдельных заданий темы по требуемой форме. По окончании занятия студент предоставляет преподавателю отчет на проверку, подпись и защищает выполненную работу.

Перед каждым практическим занятием студент должен подготовить соответствующий теоретический материал по лекционным записям, на практическом занятии пополнить его, ознакомиться с заданием, материалами для выполнения работы. Ориентируясь на порядок выполнения задания, приступить к выполнению практической работы.

Для совершенствования теоретических и практических знаний, каждая практическая работа содержит контрольные вопросы . Студент отвечает на контрольные вопросы при защите практической работы.

2 Теоретические основы сварки плавлением

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

Определение длины сварочной ванны и времени ее существования

Цель работы:

- научить использовать типовые методики выбора параметров сварочных технологических процессов

Краткий теоретический материал

Сварочная ванна представляет собой участок расплавленного метала, перемещающийся вместе со сварочной дугой вдоль шва со скоростью сварки. Она имеет в продольном сечении форму, показанную на рисунок 1.

Рисунок 1 Сварочная ванна

В головной части ванна глубже, так как здесь жидкий металл находится под давлением дуги Р_Д, обусловленным давлением газов, ударами заряженных частиц о поверхность металла и электромагнитным дутьем дуги. Глубина ванны зависит от плотности тока и скорости сварки, возрастая с повышением плотности и уменьшением скорости.

Жидкий металл ванны находится в непрерывном движении и перемешивании. Давлением дуги он вытесняется со дна ванны на ее боковые поверхности, образуя кратер.

Жидкий металл откладывается отдельными порциями и давление дуги периодически изменяется, отчего при затвердевании металла шва на его поверхности образуются волны (чешуйки). Чем толще слой шлака над расплавленным металлом шва, тем чешуйки будут тоньше, а поверхность шва — более ровной и чистой. Особенно чистой поверхность шва получается при автоматической сварке под флюсом.

При ручной дуговой сварке  размеры ванны примерно следующие, мм: длина = 20-30, ширина = 8-12,  глубина = 2-3 мм

При сварке под флюсом размеры ванны примерно следующие, мм: длина = 80-120, ширина = 20-30, глубина = 15-20.

Время, в течение которого металл ванны находится в жидком состоянии, зависит от способа и скорости сварки. Например, при ручной сварке током 150—200 А со скоростью от 3 до 11 м/ч это время составляет от 24 до 6,5 сек при автоматической под флюсом со скоростью 50 м/ч — 4,4 сек.

По линии АБВ ванны (см. рис. 1) протекает процесс плавления основного металла, а по линии ВГА — кристаллизации металла шва.

Дуговая сварка плавлением является своеобразным металлургическим процессом, протекающим в совершенно необычных для металлургии условиях, в небольшом объеме сварочной ванны и в течение короткого времени. Объем сварочной ванны естественного формирования (рис.2) определяется ее размерами.

Рисунок 2 Схема сварочной ванны и распределения температур в ней и в остывающем шве при дуговой наплавке валика двужущейся дугой: 1 — кривая распределения температур в сварочной ванне и основном металле позади дуги, 2 — кривая распределения температур впереди дуги.
А - длина; Б - ширина; h - глубина прохода; Т_пл - температура плавления стали

Размер сварочной ванны и время пребывания металла ванны в жидком состоянии влияют на качество шва, особенно на содержание в нем газов и на его формирование. В связи с этим размеру ванны ( ее длине) придают большое значение.

Длина сварочной ванны А (рис. 1) и время пребывания ее в жидком состоянии t_m зависят от режима сварки (I_св. U_a, v_св) и от интенсивности отвода тепла ванны в массу свариваемого металла.

1. Длина сварочной ванны определяется по формуле:

0,24·η· Iсв·Uд

А =------------------- см, или

2·π· Тпл·λ

0,0382·η· Iсв·Uд

А =------------------- см, где

Тпл· λ

η -эффективный КПД нагрева металла при сварке.

Величины η, π, λ и Т_пл являются постоянными, изменение значений η и λ связано с изменением к. п. д. сварки.

Опытным путем установлено, что для ручной сварки открытой дугой металлическим электродом отношение:

При РДС η =0,7 (РДС-ручная дуговая сварка)

При АФ η =0,8 (АФ –автоматическая сварка под флюсом)

При ЗГарг.пл.эл-д η =0,7 (ЗГарг.пл.эл-д -сварка в защитных газах (в аргоне) плавящимся электродом (сварочной проволокой))

При ЗГарг.W эл-д η=0,55 (ЗГ арг.Wэл-д – сварка в защитных газах (в аргоне) неплавящимся вольфрамовым электродом)

При ЗГуглек. η =0,6 (ЗГуглек. – сварка в защитных газах (в углекислом) плавящимся электродом (сварочной проволокой))

Iсв -сила тока, А

Uд – напряжение, В

Тпл – температура плавления свариваемого металла, ⁰С

λ - коэффициент теплопроводности свариваемого металла, кал/см ⁰С

Таблица 1 Средние значения Тпл некоторых металлов:

Таблица 2 Средние значения λ некоторых металлов:

2. Время пребывания сварочной ванны в жидком состоянии определяется по формуле:

А

t=----------- ,с, где

V_св

А – длина сварочной ванны, см ,V_св – скорость сварки, см/с

Маленький объем ванны и интенсивный отвод тепла в основной металл предопределяет большую скорость затвердевания расплавленного металла. Как видно из рис.2, наибольшая температура в переднем участке ванны, а на периферии задней части она равна температуре плавления стали Т_пл. В передней части ванны происходит плавление металла и совершаются интенсивные реакции элементов металла, газовой и шлаковой среды. В задней части, начиная с периферийных участков, прилегающих к основному металлу, происходят затвердевание и кристаллизация металла ванны. Металл сварочного шва и прилегающего к нему изделия в процессе сварки претерпевает нагрев и охлаждение, т. е. термическую обработку. Эти изменения температуры в каждой точке сварного соединения называют термическим циклом.

Таким образом, сварной шов образуется в результате сложного металлургического процесса, характеризующегося:

• высокой температурой;

• небольшим объемом расплавленного металла электрода и металла изделия, перемешанных между собой в результате расплавления;

• коротким временем процесса;

• быстрым отводом тепла в прилегающий металл изделия и атмосферу;

• интенсивным воздействием металла, шлака и газа при высокой температуре

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

Задание № 1: Определите длину сварочной ванны при … сварке, если свариваемый

металл- …, сила тока -…А, напряжение - …В, а также время пребывания

металла в жидком состоянии по оси шва, если скорость сварки- … см/с.

В соответствии своему варианту решите задачу 1 для нескольких металлов при одинаковом способе сварки, силе тока, напряжении и скорости сварки. Результаты запишите в виде таблицу 3. Сформулируйте вывод о размерах сварочной ванны и времени пребывания в жидком состоянии для различных способов сварки.

Таблица 3

Исходные данные вариантов:

Пример: Определите длину сварочной ванны при РДС, если свариваемый металл - низкоуглеродистая сталь, сила тока-250А,напряжение – 30В и время пребывания металла в жидком состоянии по оси шва, если Vсв- 0,14 см/с.

Решение:

0,0382·η· I_св·U_д

1. А=--------------------

Т_пл· λ

Для РДС η =0,7

Для низкоуглеродистой стали Т_пл=1500 С, λ =0,14 кал/см с С

0,0382· 0,7· 250А·30В

А= -------------------------------- = 0,95 см

1500 С ·0,14 кал/см с С

А 0,95 см

2. t = --------- = -------------- = 6,8 с

V_св 0,14 см/с

Ответ: А=0,95 см t=6,8 с

Вопросы для контроля знаний

1. Что такое сварочная ванна?

2. Что представляет собой металл шва?

3. Отличается ли химический состав металла шва от основного металла? Обоснуйте свой ответ.

4. Что называется кратером?

20