82. Строение сварочной дуги. Физические процессы, падение напряжения и мощности в отдельных областях дуги.

Электрическая дуга - длительный электрический разряд в газах при нормальном атмосферном давлении. В обычных условиях и газы, и воздух, состоящий из кислорода и азота, не проводят электрический ток. Чтобы воздух стал проводником электрического тока, необходимо его ионизировать в промежутке между электродами.

При обычных условиях в воздушном промежутке очень мало ионов и электронов, поэтому он и является непроводником. Чтобы сделать воздух проводником, существует несколько способов. Однако при сварке в большинстве случаев ионизация происходит за счет очень сильного разогрева воздуха. При соприкосновении двух металлических электродов, присоединенных к источнику тока, в месте контакта происходит интенсивное выделение тепла, при этом нагреваются как концы электродов, так и окружающий воздух.

Известно, что с повышением температуры увеличивается скорость движения свободных электронов, которые всегда имеются в металле. Наконец, скорость их достигает такой величины, что они вылетают в воздушный промежуток. Встречая здесь на своем пути молекулы и атомы воздуха, они расщепляют их, выбивая из них электроны. Эти атомы превращаются в ионы и свободные электроны. Промежуток ионизировался. Если теперь развести электроны на небольшое расстояние, то движение этих заряженных частиц упорядочится: положительные будут двигаться к катоду, отрицательные – к аноду. В момент зажигания дуги воздушный промежуток еще мало ионизирован, поэтому для усиления ионизации требуется повышенное напряжение. В дальнейшем для поддержания и горения дуги требуется уже более низкое напряжение.

Вдуге различают три области: катодную, анодную и столб дуги. Схема сварочной дуги приведена на рис.1. Катодная область расположена в непосредственной близости от катода. В этой области происходит выход электронов из металла электрода. В анодной области, которая находится вблизи анода, электроны, движущиеся от катода, попадают на анод.

В столбе дуги происходит ионизация газов и движение электрических зарядов. Напряжение, которое необходимо для поддержания дуги, зависит от материала электрода, длины дуги и рода газа, в котором горит дуга.

83. Принципы расчета сварных соединений. Предельное состояние. Нормативные и расчетные сопротивления. Допускаемые напряжения и усилия.

При оценке несущей способности конструкции проектант принимает упрощенную схему напряженного состояния без учета концентрации напряжений. Расчет ведется на определение допускаемого усилия по разрушающему напряжению σ_В либо по напряжению вызывающему текучесть металла σ_Т, и соответствующим коэффициентам запаса прочности.

Согласно СНиП оценка несущей способности конструкций и соединений производится по предельным состояниям. Строительные конструкции следует рассчитывать на силовые воздействия по методу предельных состояний, при которых конструкция перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям при изготовлении. Предельные состояния подразделяют на две группы. К первой группе, относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; хрупкое, вязкое, усталостное или иного характера разрушение и др. Ко второй группе относятся предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или снижающие их долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, углов поворота), колебаний, трещин.

В строительных организациях в основу расчета по методу предельного состояния положены нормативные сопротивления (R), значения которых определяются отношением σ_Т к коэффициенту надежности материала (кн). Для низкоуглеродистых сталей нормативное сопротивление определяется как R≈0,9σ_T. При расчете по этому методу находится величина допускаемых усилий в элементах. Допускаемые усилия находятся с учетом коэффициента надежности материала (кн) и коэффициента условий работы (т), учитывающего специфический характер работы конкретных объектов. Допускаемые усилия для элемента при продольной силе определяют по формуле , где F – площадь сечения. Расчетное усилие должно быть меньше или равно Nдоп. Допускаемый момент при изгибе определяется по формуле, где W – момент сопротивления сечения.

В основу расчета машиностроительных конструкций и соединений положены допускаемые напряжения, которые устанавливаются в зависимости от следующих факторов: свойства материалов; степень точности расчета на прочность; род усилий; качество технологического процесса; характер нагрузок. Допускаемые напряжения при растяжении [σ]р обычно понимают как основные. При статических нагрузках, как правило, допускаемые напряжения назначаются в зависимости от предела текучести σТ и определяются соотношением , где к1 = 1,3 – 1,5 – коэффициент запаса прочности. В зависимости от предела прочности допускаемые напряжения назначаются по зависимости, где к2 = 2 – 2,4 – коэффициент запаса прочности.

Допускаемые напряжения при различных видах усилий определяются как производные от [σ]р. При сжатии длинных элементов , где φ – коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости сжатого элемента. При срезе допускаемые напряжения на основании теории прочности, определяются из соотношения. При работе под переменными нагрузками допускаемые напряжения определяются по зависимости, где- коэффициент понижения допускаемых напряжений при переменных нагрузках по сравнению со статическим нагружением.

Допускаемые напряжения в швах машиностроительных конструкций устанавливаются в зависимости от допускаемых напряжений основного металла. Это положение позволяет проектировать сварные соединения, равнопрочные основному металлу, не производя определения величины усилий, действующих на них, кроме того, нет необходимости учитывать переменные величины, влияющие на выбор коэффициентов запаса прочности конструкции.