ТЕХНОЛОГИЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ ЧУГУНА
1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Филиал в г. Сызрань К а ф е д р а технологии машиностроения Лабораторная работа 1 ТЕХНОЛОГИЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ ЧУГУНА Методические указания Сызрань Филиал ФГБОУВО "Самарский государственный технический университет" 2015
2 Печатается по решению методического совета факультета УДК (07) Кульков Ю.А. Технология дуговой сварки чугуна: метод. указ. / Сост. Ю.А. Кульков. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, с. Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по дисциплине "Технология сварочных работ" бакалаврами по направлению подготовки "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств" УДК (07) Р е ц е н з е н т ы : канд. техн. наук, доцент Г.С.Железнов Ю.А. Кульков, 2015 Самарский государственный технический университет, 2015
3 Цель работы изучить влияние способа сварки на качество сварных соединений. Получить практические навыки разработки технологического процесса сварки чугуна. Определить коэффициент формы шва (К п ), выпуклости шва (К у ), долей основного металла в металле шва (К о ). Оборудование, приборы и материалы 1. Источник питания с постоянным током для ручной дуговой сварки 2. Муфельная печь (сварочная горелка с газооборудованием) 3. Электроды для горячей сварки чугуна (ЭЧ-1, ЭВЧ-3, ЭЧ-2) 4. Электроды для холодной сварки чугуна (ОЗЧ-2) 5. Чугунные пластины мм, толщиной 3 4 мм 6. Мерительный инструмент (радиусомер, штангенциркуль, линейка) КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ Чугуном называют сплавы железа с углеродом, содержание углерода в которых превышает 2%. Широко применяемые марки чугунов обычно содержат 2,5..4% углерода, 1 5% кремния, до 2% марганца, а также примеси фосфора и серы. В состав специальных чугунов входят легирующие добавки: ванадий, молибден, никель, титан, хром и др. Температура плавления чугунов зависит от их химического состава и примерно составляет С. 3
4 Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и содержания в нем углерода и легирующих примесей. По структуре чугуны разделяют на белые и серые. Белый чугун получил свое название от вида излома, который имеет белый или светлосерый цвет. Углерод в нем находится в химически связанном состоянии в виде цементита Fe 3 С. Цементит хрупок и обладает высокой твердостью, поэтому белый чугун не поддается механической обработке, для изготовления изделий применяется редко и сварке не подлежит. Из белого чугуна путем специальной термической обработки (длительная выдержка при температуре 1000 С) получают ковкий чугун. По механическим свойствам он пластичнее белого чугуна. Ковкий это условное название, чугуны не используют в виде поковок, они практически не куются. Высокопрочные чугуны получают добавлением в сплав некоторых легирующих элементов (магния, церия и др.). Серый чугун содержит в своем составе почти весь углерод в виде графита, поэтому излом его имеет серебристо-серый цвет. Чугун маркируют по буквенно-цифровой системе: первые буквы (С, К и В) обозначают серый, ковкий и высокопрочный чугун соответственно; вторая буква (Ч) обозначает чугун. В сером чугуне две цифры указывают на временное сопротивление. Например, в марке СЧ буквы СЧ обозначают серый чугун, 12 временное сопротивление при растяжении, σ в, МПа (кгс/мм 2 ), 28 временное сопротивление при изгибе, σ изг, МПа (кгс/мм 2 ). В обозначениях ковкого и высокопрочного чугунов после буквенной маркировки (КЧ и ВЧ) первые две цифры также обозначают временное сопротивление, а вторые две относительное удлинение, δ, %. Например, КЧ (ковкий чугун с временным сопротивлением не менее 350 МПа и относительным удлинением не менее 10%). СВАРИВАЕМОСТЬ ЧУГУНА Чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Основные трудности при сварке обусловлены высокой склонностью его к отбеливанию, т.е. появлению участков с выделениями цементита, а также образованию трещин в шве 4
5 и околошовной зоне. Кроме того, чугун имеет низкую по сравнению со сталью температуру плавления ( С) и быстро переходит из жидкого состояния в твердое. Это вызывает образование пор в шве, поскольку интенсивное выделение газов из сварочной ванны продолжается и на стадии кристаллизации. Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и усложняет формирование шва. Вследствие окисления кремния на поверхности сварочной ванны возможно образование тугоплавких оксидов, что может привести к непроварам. При выборе способа сварки чугуна необходимо учитывать следующие особенности: высокая его хрупкость при неравномерном нагреве и охлаждении может вызвать появление трещин в процессе сварки; ускоренное охлаждение приводит к образованию отбеленной прослойки в околошовной зоне и затрудняет его дальнейшую механическую обработку; сильное газообразование в жидкой ванне может вызывать пористость сварных швов; высокая жидкотекучесть чугуна обусловливает необходимость в ряде случаев подформовки. СПОСОБЫ СВАРКИ ЧУГУНА Сварку чугуна применяют при ремонтно-восстановительных работах и для изготовления сварно-литых конструкций. Чугун сваривают преимущественно при устранении дефектов литья в чугунных отливках до и после механической обработки, а также при ремонте деталей. К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от условий эксплуатации предъявляются различные требования от декоративной заварки наружных дефектов до получения соединений, равнопрочных с основным металлом. 5
6 Чугун можно сваривать дуговой сваркой покрытыми или угольным электродом, порошковой проволокой, газовой сваркой и другими способами. Наиболее часто способы сварки чугуна классифицируют по состоянию свариваемой детали. В зависимости от температуры предварительного подогрева различают сварку с подогревом (горячую сварку) и без подогрева (холодную сварку). Горячую дуговую сварку чугуна применяют в случаях, когда металлом шва должен быть чугун, по своим свойствам приближающийся к свойствам основного металла детали. Холодную дуговую сварку чугуна выполняют на обрабатываемых и обработанных поверхностях деталей, когда дефекты литья незначительны или средних размеров, когда они несквозные или сквозные, но небольшой протяженности и, наконец, когда наплавляемый металл не предусмотрен в виде чугуна. При холодной сварке свариваемые детали не подвергают предварительному нагреву. ГОРЯЧАЯ СВАРКА ЧУГУНА Технологический процесс состоит из механической обработки под сварку, формовки свариваемых деталей, предварительного подогрева, сварки и последующего медленного охлаждения. Подготовка под сварку дефектного места заключается в тщательной его очистке от загрязнений и в разделке свариваемых кромок. При сварке сквозных трещин или заварке дефектов, находящихся на краю деталей, необходимо применять графитовые формы, предотвращающие вытекание жидкого металла из сварочной ванны. Формы изготавливают из графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, которая состоит из кварцевого песка, замешанного на жидком стекле. Кроме того, формы можно скреплять в опоках формовочными материалами, применяемыми в литейном производстве. Детали и чугунные отливки нагревают до температуры С (в зависимости от формы детали, дефекта, способа сварки). Сварку выполняют чугунными электродами марки 6
7 ЭЧ-1, ЭВЧ-3. Сварку ведут постоянным током обратной полярности. Подогрев необходим для того, чтобы после сварки происходило равномерное охлаждение, что способствует ликвидации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, уменьшение температурного градиента и термических напряжений. Для горячей сварки чугуна можно использовать дуговую сварку угольным электродом. Сварка ведется постоянным током прямой полярности. Диаметр электрода и силу сварочного тока выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей. В качестве присадочного материала используют прутки марок А и Б. Толщина металла, s, мм Диаметр электрода, d, мм Сила тока, I св, А и более Во время сварки следует непрерывно поддерживать значительный объем расплавленного металла в сварочной ванне и тщательно перемешивать его концом электрода или присадочного стержня. Основными недостатками горячей сварки чугуна являются большая трудоемкость процесса и тяжелые условия труда сварщиков. ХОЛОДНАЯ СВАРКА ЧУГУНА Сварка чугуна без подогрева изделия применяется шире, чем с подогревом. Подготовка поверхности дефектов к заварке заключается в сверлении, зачистке, фрезеровании и т.д. до получения чистой поверхности основного металла. Разделку краевых дефектов осуществляют таким образом, чтобы предупредить сколы при механической обработке. При сварке без предварительного нагрева дефекты, расположенные друг от друга на расстоянии более чем 20 мм, вырубают или высверливают порознь, 7
8 при более близком расположении производят сплошную вырубку дефектного участка. Разделка кромок зависит от толщины детали. При глубине дефекта 5 7 мм вырубают фаску с углом раскрытия 70 80º. В местах, доступных для сварки с двух сторон, производят Х- образную разделку кромок. Зазор b составляет 0 3 мм, притупление с 0 3 мм. Р и с. Подготовка к сварке сломанной детали По концам несквозной трещины просверливают отверстия глубиной 2 4 мм, а по концам сквозной трещины на всю глубину сверлом диаметром 6 10 мм. Наплавку ведут через центр разделки, а затем наплавляют валики на правой и левой ее частях. Трещины, сколы разделывают (V-образная разделка кромок) для односторонней сварки. На практике используют несколько разновидностей холодной сварки: стальными, медно-железными, медно-никелевыми, железо-никелевыми, никелевыми и другими электродами. Способ сварки чугуна с помощью шпилек применяется для восстановления ответственных изделий, работающих при значительных нагрузках и не требующих обработки после сварки. Сварка комбинируется с механическим усилением зоны сплавления путем ввертывания в металл изделия стальных шпилек, которые связывают металл шва и основной металл, разгружая хрупкую закаленную прослойку в зоне сплавления. Диаметр шпилек составляет 6 8 мм. Максимальное их количество по площади не должно превышать 25% площади излома детали. Высота шпилек над поверхностью металла не более 4 6 мм, глубина ввертывания 1,5 диаметра шпильки. Для сварки используются электроды диаметром 3 4 мм любой марки, обеспечивающие мягкий наплавленный металл. Сварку ведут на малой силе сварочного тока ( А) для обеспечения малой глубины проплавления чугуна и минимального нагрева изделия, что уменьшает отбеливание и предотвращает появление трещин. Вначале кольцевыми швами обвариваются ввернутые шпильки. Обварку производят вразброс, чтобы получить более равномерный нагрев детали. Затем наплавляют отдельными 8
9 валиками участки между обваренными шпильками. Длина каждого валика не должна превышать 100 мм. Второй слой валиков наносят перпендикулярно к направлению валиков первого слоя. После наплавки кромок заваривают разделку трещины. Для ускорения заварки трещины вводят дополнительные металлические связи (в виде прутков). Сварка с применением шпилек может выполняться в любом пространственном положении. Сварное соединение, полученное холодной сваркой, неоднородно. Оно состоит из наплавленного металла, зон сплавления и термического влияния. Размер зоны сплавления зависит от диаметра электрода (3 6 мм по размеру завариваемого дефекта). Применяя медно-никелевые (марки МНЧ-2) и медно-стальные (марки ОЗЧ-2) электроды, получают наплавленный металл, легко поддающийся механической обработке. Наплавку образуют однослойной или многослойной укладкой валиков. Для сварки чугуна наиболее часто используют электроды марок МНЧ-1, МНЧ-2, ЦЧ- 4, ОЗЖН-1 и др. Стальные электроды марки ЦЧ-4 (на основе проволоки из низкоуглеродистой стали с карбидообразующим покрытием) применяют при ремонте неответственных чугунных изделий небольших размеров с малым объемом наплавки, не требующих после сварки механической обработки. Сварку стальными электродами с защитно-легирующими покрытиями выполняют с V- или X-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина этих участков сварного шва не должна превышать мм. После сварки участкам дают возможность остыть до температуры С. Наилучшие результаты получают при сварке электродами с покрытием марки УОНИ-13/45 постоянным током обратной полярности. 9
10 Марка электрода, область применения. технологические особенности ЦЧ-4 для сварки и заварки дефектов литья в деталях из серого, высокопрочного и ковкого чугуна. Сварка серого и высокопрочного чугунов ОЗЧ-2 для сварки, наплавки и заварки дефектов литья в деталях из серого и ковкого чугунов Покрытие Род, полярность тока Коэфф. наплавки, г/а ч Б = (+) 10,0 АЖ = (+) 13,5 Положение в пространстве ОЗЧ-6 для сварки тонкостенных деталей из серого и ковкого чугунов МНЧ-2 для сварки, наплавки и заварки дефектов литья в деталях из серого и ковкого чугунов. Аналогичен электрод ОЗЖН-1 с основным (Б) покрытием ОЗЧ-3 для сварки и заварки дефектов литья в деталях из серого и высокопрочного чугунов, когда к соединениям предъявляются повышенные требования по чистоте обработки поверхности ОЗЧ-4 для сварки и наплавки деталей из серого и высокопрочного чугунов. Предпочтительны для последних слоев, работающих на истирание или при ударных нагрузках Б = (+) 15,5 П = (+) 11,5 Б = (+) 11,0 Б = (+) 11,5 Медно-железные электроды применяют для заварки отдельных дефектов или небольших несплошностей, создающих течи на отливках ответственного назначения, в том числе и работающих под давлением. Наиболее совершенные из них электроды марки ОЗЧ-2, представляющие собой медный стержень диаметром 4 5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из смеси электродной обмазки марки УОНИ-13/45 (50%) и жидкого стекла. При сварке не следует допускать сильного разогрева свариваемых деталей. После сварки легким молотком выполняют проковку наплавленного металла в горячем состоянии. Она уменьшает сварочные напряжения и снижает опасность образования трещин в околошовной зоне. В результате наплавленный металл приобретает высокую пластичность и удовлетворительно обрабатывается. Медно-никелевые электроды применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. В промышленности используются электроды марки МНЧ-1 со стержнем из монель-металла и марки МНЧ-2 со стержнем из константана. Сварку выполняют электродами диаметром 1 4 мм ниточным швом короткими участками. При этом не следует допускать перегрева детали, для чего рекомендуются перерывы в работе для охлаждения шва. Наплавленные валики в горячем состоянии следует тщательно проковывать ударами легкого молотка. 10
11 Положительные свойства электродов заключаются в том, что никель и медь не растворяют углерод и не образуют структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения. Наплавленный металл обладает низкой твердостью, хорошо обрабатывается. Железно-никелевые электроды марки ОЗЖН-1 используют для заварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях отливок ответственного назначения из серого и высокопрочного чугуна. Никелевые электроды марки ОЗЧ-3 применяют для исправления небольших дефектов в ответственных изделиях. Электродами марки ОЗЧ-4 наплавляют последний слой на поверхности, работающей на трение. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕЙ СВАРКИ ЧУГУНА Разработать технологию сварки стыкового соединения заданной толщины из алюминиевого сплава. Предлагаемую технологию оформить в виде перечня последовательно выполняемых операций и переходов с указанием необходимого оборудования, приспособлений, инструмента, параметров режима сварки, контролируемых геометрических размеров. ЗАЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ РАЗМЕТКА РЕЗКА ЗАГОТОВКИ ЗАЧИСТКА КРОМОК СБОРКА СВАРКА ЗАЧИСТКА ШВОВ КОНТРОЛЬ Р и с. Схема технологического процесса 11
12 Пример технологического процесса горячей сварки чугуна Операция 005. Подготовительная Заточить поверхность заготовки под разметку деталей металлической щеткой. Операция 010. Разметочная Разметить детали размером мм из листа s = 4 мм чугуна СЧ Операция 015. Отрезная Отрезать детали по разметке в размер мм, s = 4 мм Операция 020. Зачистка кромок Тщательно очистить разделку свариваемых кромок от загрязнений. Операция 025. Сборочная Установить свариваемые детали на графитовую пластину, закрепить. Смещение кромок не допускается (зазор по таблицам соответствующих соединений). Операция 030. Подогрев Собранное соединение из двух деталей перед сваркой подогреть до температуры С. Операция 035. Сварка Сварить детали. Сварка ведется за один проход без перерыва на постоянном токе прямой полярности. Операция 040. Охлаждение Поместить сваренные пластины в ящик с подогретым песком для медленного остывания. Операция 045. Зачистка шва Тщательно очистить шов и околошовную зону от шлака и брызг. Операция 050. Разрезная Разрезать полученный сварной шов в поперечном направлении. Операция 055. Контрольная Внешний осмотр сварного шва на выявление наружных дефектов: непровары, наплывы, подрезы, наружные трещины и поры, смещение свариваемых кромок деталей и т.д. Основные геометрические параметры стыкового шва: Основные геометрические параметры углового шва 12
13 ПАРАМЕТРЫ СВАРНОГО ШВА Корнем сварного шва называется часть шва, которая наиболее удалена от его лицевой поверхности. Подварочный шов меньшая часть двустороннего шва, выполняемая заранее для предотвращения прожогов при дальнейшей сварке основного шва или укладываемая в последняя очередь в корень шва. Коэффициент выпуклости шва отношение ширины шва к его выпуклости К у = е / q. Значение коэффициента выпуклости шва не должно быть более Коэффициент долей основного металла в металле шва К о = Fo F F где F o площадь сечения расплавленного основного металла, F э площадь сечения наплавленного электродного металла. e Коэффициент формы шва К п =. t Оптимальный К п = 1,2 2 (бывает в пределах 0,5 4). o э 13
14 Порядок выполнения лабораторной работы 1. Подогреть свариваемые пластины до температуры С. 2. Подобрать диаметр электрода. Толщина металла, s, мм до Диаметр электрода, d, мм Установить режимы сварки: I св = (30 40) d э ; при d э = 4 6 мм. 4. Произвести сварку электродами (ЭЧ-1, ЭВЧ-1, ЭЧ-2). 5. Поместить сваренные пластины в ящик с подогретым песком для медленного остывания. 6. Произвести сварку других пластин без подогрева электродом ОЗЧ Охлаждение сваренных пластин произвести в тех же условиях, что при горячей сварке с подогревом. 8. Сравнить сварные швы, полученные холодной и горячей сваркой. 9. Определить коэффициент выпуклости шва. 10. Определить коэффициент долей основного металла в металле шва. 11. Определить коэффициент формы шва. Содержание отчета 1. Название и цель работы 2. Характеристика свариваемого сплава 3. Режимы сварки, диаметр электрода 4. Технология сварки 5. Геометрические параметры шва 6. Коэффициенты формы шва, выпуклости шва, долей основного металла в металле шва 7. Чертеж сварного соединения с указанием основных геометрических параметров сварного шва 14
15 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Дать определение понятию чугуны. 2. Привести общую классификацию чугунов. 3. Расшифровать обозначение чугунов. 4. Объяснить технологию горячей сварки чугуна. 5. Объяснить технологию холодной сварки чугуна. Номер варианта ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ Марка чугуна Способ сварки Вид соединения Толщина свариваемой детали 1 СЧ горячая сварка стыковое 3 мм 2 СЧ холодная сварка стыковое 4 мм 3 СЧ горячая сварка угловое 3 мм 4 СЧ холодная сварка угловое 4 мм 5 СЧ горячая сварка тавровое 3 мм 6 СЧ 10 холодная сварка тавровое 3 мм 7 СЧ горячая сварка нахлесточное 4 мм 8 СЧ холодная сварка нахлесточное 3 мм 9 СЧ горячая сварка стыковое 4 мм 10 СЧ холодная сварка стыковое 3 мм 11 СЧ горячая сварка угловое 4 мм 12 СЧ холодная сварка угловое 3 мм 13 СЧ 10 горячая сварка тавровое 4 мм 14 СЧ холодная сварка нахлесточное 3 мм БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х т. / Под общ. ред. Н.П. Алешина, Г.Г. Чернышова. М.: Машиностроение, Т.1 / Н.П. Алешин, Г.Г. Чернышов, Э.А. Гладков и др. 624 с., ил. 2. Технология сварки плавлением. Мн.: Дизайн ПРО, с., ил. 15
16 Марки и примерные составы серого чугуна для отливок Приложение Отрасль Автостроение Назначение отливок Коробки скоростей, всасывающие и выхлопные трубы, маховики Блоки цилиндров Марка чугуна по ГОСТ СЧ ,5-3,6 2,0-2,2 0,6-0,8 0,18-0,2 0,12 СЧ СЧ ,2-3,6 1,9-2,4 0,6-0,8 0,2-0,3 0,12 0,2-0,35 до 0,35 Cr Ni Химический состав, % S (не С Si Mn P более) Тракторостроение Головка цилиндра СЧ СЧ ,1-3,4 2,0-2,4 0,6-0,9 до 0,2 0,12 Гильзы цилиндров СЧ ,0-3,4 1,7-2,4 1,0-1,5 до 0,25 0,12 до 0,4 до 0,5 Станкостроение Дизелестроение Станины прессов, гидроцилиндры Станины станков, разметочные плиты, гидроцилиндры, клапаны Основания станков, салазки, столы Корыта, краники, основания, плиты Мелкие и средние неответственные отливки Выхлопные трубы, маховики, фундаментальные рамы, картеры, крышки рабочих цилиндров, блоки и другие ответственные отливки Поршневые головки, втулки, крышки цилиндров и детали, работающие на истирание при повышенных температурах Наиболее ответственные детали с самыми высокими требованиями СЧ ,9-3,2 1,1-1,7 1,0-1,5 до 0,25 0,12 СЧ ,0-3,4 1,3-1,9 0,6-1,2 до 0,35 0,12 СЧ ,2-3,5 1,4-2,2 0,5-1,0 до 0,45 0,12 СЧ 10 3,2-3,5 1,8-2,6 0,4-0,8 до 0,5 0,12 СЧ ,2-3,5 2,2-2,5 0,5-0,8 до 0,4 0,14 до 0,1 до 0,1 СЧ ,8-3,4 1,5-2,2 0,5-1,1 до 0,3-0,4 0,12 0,1. 0,4 до 0,5 СЧ ,8-3,2 1,15-1,6 0,7-1,1 до 0,3 0,12 0,15-0,4 до 0,5 СЧ ,8-3,1 1,0-1,5 0,9-1,2 до 0,3 0,12 Машиностроение Плиты, грузы и т.п. СЧ ,4-3,8 1,6-2,0 0,6-1,0 0,2-0,4 0,12 Барабаны, цапфы, корпусы редукторов и др. СЧ ,2-3,6 1,7-2,1 0,6-1,0 0,2-0,4 0,12 16
19 Круговой сегмент часть круга, ограниченная дугой и секущей (хордой). L длина дуги сегмента; c хорда; R радиус; угол сегмента; h высота Если известен радиус и угол, рассчитывают параметры сегмента по следующим формулам. Площадь сегмента: Длина дуги: Длина хорды: S = 1 R 2 ( sin ) 2 L = R c = 2 R sin 2 Высота сегмента: h = R 1 cos 2 Радиус круга по длине хорды и высоте сегмента: h c2 R = 2 8h Далее, зная радиус и длину хорды, легко найти угол сегмента по формуле: = 2 arcsin с 2 R h или = 2 arccos 1 R 19
20 Пример оформления отчета Лабораторная работа 1 ДУГОВАЯ СВАРКА ЧУГУНА Цель работы изучить влияние способа сварки на качество сварных соединений. Получить практические навыки разработки технологического процесса сварки чугуна. Определить коэффициент формы шва (К п ), выпуклости шва (К у ), долей основного металла в металле шва (К о ). Задание дать характеристику свариваемому материалу, способу сварки, виду соединения, разработать технологический процесс дуговой сварки на изготовление сварного соединения: Номер варианта Марка чугуна Способ сварки Вид соединения 20 Толщина свариваемой детали 0 СЧ горячая сварка в стык 3 мм Выполнение работы 1. По заданию необходимо изготовить сварное соединение из чугуна марки СЧ Чугуном называют сплавы железа с углеродом, содержание углерода в которых превышает 2%. Температура плавления С. Маркировка чугуна СЧ обозначает: СЧ серый чугун; 12 временное сопротивление при растяжении σ в = 120 МПа (12 кгс/мм 2 ); 28 временное сопротивление при изгибе σ изг = 280 МПа (28 кгс/мм 2 ). Для улучшения механических свойств серый чугун модернизируют, то есть вводят в расплав серого чугуна ферросилиций или силикокальций, а также комплексные модификаторы (кремний Si, алюминий Al, цирконий Zr и др.). Модификаторы измельчают структурные составляющие чугуна и, следовательно, обеспечивают более равномерное распределение графитовых включений. Химический состав СЧ 12-28, % С углерод Si кремний Mn марганец P фосфор S сера 3,4 3,8 1,6 2,0 0,6 1,0 0,2 0,4 не более 0,12 2. По заданию способ сварки чугуна с подогревом (горячая сварка). Горячей называют сварку с предварительным подогревом чугуна до С. Высокий нагрев и замедленное охлаждение способствуют ликвидации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшение температурного градиента и термических напряжений. Под режимом сварки понимают совокупность контролируемых параметров, определяющих сварочные условия. К основным параметрам ручной дуговой сварки покрытыми
21 электродами относят диаметр электрода, силу сварочного тока, род и полярность тока, напряжение дуги. При s = 3 мм диаметр электрода d э = 2 3 мм, принимаем d э = 3 мм марки ЭЧ-1. Сила сварочного тока I св = (30 40) d э I св = (30 40) 3 = А Принимаем I св = 100 А. Сварку ведем постоянным током обратной полярности. Для обеспечения легкого зажигания дуги и постоянного ее горения необходимо напряжение В. Принимаем U св = 35 В. 3. По заданию вид соединения стыковое. Соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями, называется стыковым соединением. Подготовка кромок под сварку стыкового соединения при толщине свариваемых деталей s = 3 мм. 4. Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих этапов: 1) подготовка изделия под сварку; 2) предварительный подогрев деталей; 3) сварка; 4) последующее охлаждение; 5) контроль. Операция 005. Подготовительная Заточить поверхность деталей металлической щеткой. Особое внимание обратить на свариваемые кромки. Операция 010. Сборочная Установить свариваемые детали на графитовую пластину, закрепить. Смещение кромок не допускается, зазор b = 1 +0,5 мм. Операция 015. Подогрев Собранное соединение из двух деталей перед сваркой подогреть до температуры С. Операция 020. Сварка Сварить детали. Сварка ведется за один проход без перерыва на постоянном токе обратной полярности. Операция 025. Охлаждение Поместить сваренные пластины в ящик с подогретым песком для медленного остывания. 21
22 Операция 030. Зачистка шва Тщательно очистить шов и околошовную зону от шлака и брызг. Операция 035. Разрезная Разрезать полученный сварной шов в поперечном направлении. Операция 040. Контрольная Контроль сварного шва производится внешним осмотром, при котором выявляются наружные дефекты: непровары, наплывы, подрезы, наружные трещины и поры, смещение свариваемых кромок деталей и т.д. 5. Определяем коэффициенты 5.1. Определяем коэффициент формы шва К п К п = e / t где t = h + q; е ширина шва; h глубина провара; q выпуклость шва; t толщина шва; b зазор; s толщина свариваемых деталей. Замеряем штангенциркулем ШЦ-125 величины: е = 10 мм; h = 2,5 мм; q = 3 мм; b = 1 мм; s = 3 мм. t = 2,5 + 3 = 5,5 мм К п = 10 / 5,5 = 1, Определяем коэффициент выпуклости шва К у. Значение коэффициента не должно превышать К у = e / q К у = 10 / 3 = 3,3 < Коэффициент долей основного металла в металле шва К о К о = Fo F F где F o площадь сечения расплавленного основного металла, F э площадь сечения наплавленного электродного металла. o 22 э
23 Площадь расплавленного основного металла F о F о = F о1 + F о2 ; F о1 = F о2 2,5 4,5 F о1 = F о2 = 5,625 мм 2 2 F о = 5, ,625 = 11,25 мм 2 Площадь наплавленного электродного металла F э F э = F э1 + F э2 F э1 = 0,5R 2 ( sin ) где R радиус выпуклости шва угол сегмента сварочного шва R = q e = 5,66 мм 2 8 q e 10 = 2arcsin 2arcsin = 2arcsin 0,883 = 124 = 2,16 рад 2R 2 5,66 23
24 124 /180 = 2,16 рад sin 124 = 0,829 F э2 = 0,5 5,66 2 (2,16 0,829) = 21,3 мм 2 F э1 = 2,5 1 = 2,5 мм 2 F э = F э1 + F э2 = 2,5 + 21,3 = 23,8 мм 2 К о = 11,25 = 0,321 11,25 23,8 Выводы: В процессе проведения лабораторной работы были изучены два способа сварки чугуна ручной дуговой сваркой. Разработан технологический процесс сварки чугуна способом горячей сварки. Дана характеристика свариваемого материала, способу сварки, виду соединения. Определены коэффициенты К п ; К у ; К о. 24
25 Технология дуговой сварки чугуна КУЛЬКОВ Юрий Андреевич Авторская редакция Подписано в печать Формат Бумага офсетная Усл. п. л. 4,88. Уч.-изд. л. 4,58. Тираж 20 экз. Рег. 7/13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" , г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус Отпечатано в типографии филиала СамГТУ в г. Сызрани , Самарская обл., г. Сызрань, ул. Советская, 45 25