Цель работы: а) экспериментальное определение по­перечной усадки пластины при сварке; б) определение коэффициента А, показывающего отношение экспе­риментальной поперечной усадки к ее теоретически возможной максимальной величине.

Оборудование и материалы:

- пластина;

- электроды диаметром 4мм;

- источник питания сварочного тока;

- штангенциркуль;

Содержание работы:

При сварке пластин встык или приварке к пластинам угловыми швами различных элементов возникает поперечная усадка.

Образование поперечной усадки происходит вследствие неравно­мерного нагрева пластин при сварке. На рис. 8, а показана сварка двух пластин встык, а на рис. 8, б – перемещение V одной из сва­риваемых кромок в направлении Оу.

Рис. 8. Сварка пластин с зазором

Кромка перемещается в зазор от расширения металла при нагреве. Аналогичным образом проис­ходит перемещение и второй кромки. В точке О в зоне действия сва­рочного источника теплоты перемещения кромок достигают макси­мума и в этот момент они свариваются, фиксируя возникшее сбли­жение 2V_max. Теоретически вычисленное максимальное перемеще­ние одной кромки при условии возникновения только упругих де­формаций составляет величину , а полное перемещение вычисляется по формуле (3.1)

                                    (3.1)

где  – коэффициент линейного расширения свариваемого металла;

 – объёмная теплоёмкость;

   – эффективная мощность сварочного источника теплоты;

   – скорость сварки;

   – толщина свариваемых пластин.

По мере охлаждения пластин кромки стремятся отойти в прежнее положение; при этом до некоторой точки В, когда металл имеет низ­кий предел текучести, могут возникать пластические деформации. При дальнейшем охлаждении сопротивление металла возрастает, перемещения кромок произойти уже не могут, и возникает подтяги­вание пластин друг к другу, т. е. усадка. В результате после пол­ного остывания поперечный размер сократится. При дуговой одно­проходной сварке под флюсом металла толщиной 8 – 16 мм возникает усадка Δ_поп = 1 – 1,5 мм; при электрошлаковой сварке она может достигать 5 – 10 мм в зависимости от удельной погонной энергии сварки . Аналогично возникает усадка пластин, когда на их поверхность укладывается валиковый или угловой шов. Отличие заключается в том, что в этом случае зазор в сплошной пластине от­сутствует (рис. 9).

Рис. 9. Укладка валика на пластину

Перемещение точки О₁ например, находящейся вблизи линии сплавления, не происходит до тех пор, пока металл остается холодным или слабо нагретым. При подходе сварочной ванны металл нагревается и теряет упругие свойства. С это­го момента точка О₁ в результате расширения металла от нагрева зоны О₁О₂  начинает перемещать­ся к оси х – х; при этом на участке ОО₁ возникают пластические деформации. Перемещение существенно возраста­ет, когда металл расплавляется и полностью теряет свои упругие свойства. Таким образом, при сварке сплошных пластин или пла­стин, собранных без зазора, возникает некоторое препятствие пере­мещению металла в процессе разогрева. Поэтому поперечная усадка Δ_поп всегда оказывается меньше, чем 2V_max, вычисленное по фор­муле (3.1), т.е.

                          (3.2)

где А < 1.

Порядок выполнения работы

1. Подготовить пластину размером 120 х 120 х 4 мм (рис. 10) и измерить расстояние между базами № 1 и 2 с двух сторон пластины. Измерения каждой базы произвести по 3 раза. Результаты из­мерений занести в табл. 3.

2. Вычислить средние значения из трех измерений. Результаты измерений предъявить преподавателю для проверки.

3. Проварить пластину по линии х – х с помощью ручной дуговой сварки. Во время сварки вести наблюдения за показаниями вольтметра и амперметра и записать средние показания.

4. Вычислить эффективную мощность источника теплоты q, полагая к.п.д. η = 0,67.

Таблица 3

Форма записи результатов испытаний

5. Вычислить 2V_max по формуле (3.1), используя следующие зна­чения  величин: α=12·10^-6 1/град; сρ=5 дж/см³·град.

6. После полного остывания пластины произвести повторные измерения баз, результаты занести в таблицу и получить экспери­ментальное значение Δ_поп.

7. Пользуясь формулой (3.2), вы­числить коэффициент А.

Рис. 10. Образец для определения поперечной усадки

Требования к содержанию отчёта

Отчёт по лабораторной работе должен содержать название работы, цели работы, общие теоретические выкладки по теме лабораторной работы, эскиз образца, таблицу 3, заполненную данными, полученными в результате выполнения работы, расчёты, выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Почему возникает поперечная усад­ка при сварке?

2. От каких факторов зависит попе­речная усадка при сварке встык?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4