Дипломная работа: Технология полуавтоматической сварки

Введение

Современный технический прогресс в промышленности неразрывно связан с совершенствованием сварочного производства.

Сварка высокопроизводительный процесс изготовления неразъёмных соединений находит широкое применение при изготовлении металлургического, химического и энергетического оборудования, различных трубопроводах, в машиностроении, в производстве строительных и других конструкций. [1,с.53].

Сварка - такой же необходимый технологический процесс, как и обработка металлов, литьё, ковка, штамповка.

Данная тема актуальна, потому, что сварка полуавтоматом при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях - нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном, при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы.

Основные преимущества сварки в защитных газах:

· высокая продуктивность, низкая стоимость при использовании активных защитных газов;

· простота механизации и автоматизации;

· возможность сварки во всех пространственных положениях;

· малая зона термического влияния и относительно небольшие деформации изделия в результате высокой степени концентрации дуги;

· высокое качество защиты;

· уменьшается разбрызгивание;

· сокращается объём отделочных работ;

· улучшается качество сварных швов;

· улучшаются условия работы сварщика;

· снижается трудоёмкость.

Сущность способа: сварочная проволока подаётся в зону сварки автоматически с определённой скоростью, а перемещение горелки производится сварщиком вручную.

Цель дипломной работы заключается в изучение техники полуавтоматической сварки в углекислом газе и разработка технологического процесса изготовления коптильни.

Задачи дипломной работы:

1) Изучить и проанализировать литературу по данной теме.

2) Изучить технику полуавтоматической сварки.

3) Выполнить практическую часть письменной экзаменационной работы.

1. Основная часть

заготовка сварка углекислый газ

1.1 Понятие и сущность процесса сварки

Сварка - это один из ведущих технологических процессов обработки металлов. Большие преимущества сварки обеспечили её широкое применение в народном хозяйстве. С помощью сварки осуществляется производство судов, турбин, котлов, самолётов, мостов, реакторов и других необходимых конструкций. [5,с.27].

Сваркой называется технологический процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.

Сварное соединение металлов характеризует непрерывность структур. Для получения сварного соединения нужно осуществить межмолекулярное сцепление между свариваемыми деталями, которое приводит к установлению атомарной связи в пограничном слое.

Если зачищенные поверхности двух соединяемых металлических деталей при сжатии под большим давлением сблизить так, чтобы могло возникнуть общее, электронное облако, взаимодействующее с ионизированными атомами обоих металлических поверхностей, то получаем прочное сварное соединение. На этом принципе основана холодная сварка пластичных металлов.

При повышении температуры в месте соединения деталей, амплитуды колебания атомов относительно постоянных точек их равновесного состояния увеличиваются, и тем самым создаются условия более легкого получения связи между соединяемыми деталями.

Чем выше температура нагрева, тем меньшее давление требуется для осуществления сварки, а при нагреве до температур плавления необходимое давление становится равным нулю.

Кусок твёрдого металла можно рассматривать как гигантскую молекулу, состоящую из атомов, размещённых в строго определённом, зачастую очень сложном порядке и прочно связанных в одно целое силами межатомного взаимодействия.

Принципиальная сущность процесса сварки очень проста. Поверхностные атомы куска металла имеют свободные, ненасыщенные связи, которые захватывают всякий атом или молекулу, приблизившуюся на расстояние действия межатомных сил.

Сблизив поверхности двух кусков металла на расстояние действия межатомных сил или, говоря проще, до соприкосновения поверхностных атомов, получим по поверхности соприкосновения сращивание обоих кусков в одно монолитное целое с прочностью соединения цельного металла, поскольку внутри металла и по поверхности соединения действуют те же межатомные силы. Процесс соединения после соприкосновения протекает самопроизвольно (спонтанно), без затрат энергии и весьма быстро, практически мгновенно.

Объединение отдельных объёмов конденсированной твёрдой или жидкой фазы в один общий объём сопровождается уменьшением свободной поверхности и запаса энергии в системе, а потому термодинамический процесс объединения должен идти самопроизвольно, без подведения энергии извне. Свободный атом имеет избыток энергии по сравнению с атомом конденсированной системы, и присоединение свободного атома сопровождается освобождением энергии. Такое самопроизвольное объединение наблюдается на объёмах однородной жидкости. Гораздо труднее происходит объединение объёмов твёрдого вещества. [10]

Приходится затрачивать значительные количества энергии и применять сложные технические приёмы для сближения соединяемых атомов. При комнатной температуре обычные металлы не соединяются не только при простом соприкосновении, но и при сжатии значительными усилиями. Две стальные пластинки, тщательно отшлифованные и “пригнанные”, подвергнутые длительному сдавливанию усилием в несколько тысяч килограммов, при снятии давления легко разъединяются, не обнаруживая никаких признаков соединения.

Если соединения возникают в отдельных точках, они разрушаются действием упругих сил при снятии давления. Соединению твёрдых металлов мешает, прежде всего, их твёрдость, при их сближении действительное соприкосновение происходит лишь в немногих физических точках, и расширение площади действительного соприкосновения достаточно затруднительно.

Металлы с малой твёрдостью, например, свинец, достаточно прочно соединяются уже при незначительном сдавливании. У более важных для техники металлов твёрдость настолько велика, что поверхность действительного соприкосновения очень мала по сравнению с общей кажущейся поверхностью соприкосновения, даже на тщательно обработанных и пригнанных поверхностях.

На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности металла - окислы, жировые плёнки и пр., а также слои адсорбированных молекул газов, образующиеся на свежезачищенной поверхности металла под действием атмосферы почти мгновенно. Поэтому чистую поверхность металла, лишенную слоя адсорбированных газов, можно сколько-нибудь длительно сохранить лишь в высоком вакууме.

Такие естественные условия имеются в космическом пространстве, где металлы получают способность довольно прочно свариваться или «схватываться» при случайных соприкосновениях. В обычных же, земных условиях приходится сталкиваться с отрицательным действием, как твёрдости металлов, так и слоя адсорбированных газов на поверхности. Для борьбы с этими затруднениями техника использует два основных средства: нагрев и давление.

1.2 Техника сварки в углекислом газе

Техника автоматической сварки в углекислом газе различных соединений металла толщиной более 2,0 мм аналогична технике сварки под флюсом. Техника полуавтоматической сварки в углекислом газе почти аналогична технике ручной дуговой сварки. Перед началом сварки необходимо включить газ и проверить его расход, выждать несколько секунд, чтобы полностью вышел воздух из шлангов, и обдуть место сварки углекислым газом. Несоблюдение этих условий приводит к образованию пор в начале шва. В момент окончания процесса сварки прекращают продвижение дуги, выключают подачу проволоки и сварочный ток, задерживают на секунду-две мундштук над кратером, чтобы защитить металл сварочной ванны от окисления, а затем удаляют держатель от места сварки. Прекращать процесс сварки растягиванием дуги не рекомендуется. Перед прекращением процесса сварки рекомендуется заполнить кратер шва металлом. Заполнение металлом кратера (заварка кратера) особенно необходимо при сварке проволокой диаметром более 1,2 мм, так как в незаполненном кратере в данном случае после затвердевания металла образуются надрывы (горячие трещины).[2]

Большинство таких трещин можно устранить проплавлением при выполнении последующего слоя шва, причем в кратере последующих слоев шва трещины не образуются. Трещины глубиной более 3 мм при наложении последующего слоя часто не удается устранить, и они остаются в шве в виде единичных надрывов. Экспериментально установлено, что трещины не образуются в кратере, если в момент обрыва дуги уменьшить до минимума сварочный ток и соответственно скорость подачи электродной проволоки. При этом кратер полностью заваривается. Лучшие результаты получаются, если перед обрывом дуги сварочный ток и соответственно скорость подачи электродной проволоки уменьшаются постепенно. Стыковые соединения в нижнем положении сваривают полуавтоматом при наклоне электрода от 5 до 20° углом вперед или (реже) углом назад. Тавровые соединения, расположенные не «в лодочку», сваривают с таким же наклоном электрода в направлении сварки и с наклоном его поперек шва под углом 40-50° к горизонту. При этом электрод направляют либо точно в угол, или несколько смещают на 1-1,5 мм на горизонтальную полку. Положение наконечника полуавтомата и приемы перемещения электрода при сварке в углекислом газе в нижнем положении. Тонкий металл в нижнем положении сваривают при равномерном поступательном перемещении электрода (без поперечных колебаний) за исключением мест, имеющих зазоры. Соединения с зазорами сваривают поперечными колебаниями конца электрода. При сварке в нижнем положении стыковых соединений большой толщины с V-образной разделкой кромок первый слой (корень) шва выполняют равномерным поступательным или возвратно-поступательным перемещением электрода. Средние слои многослойного шва выполняют при перемещении электрода по вытянутой спирали, а верхние слои - змейкой. [2]

Шаг перемещений и амплитуда поперечных колебаний электрода принимаются в зависимости от ширины разделки, а также в противоположном направлении (вперед, затем назад и снова вперед). Нахлесточные соединения из металла толщиной до 1,5 мм сваривают электродом в вертикальном положении, перемещая дугу по кромке верхнего листа. При толщине свариваемого металла от 2 мм и более наклон электрода и смещение дуги должны быть такими же, как и при сварке тавровых соединений. Соединения различного типа во всех пространственных положениях можно сваривать в углекислом газе проволокой диаметром 0,5-1,2 мм. Опытные сварщики выполняют вертикальные и горизонтальные швы больших сечений проволокой диаметром до 1,6 мм. Сварка во всех пространственных положениях, отличных от нижнего, выполняется обычно на пониженном напряжении (17-19 В). Лишь опытные сварщики при сварке вертикальных швов повышают напряжение дуги до 20-22 В. Полуавтоматическую сварку тонколистового металла в вертикальном положении, а также вертикальные угловые швы с катетом до 5-6 мм выполняют сверху вниз. В начале процесса сварки электрод располагают перпендикулярно свариваемым кромкам, чтобы обеспечить хороший провар начала шва. После образования сварочной ванны электрод несколько наклоняют ниже горизонтали на угол 10-15°. Рис.1.

Рис.1. - Технология накладывания сварного шва

При этом давление дуги способствует удержанию жидкого металла сварочной ванны от стекания. Сварка тонколистового металла в горизонтальном положении по технике выполнения аналогична сварке в вертикальном положении. После возбуждения дуги электрод располагают ниже горизонтали для удержания металла сварочной ванны от стекания. В потолочном положении швы сваривают на пониженном сварочном токе и напряжении дуги при несколько увеличенном расходе углекислого газа.

Для лучшего удержания жидкого металла от стекания электрод устанавливают с небольшим углом наклона назад. Если необходимо получить широкий валик шва, электроду сообщают поперечные колебания. Проволокой малых диаметров (1,0-1,2 мм) можно сваривать в углекислом газе кольцевые стыковые соединения без подкладок, обеспечивая при этом полный провар без прожогов.

1.3 Полуавтоматическая сварка и оборудование для неё

Сварочное оборудование - шланговые полуавтоматы, предназначенные для сварки в защитных газах, содержа следующие основные элементы: горелку с держателем, шлаг для подвода к горелке электродной или присадочной проволоки, механизм подачи проволоки с катушкой для нее и блок управления полуавтоматом. Эти элементы, отличающиеся конструктивными особенностями, входят во все разновидности полуавтоматов.

Современные механизмы подачи содержат два или несколько подающих роликов различной конструкции и в различных сочетаниях.

По расположению подающего механизма различают полуавтоматы толкающего и тянущего типов. В шланговом полуавтомате толкающего типа подача проволоки с катушки осуществляется подающим механизмом, установленным рядом с катушкой. Механизм состоит из электродвигателя переменного или постоянного тока, коробки скоростей, ведущего и прижимного роликов. Проволока подается роликами с постоянной скоростью через внутренний канал гибкого шланга, держатель и наконечник.

Рабочий инструмент полуавтомата - горелка

Горелка содержит изогнутый мундштук с переходной втулкой и наконечником, рукоятку с гашеткой пусковой кнопки, защитный щиток и сопло для создания воны сварки защитной атмосферы.

Одной из основных частей полуавтомата является шланг, состоящий из проволочной спирали с оплеткой и резиновой оболочки. Сварочный ток, защитный ток и охлаждающая вода в современных полуавтоматах подводятся к горелке автономными шлангами. Подача проволоки вперед и назад осуществляется переключением пакетного переключателя, расположенного на блоке управления. Кнопка включения подающего механизма находится на горелке.[3, 35]