Содержание отчета

1. Цель и задачи работы.

2. Превращения в стали при охлаждении (конспективно).

3. Таблица значений твердости по результатам измерений.

4. График изменения твердости от температуры закалки.

5. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 4

Ручная дуговая сварка

Целью лабораторной работы является изучение сущности про­цессов, сварочного оборудования, техники и технологии ручной дуговой сварки. В лабораторной работе необходимо:

1) изучить сущность ручной дуговой сварки;

2. изучить сварочное оборудование постоянного и перемен­ного тока;

3. освоить методику определения внешней характеристики источников питания сварочной дуги;

4. ознакомиться с техникой и технологией ручной дуговой сварки.

Оснащение участка лабораторной работы:

оборудование - посты для ручной дуговой сварки на постоян­ном и переменном токе, однопостовые сварочные трансформато­ры, электромеханические преобразователи (генераторы), выпрями­тели, макеты аппаратов, защитные маски со светофильтрами, мо­лоток, зубило, линейка металлическая, цифровые маркеры, вольт­метр и амперметр;

материалы - электроды различных марок диаметром 3...5 мм, пластины из низкоуглеродистой стали СтЗ размером 4x25x100 мм;

плакаты - схемы сварочных постов, схемы устройств свароч-

29|

ных аппаратов, типы сварных швов и соединений, техника ручной дуговой сварки, стандарты.

1. Сущность ручной дуговой сварки

30

Для ручной дуговой сварки обычно применяют металлические электроды, состоящие из металлического стержня 8 и покрытия 9 (рис. 8). Плавление электрода и свариваемого металла в процессе сварки осуществляется теплотой электрической (сварочной) дуги 7, горящей между электродом и свариваемым металлом 1. Электро­дный металл в виде капель 10 переходит в жидкую металлическую (сварочную) ванну 4, которая после удаления дуги кристаллизует­ся, образуя сварной шов 2. Образуемая при сварке сварочная дуга является мощным, устойчивым электрическим разрядом в газовой среде.

Сварочная дуга состоит из трех областей: анодной, катодной и столба дуги. При коротком замыкании электрода с деталью проис­ходит разогрев джоулевой теплотой конца электрода и контакти-руемого участка детали. С разогретых участков, в основном с ка­тодной области, начинается эмиссия электронов, которые, сталки­ваясь с молекулами газов и атомами паров металла, вызывают их ионизацию. В результате этого дуговой промежуток становится электропроводным и возникает устойчивая сварочная дуга, темпе­ратура в которой достигает 6000... 12000 °С. Тепловой мощности такой дуги достаточно для плавления металлов.

Металлические стержни электродов изготовляют из сварочной проволоки диаметром 0,3... 12 мм. Длина стержня 250...450 мм. Для сварки сталей ГОСТом предусмотрено 77 марок стальной свароч­ной проволоки.

Покрытие электрода выполняет следующие функции:

1. защищает расплавленный металл сварочной ванны от вред­ного влияния кислорода, азота и водорода воздуха.

2. легирует, т. е. вводит в металл шва химические элементы (кремний, марганец и др.), чтобы придать ему необходимые свой­ства (прочность, твердость и т. д.);

3. раскисляет расплавленный металл сварочной ванны, т. е. уда­ляет кислород из жидкого металла. Окислы металлов, остающиеся в металле шва, снижают его механические свойства;

4. рафинирует расплавленный металл сварочной ванны, т. е. очищает его от серы и фосфора. Повышенное содержание серы и фосфора в металле шва ухудшает его механические свойства;

5. повышает устойчивость горения сварочной дуги (в покры­тии содержатся элементы, обладавшие низким потенциалом иони­зации). Покрытие состоит из порошкообразных материалов, сце­ментированных клеящим раствором. В покрытие входят стабили­зирующие, шлакообразующие, газообразующие, раскисляющие, легирующие и другие вещества.

2. Источники питания сварочной дуги постоянным и переменным током

Для питания сварочной дуги применяют специальные источники тока, отвечающие определенным требованиям:

31

напряжение холостого хода Uхх должно быть достаточным для зажигания дуги, но не превышать значений, безопасных для свар­щиков;

источники питания должны быть снабжены устройствами для регулирования сварочного тока в регламентированных пределах;

источники питания должны иметь заданную внешнюю харак­теристику, согласованную со статической вольт-амперной, харак­теристикой дуги.

Внешняя вольт-амперная характеристика источника тока - это зависимость напряжения на его клеммах U от величины сварочно­го тока /(рис. 9). По виду внешней характеристики источники тока подразделяются на источники тока с крутопадающей, пологопада-ющей, жесткой и возрастающей характеристиками. Некоторые ис­точники при переключении режима работы могут иметь крутопа­дающую и жесткую характеристики (универсальные источники тока). В зависимости от количества постов они могут быть однопо-стовыми и многопостовыми.

ременного тока (сварочные трансформаторы) и источники посто­янного тока (сварочные преобразователи и выпрямители).

Сварочная дуга, являясь потребителем электрической энергии и преобразователем ее в тепловую, образует с источником тока вза­имосвязанную энергетическую систему, работающую в статическом (установившемся) и динамическом (переходном) режимах. Устано­вившийся режим работы системы сварочная дуга - источник тока определяется точкой пересечения внешней вольт-амперной харак­теристики дуги и внешней характеристики источника тока. При этом следует помнить, что сварочная дуга, являясь газовым проводни­ком тока, не подчиняется закону Ома.

В лабораторной работе изучаются однопостовые источники переменного и постоянного тока с крутопадающей характеристи­кой.

Сварочный трансформатор состоит из трансформаторного па­кета с первичной (сетевой) и вторичной (сварочной) обмотками (рис. 10). В конструкции трансформатора предусмотрено переме­щение одной из обмоток относительно другой.

Источники тока с крутопадающей внешней характеристикой используются при ручной дуговой сварке. Пологопадающую харак­теристику имеют источники питания автоматов для сварки под флю­сом. Источники с жесткой и возрастающей внешними характерис­тиками работают совместно с полуавтоматами для дуговой свар­ки в защитном газе.

По роду тока источники делятся на две группы: источники пе-

32

Напряжение дуги принимают равным напряжению на клеммах вторичной обмотки трансформатора:

где U_d - напряжение дуги; U_xx- напряжение холостого хода во вто­ричной обмотке; I - сварочный ток; X - индуктивное сопротивле­ние.

33

Крутопадающая внешняя характеристика трансформатора с уве­личенным магнитных рассеянием создается за счет падения напря­жения на индуктивном сопротивлении. Так, с возрастанием тока в сварочной цепи произведение I² *X² увеличивается (см. формулу (4), а подкоренное выражение уменьшается - напряжение дуги снижа­ется. Величина сварочного тока определяется из выражения (5):

Регулирование сварочного тока осуществляется за счет измене­ния индуктивного сопротивления, значения которого зависят от электрических и геометрических параметров трансформатора:

где со - угловая частота тока; w = 2пv; v - частота тока; W₂ - число витков во вторичной обмотке; а - коэффициент магнитного рассея­ния; Rm - эквивалент магнитного сопротивления потоку рассеяния.

Если учесть, что угловая частота постоянна, а эквивалент меня­ется незначительно, то становится ясно, что индуктивное сопротив­ление зависит от числа витков во вторичной обмотке трансформа­тора и коэффициента магнитного рассеяния. Последний находится в прямой зависимости от расстояния между первичной и вторич­ной обмотками. Таким образом, плавное регулирование сварочно­го тока в этом типе трансформаторов осуществляют за счет сбли­жения или удаления обмоток трансформатора. Ступенчатую регу­лировку тока производят переключением числа витков во вторич­ной обмотке трансформатора.

Сварочный преобразователь состоит из двигателя переменного трехфазного тока и генератора постоянного тока (рис. 11). Круто­падающая внешняя характеристика сварочного преобразователя обеспечивается за счет взаимодействия магнитных потоков обмо­ток независимого и последовательного возбуждения генератора. Названные обмотки включены таким образом, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно. Поэтому напряжение дуги (на клеммах генератора) будет изменяться в зависимости от алгеб­раической суммы магнитных потоков независимого Ф_н и последо-

34

вательного возбуждения генератора Ф_с. В результате при увеличе­нии сварочного тока магнитный поток Ф_с возрастает, а разность Ф_н - Ф_с уменьшается, напряжение на клеммах падает. Регулирова­ние сварочного тока в преобразователе производится за счет изме­нения соотношения магнитных потоков Ф_н и Ф_с, определяемых то­ком и числом витков в обмотке возбуждения. Обычно плавная ре­гулировка осуществляется изменением тока в цепи независимого возбуждения с помощью реостата R. Ступенчатое регулирование выполняется изменением числа витков в последовательной обмот­ке возбуждения.

Сварочный выпрямитель состоит из понижающего трансфор­матора тока 1, дросселя 2, обеспечивающего необходимые динами­ческие характеристики источнику, и блока полупроводниковых вен­тилей 3 (рис. 12).

Наиболее распространены кремниевые вентили. Внешняя харак­теристика выпрямителя определяется зависимостью

где Uхх - напряжение холостого хода выпрямителя. Остальные обо­значения - в формуле (4). Здесь так же, как и в формуле (4), с увели­чением сварочного тока подкоренное выражение уменьшается, на­пряжение дуги падает.

35

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется за счет изменения расстояния между первичными и вторичными обмотка­ми трехфазного трансформатора. Ступенчатая регулировка тока обычно выполняется путем переключения первичных обмоток трансформатора с «треугольника» на «звезду».

Изучение однопостового сварочного преобразователя, транс­форматора или выпрямителя студенты выполняют под руковод­ством учебного мастера. В частности, для преобразователя ПСО-300, для фиксированного тока в обмотке независимого возбужде­ния/последовательно устанавливаются четыре режима работы:

1) холостой ход (электрическая цепь разомкнута);

2) короткое замыкание (режим устанавливается при касании электрода свариваемого изделия);

3. сварка короткой дугой;

4. сварка длинной дугой.

Для каждого режима студенты по вольтметру и амперметру определяют напряжение на клеммах источника тока U и ток в сва­рочной цепи I. Полученные данные заносят в табл. 6 и строят гра­фическую зависимость U=f(I). Для оценки возможности плавного регулирования режима сварки опыт повторяют для другого значе­ния тока в обмотке независимого возбуждения, устанавливаемого с помощью реостата в цепи независимого возбуждения.

После освоения методики определения внешней характеристи­ки сварочного преобразователя студенты самостоятельно проводят

36

опыты по определению внешних характеристик сварочного транс­форматора и выпрямителя. При этом обязательно необходимо ука­зать марку аппарата, выписать его основные технические данные и указать способ регулирования режима сварки.

					Таблица 6
Номер опыта	Измеряемый параметр		Режим работы источника тока
		Холос­той ход	Короткое замыкание	Сварка короткой дугой	Сварка длинной дугой
1	I,А
	U,В
2	I,А
	U,В