Ручная дуговая сварка электродом

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить технологию ручной дуговой сварки.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов, их сплавов и других материалов (пластмасс, стекла) с образованием на бывшей границе их раздела межатомных связей при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Сущность сварки плавящимся электродом (рис. 3.38) состоит в том, что металл по кромкам свариваемых деталей подвергается плавлению от нагрева сильным концентрированным источником тепла - электрической дугой, горящей между металлическим электродом, покрытым специальной обмазкой и деталью. Образовавшийся от нагрева жидкий металл одной кромки самопроизвольно соединяется с жидким металлом другой кромки и расплавленным металлом электрода, введенного в сварочную ванну через дугу. Создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной машиной. Покрытие электрода при расплавлении создает условия для защиты капель жидкого электродного металла в дуге и сварочной ванны от вредного влияния кислорода и азота воздуха.

I zUvOT8nMS7dVCg1x07VQUiguScxLSczJz0u1VapMLVayt+PlAgAAAP//AwBQSwMEFAAGAAgAAAAh AEvYqkbGAAAA2wAAAA8AAABkcnMvZG93bnJldi54bWxEj09rwkAUxO8Fv8PyhF5K3Vipf9KsIoVC wSrEetDbI/uaBLNvQ3Yb12/fLQgeh5n5DZOtgmlET52rLSsYjxIQxIXVNZcKDt8fz3MQziNrbCyT gis5WC0HDxmm2l44p37vSxEh7FJUUHnfplK6oiKDbmRb4uj92M6gj7Irpe7wEuGmkS9JMpUGa44L Fbb0XlFx3v8aBdtFePWzQPnTrmimk9P5uNl+HZV6HIb1GwhPwd/Dt/anVjCZwf+X+APk8g8AAP// AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEABKs5XgABAADmAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRf VHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAIwxik1AAAAJMBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAADEBAABf cmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQAzLwWeQQAAADkAAAASAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABk cnMvcGljdHVyZXhtbC54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAS9iqRsYAAADbAAAADwAAAAAAAAAAAAAA AACfAgAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA9wAAAJIDAAAAAA== ">

Рис. 3.38. Схема процесса ручной дуговой сварки: 1 - металлический стержень электрода; 2 - электродное покрытие; 3 – сварочная дуга; 4 – капли расплавленного шлака; 5 – капли расплавленного электродного металла; 6 – сварочная ванна; 7 - расплавленный шлак; 8 – закристаллизованный шлак; 9 – сварной шов; 10 – изделие.

Сварочная дуга представляет собой длительный электрический разряд между двумя электродами в ионизированной смеси газов и паров, характеризующийся высокой плотностью тока и малым напряжением. Сварочная дуга состоит из катодной области, столба дуги и анодной области (рис. 3.39).

I zUvOT8nMS7dVCg1x07VQUiguScxLSczJz0u1VapMLVayt+PlAgAAAP//AwBQSwMEFAAGAAgAAAAh AF7grWzEAAAA2wAAAA8AAABkcnMvZG93bnJldi54bWxEj0FrAjEUhO+F/ofwCr3VrBWkbI0iQtke elF7sLfX5HWzuHlZNs917a9vCoLHYWa+YRarMbRqoD41kQ1MJwUoYhtdw7WBz/3b0wuoJMgO28hk 4EIJVsv7uwWWLp55S8NOapUhnEo04EW6UutkPQVMk9gRZ+8n9gEly77WrsdzhodWPxfFXAdsOC94 7GjjyR53p2Agbfd+LlX1dRJ7qL6bD32xv4Mxjw/j+hWU0Ci38LX97gzMZvD/Jf8AvfwDAAD//wMA UEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAASrOV4AAQAA5gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5 cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEACMMYpNQAAACTAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAxAQAAX3Jl bHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJz L3BpY3R1cmV4bWwueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAF7grWzEAAAA2wAAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAA nwIAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPcAAACQAwAAAAA= ">

Рис. 3.39. Схема строения сварочной дуги: К – катодное пятно; А – анодное пятно; 1 – катодная область; 2 – столб дуги; 3 – анодная область

Для образования и поддержания горения дуги необходимо иметь в пространстве меду электродами электрические заряженные частицы (положительные и отрицательные ионы и электроны).

Электрически заряженные частицы образуются в катодной, анодной областях и в столбе дуги.

Катодная область распространяется на участок электродного металла и на приэлектродную часть дуги. На торце электрода при бомбардировке его положительными ионами образуется катодное пятно, с которого происходит выход первичных электронов.

В столбе дуги происходит образование вторичных электронов, а также положительных ионов. Электроны устремляются к аноду, поддерживая ионизацию в анодной области. Положительные ионы движутся к катоду, выбивают из него электроны.

Анодная область дуги состоит из анодного пятна и приэлектродной части. Анодное пятно подвергается бомбардировки потоком электронов, образовавшихся при ионизации в столбе дуги. В результате бомбардировки анода возникают ионы. От сильной бомбардировки анодная область имеет форму вогнутой сферы.

Сварочная дуга имеет высокую температуру. Наиболее высокая температура (около 600⁰ – 7000⁰С) достигается в столбе дуги, наименьшая на поверхности катода и анода. Температура на поверхности катода и анода достигает температуры испарения металла (около 320⁰ – 3800⁰С).

Тепловая мощность дуги определяется по следующей формуле (1):

q = 0,24·J·U, калл/с (3.11)

где J – сварочный ток, А;

U – напряжение дуги, В.

Тепло, выделяемое в дуге, расходуется полезно на нагрев электрода, изделия, на образование капель электродного металла и теряется на рассеивание в окружающую среду и разбрызгивание металла. Эффективный КПД процесса ручной дуговой сварки составляет 75 – 80%.

Соприкосновение электрода с изделием создает замкнутую сварочную цепь. В момент отрыва электрода от изделия, электроны, находящиеся на нагретом от короткого замыкания катодом пятне, теряет прочную связь с атомами и перемещаются на анод, образуя дугу с электрическим током. Эта дуга течением времени стабилизируется.

При зажигании дуги напряжение между электродом и свариваемым изделием обычно равно 50 …60 В. При замыкании сварочной дуги напряжение падает почти до нуля и после возбуждения дуги поддерживается в пределах 16 – 30 В в зависимости от длины дуги и марки электрода.

Рис. 3.40. Вольтамперные характеристики дуги и источника питания

При питании сварочной дуги необходим источник питания тока с крутопадающей вольтамперной характеристикой (рис. 3.40 а). Опытная зависимость напряжения дуги от тока при постоянных значениях длины дуги изображена на рисунке 3.40 б.

Режим горения сварочной дуги определяется точкой пересечения характеристик дуги «б» и источника тока «а». В точке 1 происходит возбуждение дуги, а в точке 2 обеспечивается устойчивое ее горение. В момент короткого замыкания в точке 3 напряжение дуги уменьшается до нуля.

Для питания сварочной дуги применяют как источники переменного тока (сварочные трансформаторы), так и источники постоянного тока (сварочные преобразователи, генераторы). Источники переменного тока более распространены, чем источники постоянного тока, т. к. имеют следующие преимущества:

трансформаторы проще в эксплуатации;

значительно долговечнее;

обладают более высоким КПД, чем генераторы постоянного тока.

Сварочный трансформатор преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Трансформатор имеет стальной сердечник и две изолированные обмотки. В некоторых трансформаторах катушки первичной обмотки закреплены неподвижно, а вторичная обмотка, - подвижная и может перемещаться по сердечнику при помощи винта, связанного с рукояткой, выходящей на крышку кожуха трансформатора.

Регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При вращении рукоятки по часовой стрелки вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеивания и индуктивное сопротивление уменьшаются, сварочный ток возрастает. При вращении против часовой стрелки сварочный ток уменьшается.

Сварочный преобразователь состоит из сварочного генератора постоянного тока и приводного электродвигателя, размещенных в одном корпусе. Электродвигатель преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую, а сварочный генератор преобразует механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока, питающего сварочную дугу. Сварочный генератор постоянного тока состоит из статора с магнитными полюсами и якоря с обмоткой и коллектором.

Регулирование сварочного тока производится реостатом, включенным в обмотку магнитных полюсов.

Зажигание дуги производится следующим образом: наметив место, где должна быть зажжена дуга, сварщик приближает к нему конец электрода, вставленный в электрододержатель. Когда конец электрода приближен к месту сварки на расстоянии около 10 мм, сварщик закрывается щитком и затем быстрым движением слегка касается концом электрода свариваемого металла, после чего тут же отводит электрод на 3 – 4 мм.

Зажженная дуга должна поддерживаться определенной длины на протяжении всего процесса сварки путем постепенного движения электрода по свариваемому металлу по мере его плавления.

Для получения валика постоянной ширины необходимо, чтобы в процессе сварки поперечные колебания электрода и скорость его перемещения вдоль шва не менялись, при этом амплитуда поперечных колебаний на должна превышать 2 – 4 d электрода.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с общими положениями ручной дуговой сварки электродом.

2. Рассчитать режим ручной дуговой сварки.

Основными параметрами режима дуговой сварки являются сила сварочного тока, напряжение дуги и скорость сварки.

Расчет режима ведут в следующей последовательности:

назначают диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемого металла или катета углового шва (таблица 3.22).

При сварке угловых швов диаметр электрода назначают равным катету шва «К».

Таблица 3.22

Диаметр электродов

Толщина металла, мм	1-2	3-5	4-10	12-24	30-60
Диаметр электрода, мм	2-3	3-4	4-5	5-6	6-8

рассчитывают силу сварного тока по формуле (3.12):

J = (20 + 6d)d, (3.12)

где d – диаметр электрода, мм.

определяют напряжение дуги по формуле (3.13)

, (3.13)

рассчитывают скорость сварки по формуле (3.14)

, (3.14)

где α_н – коэффициент наплавки, г/А·ч;

γ – плотность наплавляемого металла, г/см³;

F_н – площадь поперечного сечения наплавленного металла (5), см².

F_н = 0,75·В·а, (5)

Определить тепловую мощность дуги по формуле (3.11).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. На чем основан принцип ручной дуговой сварки.

2. Что определяет эффективную тепловую мощность дуги?

3. Какие источники тока применяются при ручной дуговой сварке, их преимущества и недостатки?

4. Чем вызвано колебание тока в сварочной цепи.

5. Способы регулирования сварочного тока при ручной дуговой сварке.

6. Расчет режимов ручной дуговой сварки.