POLITECHNIKA POZNAŃSKA
LABORATORIUM TECHNOLOGII ŁĄCZENIA MATERIAŁÓW |
Grupa A2 |
||||||
|
WYDZIAŁ |
KIERUNEK |
|||||
|
BMiZ |
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
|
|||||
PROWADZĄCY |
ROK STUDIÓW |
SEMESTR |
ROK AKADEMICKI |
||||
mgr inż. A. Miklaszewski |
III |
V |
2012/13 |
||||
Ćwiczenie odrobiono dnia: |
Sprawozdanie oddano dnia: |
Ocena: |
Podpis: |
||||
29.10.2012r. 16.50 - 18.20 |
4.11.2012r. |
|
|
||||
NR |
TEMAT ĆWICZENIA: |
||||||
4. |
Spawanie metodą łuku krytego. Wyznaczanie wydajności napawania dla metody elektrody otulonej. |
1. Parametry spawania metodą łuku krytego:
rodzaj prądu spawania: przemienny bądź stały
biegunowość prądu spawania: +/-
natężenie prądu spawania [A]
napięcie łuku [V]
prędkość spawania [mm/min, m/h]
gatunek drutu elektrodowego i jego średnica [mm]
długość wolnego wylotu drutu elektrodowego [mm]
gatunek i ziarnistość topnika [mm]
prędkość podawania topnika [mm3/s]
grubość i szerokość warstwy topnika [mm]
pochylenie elektrody w stosunku do złącza [°]
pochylenie złącza spawanego [°]
miejsce przyłożenia bieguna źródła prądu do przedmiotu spawanego
2. Wyniki przeprowadzonego napawania podczas ćwiczenia
Parametry elektrod z opakowania:
elektrody zasadowe EN600B
- grubootulone
- prąd spawania: = +
- natężenie prądu spawania: 100-130A przy średnicy elektrody równej 3,25mm
- zastosowanie: regeneracja zużytych części maszyn narażonych na ścieranie
elektrody kwaśne
- prąd spawania: =/~ +
- natężenie prądu spawania: 90-130A przy średnicy elektrody równej 3,25mm
- zastosowanie: spawanie niskowęglowych stali konstrukcyjnych narażonych na obciążenia statyczne i dynamiczne
Zarówno dla elektrod zasadowych, jak i kwaśnych zastosowano prąd o natężeniu 130A. Czasy napawania płytki mierzono od zajarzenia łuku do całkowitego stopienia elektrody.
Wyniki:
Grupa 1.
elektrody zasadowe
PARAMETRY ELEKTRODY |
||
masa 10 elektrod m10e |
średnia masa elektrody me |
średnica elektrody de |
444,503g |
44,45g |
3,2mm |
masa płytki przed napawaniem mp = 1669,12g
czas napawania t[s] |
masa płytki po napawaniu mpo[g] |
masa ogarka pozostałego po elektrodzie mo [g] |
87 |
1692,76 |
4,357 |
94 |
1712,1 |
3,993 |
84 |
1735,83 |
3,57 |
elektrody kwaśne
PARAMETRY ELEKTRODY |
||
masa 10 elektrod m10e |
średnia masa elektrody me |
średnica elektrody de |
426,94g |
42,694g |
3,33mm |
czas napawania t[s] |
masa płytki po napawaniu mpo[g] |
masa ogarka pozostałego po elektrodzie mo [g] |
60 |
1757,35 |
4,98 |
62 |
1780,15 |
4,88 |
68 |
1801,75 |
3,93 |
Grupa 2.
elektrody kwaśne
PARAMETRY ELEKTRODY |
||
masa 10 elektrod m10e |
średnia masa elektrody me |
średnica elektrody de |
431,287g |
43,129g |
3,1mm |
masa płytki przed napawaniem mp = 1452,35g
czas napawania t[s] |
masa płytki po napawaniu mpo[g] |
masa ogarka pozostałego po elektrodzie mo [g] |
86,55 |
1476,27 |
2,95 |
61,55 |
1493,33 |
3,92 |
61,35 |
1520,47 |
2,74 |
elektrody zasadowe
PARAMETRY ELEKTRODY |
||
masa 10 elektrod m10e |
średnia masa elektrody me |
średnica elektrody de |
442,787g |
44,279g |
3,1mm |
czas napawania [s] |
masa płytki po napawaniu mpo[g] |
masa ogarka pozostałego po elektrodzie mo [g] |
86,35 |
1546,28 |
2,65 |
86,54 |
1572,3 |
3,2 |
78,23 |
1601,12 |
2,59 |
3. Obliczenia
Zastosowane wzory:
Uzysk stopiwa
ms = mpo - mp [g]
mrel = me - mo [g]
Uzysk elektrody
Stała stapiania
Wydajność stopiwa
mp - masa płytki przed napawaniem
mpo - masa płytki po napawaniu
mrel - masa elektrody przetopionej
ms - masa stopiwa
me - średnia masa jednej elektrody
mo - masa ogarka
t - czas napawania
I - natężenie użytego prądu
Wyniki obliczeń:
Grupa 1.
Rodzaj elektrody |
nr pomiaru |
ms [g] |
mrel [g] |
Ust [%] |
Uel [%] |
a [g/(Ah)] |
η [kg/h] |
zasadowa |
1 |
23,64 |
40,09 |
58,97 |
53,18 |
7,52 |
0,978 |
|
2 |
19,34 |
40,46 |
47,8 |
43,51 |
5,70 |
0,741 |
|
3 |
23,73 |
40,88 |
58,05 |
53,39 |
7,82 |
1,017 |
|
Wartości średnie |
22,24 |
40,48 |
54,94 |
50,03 |
7,01 |
0,912 |
kwaśna |
4 |
21,52 |
37,71 |
57,07 |
50,41 |
9,93 |
1,291 |
|
5 |
22,8 |
37,81 |
60,3 |
53,4 |
10,19 |
1,324 |
|
6 |
21,6 |
38,76 |
55,73 |
50,59 |
8,8 |
1,144 |
|
Wartości średnie |
21,97 |
38,09 |
57,7 |
51,47 |
9,64 |
1,253 |
|
Średnie z obu rodzajów elektrod |
22,11 |
39,29 |
56,32 |
50,75 |
8,33 |
1,083 |
Grupa 2.
Rodzaj elektrody |
nr pomiaru |
ms [g] |
mrel [g] |
Ust [%] |
Uel [%] |
a [g/(Ah)] |
η [kg/h] |
zasadowa |
1 |
25,81 |
41,63 |
62 |
58,29 |
8,28 |
1,076 |
|
2 |
26,02 |
41,08 |
63,34 |
58,76 |
8,33 |
1,082 |
|
3 |
28,82 |
41,69 |
69,13 |
65,09 |
10,2 |
1,326 |
|
Wartości średnie |
26,88 |
41,47 |
64,82 |
60,71 |
8,94 |
1,162 |
kwaśna |
4 |
23,92 |
40,18 |
59,53 |
55,46 |
7,65 |
0,995 |
|
5 |
17,06 |
39,21 |
43,51 |
39,56 |
7,68 |
0,998 |
|
6 |
27,14 |
40,39 |
67,19 |
62,93 |
12,25 |
1,593 |
|
Wartości średnie |
22,71 |
39,93 |
56,75 |
52,65 |
9,19 |
1,195 |
|
Średnie z obu rodzajów elektrod |
24,8 |
40,7 |
60,79 |
56,68 |
9,07 |
1,179 |
Wartości średnie z obydwu grup:
Rodzaj elektrody |
ms [g] |
mrel [g] |
Ust [%] |
Uel [%] |
a [g/(Ah)] |
η [kg/h] |
zasadowa |
24,56 |
40,98 |
59,88 |
55,37 |
7,98 |
1,037 |
kwaśna |
22,34 |
39,01 |
57,23 |
52,06 |
9,42 |
1,224 |
4. Wnioski:
Analiza wyników
Uzyskane wyniki charakteryzują się dość dużą rozbieżnością. Spowodował ją niewątpliwie brak doświadczenia osób napawających. Nie obyło się bez problemów z zajarzeniem łuku, przyklejaniem się drutu elektrodowego do płytki napawanej, nieodpowiednią prędkością spawania, długością łuku czy też prowadzeniem palnika. Natomiast głównym czynnikiem wpływającym na wydajność oraz jakość procesu są właśnie umiejętności spawacza. Duże znaczenie może mieć również fakt, iż przed napawaniem nie przeprowadzono wysuszania elektrody (elektrody o otulinie zasadowej należy bezwzględnie suszyć przed spawaniem) oraz nie oczyszczono materiału podłoża. Mogło także dochodzić do niedokładnego wybicia żużla. Dlatego też analiza uzyskanych wyników może nie być w pełni wartościowa.
Uzysk stopiwa jest istotnym parametrem ekonomicznym, szczególnie przy spawaniu elektrodą otuloną, ze względu na to, że elektrody otulone są najdroższym materiałem dodatkowym stosowanym przy spawaniu na skalę masową. Jest to stosunek masy stopiwa uzyskanego z elektrody otulonej do masy stopionego rdzenia. Lepszym uzyskiem wykazała się elektroda zasadowa. Może być to spowodowane mniejszą ilością rozprysków oraz produktów lotnych.
Uzysk elektrody jest to stosunek masy stopiwa uzyskanego z elektrody otulonej do masy elektrody wraz z otuliną. Tutaj również lepsza okazała się elektroda zasadowa.
Stała stapiania jest ilością stopiwa uzyskaną z elektrody w jednostce czasu i przeliczeniu na 1 A. Wyższy wskaźnik posiada elektroda kwaśna. W celu lepszego porównania elektrod zastosowano tę samą wartość natężenia prądu.
Wydajność stapiania jest to ilość stopiwa uzyskiwana w jednostce czasu. Wydajniejszą okazała się elektroda o otulinie kwaśnej. Jest to niezgodne z oczekiwaniami, ponieważ spawanie elektrodą zasadową odbywa się przy biegunowości dodatniej, co implikuje generowanie większej ilości ciepła na elektrodzie, a tym samym szybsze stapianie elektrody. Czasy napawania okazały się jednak krótsze dla elektrody kwaśnej. Przyglądając się bliżej uzyskanym wynikom, można się domyślić, jaki jest tego powód. Mianowicie, w grupie pierwszej elektrodą kwaśną napawano jako drugą z kolei - spawacz mógł nabrać doświadczenia i przyspieszyć swoją pracę, natomiast w grupie drugiej elektrodą kwaśną oraz zasadową napawały dwie różne osoby o różnych zdolnościach manualnych.
Porównując wartość uzysku z elektrody zasadowej z wartością znalezioną w katalogu firmy ESAB, należy stwierdzić, iż brak doświadczenia studenta - spawacza spowodował wykorzystanie elektrody dużo poniżej możliwości - ~55% w obliczu katalogowych 100%. Uzyskana stała stapiania natomiast różni się niewiele od danej katalogowej: ~8 g/(Ah) w porównaniu z 8,6 g/(Ah) teoretycznie.
W praktyce przy napawaniu elektrodą otuloną stosuje się elektrody zasadowe oraz rutylowe.
Porównanie wydajności spawania elektrodą otuloną i łukiem krytym
Napawanie łukiem krytym charakteryzuje się dużo lepszymi wskaźnikami wydajności. Przy zastosowaniu większego natężenia oraz większej średnicy elektrody wydajność może wzrosnąć do 20 kg/h. Dla porównania na zajęciach przy napawaniu elektrodą otuloną udawało się uzyskać maksymalnie ~1,6 kg/h.
Wyższość metody spawania łukiem krytym nad elektrodami otulonymi:
lepsza wydajność
wyższa sprawność energetyczna
stabilność i powtarzalność procesu (mechanizacja)
lepsza jakość spoiny
żużel odrywa się sam - skrócenie czasu procesu
możliwość zwiększenia wydajności poprzez zastosowanie trybu tandemowego - poza tym można spawać grubsze materiały bez stosowania ukosowania
dobre warunki pracy spawacza (łuk elektryczny schowany jest pod warstwą topnika)
brak szkodliwych oparów - gazów spawalniczych
Metoda spawania łukiem krytym nie zlikwiduje jednak stosowania elektrod otulonych ze względu możliwość spawania jedynie w pozycji podolnej i nabocznej oraz wysoki koszt urządzeń. Wadą zastosowania łuku krytego jest także konieczność suszenia topnika.
Dane z katalogu firmy ESAB dotyczące używanej w ćwiczeniu elektrody zasadowej:
- 1 -