Лабораторна робота №3
Ручне електродугове зварювання металів
Мета роботи: ознайомитися з основними відомостями про ручне електродугове зварювання металів плавким електродом, вибрати режим зварювання, отримати зварне з'єднання та перевірити його якість.
Теоретичні відомості
За допомогою різних методів зварювання виготовляють каркаси будинків і мости, морські та річкові судна, залізничні вагони і автомобілі, резервуари для збереження нафти і трубопроводи та інші конструкції. Надзвичайно широко зварювання використовується при різноманітних ремонтних роботах.
Сутність способів дугового зварювання
Одержання нероз’ємного з’єднання шляхом місцевого нагрівання або тиску називається зварюванням. Історично першим є ковальське (горнове) зварювання. Воно здійснюється стисканням між собою двох нагрітих металевих заготовок ковальським молотом.
Електродугове зварювання - технологічний процес отримання нероз’ємних з’єднань, при якому нагрівання та плавлення металу здійснюється дуговим розрядом, що виникає між зварювальним електродом і виробом, що зварюється.
Енергію, необхідну для виникнення та підтримання дугового розряд, отримують від джерел живлення постійного і змінного струму. При використанні постійного струму розрізняють зварювання на прямій та зворотній полярності. При зварюванні на прямій полярності зварювальний електрод приєднується до клеми «мінус» і служить катодом, а виріб - до клеми «плюс»; при зварюванні на зворотній полярності зварювальний електрод приєднується до клеми «плюс» і служить анодом, а виріб - до клеми «мінус».
Джерелом теплоти при дуговому зварюванні є електрична дуга, що горить між двома електродами, при цьому часто один електрод являє собою заготовку, що зварюється - така дуга називається дугою прямої дії. Якщо дуга горить між двома електродами, жоден з яких не є заготовкою - то така дуга називається непрямою опосередкованою, і при такому зварюванні виріб не приєднується до електричного ланцюга.
В залежності від матеріалу та кількості електродів, а також способу ввімкнення електродів і заготовки в ланцюг електричного струму, розрізняють наступні схеми дугового зварювання :
1. Зварювання неплавким електродом 1 (вугільним або вольфрамовим) дугою прямої дії 2 (рис. а), при якій 3‘єдкання виконується шляхом розплавлення основного металу 3 або основного та допоміжного, так званого присадного металу 4.
2. Зварювання плавким (металевим) електродом 1 дугою прямої дії
2 (рис. б) з одночасним розплавленням основного металу З і електрода, що поповнює зварювальну ванну рідким металом. Цим способом виконується близько 99 % усіх зварювальних робіт, із них до 80 % - при змінному струмі. 3. Зварювання непрямою дугою 5 (рис. в), що горить між двома електродами 7, як правило, неплавкими. При цьому основний метал
З нагрівається і розплавляється теплотою стовпа дуги.
4. Зварювання трифазною дугою 6 (рис. г), при якому дуга горить як між електродами 1, так і між кожним електродом та основним металом 3.
Електрична дуга та її властивості
Дуга - потужний стабільний електричний розряд в іонізованій атмосфері газів і парів металу. Іонізація дугового проміжку відбувається під час запалювання дуги та безперервно підтримується в процесі її горіння. Процес запалювання дуги в більшості випадків складається з трьох етапів
а) короткого замикання електрода на заготовку;
б) відрив електрода від заготовки на відстань 3...6 мм;
в) утворення стійкого дугового розряду.
Коротке замикання (рис. а) виконується для розігрівання торця електрода 1 і заготовки 2 в зоні контакту. Після відведення електрода (рис. б) з його розігрітого торця (катода) під дією електричного поля починається емісія електронів 3. Зіткнення електронів, які швидко рухаються у напрямку анода, з молекулами газів і парів металу призводить до появи іонів 4. В наслідок цього дуговий проміжок стає електропровідним і через нього проходить електричний розряд. Процес запалювання дуги закінчується утворенням стійкого дугового розряду (рис. в). Можливе запалювання дуги без короткого замикання та відриву електрода - за допомогою високочастотного електричного розряду через дуговий проміжок, що забезпечує його первинну іонізацію. Для цього в зварювальний ланцюг на короткий час підключається джерело високочастотного змінного струму високої напруги (осцилятор). Цей спосіб застосовують для запалювання дуги при зварюванні неплавким електродом.
Електрична дуга - це концентроване джерело теплоти з високою температурою. Температура стовпа дуги б сягає 6000...7000° С, а температура катодної 5 і анодної 7 плям (рис. в) сталевих електродів відповідно 2400° С та 2600° С.
Джерела зварювального струму
Для живлення дуги використовують джерела змінного струму - зварювальні трансформатори - і джерела постійного струму - зварювальні генератори (перетворювачі) та випрямлячі. Джерела струму для живлення зварювальної дуги повинні мати спеціальну зовнішню характеристику. Зовнішньою характеристикою джерела називається залежність напруги на його вихідних клемах від струму в електричному ланцюзі. Зовнішня характеристика може бути: падаючою, похило падаючою , жорсткою та зростаючою.
Джерела струму обирають в залежності від статичної вольт-амперної характеристики дуги, яка відповідає вибраному способу зварювання. Зовнішня характеристика джерел струму для ручного дугового зварювання стальним електродом повинна бути падаючою для полегшення запалювання та стійкого горіння. Це пояснюється тим, що в момент запалювання дуги під час короткого замикання між зварювальним електродом і виробом, що зварюється, опір зварювального ланцюга падає майже до нуля, а зварювальний струм значно підвищується навіть при малій напрузі.
ля обмеження сили струму короткого замикання необхідно, щоб зі збільшенням струму напруга на клемах джерела струму зменшувалась. Ця вимога і забезпечується використанням джерела струму з падаючою зовнішньою характеристикою.
Режим горіння дуги визначається точкою перетину характеристик дуги і джерела струму. Точка С відповідає режиму стійкого горіння дуги. При випадковому збільшенні струму зварювання понад початкове значення Ізв. напруга джерела струму зменшиться, що автоматично призведе до зменшення сили струму до початкового значення. Зі зменшенням сили струму, навпаки, напруга збільшиться, що призведе до підвищення сили струму.