Электрическая дуговая сварка

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

1. Основные понятия

1.1. Электрическая дуговая сварка

Электрическая дуговая сварка – наиболее распространенный способ соединения металлических изделий, при котором основным источником тепла является электрическая дуга.

Электрической сварочной дугой называется длительный мощный электрический разряд в ионизированной газовой среде между электродом и свариваемым материалом. Возникновение электрической дуги вызывается отрывом электронов с катода за счет термоэлектронной эмиссии и ионизации в дуговом промежутке. Термоэлектронная эмиссия происходит в результате нагрева торцевой поверхности электрода выше температуры 2000⁰ К.

Область сварочной дуги (рис.3.1) включает три зоны: катодную, столб дуги и анодную. На катоде и аноде образуются нагретые места. Электроны, оторвавшиеся от катодов, ускоряются электрическим полем и перемещаются к аноду. Столб дуги представляет собой поток электронов. В столбе дуги имеются также положительные и отрицательные ионы и нейтральные атомы.

Рисунок 3.1. Сварочная дуга:

1-электрод; 2-катодное пятно; 3-катодная зона; 4-столб дуги;

5-ионизированная газовая среда; 6-анодная зона; 7-анодное пятно; 8- свариваемое изделие.

1.2. Характеристики источников сварочного тока

Для сварки постоянным током применяют сварочные преобразователи, сварочные агрегаты и выпрямители. Для сварки переменным током применяют сварочные трансформаторы.

Источники сварочного тока могут иметь крутопадающую, жесткую возрастающую или смешанную внешнюю характеристику.

Для ручной электродуговой сварки применяют источники с падающей внешней характеристикой, так как она обеспечивает устойчивое горение сварочной дуги при изменении ее длины.

Внешней характеристикой источника тока называется зависимость напряжения на зажимах от тока нагрузки, выраженная графически (рис.3.2). Обычные источники тока, предназначенные для освещения, силовых установок и т.д., имеют так называемую жесткую внешнюю характеристику 1 (рис.3.2). При такой характеристике с изменением тока нагрузки напряжение на зажимах источника тока остается постоянным.

Рисунок 3.2. Внешние характеристики источников тока:

1-жесткая характеристика; 2-падающая

характеристика; 3- статическая

характеристика дуги

При дуговой электросварке металлическим электродом в момент зажигания и вследствие переноса капель электродного металла в дуговом промежутке происходят короткие замыкания. Во время этих замыканий сопротивление внешней цепи падает почти до нуля. Поэтому, если напряжение на зажимах источника при коротком замыкании будет оставаться постоянным, то ток, согласно закону Ома, во вторичной цепи будет увеличиваться до тех пор, пока не сработают предохранительные устройства или разрушится источник тока. Для ограничения тока короткого замыкания необходимо, чтобы источник тока имел падающую внешнюю характеристику 2 (рис.3.2), при которой напряжение на зажимах будет снижаться с увеличением тока нагрузки. Такая форма внешней характеристики обеспечивает взаимосвязь со статической характеристикой дуги 3 (рис.3.2). Характеристика источника сварочного тока в двух точках пересекает характеристику электрической дуги, в точке А происходит возбуждение дуги, а в точке В обеспечивается устойчивое горение дуги. Таким образом, падающая внешняя характеристика должна удовлетворять следующим условиям:

,

где I_к.з. – ток короткого замыкания, А;

I_раб – рабочий ток, А