Визначення зварювальних коефіцієнтів

Мета робота – засвоїти методику визначення коефіцієнтів розплавлення і наплавлення; дослідити залежність цих коефіцієнтів від режиму зварювання і типу електрода.

Обладнання, інструмент, матеріали

Зварювальний пост з вольтметром і амперметром, ваги технічні з різновагами, штангенциркуль; металева лінійка; секундомір, пластини із маловуглецевої сталі; електроди діаметром 3...5 мм.

Основні теоретичні положення

Продуктивність зварювання значною мірою залежить від швидкості розплавлення електродного металу, введеного в зварювальний шов. Швидкість розплавлення електродного металу оцінюється коефіцієнтом розплавлення, а кількість металу, введеного в шов, - коефіцієнтом наплавлення.

Частка електродного металу в складі зварювального шва непостійна. Вона аалежить від способу і режиму зварювання, виду зварювального шва і електродів, які при цьому застосовуються. У випадку ручного зварювання частка електродного металу в складі шва становить 30...80%, автоматичного - 30...40%.

Коефіцієнтом розплавлення називається кількість електродного металу в грамах, який розплавлений за І год за сили струму І А,г/(А.год):

α_р=Q_p/I·τ (12.1)

Коефіцієнтом наплавки називається кількість електродного металу в грамах, який наплавлений за І год при силі струму І А, г/ (А год):

α_н=Q_н/I·τ (12.2)

де І - сила струму. А; τ - час зварювання, год.

Коефіцієнт розплавлення залежить від ряду факторів, які впливають на процес плавлення електродного металу: стану поверхні електрода, хімічного складу дроту, типу і товщини покриття електродів, полярності струму під час зварювання. Сильний вплив складу покриття електрода на коефіцієнт розплавлення пояснюється значенням ефективного потенціалу іонізації газів і зміною балансу теплоти дугового проміжку. Менші значення мають електроди з тонким /крейдовим/ покриттям, більші - з товстим покриттям. За зворотної полярності вплив більший, ніж за прямої, оскільки на аноді виділяється більше теплоти і температура анода вища за температуру катода. Звичайно коефіцієнти розплавлення становлять 6,5...14.

Коефіцієнт наплавки оцінює швидкість зварювання. Він завжди менший за коефіцієнт розплавлення, оскільки не весь розплавлений метал електрода надходить у зварювальний шов. Частина електродного металу під час зварювання випаровується і розбризкується, ці втрати за ручного зварювання становлять 25...30% кількості розплавленого електродного металу.

Коефіцієнт розплавлення, як провило, більший від коефіцієнта наплавки. Але, коли витрати електродного металу в тій чи в іншій мірі можуть компенсуватися переходом у шов металу із покриття за рахунок феросплавів, металів, складених із оксидів, залізного порошку, який вводиться в плавильну зону в процесі зварювання, коефіцієнт наплавки може виявитись більшим ніж коефіцієнт розплавлення. Уведення в покриття залізного порошку в кількості 30...50% маси покриття дає можливість одержати α_н на 20... 30%більше α_р. У цьому випадку коефіцієнту втрат умовно приписують від'ємне значення. Коефіцієнт втрат можна записати в такому вигляді:

ψ= (α_р - α_н)/ α_р (12.3)

 

α_н, α_р ,ψ змінюються залежно від способу зварювання, марки електрода, густини струму на електроді, полярності струму, складу атмосфери дуги, напруги на дузі.

Залежність α_н, α_р від сили зварювального струму при зварюванні в середовищі вуглекислого газу СО₂ порівняно із зварюванням під флюсом за однакових умов показана на графіку /рис.12.1/, із якого видно, що збільшення зварювального струму веде до збільшення α_н, α_р , де ψ у процесі зварювання в середовищі СО₂ значно перевищує ψ у випадку зварювання під флюсом. Це пояснюється тим, що втрати теплоти на розплавлення, випаровування і розбризкування металу під час зварювання в середовищі СО₂ менші від кількості теплоти, яка йде на плавлення флюсу в разі зварювання під флюсом.

Значення коефіцієнтів α_н і α_р дозволяє виконати розрахунок потрібної кількості електродів для зварювання шва встановленого перерізу і визначити швидкість зварювання.

Кількість електродного металу, необхідного для заповнення зварювального шва, визначається за формулою, кг:

q=L∙F∙γ (12.4)

 

де L - довжина шва, м; F - площа поперечного перерізу шва, м²/рис.12.2/;

γ - густина електродного металу, г/м⁸.

Виразивши цю кількість наплавленого металу через α_н, дістанемо, кг:

 

q_н=10^-3 α_н I·τ (12.5)

 

Звідси основний час /час горіння дуги/, год:

 

τ_o =10^-3 q_н /α_н I (12.6)

 

Повний час роботи зварника τ_н визначається з урахуванням поправочного коефіцієнта К, який залежить від умов праці, організації робочого місця і становить 0,4...0,85, год:

τ_n= τ_o/k (12.7)

 

Знаючи кількість металу, необхідного для заповнення зварювального шва q_н

де ψ - коефіцієнт витрат металу під час зварювання, який визначають за формулою

ψ=(Q_p-Q_м)/Q_p (12.8)

Рисунок 12.2. Стикове зварне з'єднання: S - товщина металу;

b - зазор; l - ширина валика; q - висота валика

За значенням q_e і масою металу одного електрода вибраних діаметра і довжини можна легко розрахувати необхідну для зварювання кількість електродів. При цьому слід урахувати частину електрода, що йде в огарок.

 

Порядок виконання роботи

 

Кожна група студентів, яка складається із 3-4 чоловік, одержує пластину і електрод. Необхідно зважити пластину і електрод на технічних вагах з точністю до 0,2г. Після зважування електрозваркою нанести на пластину валик наплавленого металу довжиною близько 100 мм. Зафіксувати час зварювання і силу струму в процесі зварювання.

Зважити пластини з наплавленим металом і залишок електрода. Усі дані вимірювань занести до табл. 12.1.

 

Таблиця 12.1

№ п/п	Маса пластони, г	Qн г	Маса електрода, г	Qр г	I. А	τ0 год
до зварювання	після зварювання	до зварювання	після зварювання

 

У процесі визначення маси розплавленого металу електрода, необхідно врахувати масу чистого електродного металу без обмазки, тому пропонується одержану зміну маси електрода помножити на коефіцієнт 0,8. Користуючись формулами, наведеними в підрозділі 12.2, визначити величини, які вказані в табл.12.2 і заповнити таблицю.

 

Таблиця 12.2

№ п/п

αр

αн

ψ

Lм

F, м^2

qн кг

qе кг

Число електродів, шт.

 

Побудувати графіки залежності коефіцієнтів α_р і α_н від сили струму і діаметра електрода. Задати величини S, L, та розрахувати потрібну кількість електродів.

Оформлення звіту

У звіті за даною роботою необхідно:

1. Вказати мету роботи;

2. Дати визначення коефіцієнтів;

3. Навести формули для визначення величин;

4. Описати експериментальну частину;

5. Вмістити табл.4.1 та 4.2;

6. Побудувати графіки залежності α_р і α_н, ψ від сили струму і діаметра електрода;

7. Обговорити одержані результати і зробити висновок.

12.5. Запитання для самоперевірки

1. Що таке коефіцієнти розплавлення і наплавлення?

2. Як визначити коефіцієнт втрат металу?

3. Від чого залежить коефіцієнт втрат металу?

4. Від чого залежить коефіцієнт розплавлення?

5. Як визначити кількість наплавленого металу?

6. Як розрахувати основний час зварювання?

7. Як визначити повний час зварювання?

Лабораторна робота № 13 _____________________________________________