ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ»
А.А. Трофимов основы сварки
Санкт-Петербург
2007
Рецензент:
кандидат технических наук, доцент
Ю.К. Лопарев
Трофимов А.А.
Основы сварки: лабораторный практикум, учебное пособие. – СПб.: СПГУВК, 2007. - 84 с.
Учебное пособие содержит общие положения по отдельным разделам технологии сварки плавлением и уделено внимание практической части по усвояемому разделу.
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения, специальностей 180101.65 Кораблестроение, 180103.65 Судовые энергетические установки и 180403.65 Эксплуатация судовых энергетических установок, изучающие дисциплину «Основы сварки».
Санкт - Петербургский государственный
университет водных коммуникаций, 2007
Общие положения
Важную роль в освоении предмета студентами играет непосредственное закрепление полученных знаний на практике. Это касается теоретических положений, которые в первую очередь влияют на выбор технологии сварки. Подбор тем проведен с учетом краткого изложенного курса лекций и предполагает активное включение студентов в процессе накопления знаний и элементарных навыков по разработке технологии сварки металлов.
В каждом разделе изложены теоретические материалы, которые далее закрепляются в разработке отдельных операций или рекомендаций по технологии сварки и реализуются путем выполнения отдельных характерных операций при сварке металлов.
Свойства электрической сварочной дуги
1. Цель и содержание работы
Цель работы: практическое ознакомление со свойствами электрической сварочной дуги постоянного и переменного тока. Установить связь между свойствами дуги ее технологическими возможностями.
Содержание работы: изучение строения дуги, условия ее горения. Влияние условий горения дуги на ее технологические возможности. Практически опробовать различные способы повышения устойчивости горения дуги.
2. Основные сведения
Электрическая сварочная дуга – это мощный длительно существующий дуговой заряд в смеси газов и паров между находящимися под напряжением электродами. Отличительная особенность – низкое катодное напряжение и высокая плотность тока.
Сварка может выполняться на постоянном или переменном токе. При постоянном токе различают сварку на прямой полярности: катодом является электрод, а анодом – изделие (= -), и на обратной полярности анод – электрод, катод- изделие (= +).
2.1 Строение электронной дуги
Схема дуги постоянного тока прямой полярности приведена на рис.1 (электрод и изделие приняты неплавящимися).
Рис 1. Схема строения сварочной дуги и падения напряжения в дуге.
l- столб дуги, 2- катодное пятно, 3- прикатодная область, 4 – прианодная область, 5- анодное пятно, 6- пламя/ореол/дуги, 7 – сварочная ванна; dк – диаметр катодного пятна, dа – диаметр анодного пятна, dэ – диаметр электрода, lк и lа – длина прикатодной и прианодной областей, lст – длина столба дуги, lg – длина дуги, Ug - падение напряжения в дуге.
Дуга имеет форму конуса, расширяющегося от катода к аноду и состоит из трех зон: катодного пространства, столба дуги и анодного пространства. Площадь анода, через которую проходит ток дуги, называется анодным пятном. Последнее значительно больше катодного пятна и при обратной полярности занимает всю поверхность торца электрода.
Длину дуги можно разделить на длину катодной зоны, примерно равную 10-4 мм; длину анодной зоны lк, примерно равную 10-3 мм и длину столбца дуги lст.
Катодное пятно является источником излучения свободных электронов, т.е. его температура близка к температуре кипения металла электрода (для железа 35000С).
Анодное пятно место входа и нейтрализации свободных электронов. В результате ударов потока электронов на аноде выделяется значительно больше тепла, чем на катоде. Поверхность анодного пятна имеет форму вогнутой сферы, которая называется кратером, и температура его несколько выше катодного пятна.
Столб дуги – это участок дуги, имеющий температуру 40000 ÷ 140000К в котором происходит перемещение электронов и ионов.
Общее падение напряжения дуги складывается из падения напряжений в отдельных ее зонах
Ug = Uк +Uст +Uа
где : Ug – общее падение напряжения дуги в вольтах; Uк ,Uст ,Uа – падения напряжения соответственно в катодной, анодной зонах и в столбе дуги в вольтах.
Так как падение напряжения в анодной и катодной зонах невелико: Uк = 6…8 В, Uа = 2…3 В, то подаваемого напряжения от внешнего источника расходуется на преодоление сопротивления столба дуги электрическим током.
Поэтому в дуге, горящей между плавящимися электродами, при неизменном токе напряжение, потребляемого дугой, прямо пропорционально ее длине.
Ug = a+b∙l ст
где: а – const, равная сумме катодного и анодного падения напряжений, для одних и тех же условий сварки; b – const, равная величине напряжения, приходящегося на один мм длины столба дуги.