Зварювання та різання матеріалів
Методичні вказівки для самостійної роботи студентів
підготовки “ Молодший спеціаліст”
(назва освітньо-кваліфікаційного рівня)
напряму 0506 “Теплоенегетика ”
(шифр і назва напряму)
спеціальності 505060103 “Монтаж і обслуговування теплотехнічного устатакування і систем теплопостачання”
ХАРКІВ
Рік
Рекомендації щодо організації самостійної роботи студентів з дисципліни “Зварювання та різання матеріалів”
Нормативна навчальна дисципліна “Зварювання та різання матеріалів” є дисципліною спеціального циклу, що вивчається на протязі навчання в коледжі. Головним завданням предмету є формування знань про зварювальні матеріали, устаткування і технології виконання різних видів зварювання, а також про положення техніки безпеки та охорони праці при виконанні зварювальних робіт.
Згідно рішень Болонського процесу, при вивченні предмету застосовується модульна система оцінки знань.
Структурно-логічна схема предметів.
| № п/п | Предмети, якими забезпечується викладання | Назва предмету, який вивчається | Предмети, які забезпечуються викладанням |
| Електротехніка Хімія Вища математика Фізика Матеріалознавство | Зварювання та різання матеріалів | - котельні установки і водопідготовка - теплопостачання - теплотехнічне обладнання - монтаж, наладка і експлуатація теплотехнічного обладнання - Технологія і організація будівництва та експлуатації теплових мереж та споруд |
Згідно з наказом Міністерства освіти і науки України № 161 самостійна робота студентів є основним засобом оволодіння навчальним матеріалом. Навчальний час на самостійну роботу становить від 1/3 до 2/3 загального об’єму на дисципліну. Співвідношення кількості годин аудиторних занять до самостійної роботи дисципліни “ Зварювання та різання матеріалів ”
для денної форми навчання —48% (аудиторних занять), 52 % (самостійна робота)
Кількість годин – 54, з них аудиторних –26 годин, самостійна робота студентів — 28 годин становить:.
В рекомендаціях вказано план вивчення окремих тем дисципліни, відведених на самостійне опрацювання. Студенти повинні, згідно з завданням, вивчити вказані на сторінках підручників теми та законспектувати матеріал. Робота виконується в загальному зошиті з дисципліни. За несвоєчасне представлення робіт оцінка знижується на один бал.
Реферат виконується на тему:
«Галузь використання різних видів зварювання»
Домашнє завдання виконується після пророблення наступних розділів підручників: Л 1 Алексеев Е.К., Мельник В.И. Сварка в промышленном строительстве. Учебное пособие для техникумов. Изд. 4-е. – М: Стройиздат, 1977. – 360 с.;Л 2 Геворкян В.Г. Основы сварочного дела. – М, Высшая школа, 1979. – 207 с.
Тема: Вступ. Короткий огляд розвитку зварювання
Л 1 §1-§2
Тема: “Зварювальна дуга, металургійні процеси при зварюванні”
Л 1 §1, §4-§6 Л 2 стор.: 8-14, 38-42
Тема: “Зварювальні матеріали”
Л 1 §14-§19, Л2 стор.: 44-47
Тема: “Зварювальні шви і з'єднання”
Л 2 стор.: 51-53
Тема: “Джерела живлення зварювальної дуги”
Л 1§21-§26; Л 2 стор.: 16-32
Тема: “Технологія ручного дугового зварювання”
Л 1 §33; Л 2 стор.53-57
Тема: “Технологія автоматичного і напівавтоматичного зварювання”
Л1 §36-§41; Л2 стор. 61-79, 81-87
Тема: “Газове зварювання і різання”
Л 1 §54-§56, Л 2 стор. 92-97
Тема: “Зварювання пластичних мас”
Л 1 §73-§74; Л 2 стор. 143-148
Тема: “Дефекти і контроль якості зварених з'єднань”
Л 1 §93-§95; Л 2 стор.155-156
Тема: “Обладнання і технологія контактного, ультразвукового та лазерного зварювання”
Л 1 §46-§49
Тема: “Техніка безпеки”
Стор.: 160-165
Теми, що виносяться на самостійну роботу
Тема 1.1 Галузь використання різних видів зварювання
Питання теми
Практичне значення предмета в підготовці фахівців, мети й завдання вивчення, зв'язок з іншими предметами. Історичний огляд розвитку зварювання – роль вітчизняних і закордонних учених. Поняття зварювання. Фізичні основи процесу зварювання. Класифікація основних видів зварювання.
Зварюванням називають процес одержання нероз'ємних з’єднань за допомогою встановлення міжатомних зв'язків між частинами, що зварюються, при їх місцевому або загальному нагріванні, пластичному деформуванні або спільній дії того й іншого.
Сутність зварювання полягає в зближенні елементарних часток частин, що зварюються, настільки, щоб між ними почали діяти міжатомні зв'язки, які забезпечують міцність з’єднань.
Залежно від фізичних ознак процеси зварювання розділяють на три класи: термічний, термомеханічний і механічний.
1) термічний – до якого відносять зварювання, що здійснюється плавленням з використанням теплової енергії;
2) термомеханічний – зварювання, що здійснюється з використанням теплової енергії й тиску;
3) механічний – зварювання, що здійснюється з використанням механічної енергії й тиску.
При звичайній кімнатній температурі атоми металів і сплавів міцно закріплені у вузлах кристалічних решіток, у зв'язку із чим рухливість їх, тобто здатність до зближення, дифузії й зварюванню, незначна. Тому зварювання без нагрівання (холодне зварювання) можливо здійснити, тільки прикладаючи в зоні з'єднання значне зусилля (тиск) для того, щоб створити глибоку пластичну деформацію.
Холодним зварюванням з'єднують переважно високопластичні матеріали: мідь, алюміній і ін.
Нагрівання металу до температур нижче крапки плавлення значно розширює можливості створення нероз'ємних з'єднань, що пояснюється зростанням рухливості атомів з підвищенням температури. Однак і в цьому випадку рухливість атомів недостатня для виникнення міцних міжатомних зв'язків.
Для утворення зварного з'єднання крім нагрівання необхідно прикласти тиск, достатній для створення необхідної пластичної деформації частин, що з'єднуються. Прикладене при нагріванні зусилля в 8-10 разів менш, ніж при холодному зварюванні, тому що нагрівання знижує опір металу пластичної деформації.
Зварюванням тиском з попереднім нагріванням можна з'єднати не тільки пластичні кольорові метали, але також різні види стали, чавун.
При місцевому розплавлюванні частин, що з'єднують, для утворення зварного з'єднання не потрібно додатка тиску; зближення атомів металу забезпечується високою тепловою енергією, дифузією й змочуванням.
Для зварювання плавленням використаються високотемпературні джерела тепла – електрична дуга, полум'я газового пальника й т.д. Зварюванням плавленням можна з'єднувати практично всі метали й сплави.
Термічне зварювання
У промисловому будівництві використаються наступні види зварювання: дугове відкритою дугою, дугове під флюсом і в захисному газі, електрошлакове, газове.
Зварювання відкритою дугою – дугове зварювання, здійснюване без подачі захисного газу або зварювального флюсу, при якому зона дуги доступна спостереженню. При ручному способі зварювання для місцевого нагрівання металу до температури розплавлювання використається теплова енергія електричної дуги, що горить між металом, що зварюється, і кінцем електрода, закріпленим в електродотримачі, підключеному до джерела зварювального струму. У результаті плавлення металу, що зварюється, і електроду утвориться зварний шов. Електроди, що плавляться, використаються штучні зі спеціальним покриттям.
При електроді, що не плавиться (вугілля, графить) дуга розплавляє метал, що зварюється, утворює при цьому рідку ванну, а необхідний перетин шва забезпечується додатковим плавленням дугою металевого присадочного прутка.
Зварювання під флюсом – дугове зварювання, при якому дуга горить під шаром зварювального флюсу. Електрична дуга, що горить під шаром флюсу, розплавляє метал, що зварюється, і електродний дріт, а також флюс, у результаті плавлення якого утвориться рідка тягуча плівка шлаків, що захищає плавильний простір від доступу атмосферного повітря. Як електрод застосовується дріт без покриття (голий).
Дугове зварювання в захисному газі – зварювання, при якому у зону дуги подається захисний газ. При цьому способі зварювання у зону дуги надходить інертний (аргон, гелій) або активний (вуглекислий) газ, що захищає плавильний простір від контакту з атмосферним повітрям. Електрод застосовується такий, що плавиться (дріт), або що не плавиться (вольфрамовий стержень).
Зварювання у вуглекислому газі широко використають при сполуці оцинкованих труб.
По ступені механізації дугове зварювання розділяють на ручне, напівавтоматичне й автоматичне.
Електрошлакове зварювання - зварювання плавленням, при якому для нагрівання металу використається тепло, що виділяється при проходженні електричного струму через розплавлені шлаки.
Зварювання ведеться у вертикальному положенні з використанням формуючих повзунів. Електричний струм, проходячи через розплавлені шлаки, виділяє тепло, за рахунок якого плавляться крайки електроду і металу, що зварюється, створюючи металеву ванну, після охолодження металевої ванни утвориться зварний шов.
Газове зварювання – зварювання плавленням, при якому нагрівання крайок частин, що з'єднуються, виробляється полум'ям газів, що спалюються на виході пальника для газового зварювання.
Високотемпературне полум'я газового пальника одержується спалюванням горючих газів і пар (ацетилен, пропан, пари гасу й ін.) в атмосфері технічного кисню. Полум'ям пальника розплавляють крайки частин, що з'єднуються, і присадочный пруток для одержання зварного шва. При відбортуванні крайок зварювання виконують без присадочного прутка.
Термомеханічне зварювання
Термомеханічне зварювання, в основному контактне, здійснюване з використанням теплоти, що виділяється при проходженні електричного струму через контактуючі місця деталей, що зварюються, і одночасного механічного здавлювання їх.
Контактне зварювання – зварювання із застосуванням тиску, при якому нагрівання виробляється теплом, виділюваним при проходженні електричного струму через частини, що з'єднуються та перебувають у контакті.
Контактне зварювання може бути стикове, крапкове рельєфне й шовне.
Стикове зварювання – при якому з'єднання частин, що зварюються, відбувається по поверхні торців, що стикуються.
Частини, що з’єднуються закріплюють у затисках зварювальної машини. Дією електричного струму зону торців, що стикуються, нагрівають до зварювальної температури, після чого (або одночасно із цим) прикладають осьове зусилля.
Точкове зварювання – при якому з'єднання елементів відбувається на ділянках, обмежених площею торців електродів, що підводять струм і передають стискальне зусилля.
Звичайно крайки листових елементів укладають нахлистом й затискають конічними електродами зварювальної машини. Через електроди й зварюємий метал пропускають електричний струм і після належного нагрівання елементів у зоні контакту прикладають необхідне зусилля Р.
Рельєфне зварювання – при якому з'єднання елементів відбувається на окремих ділянках по заздалегідь підготовлених виступах. Рельєфне зварювання рідко застосовується в будівництві через необхідність штампування виступів.
Шовне зварювання – при якому з'єднання елементів виконується нахлистом обертовими дисковими електродами у вигляді безперервного або переривчастого шва. Процес аналогічний точковому зварюванню, але для одержання безперервного шва зварні крапки повинні перекривати одна іншу.
Газопресове зварювання - зварювання тиском, при якому нагрівання здійснюється полум'ям газів, що спалюються на виході зварювального пальника. При цьому способі зварювання користуються напівкільцевими багато полум’яними пальниками, якими нагрівають торці частин, що зварюються, закріплених у затисках зварювальної машини, і після досягнення необхідної температури здавлюють зусиллям Р.
Механічне зварювання
Зварювання тертям зварювання тиском, при якому нагрівання здійснюється тертям, при обертанні однієї із частин, що зварюються. Деталі, що зварюються, закріплюються в патроні токарського верстата для забезпечення обертання однієї з деталей. Розігріті тертям торці деталей зварюють, додаючи осьове зусилля Р.
Холодне зварювання – зварювання тиском при значній пластичній деформації без зовнішнього нагрівання частин, що з'єднуються.
Холодне зварювання застосовується для сполуки високопластичних металів (мідь, алюміній і ін.).
Ультразвукове зварювання – зварювання тиском, що здійснюється при впливі ультразвукових коливань.
Для цієї мети використаються перетворювачі ультразвукових коливань у механічні, за допомогою яких у зоні сполуки створюється нагрівання металу в мікроскопічних об'ємах. Перетворювач складається з пакета магнітострікційного перетворювача, системи, що трансформує й передає пружні коливання, робочого наконечника (електрода) і опори. Зварювання виробляється при порівняно невеликому зусиллі, що здавлює.
Галузь застосування різних видів зварювання
Найпоширенішим способом сполуки металів є дугове зварювання електродом, що плавиться (по методу Н.Г. Слав'янова). Цей вид зварювання має універсальність, може бути використаний для всіх видів з’єднань, забезпечує високу продуктивність, дозволяючи найбільше повно механізувати зварювальні процеси. З'єднання, виконані дуговим електродом, що плавиться, мають високі механічні властивості.
Ручним дуговим зварюванням виконують зварні з'єднання сталевих будівельних конструкцій, деталей і систем трубопроводів, а також різних конструкцій санітарно-технічних пристроїв. Цей спосіб дозволяє виконувати зварювання в нижніх, вертикальних, стельових положеннях, а також у важкодоступних місцях.
При значній довжині швів застосовують автоматичне й напівавтоматичне зварювання під флюсом, особливо при роботі в стаціонарних умовах (завод, майстерні).
Електрошлаковим способом зварюють сталеві конструкції з аркушів товщиною від 20 мм і більше (кожухи печей, стійки каркасів мартенівських печей і ін.).
Дугове зварювання в середовищі вуглекислого газу широко використається для сполук різних сталевих конструкцій, трубопроводів і інших виробів. Аргонодуговим зварюванням з успіхом виконують з'єднання нержавіючих і інших спеціальних сталей, міді й алюмінієвих сплавів. Цей вид зварювання широко використовується при з'єднанні оцинкованих труб.
Газове зварювання використовується для з'єднання труб, сталевих елементів порівняно невеликої товщини, кольорових металів, алюмінію.
Електроконтактне стикове й точкове зварювання широко застосовується при виготовленні сіток і арматурних каркасів збірних залізобетонних конструкцій, а також при інших роботах. Шовне зварювання може використатися при виготовленні газопроводів з тонколистовій сталі. Зварювання тертям має часткове застосування для сполуки встик стрижневої сталі.
Холодним зварюванням виконуються з'єднання алюмінієвих і мідних шин при електромонтажних роботах. Ультразвукове зварювання використовується для з’єднання пластмасових виробів.
Крім перерахованих способів зварювання в будівельному виробництві широке застосування знаходять різні види термічного різання металів: кисневе, повітряно- і киснево-дугове зварювання, а також зварювання стислою дугою.
Питання для самоконтролю:
1. Що називають зварюванням?
2. Як класифікуються процеси зварювання?
3. Охарактеризуйте термічний тип зварювання.
4. Охарактеризуйте механічний тип зварювання.
5. Охарактеризуйте термомеханічний тип зварювання.
6. Назвіть галузі застосування різних типів зварювання.
7. Який вид зварювання є найпоширенішим і відповідає умовам якості?
8. Назвіть учених, що внесли вклад у розвиток і впровадження різних типів зварювання.
Л1 Е.К. Алексєєв, В.І. Мірошник «Зварювання в промисловому будівництві», стор. 1 – 12.
