книги из ГПНТБ / Громадский, Б. В. Водолаз - сварщик - резчик учебное пособие

щетка снимает ток всегда только с одной стороны рам­ ки. Так, например, верхняя щетка снимает ток только с- той стороны рамки, которая находится в данный моментнаверху, т. е. ток в ней будет всегда направлен в одну* сторону. На практике вместо двух полуколец использу­ ется множество пластин, образующих коллектор.

Электрический ток, величина и направление которо­ го не изменяются с течением времени, называется п о- с т о я н н ы м током.

Трансформаторы

Трансформатор представляет собой устройство, пред­ назначенное для преобразования переменного тока од­ ного напряжения в переменный ток другого напряже­ ния. Трансформатор (рис. 10) состоит из сердечника 1 (обычно замкнутой формы), изготовленного из специ­ альной трансформаторной стали, и двух не соединенных

магнитный поток, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в них электродвижущую силу. Э.д.с. электромагнитной индукции, возникающая вовторичной обмотке, пропорциональна числу витков & ней, и поэтому, изменяя это число витков, можно изме­ нять в широких пределах напряжение на выходе транс­ форматора.

Трансформаторы применяются как для повышения,

30

Г л а в а IV

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРОЧНАЯ ДУГА И ЕЕ СВОЙСТВА

Знание процессов, протекающих в электрическом сварочной дуге, дает возможность влиять на устойчи­ вость горения дуги и ее производительность, а также — на форму и качество шва. Знание свойств дуги также важно для выбора способа сварки и источника свароч­ ного тока при сварке различных металлов.

Основные понятия об электрической сварочной дуге

Э л е к т р и ч е с к о й с в а р о ч н о й д у г о й назы­ вается длительный мощный разряд электричества, обра­ зующийся в газовой среде между концом электрода и свариваемым изделием, находящимися под электриче­ ским напряжением.

Все газы, в том числе и воздух, — 'диэлектрики, но при определенных условиях они становятся проводника­ ми. В обычном состоянии молекулы газа нейтральны: значит, нет свободных зарядов, которые при своем дви­ жении могли бы создать электрический ток. Однако под влиянием внешних причин (действие электрического по­ ля, высокие температуры и т. д.) может происходить ио­ низация газов. В них появляется большое количество свободных электронов и положительных ионов. В этих

.32

условиях под действием внешнего электрического поля в газах возникает электрический ток.

Газ становится электропроводным. Положительные ноны устремляются к отрицательному полюсу источника тока (катоду), а свободные электроны •— к положитель­ ному (аноду). Чем больше электронов и ионов движется в газе, тем выше ионизация газа и его электропровод­ ность. Электрически заряженные частицы вещества явля­ ются переносчиками электрической энергии в среде ио­ низированного газа. Ионизируется дуговой промежуток в основном свободными электронами, выбрасываемыми катодом, которые при соударениях с атомами и молекула­ ми газа выбивают из них электроны, превращая части­ цы в положительные или отрицательные ионы, способ­ ные проводить электрический ток.

Если катод постепенно приближать к аноду, т. е. сближать концы разомкнутой электрической цепи, нахо­ дящейся под напряжением, то при каком-то определен­ ном наименьшем расстоянии между ними будет проска­ кивать электрическая искра, которая является электри­ ческим разрядом через воздушный промежуток. Следова­ тельно, электрическая дуга представляет собой мощный поток отрицательных и положительных ионов, движу­ щихся между двумя электродами — катодом и анодом.

Распределение тепла в сварочной дуге. Полярность

Горение сварочной дуги сопровождается ярким све­ чением и выделением большого количества тепла В электрической сварочной дуге между отрицательным электродом и положительным электродом, каким явля­ ется свариваемый металл, расположена наиболее важ­ ная часть дугового разряда — столб дугового разряда.

Столб дуги имеет коническую или сферическую фор­ му и ослепительно ярко светится, имея температуру по­ рядка 6000°. Столб окружен раскаленным пламенем или ореолом дуги, имеющим значительные размеры. Пламя образуется парами металла и обмазки, поступающими

•из столба и постепенно охлаждающимися по мере уда­ ления от оси столба.

Температура п количество выделяемого Тейла свароч­ ной дуги распределяется неравномерно по ее длине. Ос­ новное количество тепла дуги выделяется в катодной и анодной зонах. Температура дуги на конце металличе­ ского электрода (минусе) достигает 2400° (выделяется тепла около 36%), на свариваемой детали (плюсе) — 2600“ (выделяется тепла прймерно 43%), в центре стол­ ба дуги температура достигает 6000—7000° (выделяет­ ся тепла 21%), В центре дуги выделяется меньше теп­ ла за счет расхода его на испарение расплавленного ме­ талла и покрытия электрода и частично теряемого в ок­ ружающую среду.

При сварке только около 60—70% тепла использу­ ется на полезное нагревание и расплавление металла. Остальное тепло рассеивается. Следует заметить, что дуга дает весьма сосредоточенный нагрев металла. Вследствие этого уже на расстоянии нескольких санти­ метров от сварочной дуги свариваемое изделие остает­ ся сравнительно мало нагретым.

Для того чтобы свариваемое или разрезаемое изде­ лие, имеющее большую массу, чем электрод, получало больше тепла, электрод присоединяют к минусовому контакту сварочного генератора, а свариваемое изделие к плюсовому контакту сварочного генератора. Такое сое­

тельному полюсу сварочного генератора, а изделие к

Прямая полярность применяется при производстве электродуговой, электрокислородной резки металлов, а также при сварке толстых металлов. Обратная поляр­ ность — при сварке тонких металлов, цветных метал­ лов и чугуна.

При выборе полярности следует руководствоваться данными, нанесенными на упаковке электродов органи­ зацией, которая разработала обмазку электродов, так как распределение тепла на полюсах зависит от соста­ ва и качества обмазки электродов.

При ведении сварки на .переменном токе полярность не соблюдается, ибо направление тока меняется 100 раз в секунду, и, следовательно, полярность практически от-

34

температура и степень ионизации дугового промежутка. Электропроводимость промежутка падает, а дуга может погаснуть. Для увеличения устойчивости горения дуги электрод покрывают специальной обмазкой, пары кото­ рой увеличивают ионизацию дугового промежутка.

Для стабильного горения дуги необходимо поддер­ живать постоянство ее длины, так как чрезмерное уко­ рочение дуги может вызвать замыкание электрода, а удлинение — обрыв дуги, что ухудшает качество шва'.

В установившейся сварочной металлической дуге (рис. 11) конец электродного стержня и поверхность из­ делия расплавлены так, что дуга горит между жидкими

Рис. II. Схема электрической свароч­ ной дуги:

1 — металлический стержень элек­ трода; 2 — толстая обмазка; 3 — шлаковая защита; 4 — газовая за­ щита; 5 — шлак; 6 — наплавленный металл; 7 — глубина провара; 8 — кратер; 9 — сварочная ванна; 10 — длина дуги; 11 — основной металл

электродами. Расплавленная поверхность основного ме­ талла, где происходит сплавление металла электрода с основным металлом, представляет собой с в а р о ч н у ю в а н н у 9.

Углубление, образующееся в жидком металле, назы­ вается к р а т е р о м 8. Размер кратера зависит от диа­ метра электрода и величины тока. Между дном крате­

изделия под действием тепла дуги, называется глуби-'

3 6

провара. Длина дуги, не превышающая диаметр элек­ трода, называется короткой, она горит устойчиво. Если длина дуги больше диаметра электрода, она называет­ ся длинной, и горение ее происходит менее устойчиво. Обычно длина дуги должна быть в пределах от 0,5 до 0,8 диаметра электрода. Напряжение дуги зависит от ее длины. При короткой дуге напряжение будет значи­ тельно ниже, чем при длинной, а сила тока останется неизменной.

Перенос металла с электрода в сварочную ванну

Перенос металла с электрода в сварочную ванну происходит в виде капель разного диаметра, причем, независимо от положения шва в пространстве, капли все­ гда переходят с электрода на изделие.

Отрыв и перенос капель в дуге зависят от силы тя­ жести, действующей на каплю, силы поверхностного натяжения жидкого металла, от электромагнитных сил и отравления образующихся газов внутри капли.

Сила тяжести способствует переносу капли в свароч­ ную ванну в нижнем положении, когда поверхность из­ делия горизонтальна, и перенос металла с электрода на изделие происходит сверху вниз, но оказывает противо­ действие ее переносу при потолочной и вертикальной сварке. Сила поверхностного натяжения (межмолеку­ лярное притяжение) стремится придать капле форму ша­ ра, способствует слиянию капли с жидким металлом ван­ ны, а также удержанию жидкого металла ванны от вы­ текания при сварке в потолочном и вертикальном поло­ жениях. Электромагнитные силы оказывают на поверх­ ность электрода и каплю сжимающее действие, способст­ вуют отрыву капли от электрода и переносу ее на изде­ лие. Вместе с этим в образующемся перешейке между каплей и электродом вследствие увеличения сопротивле­ ния при прохождении тока выделяется большое количе­ ство тепла, вызывающее перегорание перешейка и воз­

никновение дополнительных сил, толкающих каплю к изделию.

Схема образования капли и переноса металла в ду­ ге представлена на рис. 12. В первый момент горения

37

дуги происходит расплавление торца электрода и метал­ ла изделия (рис. 12,а). Затем расплавленный металл собирается на конце электрода и принимает каплевид­ ную форму с тонкой шейкой (рис. 12,6). В месте обра­ зования шейки плотность тока увеличивается, металл разогревается, шейка делается все тоньше и под дейст­ вием силы тяжести касается сварочной ванны, на мгно-

шает качество сварного шва. Дуга горит неравномерно, «блуждает» по поверхности изделия, что приводит к раз­ брызгиванию жидкого металла (потерям его) и ухудша­ ет формирование сварного шва.

Действие магнитного поля на сварочную дугу

При прохождении электрического тока через элек­ трод и сварочную дугу возникает электромагнитное по­ ле. Электромагнитное поде также возникает и вокруг

3S