Контрольная работа по сварочным работам

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Київський національний університет будівництва і архітектури

 

 

 

 

Кафедра основ  професійного навчання

 

 

ІНДИВІДАЛЬНА  КОНТРОЛЬНА РОБОТА

 

з дисципліни:

«МЕТАЛИ І ЗВАРЮВАННЯ В БУДІВНИЦТВІ»

 

 

 

 

 

Виконав: ст. гр. ПЦБ-34

 Куран Ю.О.

Перевірив:

доц. Добровольський О.Г.

 

 

Київ-2012

№ варіанту 10

ЗАВДАННЯ

1. Дати визначення ручного дугового зварювання. Розкрити фізико-хімічну суть процесу, устрій і склад електричної зварювальної дуги, звернувши увагу на її температуру.   
2. Дати визначення терміну “зварюваність”. Для трьох марок сталей, отриманих за своїм варіантом, розрахувати вуглецевий еквівалент і за його значенням визначитись з тим, яка з цих сталей має кращу зварюваність. Указати умови зварювання для кожної сталі. Вибрити найбільш придатну сталь для зварювання ручним дуговим способом, враховуючи її механічні властивості і хімічний склад. Розшифрувати кожну марку сталі.
3. За своїм варіантом намалювати ескіз звареної деталі. Розшифрувати тип зварювального шва.
4. Намалювати схему перерізу шва з усіма необхідними розмірами. Указати в перерізі, який метал наплавлений, а який - розплавлений.
5. Підрахувати масу металу, що наплавляється.
6. Визначити тип і марку електроду.
7. Визначити режими, продуктивність зварювання. і діаметр електроду. Розрахувати масу електродів, які потрібні для зварювання.
8. Підібрати джерело живлення для зварювання даної Вам деталі, записати його технічну характеристику.
9. Розрахувати електроенергію, необхідну для зварювання.
10. Вказати можливі дефекти і найбільш доцільні методи їх виявлення

ВІДПОВІДІ

1.Ручним  дуговим зварюванням називається процес отримання не рознімного з’єднання робітником вручну без застосування засобів автоматизації шляхом розплавлення крайок зварювальних заготовок і присаджувального металу (електродів) завдяки дії електричної дуги, перемішуванню розплавленого металу і кристалізації розплавленої ванни металу, що призводить до утворення зварного шва. Джерелом тепла в цьому процесі є електрична зварювальна дуга, яка має наступні характерні особливості.

Рис. 2. Схема ручного дугового зварювання металевим покритим електродом:

1 – зварний шов; 2 – газова шлакова корочка; 3 – захисна газова атмосфера;4 – електродне покриття; 5 – електродний стержень;6 – електрична дуга;

7 – краплі електродного металу; 8–зварна ванна; 9 – заготовка.

 

Електрична  зварювальна дуга являє собою електричний розряд в газах подовженої дії між електродом і металом, що зварюється. Вона характеризується яскравим світінням і високою температурою. Температура в середині електричної зварювальної дуги складає 6000…7000 С, а біля катоду і аноду температури дуги за рахунок відводу тепла знижуються і складають 2400 і 2600 С відповідно. Дуга містить електрони, а також позитивно і негативно заряджені іони. Особливу увагу треба звернути на необхідність вмісту в дузі позитивно заряджених іонів легких металів (К⁺, Na⁺, Li⁺, Ca⁺…), без яких зварювальна електрична дуга була б нестійкою і процес зварювання був би неможливим. Саме стійкість зварювальної дуги, тобто тривалість її горіння, обумовлюється наявністю іонів легких металів. Без цих іонів електрична дуга тривало не горить, що робить процес зварювання неможливим.

В звичайних умовах гази, які являються ізоляторами, електрично-нейтральні. Але, при загорянні  електричної дуги під впливом  дії електричного струму від поверхні нагрітого тіла відриваються електрони, які зі швидкістю 1,5…2 км/с устромляються  до аноду. На своєму шляху вони стикаються з атомами різних речовин, в тому числі і з атомами легких металів, які в мовах електричного розряду  перетворилися у пар (газ). При  стиканні електронів з нейтральними атомами газів відбувається іонізація  останніх. В результаті такого стикання замість однієї частинки утворюється  три заряджених частинки. Процес іонізації  стає лавиноподібним, що і забезпечує стійке горіння дуги при зварюванні.

Рис. 3.Схема електричної зварювальної дуги:

1 –катодна область; 2 –катодні плями; 3 –стовп дуги; 4 –захисна газова атмосфера; 5 –анодна область; 6 –іони легких металів; 7 –електрони і негативно заряджені іони.

2. Зварюваність – це комплексна характеристика, яка вказує на здатність металу утворювати зварні з’єднання що задовольняють умовам експлуатації. Ця характеристика може залежати від багатьох властивостей металу що підлягає зварюванню, а саме, від таких як: хімічний склад, теплопровідність, коефіцієнт термічного розширення, чутність до поглинання газів, здатність до окислювання, здатність до алотропічних перетворень, усадка при кристалізації тощо. Зварюваність гарна, коли не зменшуються міцність та інші фізичні характеристики, не утворюються тріщини холодні та гарячі, тобто коли метал не псується. З багатьох вказаних факторів дуже впливовим для зварюваності сталей є хімічний склад.

Розрахунок вуглецевого  еквіваленту

а) 08кп–вуглецева якісна конструкційна сталь

C=<0.11%,  Mn=<0.4%    С_е=0,11+0,4/6=0,18% 

Значення вуглецевого еквіваленту, Се, %	Товщина (діаметр) заготовки, мм	Зварюваність	Температура попереднього підігріву, ºС	Додаткові заходи
0,18	Будь - яка	Добра	-	-

Оцінка  зварюваності сталей по вуглецевому  еквіваленту С_е

Механічні властивості  σ₀₂=200МПа, σ_В=330 МПа

Значення вуглецевого  еквіваленту, Се, %	Товщина (діаметр) заготовки,  мм	Зварюваність	Температура попереднього підігріву, ºС	Додаткові заходи
0,50	Обмежена	Обмежена	-	-

б ) Ст.6нсп–Вуглецева конструкційна  сталь звичайної якості

C= 0,38-0.49%,  Mn=<0,08%  С_е=0,49+0,08/6=0,50%

Оцінка зварюваності сталей по вуглецевому еквіваленту  С_е

Механічні властивості  σ₀₂=310МПа, σ_В=600 МПа

 

в) 40Х13- Високолеговані сталі з особливими властивостями

C=0,40%,  Mn=0,6%, Cr=13%, Si=0,6%

С_е=0,40+0,6/6+13/5=3,1%

Оцінка зварюваності сталей по вуглецевому еквіваленту  С_е

 

Значення  Вуглецевого еквіваленту, Се, %	Товщина (діаметр) заготовки, мм	Зварюваність	Температура попереднього підігріву, ºС	Додаткові заходи
3,1	Обмежена	Обмежена	-	-

Механічні властивості  σ₀₂=500МПа, σ_В=700МПа

Отже найбільш придатна сталь для зварювання ручним дуговим способом є 08кп, де С_е=0,11+0,4/6=0,18%

Ескіз зварної  деталі.

Розшифровка шва: у даному випадку 111 означає ручне  дугове зварювання. Тип зварного шва  У6–кутовийшов.

(L=2000, e=24 с=b=0+2, S=3, g=)

 

4. Схема перерізу шва з усіма необхідними розмірами:

 

 

На  малюнку форми перерізу зварного шва овалом показано загально розплавлений метал. Останній складається з двох металів: 1) з металу деталі, що був  розплавлений (не заштрихована частина  деталі) і 2) наплавленого металу з електроду (решта розплавленого металу, що знаходиться в овалі здійсненого  шва).

5. Маса наплавленого металу для шва У2 і товщини 3мм:

∑F=+=1,5 х 2+1,5 х 3/2=3+2,25=5,25мм²

V= х =800см х 0,0525см²=42см³

m_н = V∙= 42см³ х 7,85г/см³= 329,7г.

 

6. Тип електроду визначають в залежності від межі міцності основного металу σ_В або хімічного складу сталі.

а) 08кп - Тип електрода : Э42, Марка: АНО-6,

Коефіцієнт наплавлення 8,0-9,5

σ_В=380МПа

б ) Ст.6нсп. -Тип електрода : Э60, Марка: АНО-27,

Коефіцієнт наплавлення 9,0-10,0

σ_В=600МПа

в) 40Х13- Тип електрода: Є12Х13, Марка: УОНИ/10Х13

Коефіцієнт наплавлення  11,0

σ_В=700МПа

 

7. Режим ручного дугового зварювання визначається: діаметром електроду, силою, родом і полярністю струму, напругою на дузі ,а також швидкістю і продуктивністю зварювання. Рід струму і полярність приймаються в залежності від умов зварювання: марки і товщини основного металу, положення в просторі, ступені відповідальності з’єднання.

Товщина заготовки - 3 мм;

Діаметр електрода - 5 мм.

Режим зварювання приймаю наступний:

 для Ст.6нсп., 08кп.– змінний струм, так як сталь вуглецева.

для 40Х13 - постійний струм прямої полярності

 

Сила струму:

 

де d_eл - діаметр електроду;

k–коефіцієнт, що залежить від діаметра електроду.

Напруга на дузі приймається приблизно: для змінного струму (Ст.3сп., 08кп) 25-30В, для постійного (40Х13) 20-25В .

Діаметр  електрода - 5 мм, відповідно k=50.

 

Напруга на дузі приймається 25-30 В.

Довжина дуги визначається діаметром електрода і знаходиться  в межах:

, мм

, мм 

Тривалість зварювання:  , год

Де t₀ - час горіння дуги, год;

К_п - коефіцієнт застосування поста приймається: для заводських умов - 0,8.

  год

Час горіння дуги : , год

де М - маса металу, що наплавляється, (г);

І-сила струму, (А),

К_н– коефіцієнт наплавлення,

К_н=9 .

 год.

Швидкість зварювання :   , м/год

де  L - загальна довжина зварних швів, м.

м/год.

Продуктивність  зварювання: П =І x К_н, г/год;

_{П=250*9=2250 г/год.}.

Загальну масу електродів підраховують за формулою:

 

М_ЗЕ= ,

де m_н– маса наплавленого металу [кг],

– коефіцієнт втрат на угар і розбризкування;

– коефіцієнт втрат на обмазку;

– коефіцієнт втрат на огарки.

Величини даних коефіцієнтів можна прийняти для РДЗ:; (залежить від товщини покриття електроду); .

8. Джерела живлення змінним струмом при ручному дуговому зварювані (зварювальні трансформатори)

Тип	Напруга, В		Сила струму, А		Потужність, КВ•А
	Номінальна	Холостого ходу	Номінальний	Межі регулю-вання
СТШ-300	30	63	250	110-405	20.5

Джерела живлення постійним струмом при ручному  дуговому зварюванні (випрямлювачі)

Тип	Напруга, В		Сила струму, А		Потужність, кВ•А
	Номінальна	Холостого ходу	Номінальний	Межі регулю-вання
ВД-301	32	65-68	250	45-300	21

 

9. Витрати електроенергії:

N =I•U•t/1000, кВт·год, 

де І – сила струму (А);

U - напруга (В) ;

t - час зварювання ,(год).

N= 250х30х0,1825/1000 =1,37 кВт·год

 

 

 

10. Дефекти можуть  бути явними, скритими, виправними  і невиправними.

До них відносять  такі дефекти:

• дефект форми шва, який характеризується зменшенням перерізу або збільшенням підсилення шва;
• незаварені кратери, які можуть бути концентраторами напруження і причиною утворення тріщин;
• підрізи, які зменшують переріз шва і можуть бути концентраторами напруження і причиною утворення тріщин;
• прожоги, що звичайно виникають при зварювані тонкого металу;
• пори. Вони знижують міцність металу і герметичність з’єднання;
• шлакові включення - знижують механічні властивості. з’єднання;
• непровари - утворюють напруження і знижують міцність шва;
• тріщини, які можуть бути мікро- і макротріщінами. Вони знижують механічні властивості шва.

Крім вказаних можуть бути напливи, бризки, свіщі, вгнутість кореня, короблення деталі тощо.

До способів виявлення  дефектів належать такі: зовнішній  огляд, просвічування рентгенівським або гама промінням, ультразвукова  дефектоскопія, магнітографія, металографія тощо.