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 m_p = 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 m_p = 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

m_s = m_po - m_p [g]

m_rel = m_e - m_o [g]




• Uzysk elektrody




• Stała stapiania




• Wydajność stopiwa




m_p - masa płytki przed napawaniem

m_po - masa płytki po napawaniu

m_rel - masa elektrody przetopionej

m_s - masa stopiwa

m_e - średnia masa jednej elektrody

m_o - 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 -