З в а р ю в а л ь н а д у г а т а ї ї в л а с т и в о с т і

Мета роботи:

Вивчити будову зварювальної дуги постійного і змінного струму та побудувати вольт-амперну характеристику зварювальної дуги.

Загальні відомості

Під час дугового зварювання джерелом теплоти є зварювальна дуга, яка являє собою електричний розряд у сильно іонізованій суміші газів і парів матеріалів, які застосовуються при зварюванні, що мають високі температуру і щільність струму.

Залежно від кількості електродів і зварювальної деталі в електричному ланцюгу розрізняють такі види дуг:

прямої дії (рис.5.1,а) за якою дуга горить між електродом та виро-
бом;

непрямої дії (рис.5.1,б), коли дуга горить між двома електродами, а зварюваний виріб не увімкнутий в електричний ланцюг;

трифазна дуга (рис.5.1,в), за якою вона горить між електродами, а також між кожним електродом і деталями.

Рис.5.1. Схеми зварювальних дуг

За родом струму розрізняють дуги, які горять від джерел змінного та постійного струму. У разі використання постійного струму зварювання можна виконувати на прямій чи зворотній полярності. За прямої полярності електрод вмикають до негативного полюса (він служить катодом), а виріб - до позитивного (він служить анодом). За зворотною полярністю вмикання виконують навпаки. Дугу , яка горить між електродом і виробом у повітрі, прийнято називати вільною, а дугу , поперечний переріз якої примусово стиснений, називають стисненою.

Будову вільної дуги прямої полярності показано на рис.5.2

Рис.5.2. Будова вільної дуги прямої дії та прямої полярності:

1-електрод; 2-катодна пляма; 3- катодна зона; 4- стовп дуги; 5- анодна зона; 6- анодна пляма; 7-основний метал.

Падіння напруги у зварювальній дузі неоднакове: дуже сильно падає вона у прианодній u_a та прикадодній u_k зонах, а у стовпі дуги падіння напруги- пропорційно її довжині

u_д= u_a+ u_k+ u_c

де u_д, u_a, u_k, u_c- падіння напруги відповідно на дузі, у прианодній та прикатодній зонах і в стовпі дуги.

Якщо зазначити суму u_a+ u_k= a, а u_c=bl_д,

тоді падіння напруги на дузі можна визначити за формулою:

u_д= a + bl_д,

де b- падіння напруги на одиницю стовпа дуги.

У загальному вигляді вольт-амперна характеристика показана на рис.5.3.

З рис.5.3 видно, що за малих значень струму 60-80А (ділянка І) із збільшенням сили струму напруга на дузі падає (характеристика дуги спадна). Це викликано тим, що при струмі 80А, збільшення струму спричиняє збільшення площі перерізу стовпа дуги та його електропровідності. Така дуга нестійка і застосовується обмежено.

Рис.5.3. Загальний вигляд статичної вольт-амперної характеристики дуги.

Якщо струм дорівнює 80…800А (ділянка ІІ), дуга має жорстку характеристику ( напруга не залежить від сили струму). Це обумовлено тим, що площа перерізу стовпа, дуги, катодної та анодної плями збільшується пропорційно кількості струму, тому щільність струму і падіння напруги на усіх ділянках дуги залишаються постійними незалежно від зміни сили струму. Така дуга широко застосовується в процесах зварювання.

При струмі понад 800А (ділянка ІІІ) його щільність підвищена настількі, що збільшення сили струму призводить до зростання напруги на дузі. Це пояснюється тим, що площа катодної плями вже не може збільшуватися, тому що площа перерізу електрода стає недостатньою. Збільшується опір стовпа дуги, тобто електропровідність знижується. Така дуга із зростаючою характеристикою застосовується у випадку зварювання під шаром флюсу і в захисних газах.

Зварювальна дуга, окрім того, характеризується ще й за фізичними і технологічними ознаками. До фізичних слід віднести: електричні, електромагнитні, кінетичні, температурні, світлові; до технологічних- потужність дуги, стійкість, саморегулювання.

Обладнання і матеріали

Зварювальний пост, який працює на постійному і змінному струмі, обладнаний приладами (амперметрами, вольтметрами); стенд для проектування зварювальної дуги (рис.5.4); екран з масштабною шкалою; графітовий електрод і графітова пластина.

Порядок виконання роботи

1. Між графітовим електродом і графітовою пластиною запалити електричну дугу постійного струму на прямій полярності, встановивши при цьому силу струму приблизно 150А. Спроектувати чітке зображення дуги на екран. (Масштаб збільшення визначається вимірюванням діаметра графітового стержня на екрані та його дійсним діаметром). Зварювальну дугу замалювати.

Рис.5.4. Схема стенда для проектування зварювальної дуги на екран:

1- екран; 2-об’єктив; 3- основа; 4- графітова пластина; 5- графітовий стержень; 6- механізм закріплення і переміщення електрода; 7- клемнік.

2. Дослід повторити, переключивши полярність. Зварювальну дугу замалювати.

3. Дослід повторити, збуджуючи дугу від зварювального трансформатора, встановлюючи приблизно такий же струм. Дугу замалювати.

4. Провести аналіз одержаних результатів, зосереджуючи увагу на їх конфігурації.

5. Запалити звалювальну дугу на постійному струмі і за постійної довжини дуги 3…4 мм, змінюючи струм, фіксувати падіння напруги на дузі. Результата вимірювань занести до табл. 5.1.

Таблиця 5.1.

Залежність між силою струму і напругою на дузі довжиною l_д= 3…4 мм

u,В
І, А

Табличні значення зобразити графічно у вигляді кривої, яка виражає залежність

u=f [І].

6. Скласти звіт з лабораторної роботи. У звіті повинні бути тема, мета роботи, короткі відповіді на контрольні запитання, порядок проведення роботи, загальний вигляд стенда для проектування зварювальної дуги, рисунки зварювальних дуг, таблиця, графічне зображення вольтамперної характеристики дуги та аналіз одержаних результатів з висновками по роботі.

Контрольні запитання

1. Чим відрізняється дуга, яка горить вільно, від дуги, яка примусово стиснена?

2. Поняття про пряму й зворотню полярності та їх застосування у зварювальній практиці.

3. Поясніть, чому на І ділянці зварювальна дуга має спадну, на ІІ ділянці жорстку, а на ІІІ – зростаючу характеристики.

Завдання для самостійної роботи

За додатком виконати завдання № 9, 10. Завдання виконується письмово після звіту про лабораторну роботу.

Лабораторна робота № 6