Порядок та техніка зварювання кутових швів у нижньому
Положення.
Кутові шви (або валикові) застосовуються при Т-подібних (таврових) з'єднаннях і з'єднання внахлестку і є дуже поширеними в зварних конструкціях.
Зварювання таврових з'єднань у нижньому положенні проводиться так, що одна площина виробу, що зварюється горизонтальна, а інша вертикальна і шов накладається в прямий кут між цими поверхнями.
При тавровому з'єднанні, якщо товщина вертикального листа не перевищує 12 мм, спеціальної обробки крайок не потрібно, тільки нижню кромку вертикального листа необхідно обрізати так, щоб стик не мав проміжків більше 2 мм. У таврових з'єднаннях з товщиною вертикального листа від 12 до 25 мя робиться V-подібна підготовка. При товщині вертикального листа від 25 до 40 мм робляться односторонні U-подібні скоси кромок, а при більшій товщині-двосторонні V-подібні скоси кромок.
Найбільшу небезпеку при зварюванні кутових швів є можливість непровару однієї зі сторін, а також непровар кута. Тому при зварюванні кутового шва електрод розташовують у площині, що ділить кут навпіл, і кінці електрода повідомляють поперечні коливальні рухи для розплавлення кромок металу. Зварювання кутових швів буває одношарове і багатошарове. Одношарова застосовується у тому випадку, якщо катет шва не перевищує 10 мм.
Техніка накладання кутового шва полягає в наступному: Дугу збуджують на нижньому листі, відступивши від вершини кута на 3-4 мм більше, ніж катет шва (точка А), потім дугу ведуть від точки А до вершини кута, точку, де її кілька затримують для кращого проплавлення вершини кута; далі дугу піднімають на висоту, рівну катету шва по вертикальній стінці (а при багатошаровому зварюванні-на висоту, рівну катету першого шару шва), і по ній пересувають назадна деяку величину. Після цього дугу трохи швидше, ніж підйомі, опускають на горизонтальний нижній лист і доводять у ньому товщину шва на величину катета. Звідси по нижньому аркуші дугу пересувають вперед до межі кратера і по ній направляють у вершину кута, знову затримуючи дугу на деякий час для кращого проплавлення вершини; потім піднімають вгору, повертають назад на ту ж величину а, спускають вниз-і повторюють весь процес у попередньому порядку. У жодному разіне можна починати зварювання в точках В або С, тому що в цьому випадку розплавлений метал з електрода напливає на нерозплавлений ще основний метал нижнього листа і перекриває вершину кута, через що виходить непровар, небезпечний тим, що його можна виявити лише зламавши шов.
При зварюванні товстопокритими електродами або на підвищених величинах струму утворюється велика ванна розплавленого металу, внаслідок чого накладання кутових швів звичайним способом складно, тому що при цьому велика частина розплавленого металу стікає на горизонтальну поверхню і шов виходить неправильного перерізу. Щоб уникнути цього, рекомендується зварюваний виріб розташовувати так, щоб обидві поверхні були нахилені до горизонту під кутом в 45°, тобто зварювання проводити в човник.
Виконати практичне завдання (усно):
Підготовка, складання, прихватка та зварювання двох пластин товщиною 12 мм нахльостковим з'єднанням у нижньому положенні зварювального шва.
Відповісти на теоретичні питання:
Зварювальна дуга: визначення, види, будова, умови
Горіння.
Електрична зварювальна дуга – стійкий електричний розряд у сильно іонізованій суміші газів і пар матеріалів, що використовуються при зварюванні, і характеризується високоющільністю струму та високою температурою. Залежно від числа електродів і способів включення електродів і деталі, що зварюється, в електричний ланцюг розрізняють такі види зварювальних дуг: – прямої дії, коли дуга горить між електродом і виробом; – непрямої дії, коли дуга горить між двома електродами, а виріб, що зварюється, не включено в електричний ланцюг; – трифазну дугу, що збуджується між двома електродами, а також між кожним електродом та основним металом. За родом струму розрізняють дуги, що живляться змінним і постійним струмом. При використанні постійного струму розрізняють зварювання на прямій та зворотній полярності. У першому випадку електрод підключається до негативного полюса та служить катодом, а виріб – до позитивного полюса (анод); у другому випадку електрод підключається до позитивного полюса і служить анодом, а виріб - негативного і служить катодом. Залежно від матеріалу електрода розрізняють дуги між електродами, що не плавляться (вугільними, вольфрамовими) і металевими електродами, що плавляться. Зварювальна дуга має ряд фізичних та технологічних властивостей, від яких залежить ефективність використання дуги при зварюванні. До фізичних належать електричні, електромагнітні, кінетичні, температурні, світлові. До технологічних властивостей належать: потужність дуги, просторова стійкість, саморегулювання. Електричний розряд у газі – це електричний струм, що проходить через газове середовище завдяки наявності в ньому вільних електронів, а також негативних та позитивних іонів, здатних переміщатися між електродами під дією прикладеного електричного поля (різниці потенціалів між електродами). Процес, при якому з нейтральних атомів і молекул утворюються позитивні та негативнііони називається іонізацією. При звичайних температурах іонізацію можна викликати, якщо електронам та іонам, що вже є в газі, повідомити за допомогою електричного поля великі швидкості. Маючи велику енергію, ці частинки можуть розбивати нейтральні атоми і молекули на іони. Крім того, іонізацію можна викликати світловими, ультрафіолетовими, рентгенівськими променями, а також випромінюванням радіоактивних речовин. У звичайних умовах повітря, як і всі гази, має дуже слабку електропровідність. Це малою концентрацією вільних електронів і іонів у газах. Тому, щоб викликати в газі потужний електричний струм, тобто утворити електричну дугу, необхідно іонізувати повітряний проміжок (або інше газоподібне середовище) між електродами. Іонізацію можна зробити, якщо прикласти до електродів досить високу напругу, тоді вільні електрони та іони, що є в газі, будуть розганятися електричним полем і, отримавши великі енергії, зможуть розбити нейтральні молекули на іони. Однак при зварюванні, виходячи з правил техніки безпеки, не можна користуватися високими напругами. Тому застосовують інший спосіб. Так як в металах є велика концентрація вільних електронів, то треба витягти ці електрони з об'єму металу в газове середовище і використовувати для іонізації молекул газу. Існує кілька способів вилучення електронів із металів. З них для процесу зварювання мають значення два: термоелектронна та автоелектронна емісії. При термоелектронній емісії відбувається "випаровування" вільних електронів з поверхні металу завдяки високій температурі. Чим вище температура металу, тим більше вільних електронів набувають енергії, достатні для подолання "потенційного бар'єру" в поверхневому шарі і виходу з металу. Пріавтоелектронної емісії вилучення електронів з металу здійснюється за допомогою зовнішнього електричного поля, яке дещо змінює потенційний бар'єр у поверхні металу та полегшує вихід тих електронів, які всередині металу мають досить велику енергію та можуть подолати цей бар'єр. Іонізацію, викликану в деякому обсязі газового середовища, прийнято називати об'ємною. Об'ємна іонізація, отримана завдяки нагріванню газу до високих температур, називається термічною. При високих температурах значна частина молекул газу має достатню енергію для того, щоб при зіткненнях могло статися розбиття нейтральних молекул на іони. Крім того, із підвищенням температури збільшується загальна кількість зіткнень між молекулами газу. При дуже високих температурах у процесі іонізації починає відігравати помітну роль випромінювання газу та розпечених електродів. Іонізація газового середовища характеризується ступенем іонізації, тобто ставленням числа заряджених частинок в даному обсязі до початкового числа частинок (до початку іонізації). При повній іонізації ступінь іонізації дорівнюватиме одиниці. При температурі 6000-8000 К такі речовини, як калій, натрій, кальцій, мають досить високий рівень іонізації. Пари цих елементів, перебуваючи в дуговому проміжку, забезпечують легкість збудження та стійке горіння дуги. Ця властивість лужних металів пояснюється тим, що атоми цих металів мають малий потенціал іонізації. Тому підвищення стійкості горіння електричної дуги ці речовини вводять у зону дуги як електродних покриттів чи флюсів. Електрична дуга постійного струму збуджується при зіткненні торця електрода і кромок деталі, що зварюється. Контакт у початковий момент здійснюється між мікровиступамиповерхонь електрода та деталі, що зварюється. Висока щільність струму сприяє миттєвому розплавленню цих виступів та утворенню плівки рідкого металу, яка замикає зварювальний ланцюг на ділянці "електрод - деталь, що зварюється". При подальшому відведенні електрода від поверхні деталі на 2-4 мм плівка рідкого металу розтягується, а переріз зменшується, внаслідок чого зростає щільність струму та підвищується температура металу. Ці явища призводять до розриву плівки і випаровування металу, що скипів. Інтенсивні термоелектронна та автоелектронна емісії, що виникли при високій температурі, забезпечують іонізацію парів металу і газів міжелектродного проміжку. У іонізованому середовищі виникає електрична зварювальна дуга. Процес збудження дуги короткочасний і здійснюється протягом часток секунди. У зварювальній дузі, що встановилася, розрізняють три зони: катодну, анодну і стовпа дуги. Катодна зона починається з розпеченого торця катода, на якому розташована так звана катодна пляма. Звідси вилітає потік вільних електронів, які здійснюють іонізацію дугового проміжку. Щільність струму на катодній плямі досягає 60-70 А/мм2. До катода прямують потоки позитивних іонів, які бомбардують і віддають йому свою енергію, викликаючи нагрівання до температури 2500-3000 °С. Анодна зона розташована біля торця позитивного електрода, в якому виділяється невелика ділянка, звана анодною плямою. До анодної плями прямують і віддають свою енергію потоки електронів, розжарюючи її до температури 2500-4000 °С. Стовп дуги, розташований між катодною та анодною зонами, складається з розпечених та іонізованих частинок. Температура в цій зоні досягає 6000-7000 ° С залежно від густини зварювального струму. Для порушення дуги у початковий моментнеобхідно трохи більше напруги, ніж за її подальшому горінні. Це пояснюється тим, що при збудженні дуги повітряний зазор недостатньо нагрітий, ступінь іонізації недостатньо високий і потрібна більша напруга, здатна повідомити вільним електронам досить велику енергію, щоб при їх зіткненні з атомами газового проміжку могла відбутися іонізація. Збільшення концентрації вільних електронів обсягом дуги призводить до інтенсивної іонізації дугового проміжку, а звідси підвищення його електропровідності. Внаслідок цього напруга струму знижується до значення, яке необхідне для стійкого горіння дуги. Залежність напруги дуги від струму в зварювальному ланцюзі називають статичною вольт-амперною характеристикою дуги. Вольт-амперна характеристика дуги має три області: падаючу, жорстку та зростаючу. У першій (до 100 А) зі збільшенням струму напруга значно зменшується. Це відбувається у зв'язку з тим, що з підвищенні струму збільшується поперечний переріз, отже, і провідність стовпа дуги. У другій області (100-1000 А) при збільшенні струму напруга зберігається постійним, так як переріз стовпа дуги та площі анодної та катодної плям збільшуються пропорційно струму. Область характеризується сталістю густини струму. У третій області збільшення струму викликає зростання напруги внаслідок того, що збільшення щільності струму вище певного значення не супроводжується збільшенням катодної плями через обмеженість перерізу електрода. Дуга першої області горить нестійко і тому має обмежене застосування. Дуга другої області горить стійко та забезпечує нормальний процес зварювання. Напруга, необхідна для збудження дуги, залежить від роду струму (постійний або змінний), дугового проміжку,матеріалу електрода і кромок, що зварюються, покриття електродів і ряду інших факторів. Значення напруг, що забезпечують виникнення дуги в дугових проміжках, рівних 2-4 мм, знаходяться в межах 40-70 В. Напруга для зварювальної дуги, що встановилася, за формулою U = a + bl, де а - коефіцієнт, за своєю фізичною сутністю складаючий суму падінь напруги в зонах катода та анода, В; b - коефіцієнт, що виражає середнє падіння напруги на одиницю довжини дуги, В/мм; l – довжина дуги, мм