тепловые процессы при ручной дуговой сварке

ВВЕДЕНИЕ
1.Сварочная дуга как источник нагрева
2.Полная тепловая мощность дуги
3. Плавление металла электрода и его перенос в дуге при сварке
4. Производительность процесса дуговой сварки
5. Коэффициент наплавки
6. Коэффициент расплавления
7. Общие сведения о нагреве металла при сварке
8. Нагрев основного металла подвижным источником
9. Формирование сварочной ванны
10. Параметры режима дуговой сварки и их влияние на форму и размеры сварочной ванны
11. Процесс дуговой сварки с уменьшенной отдачей энергии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Следующим этапом на этом пути стали модифицированные короткие дуги ChopArc,благодаря чему, был достигнут значительный прогресс в сварке МАГ, особенно в диапазоне тонких листов от 0,8 до 0,2 мм. Более того, была разработана адаптивная система регулирования, которая оптимизировала качество процесса в режиме реального времени. Новые разработки работают с прерывистой подачей проволоки, то есть, длительность короткого замыкания уменьшается благодаря тому, что проволочный электрод при коротком замыкании незначительно оттягивается, чтобы лучше разорвать закорачивающий мост. Таким образом, был получен сварочный процесс с малым брызгообразованием и малой мощностью. Поскольку для этой цели необходим двухтактный привод с двумя двигателями подачи проволоки с высокой динамикой, то этот процесс подходит преимущественно для автоматической сварки и может применяться только в комбинации со сварочными работами.4 coldArc – эффективная сварка при заданиях, требующих малый подогревРазработки с целью создания процесса малой мощности без механического вмешательства в подачу проволоки привели к созданию варианта процесса, при котором все необходимые воздействия производятся исключительно в источнике тока. Этот вариант МИГ-МАГ процесса, называемый coldArc, относится к сварке короткой дугой и поэтому характеризуется циклической сменой дуг и фаз короткого замыкания. Поскольку электрическое напряжение при зажигании является решающим критерием эффективности сварки тонких листов, то оно оказывает большое влияние на динамику подвода энергии всего процесса, то есть на фазу дуги, фазу короткого замыкания и, в первую очередь, на зажигание дуги, рис. 11.2. Характер изменения напряжения идентичен изменению при обычной сварке короткой дугой.Рис.11. 2 Переход материала (схематический), изменение тока и напряжения при сварочном процессе coldArcНапряжение является задающим параметром при регулировке силы тока. Для этого необходимо непрерывно измерять напряжение и соответствующим образом реагировать на каждое его изменение (высокодинамичная регулировка мгновенных значений). Благодаря цифровому процессу обработки сигналов (DSP) можно отнять энергию от дуги менее чем за 1 микросекунду до зажигания, рис. 11.2, в результате чего зажигание пройдет очень мягко.При этом на конце электрода может сразу же образоваться достаточное количество расплавленного материала, и это повысит потребность в энергии. Поэтому непосредственно после зажигания дуги сила тока за короткое время поднимается до так называемого импульса расплавления. Только после этого, чтобы минимизировать плавление, происходит переход на низкий ток и начинается следующая фаза. Из-за импульса расплавления после каждого короткого замыкания на электроде образуется большой расплавленный купол, что ведет к очень равномерному протеканию процесса.Только благодаря этому стало возможным работать в фазах между короткими замыканиями с очень низкой силой тока, не прибегая к последующему плавлению проволоки или гашению дуги. Это все гасит процесс сварки малой мощности coldArc.Изменение мощности дуги при зажигании дуги показано на рис. 11.3. Рисунок точно отображает преимущества сварочного процесса coldArc по сравнению со стандартной дуговой сваркой в момент зажигания и непосредственно после него. Видно, что напряжение в момент зажигания дуги не просто значительно ниже. Рис. 11.3 Минимизированное напряжение дуги при зажигании в сварочном процессе coldArcС зажиганием дуги напряжение становится чрезвычайно динамичным, регулируемо падет и впоследствии, после стабилизации дуги, импульсивно повышается до заданного плавления конца электрода. Такой процесс может действовать в таких сварочных заданиях, где нельзя применять обычную сварку короткой дугой. Прежде всего, это касается автомобилестроения.Еще несколько лет назад считалось, что для сварки стали с толщиной листа 0,7 мм и алюминия 3 мм необходимо применять процесс МИГ/МАГ. Но сегодня толщина листа для автомобильной отрасли постоянно снижается. Уже сегодня она снизилась до 0,3 мм, при этом для составных конструкций испытывается лист с толщиной 0,2 мм. Становится трудно выполнить равномерный шов, если необходимо перекрыть большой воздушный зазор. Это типичное задание для сварочного процесса coldArc.Для листов с покрытием уже давно используют не сварку, а дуговую пайку медным припоем. Это сохраняет цинковое покрытие, но, несмотря на это, могут возникнуть трудности, если есть большой воздушный зазор. При этом сварка coldArc позволяет перекрывать большие воздушные зазоры припоем.На рис. 5 представлены оцинкованные стальные листы толщиной 0,8 мм с воздушным зазором 4 мм, спаянные вручную с использованием процесса coldArcв поз. PG 1,0 мм CuSi3 проволокой при средней силе тока 50 A и напряжении 13,5 В. Пайка с использованием медного припоя имеет точку плавления около 1000 °C. По сравнению с родственной сваркой МАГ, в данном процессе значительно снижается тепловая нагрузка покрытия. Результат ещё лучше, если пайка МИГ выполняется цинковым припоем, точка плавления которого составляет около 450 °C. Использовать данный припой можно, только если сильно ограничивается ток короткого напряжения и значительно снижается общий подогрев. Температура Рис. 11.4 Ручная пайка coldArcэлектролитически оцинкованного стального листа толщиной 0,8 мм с воздушным зазором 4,0 мм 1,0 мм CuSi3 проволокойРис. 11.5Электролитически оцинкованные листы стали, тавровый шов (нахлёсточное соединение), пайка в режиме coldArc цинковой проволокой.испарения используемого для пайки дугой сплава цинка и алюминия составляет около 900 °C, ниже температуры плавления медного сплава.Поэтому, если не понизить ток короткого замыкания, при зажигании мосты короткого замыкания могут взрывоопасно испариться, а лёгкий металл шва сдуться. Процесс coldArc впервые позволил выполнить без ограничений пайку МИГ с цинковым припоем. На Рис. 11.5 показана поверхность и обратная сторона нахлёсточного соединения стальных оцинкованных листов толщиной 0,75 мм, спаянных этим тугоплавким припоем. Как непосредственно возле шва, так и с обратной стороны слой цинка полностью сохраняется. В процессе пайки он становится жидким, но не испаряется. В автомобилестроении также все чаще применяются смешанные соединения стали и алюминия.Прямая сварка плавлением данных материалов невозможна, поскольку образуются чрезвычайно хрупкие интерметаллические фазы Al-Fe, рис 11.6.Рис. 11.6 Фазовая диаграмма «железо-алюминий»Из этой диаграммы видно, что железо или сталь и алюминий практически не растворимы друг в друге. Это характерно для любых соотношений компонентов фаз FeAl, которые характеризуются хрупкостью. Поэтому, согласно проводимым опытам, необходимо избегать более 10% фаз Al-Fe в расплавляемом материале. При применении цинка в качестве материала проволоки можно выполнить соединение обоих материалов, при котором алюминий частично расплавляется, в то время как сталь требует увлажнения перед пайкой, чтобы избежать хрупкости в расплавленном состоянии. Так, на одной стороне возникает сварное соединение, а на другой — паяное соединение. На рис. 11.7 показан обзорный снимок и микрошлиф из такого соединения, выполненного в режиме coldArc цинковым припоем, а также его применение при изготовлении автомобильных кузовов. Прочность, достигаемая при использовании цинковой проволоки в тавровом шве (соединение внахлестку), находится в диапазоне прочности алюминиевых деформируемых сплавов, а также пайки МИГ медным припоем. При соединении встык прочность будет немного ниже.Рис. 11.7 Сварка смешанных соединений алюминий/сталь проволокой на основе цинка Вверху: Обзорный снимок Внизу слева: Микрошлиф Внизу справа: Дверь легкового автомобиляНе требуется применение двухтактной горелки, для сварки и пайки coldArc можно воспользоваться обычной горелкой МИГ/МАГ. ЗАКЛЮЧЕНИЕЭлектрическая дуговая сварка в современном производстве получила большое развитие и является одним из ведущих технологических процессов обработки металлов.достоинства сварных соединений обеспечили их широкое применение в изделиях разного назначения.Использование сварки при создании конструкций позволяет экономить материалы и время. При этом открываются большие возможности механизации и автоматизации производства, создаются предпосылки для повышения производительности и улучшаются условия труда работающих.Сварка — такой же необходимый технологический процесс, как и обработка металлов резанием, литье, ковка и штамповка. Высокая производительность и технологические возможности сварки обеспечили ее широкое применение для создания неразъемных соединений при производстве металлургического, химического и энергетического оборудования, различных трубопроводов, изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, реакторов, строительных и других конструкций.Перспективы сварки как в научном, так и в техническом плане безграничны. Ее применение способствует совершенствованию машиностроения и развитию ракетостроения, атомной энергетики и радиоэлектроники.С развитием техники возникает необходимость сваривать детали толщиной от нескольких микрометров (в микроэлектронике) до десятков сантиметров и даже метров (в тяжелом машиностроении). Все чаще в сварных конструкциях наряду с углеродистыми и низколегированными сталями используют специальные стали, легкие сплавы и сплавы на основе титана, молибдена, хрома, циркония и других металлов, а также разнородные и композиционные материалы, в связи с чем постоянно расширяется набор применяемых видов и способов сварки. Однако необходимо отметить, что сварка является лишь определенным технологическим способом получения неразъемных соединений, а поэтому сама по себе не может являться самостоятельным производством или служить самоцелью какого-либо производственного процесса. Она должна рассматриваться как средство достижения иной цели - получения сварных конструкций определенного назначения. Изготовление же сварных конструкций сложно, имеет свои особенности, включает ряд разных работ: получение заготовок и деталей, отвечающих необходимым требованиям позиции сварки, подготовку их под сварку, сборку, транспортировку, дополнительную доработку, контроль и т.п., без которых сварка не может производиться и которые с ней тесно связаны.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫФоминых В.П.Оборудование и технология дуговой сваркиМашиностроение 1966г.Малышев.Б.Д, Мельник.В.И, Гетия.И.Г. Ручная дуговая сварка. - М.: Стройиздат, 1990.Рыбаков.В.М. Дуговая и газовая сварка. М.: Высшая школа, 1986 Журнал "Промышленное Оборудование" 2004 г.Казаков.Ю.В, Козулин.М.Г. Сварка и резка материалов. - М.: Издательский центр “Академия”, 2000Фоминых.В.П, Яковлев.А.П. Ручная дуговая сварка. - М.: Высшая школа, 1986.Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов - М.: Машиностроение, 1973Стеклов О. И. Основы сварочного производства - М.: Высш. школа, 1986.Рыбаков В.М. Сварка и резка металлов-М.: Высш. школа, 1979.Китаев А.М., Китаев Я.А. Дуговая сварка-М.: Машиностроение. 1983Шебеко Л.П. Производственное обучение электро-газосварщиков - М.: Высш. школа,1984Геворкян В.Г. Основы сварочного дела - М.: Высш. школа, 1985Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением - Л.: Машиностроение.1987“Сварка в машиностроении” т. 1 под редакцией Н. А. Ольшанского. “ Теория сварочных процессов” под редакцией В. В. Фролова.В.М. Никифоров “Технология металлов и конструкционные материалы”, Ленингр.1986г.Б. Е. Патон Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением.Машиностроение 1974Чебан В. А. - Сварочные работыФеникс2008Рыбаков В.М. - Дуговая и газовая сваркаВысшая школа 1986Руководство по ручной дуговой сварке для начинающихТиберис 2011Юхин Н.А. - Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в защитных газах"СОУЭЛО"2008Ханапетов М.В. - Сварка и резка металловСтройиздат 1987Алешин Н.П., Чернышов Г.Г. - Сварка. Резка. Контроль. Справочник в 2-х тома ...Машиностроение 2004Чулошников П. Л. - Контактная сварка. В помощь рабочему – сварщику 1977ВолченкоВ.Н. «Сварные конструкции». - М.: Машиностроение, 1986г.