Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Архив ZIP - WinRAR / М.У. Свойства сварочной дуги - 2005.doc
Скачиваний:
32
Добавлен:
01.04.2015
Размер:
194.56 Кб
Скачать

КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ»

УТВЕРЖДАЮ

ПЕРВЫЙ ПРОРЕКТОР

ПАТРУШЕВ А.А.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ

«СВОЙСТВА СВАРОЧНОЙ ДУГИ»

Для студентов 2 курса

Факультет ТС в АПК

по специальности 03 05 00.01 Профессиональное обучение (агроинженерия)

Челябинск

2006

СВОЙСТВА СВАРОЧНОЙ ДУГИ

Цель работы: изучить форму дугового разряда между угольным электродом и графитовой пластиной в зависимости от рода и полярности тока, исследовать влияние состава покрытия на устойчивость горения сварочной дуги.

Оснащение рабочего места

  1. Выпрямитель сварочный - ВД - 306У3.

  2. Трансформатор сварочный - ТД - 300.

  3. Установка для наблюдения формы дуги и определения ее обрывной длины.

  4. Электроды со стандартным и исследуемым (сода - Na23, мел - СаСО3, поташ - К2СО3) покрытиями диаметром 4 мм.

  5. Угольный электрод.

  6. Графитовая пластина.

  7. Плакат «Схема строения сварочной дуги».

Основные положения

В обычных условиях (дуговой) промежуток между электродом и свариваемой поверхностью (деталью), заполненный нейтральными молекулами газов, не проводит электрический ток. Для зажигания дуги необходимо ионизировать эти молекулы, т.е. создать положительно и отрицательно заряженные ионы, движение ионов и электронов под влиянием электрического поля (разности потенциалов) и создать ток в дуговом промежутке, т.е. сварочная дуга является проводником 2-го рода (с ионной проводимостью).

Ионизация дугового промежутка возникает под действием испускаемых катодом электронов (рис. 1).

Столб дуги состоит из большого количества заряженных частиц–электронов и ионов (плазма), которые под действием электрического поля перемещаются с большой скоростью по направлению к аноду и катоду (см. рис. 1).

Двигаясь, электроны (Э1) при соударении с нейтральными атомами (А) выбивают из их оболочек электроны (Э2) и продолжают движение к аноду. Атом, потерявший электроны, становится положительно заряженным ионом и движется к катоду. Процесс носит лавинообразный характер, сопровождается освобождением большого количества энергии, падением напряжения и сильным разогревом катода. Аналогичное явление наблюдается в анодной области.

Поскольку электроны рассеиваются больше, чем положительно заряженные ионы, площадь анодного пятна в 2-2,5 раза больше катодного (рис. 1). Это учитывается при сварке в тех случаях, когда нежелательно перегревать свариваемое изделие (например, тонкие и небольшие изделия; алюминий, чугун - они свариваются, как правило, на обратной полярности, т.е. когда на электроде «+», а на детали «-»; прямая полярность, когда на электроде «-», на детали «+»).

При переменном токе частоты 50 Гц полярность меняется 100 раз в секунду и активные пятна получаются равноценными.

Для повышения ионизирующей способности электрода в его покрытие вводят элементы, имеющие более низкий потенциал ионизации, чем у железа.

Рисунок 1 - Строение сварочной дуги

1 – основной металл; h – глубина проплавления ванны, мм;

2 – анодное пятно; S – толщина свариваемой детали, мм;

3 – анодная область; Uк – напряжение катода, В;

4 – газовый столб дуги; Uст – напряжение газового столба дуги, В;

5 – катодная область; Uа – напряжение анода, В;

6 – катодное пятно; Uд – напряжение дуги, В;

7 – покрытие электрода; lд – длина дуги, мм.

8 – металлический стержень электрода.

Потенциалом ионизации называется энергия, необходимая для отрыва электрона от нейтрального, невозбужденного атома, измеряется в электрон – вольтах, эВ.

Чем ниже потенциал ионизации атома или молекулы, тем легче можно образовать из этих частиц положительный ион и электрон. К таким элементам (имеющим относительно низкий потенциал ионизации) относятся щелочные и щелочноземельные металлы: натрий, калий, кальций и т.д. Обычно в покрытие вводят их соли (Na2CO3 - сода; К2СО3 - поташ; СаСО3 - мел). Испаряясь с раскаленного электрода, они проникают в дуговой промежуток, снижая так называемый эффективный потенциал ионизации и облегчая дуговой разряд (табл. 1).

Дуга при этом может «растягиваться», не отрываясь, так как если не хватает энергии на ионизацию паров железа, то ее будет достаточно для ионизации паров Na, К, Са и т. д.

Таблица 1 - Потенциалы ионизации металлов

Элемент

К

Са

Fe

Потенциал ионизации, эВ

4,339

5,138

6,111

7,896

Порядок выполнения работы и содержание отчета

  1. Усвоить основные положения по работе и записать:

  • что такое дуговой разряд, условия его образования и устойчивого горения;

  • зарисовать формы дугового разряда;

  • что понимается под обрывной длиной дуги;

  • практическое применение сварки на прямой и обратной полярности.

  1. После проведения экспериментов по определению формы дугового разряда и обрывной длины дуги, занести результаты в таблицу, построить график зависимости обрывной длины дуги от потенциала ионизации и сделать выводы по полученным результатам.

Таблица 2 – Результаты эксперимента

Материал покрытия

Обрывная длина дуги, мм

Потенциал ионизации элемента, эВ

Непокрытый электрод

7,896

Мел (СаСО3)

6,111

Сода (Nа2СО3)

5,138

Поташ (К2СО3)

4,339

Покрытый электрод

марки:

  1. Определить влияния полярности на интенсивность расплавления электрода (скорость его оплавления):

  • установить «прямую» полярность, т.е. «-» на электроде, «+» на детали;

  • вставить электрод в электрододержатель, предварительно замерив его первоначальную длину (l0);

  • установить необходимое значение сварочного тока (Iсв);

  • зажечь сварочную дугу и одновременно включить отсчет времени (по секундомеру); по истечении 30 секунду с начала горения сварочной дуги прервать горение и замерить длину электрода после сварки (l1);

  • определить массу расплавленного металла (G1), (г);

(1)

где - диаметр электрода, мм;

 - плотность стального стержня, 7,8 г/см3;

  • повторить опыт на обратной полярности, определив массу расплавленного металла на обратной полярности;

  • определить разницу в массе расплавленного металла при прямой и обратной полярности, а также скорости оплавления электрода V1 и V2

V1=G1 / 1; V2=G2 / 2, (2)

где  - продолжительность горения дуги, с;

  • сделать выводы по полученным результатам.

Контрольные вопросы

  1. Какие физические явления, происходят в столбе сварочной дуги?

  2. Что является мерой устойчивости сварочной дуги?

  3. Что такое потенциал ионизации и как он влияет на устойчивость дуги?

  4. Что называют статической вольтамперной характеристикой дуги?

  5. Как связаны напряжение на дуге с ее длиной?

  6. Что такое прямая и обратная полярность?

  7. Как изменяется форма дуги при перемене полярности?

  8. В каких случаях используется прямая и обратная полярность в технологии сварки?

  9. Как изменяется потенциал ионизации в зависимости от состава покрытия электрода?

  10. Какая область на статической вольтамперной характеристике дуги является рабочей при ручной сварке?

Литература

  1. Кнорозов Б.В. Технология металлов и материаловедение. - М.: - Металлургия, 1987, с. 507.

  2. Дальский А.М. Технология конструкционных материалов. - М.: - Машиностроение, 1985, с. 184.

СВОЙСТВА СВАРОЧНОЙ ДУГИ

Цель работы: изучить форму дугового разряда между угольным электродом и графитовой пластиной в зависимости от рода и полярности тока, исследовать влияние состава покрытия на устойчивость горения сварочной дуги.

Оснащение рабочего места

  1. Выпрямитель сварочный - ВД - 306У3.

  2. Трансформатор сварочный - ТД - 300.

  3. Установка для наблюдения формы дуги и определения ее обрывной длины.

  4. Электроды со стандартным и исследуемым (сода - Na23, мел - СаСО3, поташ - К2СО3) покрытиями диаметром 4 мм.

  5. Угольный электрод.

  6. Графитовая пластина.

  7. Плакат «Схема строения сварочной дуги».

Основные положения

В обычных условиях (дуговой) промежуток между электродом и свариваемой поверхностью (деталью), заполненный нейтральными молекулами газов, не проводит электрический ток. Для зажигания дуги необходимо ионизировать эти молекулы, т.е. создать положительно и отрицательно заряженные ионы, движение ионов и электронов под влиянием электрического поля (разности потенциалов) и создать ток в дуговом промежутке, т.е. сварочная дуга является проводником 2-го рода (с ионной проводимостью).

Ионизация дугового промежутка возникает под действием испускаемых катодом электронов (рис. 1).

Столб дуги состоит из большого количества заряженных частиц–электронов и ионов (плазма), которые под действием электрического поля перемещаются с большой скоростью по направлению к аноду и катоду (см. рис. 1).

Двигаясь, электроны (Э1) при соударении с нейтральными атомами (А) выбивают из их оболочек электроны (Э2) и продолжают движение к аноду. Атом, потерявший электроны, становится положительно заряженным ионом и движется к катоду. Процесс носит лавинообразный характер, сопровождается освобождением большого количества энергии, падением напряжения и сильным разогревом катода. Аналогичное явление наблюдается в анодной области.

Поскольку электроны рассеиваются больше, чем положительно заряженные ионы, площадь анодного пятна в 2-2,5 раза больше катодного (рис. 1). Это учитывается при сварке в тех случаях, когда нежелательно перегревать свариваемое изделие (например, тонкие и небольшие изделия; алюминий, чугун - они свариваются, как правило, на обратной полярности, т.е. когда на электроде «+», а на детали «-»; прямая полярность, когда на электроде «-», на детали «+»).

При переменном токе частоты 50 Гц полярность меняется 100 раз в секунду и активные пятна получаются равноценными.

Для повышения ионизирующей способности электрода в его покрытие вводят элементы, имеющие более низкий потенциал ионизации, чем у железа.

Рисунок 1 - Строение сварочной дуги

1 – основной металл; h – глубина проплавления ванны, мм;

2 – анодное пятно; S – толщина свариваемой детали, мм;

3 – анодная область; Uк – напряжение катода, В;

4 – газовый столб дуги; Uст – напряжение газового столба дуги, В;

5 – катодная область; Uа – напряжение анода, В;

6 – катодное пятно; Uд – напряжение дуги, В;

7 – покрытие электрода; lд – длина дуги, мм.

8 – металлический стержень электрода.

Потенциалом ионизации называется энергия, необходимая для отрыва электрона от нейтрального, невозбужденного атома, измеряется в электрон – вольтах, эВ.

Чем ниже потенциал ионизации атома или молекулы, тем легче можно образовать из этих частиц положительный ион и электрон. К таким элементам (имеющим относительно низкий потенциал ионизации) относятся щелочные и щелочноземельные металлы: натрий, калий, кальций и т.д. Обычно в покрытие вводят их соли (Na2CO3 - сода; К2СО3 - поташ; СаСО3 - мел). Испаряясь с раскаленного электрода, они проникают в дуговой промежуток, снижая так называемый эффективный потенциал ионизации и облегчая дуговой разряд (табл. 1).

Дуга при этом может «растягиваться», не отрываясь, так как если не хватает энергии на ионизацию паров железа, то ее будет достаточно для ионизации паров Na, К, Са и т. д.

Таблица 1 - Потенциалы ионизации металлов

Элемент

К

Са

Fe

Потенциал ионизации, эВ

4,339

5,138

6,111

7,896