Idea Transcript
м о с к о в с к и й ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Ю.М.САС,
В.Б.БЕЗРУК,
В.Д.АЛЕКСАНДРОВ,
А.Л.ЕФРЕМОВ
АВТОМАТИЧЕСКАЯ Э Л Е К Т Р О Д У Г О В А Я П О Д
С Л О Е М
С В А Р К А
Ф Л Ю С А
Методические указания к практической
МОСКВА
1998
работе
УДК 621.791.75 ББК 34 641
Практическая работа "Автоматическая электродуговая сварка под слоем флюса" соответствует рабочим программам дисциплины "Технология конструкционных материалов" для студентов 1 курса всех механических специальностей МАДИ. Методическое руководство разработано на основе методик Виктора Яковлевича Попова и Юрия Мурадовича Погосбекяна. Работа рассчитана на 4...6 часов учебных занятий.
© Московский государственный автомобильно-дорожный институт (технический университет), 1998
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
СВЕДЕНИЯ
1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить устройство сварочного оборудования используемого при автоматической дуговой сварке под слоем флюса. Получить представление о правилах выбора сварочной про волоки, флюса и настройке сварочного трактора. 1.2. РАЗЛИЧИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ И РУЧНОЙ СВАРКИ Процесс полуавтоматической и автоматической сварки под слоем флюса принципиально отличается от ручной дуговой свар ки. В отличие от электрода сварочная проволока не имеет по крытия. Дуга 10 (рис. 1) горит между торцем сварочной проволоки Скорость подачи Уп сварочной проволоки ® Контактные ролики Вылет сварочной проволоки
Скорость сварки Уев Сварочная проволока — Подающие ролики Пары тйеталла, флюса и газы
Бункер с
Расплавленный флюс 6^ Слой толщиной 2.,,5 см .® Свариваемая заготовка (10) Сварочная дуга
0
расплавленный металл
0-^
сварного шва
Рис. 1. Сварка под слоем флюса 3
1 и свариваемой заготовкой 11 под слоем флюса 12 толщиной от 2 до 5 сантиметров. Сварочная проволока непрерывно поступает в зону сварки с помощью подающих роликов 2 со скоростью подачи \/п. К свароч ной проволоке через скользящий контакт - контактные ролики 15 подключают гибкий медный кабель большого сечения от источника сварочного тока 7. Второй кабель подключают к свариваемой за готовке 11. В зону сварки из специального бункера 13 поступает гранулированный сварочный флюс. Длину сварочной проволоки от места подвода тока до сварочной дуги {кончика проволоки ) назы вают вылетом 14. Под воздействием тепловой энергии дуги плавится свари ваемый металл, сварочная проволока и часть флюса, прилегаю щая к зоне горения дуги. При горении сварочной дуги 10 пары металла, флюса и газы 3, воздействуя на расплавленный флюс 5, образуют свод 4, который защищает область горения дуги сверху. Расплавленный флюс, имея меньшую плотность, всплывает на по верхность расплавленного металла 9 сварочной ванны. Остывая, флюс покрывает место сварки достаточно плотной шлаковой кор кой 6. После сварки шлаковую корку удаляют. В процессе сварки сварочная проволока перемещается вдоль шва со скоростью сварки \/св, которую следует согласовы вать со скоростью подачи сварочной проволоки Уп. По мере пе ремещения сварочной дуги расплавленный металл сварочной ван ны кристаллизуется и формируется шов 8. Расплавленный металл сварочной ванны и металл шва за щищены от воздуха слоями жидкого шлака, шлаковой корки и флюса. Кроме того, компоненты, входящие в состав флюса, рас кисляют и легируют металл. Таким образом слой флюса: • практически ликвидирует разбрызгивание расплавленного металла; • обеспечивает устойчивое горение дуги; • способствует более полному раскислению и легированию металла сварочной ванны по сравнению с ручной дуговой сваркой; • защищает жидкий металл от воздействия воздуха; • обладает низкой теплопроводностью и тем самым замед ляет ароцесс охлаждения, что благоприятно сказывается на улучшении физике - механических характеристик метал ла шва. Основными преимуществами сварки под слоем флюса по 4
1
сравнению с ручной дуговой сваркой являются: • высокая производительность; • более вьюокое качество сварного соединения; • возможность механизации и автоматизации процесса свар ки; • улучшение условий труда сварщиков. Повышение производительности в 5... 15 раз, по сравнению с ручной дуговой сваркой, достигается за счет использования боль ших сварочных токов. Повышение силы сварочного тока в несколько раз (табл. 1) возможно благодаря замене тонкого электродного покрытия при ручной сварке на слой флюса толщиной 2...5 см при автоматиче ской. Таблица 1 Сила тока при ручной и автоматической сварке Диаметр электрода Сила тока, А , с1эл или проволоки Ручная электродуго Автоматическая сварка с1, мм вая сварка под слоем флюса 2 50...65 200...500 3 80...130 350...600 4 125...200 400...800 5 190...350 500... 1000 Большие силы тока, используемые для автоматической свар ки, невозможны при ручной сварке, поскольку металл электрода не будет попадать в сварочный шов, разбрызгиваясь во все сто роны. При автоматической сварке слой флюса плотно облегает сварочную ванну с расплавленным металлом и плавящуюся элек тродную проволоку, препятствуя разбрызгиванию жидкого металла. Поэтому потери металла на угар и разбрызгивание при автомати ческой сварке составляют 1...3%, а при ручной сварке для значи тельно меньших токов 5...30%. Увеличение сварочного тока и скорости сварки за счет ме ханизации позволяет сваривать металл большей толщины и уве личить количество наплавляемого в шов металла в единицу вре мени. Коэффициент наплавки при сварке под слоем флюса равен 14. .18 г/(А ч), что примерно в п о л т о р а - д в а раза больше чем при ручной дуговой сварке. Улучшение качества сварных соединений достигается за счет: 5
• защиты расплавленного металла от воздействия кислоро да, водорода и азота воздуха; • замедленного охлаждения сварного шва под шлаковой коркой; • более глубокого проплавления металла, что исключает непровары в сварных швах; • улучшения формы шва и сохранения постоянства его фи зике - механических характеристик. Основные недостатки сварки под слоем флюса; • ограничение использсвания при отличающихся от горизон тального пространственных положениях швов; • невозможность визуального наблюдения за процессом формирования шва. 1.3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА Для сварки под слоем флюса в промышленности используют автоматическое и механизированное (полуавтоматическое) свароч ное оборудование. Сварочный трактор АДФ -1002 предназначен для автомати ческой сварки переменным током под слоем флюса: • соединений встык с разделкой и без разделки кромок; • угловых,швов при вертикальном и наклонном положении сварочной проволоки; • нахлесточных швов. Основные технические характеристики трактора: • напряжение питания электродвигателя - 36 В; • диаметр сварочной проволоки - 2...5 мм; • скорость сварки \/св -10,5...84,5 м/ч; • скорость подачи проволоки \/п - 60...360 м/ч; • пределы регулирования сварочного тока 1св - 400...1200 А; • рабочее напряжение сварочной дуги при токе до 600 А и = 20 + 0,04 • 1св, при токе более 600 А - 44 В. На шасси трактора 10 (рис. 2) смонтированы: • электродвигатель 6, приводящий в движение механизм по дачи проволоки 13 и механизм движения 7 трактора; • кассета для сварочной проволоки 3; • бункер 15 для флюса; • блок управления 4. В блоке управления трактора установлены: 6
• вольтметр V со шкалой 0...100В; • амперметр А со шкалой 0...1000 А; • регулятор силы сварочного тока; • кнопки управления "Пуск", "Стоп", "Верх", "Низ". Корректировочный механизм 5 служит для смещения свароч ной проволоки поперек шва относительно вертикальной оси трак тора на угол до 45°. Такой наклон проволоки позволяет выпол нять угловые швы. Корректировочный механизм состоит из червячного сектора, неподвижно прикрепленного к корпусу электродвигателя (электро двигатель и червячный сектор крепятся к шасси ) и червяка за крепленного на кронштейне. К кронштейну крепятся все элементы трактора, расположенные слева и сверху от червячного сектора, конечно кроме передних колес. При вращении маховичка червяк обкатывается по неподвижному сектору и поворачивает эти эле-
с ® Сварочная проводо
© Направляющие ролики
© Кассета для ^проволоки
® Блок управления
( § Бункер для флюса Прижимной ролик
к ® ^Корректировочный механизм ® ^Электродвигатель ^ — \Механизл^движения
хаНи
для к ® Контактные ролики
3 ® , Задние) колеса
^Маховичок для отсоединения задних колес от двигателя
Рис. 2. Сварочный трактор 7
менты вместе со сварочной проволокой на нужный угол. Для отключения ведущих задних колес 9 от электродвигате ля с целью перекатывания трактора вручную имеется фрикционная муфта с маховичком 8. Трактор перемещается по направляющим сварочного стола, на котором закреплены заготовки. Слой резины 12 на колесах служит для изоляции трактора от сварочного стола. Сварочная проволока 1 из кассеты 3 с помощью направ ляющих роликов 2, прижимного 14 и подающего роликов поступает в зону сварки. В точках касания с контактными роликами 11 к проволоке подводится сварочный ток. Один из роликов подпружи нен для создания скользящего контакта. Контактные ролики изоли рованы от трактора. Вал асинхронного электродвигателя 7 (рис. 3) мощностью 0,2 кВт (п = 2800 об/мин) с одной стороны соединен муфтой 6 с механизмом подачи проволоки, а с другой стороны - с механиз мом движения. Для подачи сварочной проволоки 2 к детали с постоянной скоростью служат два ролика - подающий 3 и прижимной 1. По дающий ролик получает вращение от электродвигателя посредст вом двух червячных и одной цилиндрической передачи. Червячная передача состоит из червяка 5 и червячного колеса 4. Скорость подачи сварочной проволоки регулируют сменой цилиндрических шестерен 11 с числом зубьев 2 з и 2.^ (см. стр. 29). Ведущие задние колеса 8 трактора получают движение с постоянной скоростью от электродвигателя посредством трех чер вячных и одной цилиндрической передачи. Скорость перемещения трактора вдоль шва (скорость сварки) изменяют путем подбора сменных цилиндрических шестерен 9 с числом зубьев 2-1 и 2.2 (см. стр. 29). В комплект оборудования сварочного трактора (автомата) входят (рис. 4): • сварочный трансформатор марки Т Д Ф - 1 0 0 1 с блоком управления; • трактор с блоком управления; • соединительные медные кабели. По многожильным медным кабелям, соединяющим транс форматор и сварочный трактор, а также трансформатор и свари ваемые заготовки, течет сварочный ток. Поперечное сечение каж дого кабеля около 2 см^. Корпус сварочного трансформатора и свариваемое изделие должны быть надежно заземлены. 8
о с; о ш о о. с= >^ о I Т О о. го га от го о. о о 1 го ГОо. О го н X о о I Т О о о сз: о0) го го НX го 5ф ^ ш с!
^ 1 ^I 3X о 0) о. 2 с > :5 со 6 о. 9
Трансформатор
С в а р о ч н ы й трактор Питание ^электродвигателя
Блок управления \ трактора
Медные кабели для подачи сварочного тока
Рис. 4. Подключение трактора к электрической сети Трансформатор подключают к трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В тремя кабелями. Поперечное сечение ка ждого кабеля около 0,7 см^. Для сварки нужны две фазы. Третья ф а з а используется для питания трехфазного электродвигателя сварочного трактора. На пряжение питания электродвигателя 36 В при небольшой силе тока Поэтому ток для него должен пройти преобразование в спе циальном трехфазном трансформаторе, установленном внутри кор пуса сварочного трансформатора. При полуавтоматической сварке автоматизирована только подача сварочной проволоки. Перемещение сварочной головки (держателя сварочной проволоки) вдоль шва осуществляется вруч ную. Поэтому равномерность и скорость сварки зависит от свар щика Шланговые полуавтоматы предназначены для сварки под слоем флюса проволокой диаметром 1,6...2,0 мм токами до 500 А. Сварочная проволока проталкивается механизмом подачи через
шланг длиной до 3-х метров. Маленький бункер с флюсом укреп лен прямо на сварочной головке (держателе сварочной проволо ки). Сварщик может легко управлять задвижкой бункера. Шланговые полуавтоматы для сварки под слоем флюса ис пользуют при выполнении сварных швов сложной формы. 1.4. ФЛЮСЫ И СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА Химический состав металла шва и его физике - механические свойства определяются составом сварочной проволоки и флюса. Поэтому флюс и проволоку выбирают как единую систему, обес печивающую требуемое качество сварных швов. Естественно при изменении марки свариваемой стали будут рекомендованы свароч ная проволока и флюс другого химического состава. В этой практической работе рассматриваются вопросы свар ки под слоем флюса заготовок из низкоуглеродистых, низколегиро ванных и высоколегированных сталей. По способу изготовления флюсы разделяют на плавленые и керамические. Плавленый флюс получают спеканием его состав ляющих и последующим дроблением до величины зерен от 0,25 до 3,0 мм. Керамические флюсы представляют собой механиче скую смесь порошкообразных и зернистых материалов. В табл. 2 приведены различные марки сварочной проволоки и дан их химический состав. Индекс Св означает назначение про волоки - сварочная. Цифра после индекса Св показывает среднее содержание углерода в сотых долях процента. При маркировке ле гирующих элементов сварочной проволоки сохранен принцип мар кировки сталей. Основные легирующие элементы, указанные в марках проволоки, выделены. Следует отметить, что не все эле менты, присутствующие в составе сварочной проволоки находят свое отражение в е е маркировке. Наиболее часто для полуавтоматической сварки применяют проволоку диаметром от 2 до 3 мм, для автоматической - от 2 до 6 мм. Промышленность выпускает сварочную проволоку следующих диаметров (мм): 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0 и 12,0. В табл. 3 приведены составы плавленых флюсов для сварки сталей. Фториды кальция Сар2 и натрия МаР активно содействуют удалению оксидной пленки. При сварке низкоуглеродистых сталей достаточно 4.,.9% фторидов (флюсы АН - 348 и О С Ц - 4 5 ) , низко легированных - 6...24% фторидов (флюсы О С Ц - 4 5 и АН - 22). При
11
со о: >
03 с ю га
о с о т о о. с >н О X т о га со о о I Л С га IО ш го о о о >^ о ф 12т ^ X
(Л
о о
со о о" р й о о
СN о
го о о" ю с^ о о'
о
00 о о" • 00 5 °
со см
1П го VI О
О VI
о" о VI VI о О VI VI
1П ^о со о о"
со о о" VI СN О VI
го о ^ с го ш ^а
о VI
со о
"
О
см о" об. VI о" (Л
о"
СО О
СО о" VI од о' VI
с^ 1_ О ш о
го о' VI : о"
см
О) о см оо
гV-
СМ
со о* о °
со 00
о
со о о о
о VI о 1_ X со ш о
< X со о I со о
оо ю-° о о' о о см VI Ш см
Iго
§! Ш СП ш -г о X о о5 ^X X со 00