Електродъгово заваряване

Курсова работа по МТМ

Тема:Електродъгово заваряване

В техниката се използват различни видове разглобяеми и неразглобяеми съединения. Неразглобяемите съединения се разделят на монолитни и немонолитни. Монолитни са съединенията, които са получени чрез заваряване, спояване, леене. Немонолитните са съединения, които са получени чрез нитоване. Заваряването е технологична операция за получаване на неразгробяемо съединение на частите чрез нагряване, налягане или съвместно прилагане на двете въздействия, при което се получава “континум”-непрекъснатост на строежа на образувалото се съединение. За изразяване на непрекъснатост на строежа може да се използва понятието-монолитност. Това означава отсъствие на външни, чужди материали между съединените части след приключване на операцията. По това съединяването чрез заваряване се отличава от съединяването чрез нитоване, от пресовото съединение и леенето. В заваряването протичат физикохимични процеси и в резултат на това се осъществява взаимодействие между съединяваните части. За осъществяване на заваряването са необходими източник на енергия и в повечето случаи допълнителен материал. Има няколко вида заварени конструкции:
-прътова
-пълностенна
-листова
-сферична
-машина
В зависимост от вида на подадената енергия методите на заваряване се разделят на две основни групи: заваряване чрез стопяване и заваряване чрез налягане.
Заваряването чрез стопяване е най-разпространеният и универсален метод за получаване на неразглобяеми съединения.В мястото на заваряване метала се довежда до течно състояние чрез концентриран източник на топлина. Стопяват се само краищата на заварените части. Заваряването може да се извърши при стопяване на съединяваните части с т.нар. основен метал или при стопяване на основния метал и допълнителен метал добавен във вид на тел, пръчка, лента или под друга форма. Стопеният основен или основен и допълнителен метал се сливат без прилагането на външни сили в обща заваръчна вана.
При заваряването чрез налягане частите се съединяват посредством съвместна пластична деформация на допиращите се повърхнини. В процеса на деформация се извършва процеса на отстраняване на грапавините. Изтичането на метала води до разрушаването на окислените слоеве или частичното им отделяне извън зоната на контакта.
В сравнение с метални конструкции, чиито детайли са съединени с друг вид връзка-заварените конструкции са по-технологични, икономични на метал, труд и време. Има обаче няколко рискови фактора, свързани с заваряването. Дъгата излъчва изключително ярка светлина и ултравиолетова радиация, която може да увреди очите. Искри и пръски от разтопения метал могат да изгорят кожата и да увеличат риска от пожар, а димът, генериран при заваряване, може да бъде опасен, когато се вдишва. Тези рискове могат да бъдат избегнати с една добра подготовка и чрез използване на подходящи предпазни устройства. Очите, ушите и кожата трябва да бъдат защитени с подходяща предпазна екипировка. Маска за заваряване с тъмен екран предпазва очите, косата и ушите. Кожени ръкавици за заваряване и здрав, незапалим костюм за защита на ръцете и тялото от искри и топлина.
Електродъговото заваряване е най-разпространеният метод за неразглобяемо съединяване на метални детайли в различни конструкции, за възстановяване на счупени или износени детайли. Основните видове заварени съединения, които се осъществяват с термична енергия са: челни, Т-образни, ъглови и с припокриване. Челните съединения се използват най-често. Те се предпочитат от гледна точка на равномерното разпределение на напреженията.Т - образните съединения също са много разпространени и демонстрират преимуществата на заваряването при изработване на конструкции. Ъгловите съединения могат да се изпълняват с челни или с ъглови шевове. Съединенията с припокриване са прости за изпълнение, не изискват допълнителна подготовка, но не се предпочитат заради неравномерното разпределение на работните напрежения. Използването на електрическата дъга като източник на термична енергия за заваряване е свързано с имената на руските инженери Бенардос и Славянов, поставили основите на електродъговото заваряване преди повече от 150 години. Постепенно областите на приложение и възможностите на метода са се разширили поради стремежа за подобряване качеството на заваряваното изделие. Електродъговото заваряване се класифицира според:
-вида на електрода(топим или нетопим)
-видът на заваръчния ток(променлив или постоянен)
- действието на дъгата(пряка или косвена дъга)
Основно средство на електродъговото заваряване (източника на топлинна енергия) е заваръчната дъга. Заваръчната дъга представлява устойчив електрически разряд, при който електрическата енергия се превръща в топлина, ограничена в определен обем. Заваръчната дъга се състои от катодна област, анодна област, стълб и ореол.

Напрежението на дъгата може да се определи чрез емпиричната зависимост Uд = a + b Lд. Дъгата, необходима при заваряване се генерира от преноса на електроенергия между заваръчния електрод и работния материал. Заваръчната дъга може да има различна форма и свойства, в зависимост от дължината си, атмосферата, в която гори, налягането на газа и т.н. Обикновено се използва дъга с пряко действие, т.е. заваряваното изделие се присъединява към един от полюсите, а електродът (топим или нетопим) - към другия полюс. При използване на постоянен ток и присъединяване на електрода към "минуса", а на изделието към "полюса", имаме "права полярност". В обратния случай - "обратна полярност".Използването на права и обратна полярност се определя от свойствата на анодното и катодното петно. Катодната област е наситена с електрони, които се отделят в стълба на дъгата. Температурата е близка до температурата на изпарение на метала. Анодната област обикновено е с по-големи размери и с по-висока температура. Температурата е неравномерно разпределена както по дължината, така и по сечението на дъгата. Тя е максимална в стълба и достига до 8000 °С. В процеса на заваряване параметрите на заваръчната дъга се изменят в широки граници. Изменят се същото така и токът и напрежението.
Ръчно електродъгово заваряване

Ръчното електродъгово заваряване (РЕДЗ) е метод за
заваряване на метални материали с използване на енергия от електрическа дъга. Дъгата гори между топящ се обмазан електрод
под формата на пръчка и заваряваното изделие. По правило методът се реализира ръчно. Може да се използва както постоянен така и променлив ток. Механизираното заваряване с обмазани електроди е
известно като гравитационно заваряване. Друга разновидност на метода е заваряването с лежащ електрод. От особено значение е типът на обмазката: рутилова, базична, кисела, целулозна и др. Голямо предимство на метода е възможността за реализиране в различни условия - например на открито. За различните групи и марки заварявани материали се произвеждат съответните електроди. Значителна част от
производството на електроди е ориентирано към заваряването на нелегирани и нисколегирани стомани. Преди запалването на дъгата
напрежението между електрода и изделието е около 60 [V] в зависимост от заваръчния токоизточник. Дъгата се запалва като електродът се допре до изделието и след това веригата се разкъса. При допрян електрод
напрежението пада почти до нула. Преди запалването на дъгата
напрежението между електрода и изделието е около 60 [V] в зависимост от заваръчния токоизточник. Дъгата се запалва като електродът се допре до изделието и след това веригата се разкъса. При допрян електрод
напрежението пада почти до нула. След запалването на дъгата напрежението се установява в границите от 16 до 30 [V] в
зависимост от дължината на дъгата, марката и диаметъра на електрода. За всеки един електрод токът на дъгата може да се избира (настройва) в определен диапазон, препоръчван от производителя. При установил се процес електродът се топи равномерно и количеството разтопен метал за единица време, [g/h], зависи от коефициента на стопяване и големината на заваръчния ток. Стълбът на дъгата представлява газов проводник с протичащ по него ток. Взаимодействието на този ток със собственото магнитно поле на заваръчната верига или феромагнитни маси е известно като магнитно духане. Върху този процес влияят мястото но токоподвеждане, дебелината на заваряваните детайли,
формата на заварената конструкция и др. В резултат на магнитното духане заваръчната дъга се отклонява и блуждае, което води до образуването на дефекти.
Обмазката на електродите служи за:

-улесняване на запалването на дъгата

-осигуряване на газова фаза с нисък потенциал на йонизация за стълба на дъгата

-предпазване на топящият се метал от вредното влияние на въздуха

-образуване на шлака, защитаваща течната вана

-металургично въздействие върху заваръчната вана
Съставът и дебелината на обмазката на електродите играят решаваща роля за жилавостта на метала на шева (водород), избора на вида на тока, допустимите пространствени положения на заваряване, външния вид на шева и капкопренасянето. Чрез смесване на различни типове обмазки се получават електроди с точно определени заваръчни свойства.
В зависимост от дебелината на обмазката в практиката намират приложение средно обмазани електроди, дебело обмазани електроди и високопроизводителни електроди.Основните видове обмазки са: рутилова, базична, кисела и целулозна
Подфлюсово заваряване

Подфлюсовото заваряване е метод за електродъгово заваряване със скрита дъга, горяща между електрода и изделието под слой от флюс. Електродът е под формата на тел или лента. Също така се използват тръбни телове и ленти. Дъгата и заваръчната вана се предпазват от
съприкосновение с атмосферата чрез образуваната от разтопения флюс шлакаМогат едновременно да се използват няколко дъги за получаване на един шев, горящи в обща или отделни заваръчни вани. Флюсите са с голямо разнообразие по химичен състав, физикохимични и металургични свойства и киселинност. Методът е механизиран. Заваряваните дебелини са в много широк диапазон. Съществените предимства на метода започват да се проявяват при дебелини 6-8 mm (минималната дебелина е 1 mm). От енергията на електрическата дъга се образува газов мехур (каверна), запълнен с метални пари и газове, образувани вследствие на физикохимични реакции. Достъпът на въздух в каверната се възпрепятства от слой течна шлака. Дъгата в образуваната каверна гори много стабилно. При подфлюсовото заваряване се работи с по-високи стойности на тока в сравнение с тези при работа с открита дъга (за един и същ диаметър на електродния тел). Наличието на флюс и шлака намалява загубите чрез лъчист и конвективентоплообмен. Това води до увеличаване на КПД, дълбочината на провара и коефициентана стопяване.
Заваряване в защитна газова среда

Заваряването в защитна среда от активен газ се изпълнява със същото оборудване, както и заваряването в инертен газ. Въпросите за техниката на заваряване не се отличават от тези при метода МИГ. Използването на въглероден двуокис като защитен газ има особености, които се отразяват на технологията на заваряване. Защитният газ има окислителен характер, което налага вземането на металургични мерки (контролиране състава на допълнителния метал). Повърхностното напрежение на капката се повишава, което се отразява върху характера на пренасяне на метала през дъговата междина. Окислителното действие е особено силно поради това, че кислородът се отделя в атомно състояние. Следователно, във високотемпературната област на дъгата и повърхностните слоеве на заваръчната вана протичат окислителни процеси. По тази причина се налага в заваръчната зона да се осигури достатъчно количество дезоксидиращи елементи. Дезоксидирането става главно за сметка на мангана и силиция, които се вкарват чрез допълнителния метал.
Електро-съпротивително заваряване

Заваряваните части в мястото на контакта се загряват от топлината, която се получава при преминаването на електрическия ток, съгласно закона на Джаул (уравнението долу), след което се притискат силно една към друга.
Q = I² R t, J
Този вид зав