- •Конспект лекций по курсу Металловедение и сварка Для специальности
- •Введение
- •1. Основы металловедения
- •1.1. Общие представления о строении металлов
- •1.1.1. Общие сведения
- •1.1.2. Понятие о плавлении и кристаллизации металлов и сплавов
- •1.1.3. Строение слитка
- •1.2. Структурное строение металлов
- •1.3. Полиморфизм (аллотропия)
- •1.4. Реальное строение металлов
- •1.4.1.Точечные дефекты
- •1.4.2. Линейные дефекты
- •1.5 Диаграмма прочность – плотность дефектов
- •1.6 Строение сплавов
- •1.7 Твердые растворы
- •1.8 Химические соединения
- •1.9 Механические смеси
- •1.10 Правило фаз (закон Гиббса)
- •1.11 Правило обрезков или правило рычага
- •1.12 Диаграмма состояния 1-го рода для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов
- •1.13 Диаграмма состояния 2-го рода для сплавов с полной растворимостью компонентов в твердом и жидком состоянии
- •1.14 Диаграмма состояния 3 рода для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •1.15 Диаграмма состояния 4 рода сплавов образующих химические соединения
- •1.16 Диаграммы состояния системы с наличием полиморфного превращения
- •1.17 Связь между типом диаграммы состояния и свойствами сплавов
- •2. Железо и его соединение с углеродом
- •2.1 Диаграмма состояния Fe – цементит (метастабильная)
- •2.2 Классификация сталей
- •3 Физико-механические свойства материалов
- •3.1 Общие сведения
- •3.2 Определение механических свойств при растяжении
- •3.3 Ударная вязкость
- •3.4 Твердость материалов
- •3.4.1 Статические методы определения твердости
- •3.4.2 Динамические методы определения твердости
- •4. Сварка
- •4.1 Классификация способов сварки
- •4.2 Сварные соединения
- •4.2.1 Основные типы сварных соединений
- •4.2.2 Условные изображения и обозначения швов сварных соединений
- •4.3 Расчет сварных соединений на прочность
- •4.4 Понятие о свариваемости
- •4.5 Сварочные материалы
- •4.5.1 Проволока стальная сварочная
- •4.5.2 Порошковая проволока
- •4.5.3 Стальные покрытые электроды
- •4.54 Сварочные флюсы
- •4.5.5 Газы для сварки
- •4.5.6 Сварочные материалы для сварки арматурных и закладных изделий
- •4.6 Источники питания сварочной дуги
- •4.6.1 Свойства электрической сварочной дуги
- •4.6.2 Электрические характеристики источников питания
- •4.6.4 Требования к источникам питания
- •4.6.5 Классификация источников питания
- •4.6.6 Обозначение источников питания
- •4.6.7 Сварочные трансформаторы
- •4.6.3 Регулирование силы сварочного тока в трансформаторе
- •4.6.8 Сварочные генераторы
- •4.6.9 Сварочные выпрямители
- •4.6.10 Классификация сварочных полуавтоматов
- •4.6.12 Конструктивные особенности основных узлов сварочных полуавтоматов
- •4.6.13 Инструменты и приспособления сварщика
- •4.6.14 Обслуживание сварочного оборудования
- •5. Контроль сварных соединений
- •5.1 Дефекты сварных соединений
- •5.2 Методы контроля сварных швов
- •5.2.1 Внешний осмотр и измерения
- •5.2.2 Контроль аммиаком
- •5.2.3 Капиллярная дефектоскопия
- •5.2.4 Радиационная дефектоскопия
- •5.2.5 Ультразвуковой метод контроля
- •5.2.6 Магнитный метод дефектоскопии
- •5.2.7 Магнитографический метод контроля
- •5.2.8 Контроль плотности соединений
- •5.2.9 Методы контроля с разрушением сварных соединений
- •5.3 Устранение дефектов сварки
- •5.4 Последствия дефектов сварки
- •Литература
- •Приложение а – Выбор электродов
- •Приложение б – Выбор проволоки при сварке закладных изделий
- •Приложение в – Выбор проволоки для монтажных соединений
4.6 Источники питания сварочной дуги
4.6.1 Свойства электрической сварочной дуги
Электрическая сварочная дуга представляет собой мощный электрический разряд, происходящий в воздушной среде между электродом и свариваемым изделием.
В обычных условиях воздух не является проводником электрического тока, но при наличии в нем электрически заряженных частиц (электронов) становится электропроводным. Электроны сталкиваются в воздушном промежутке с молекулами и атомами газов воздуха, ударяются о них и, добавляя или отнимая отрицательный заряд, превращают их в отрицательные или положительные частицы – ионы. Процесс образования электрически заряженных частиц в среде газов называется ионизацией.
Ионизация воздушного промежутка обеспечивает условия для протекания через него электрического тока и образование дугового разряда. Зажигание дуги производится замыканием электрода на изделие (короткое замыкание). При этом достигается быстрый разогрев до высоких температур конца электрода, в результате чего с его поверхности вылетает поток свободных электронов. При последующем отводе конца электрода от изделия электроны под действием электрического поля ускоряют свое движение, вызывая ионизацию воздушного промежутка и возникновение дугового разряда. Чем быстрее перемещаются электроны, тем скорее возникает ионизация и зажигание дуги. Силой, способной придать электронам большую скорость, является напряжение между полюсами. Поэтому в начальный период напряжение должно быть выше того, которое необходимо в период нормального горения дуги.
Дуга состоит из раскаленного участка на конце электрода (отрицательного полюса дуги при прямой полярности), называемого катодным пятном, газового столба и сильно раскаленной зоны положительного полюса дуги, называемой анодным пятном. Катодное пятно является источником излучения свободных электронов (место выхода электронов из электрода). Газовый столб - это участок, где происходит перемещение электронов и ионов. Анодное пятно - место входа электронов. В результате ударов потока электронов на аноде выделяется наибольшее количество тепла. Неравномерным распределением тепла в дуге постоянного тока пользуются для регулирования скорости плавления основного или электродного металла, подсоединяя их соответственно к катоду (минус) или аноду (плюс) сварочной цепи.
Поверхность анодного пятна имеет форму вогнутой сферы (чаши), которая называется кратером. Сварочная дуга окружена ореолом пламени, состоящим из газообразной смеси паров металла и продуктов реакций с окружающей газовой средой.
Электрическая дуга является мощным концентрированным источником тепла. Температура дуги достигает 6 000оС – 8 000оС. Для дуги постоянного тока возможна сварка на прямой (минус на электроде) и обратной (плюс на электроде) полярности.
При питании дуги переменным током катодное и анодное пятна меняются местами 100 раз в секунду. При изменении полярности ток проходит через нулевое значение и дуга в этот момент угасает. Вследствие этого дуга на переменном токе горит менее устойчиво, чем на постоянном. Для повышения устойчивости дугового разряда при работе на переменном токе в состав электродных покрытий вводится достаточное количество стабилизирующих компонентов (вещества, содержащие калий, натрий, кальций), облегчающих возбуждение и повышающих устойчивость горения дуги. Кроме того, источники переменного тока, используемые для сварки, имеют более высокое напряжение холостого хода, чем источники дуги постоянного тока.