Lab_rabota_3

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

1.Основные понятия

1.1.Электрическая дуговая сварка

Электрическая дуговая сварка – наиболее распространенный способ соединения металлических изделий, при котором основным источником тепла является электрическая дуга.

Электрической сварочной дугой называется длительный мощный электрический разряд в ионизированной газовой среде между электродом и свариваемым материалом. Возникновение электрической дуги вызывается отрывом электронов с катода за счет термоэлектронной эмиссии и ионизации в дуговом промежутке. Термоэлектронная эмиссия происходит в результате нагрева торцевой поверхности электрода выше температуры 20000 К.

Область сварочной дуги (рис.3.1) включает три зоны: катодную, столб дуги и анодную. На катоде и аноде образуются нагретые места. Электроны, оторвавшиеся от катодов, ускоряются электрическим полем и перемещаются к аноду. Столб дуги представляет собой поток электронов. В столбе дуги имеются также положительные и отрицательные ионы и нейтральные атомы.

Рисунок 3.1. Сварочная дуга:

1-электрод; 2-катодное пятно; 3-катодная зона; 4-столб дуги; 5-ионизированная газовая среда; 6-анодная зона; 7-анодное пятно; 8- свариваемое изделие.

19

1.2. Характеристики источников сварочного тока

Для сварки постоянным током применяют сварочные преобразователи, сварочные агрегаты и выпрямители. Для сварки переменным током применяют сварочные трансформаторы.

Источники сварочного тока могут иметь крутопадающую, жесткую возрастающую или смешанную внешнюю характеристику.

Для ручной электродуговой сварки применяют источники с падающей внешней характеристикой, так как она обеспечивает устойчивое горение сварочной дуги при изменении ее длины.

Внешней характеристикой источника тока называется зависимость напряжения на зажимах от тока нагрузки, выраженная графически (рис.3.2). Обычные источники тока, предназначенные для освещения, силовых установок и т.д., имеют так называемую жесткую внешнюю характеристику 1 (рис.3.2). При такой характеристике с изменением тока нагрузки напряжение на зажимах источника тока остается постоянным.

U,B	1

A 2

3 B

I,A

Рисунок 3.2. Внешние характеристики источников тока: 1-жесткая характеристика; 2-падающая характеристика; 3- статическая характеристика дуги

20

При дуговой электросварке металлическим электродом в момент зажигания и вследствие переноса капель электродного металла в дуговом промежутке происходят короткие замыкания. Во время этих замыканий сопротивление внешней цепи падает почти до нуля. Поэтому, если напряжение на зажимах источника при коротком замыкании будет оставаться постоянным, то ток, согласно закону Ома, во вторичной цепи будет увеличиваться до тех пор, пока не сработают предохранительные устройства или разрушится источник тока. Для ограничения тока короткого замыкания необходимо, чтобы источник тока имел падающую внешнюю характеристику 2 (рис.3.2), при которой напряжение на зажимах будет снижаться с увеличением тока нагрузки. Такая форма внешней характеристики обеспечивает взаимосвязь со статической характеристикой дуги 3 (рис.3.2). Характеристика источника сварочного тока в двух точках пересекает характеристику электрической дуги, в точке А происходит возбуждение дуги, а в точке В обеспечивается устойчивое горение дуги. Таким образом, падающая внешняя характеристика должна удовлетворять следующим условиям:

1,25	Iк.з.	2 ,
	I раб.

где Iк.з. – ток короткого замыкания, А; Iраб – рабочий ток, А

1.3.Источники сварочного тока

Кисточникам сварочного тока предъявляются следующие требования:

- напряжение холостого хода, т.е. напряжение на зажимах источника питания при разомкнутой цепи, должно быть достаточно высоким для легкого возбуждения дуги и стабильного ее горения, но не превышать норм техники безопасности, т.е. не более 80-90 В;

21

-ток кроткого замыкания не должен превышать установленных значений и создавать перегрев обмоток, увеличивать разбрызгивание, перегрев электрода и оплавление покрытия;

-иметь устройства для плавного регулирования силы тока в необходимых пределах;

-обеспечить быстрое изменение напряжения, т.е. обладать хорошими динамическими свойствами.

-обладать заданной внешней характеристикой.

При сварке постоянным током обеспечивается стабильность горения сварочной дуги. Поэтому она применима для высоколегированных сталей, чугуна и алюминиевых сплавов.

Сварка переменным током экономична по сравнению со сваркой постоянным током, так как КПД трансформатора больше.

В качестве источников питания дуги постоянным током наибольшее распространение получили сварочные преобразователи с генератором типа СГ–300. Сварочный преобразователь служит для преобразования переменного тока в постоянный ток, используемый для питания сварочной дуги. Принципиальная схема генератора СГ-300 с размагничивающим действием последовательной обмотки возбуждения, включенной в сварочную цепь, представлена на рисунке 3.3.

Генератор имеет две обмотки: возбуждения – 1 и размагничивания – 2. Обмотка возбуждения питается от основной и дополнительной щеток (в и с). Ток в обмотке независимого возбуждения 1 и создаваемый им магнитный поток Фв постоянный по величине и направлению и не изменяется при нагрузке генератора. Размагничивающаяся обмотка 2 включена последовательно с обмоткой якоря так, что при горении дуги сварочный ток, проходя через обмотку, создает магнитный поток Фр, направленный против потока Фв, что обеспечивает получение внешней падающей характеристики

22

генератора. Сварочный ток регулируется переключением витков последовательной обмотки (грубая регулировка – два диапазона) и реостатом 3 обмотки возбуждения (точная регулировка).

3

1	2	1
	Фв

a

b

c	5	4

		С1
	~220В	3
2	Фр	С2
Рисунок 3.3. Принципиаль-		Рисунок.3.4. Принципиальная
ная схема генератора СГ-300		схема сварочного трансфор-
		матора типа ТСБ

В качестве источников питания дуги переменным током применяют сварочные трансформаторы типа ТСБ. Принципиальная схема сварочного трансформатора типа ТСБ представлена на рисунке 3.4.

Трансформатор состоит из магнитопровода 1 с размещенными на нем первичной 2 и вторичной 3 обмотками. Первичная обмотка подключается к источнику переменного напряжения и имеет отводы для обеспечения четырехступенчатого регулирования сварочного тока. Регулировка сварочного тока производится с помощью переключателя 4. К вторичной обмотке подключается «нагрузка». Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в магнитопроводе появляется

23

переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС в

каждой обмотке.
Трансформатор размещен в корпусе,	имеющем

вентиляционные отверстия для естественного охлаждения. Для защиты трансформатора от короткого замыкания по первичной цепи и перегрузкам при превышении нагрузки в трансформаторе применен автоматический выключатель защиты, который является одновременно сетевым выключателем.

1.4. Сварочная проволока и электроды

Стальная холоднотянутая проволока диаметром 1,6-12,0 мм изготавливается согласно ГОСТ 2246-70 и идет на

изготовление стержней электродов. Проволока маркируется индексом Св (сварочная) и следующими за ним буквами и цифрами в соответствии с принципом маркировки сталей, например: Св – О8 содержит 0,08 % углерода.

Электродные покрытия делят на две группы: тонкие (стабилизирующие и ионизирующие) и толстые (качественные). Назначение тонких – обеспечить возбуждение дуги и стабилизировать ее горение. Сварное соединение высокого качества выполняют электродами с толстым покрытием (1÷1,5 мм). Качественное покрытие выполняет следующие

функции: обеспечивает устойчивое горение дуги, защищает расплавленный металл шва от воздействия кислорода и азота воздуха; раскисляет оксиды металла шва, изменяет состав плавленого металла вводом легирующих примесей, образует шлаковую корку под металлом шва.

В обозначении электродов содержится: тип электрода, марка, диаметр электродного стержня и тип покрытия, например: Э-42-3,0-Р ГОСТ 9468-75. Цифры после буквы Э показывают предел прочности шва на растяжение – 420 МПа; цифра 3,0 – диаметр электрода, а буква Р обозначает тип покрытия.

24

Таблица 3.1 - Электроды для сварки

	электродаТип	Марка проволоки	Толщина покрытия, мм	Коэффициент наплавки	Полярность	Свариваемый
						материал
						Для сварки
	Э - 34	Св - 08	0,2-	7,0	Любая	конструкционных
			0,35			малоуглеродистых
						сталей
						Для
	Э-42-Р	Св - 08	0,6-	7,2	Любая	низколегированных
			1,30			конструкционных
						сталей
	Э-42-		0,8-		Обрат-	Для сварки
		Св-08А		8,5		среднеуглеродистых
	А-Ф		1,40		ная
						сталей
	ЭА-	10Х16Н	0,5-		Обрат-	Для сварки
				10		легированных
	36М-Ф	25Н6	1,20		ная
						сталей

1.5. Режим сварки

Понятие «режим» сварки включает совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварочного шва заданного размера, формы и качества. При ручной электродуговой сварке такими характеристиками являются тип электрода, его диаметр, напряжение дуги, сила сварочного тока, род тока и полярность.

При сборке сварных конструкций согласно ГОСТ 2601-84 рекомендуются следующие основные виды сварных

25

соединений: стыковые – условное обозначение С, нахлесточные

– Н и угловые – У. Условные обозначения и способы подготовки кромок под сварку приведены в таблице 3.1.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла по таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Выбор диаметра электрода для стыковых соединений

	Толщина
	свариваемых	2	3-5	6-8	9-12	13-15	16-20	20
	кромок, мм
	Диаметр	2	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-10
	электрода, мм

По выбранному диаметру электрода устанавливают значение сварочного тока по формулам:

I = (40÷50)·dэ,	при dэ = (4÷6) мм;
	(3.1)
I = (20÷60)·dэ,	при dэ <4мм и dэ > 6 мм,

где I – сварочный ток, А;

dэ – диаметр электрода, мм.

Род тока и полярность принимают в зависимости от физикомеханических свойств свариваемого металла и марки электрода. При сварке высокоуглеродистых и легированных сталей постоянным током рекомендуется применять обратную полярность, так как это приводит к более равномерному распределению тепловой энергии по длине шва.

Скорость сварки V м/мин, определяется по формуле:

V	I н	,	(3.2)
	F 60

где αн – коэффициент наплавки, определяется по таблице 3.1;

ρ– плотность наплавленного металла, г/см3 (для стали ρ= 7,85г/см3);

26

F – площадь поперечного сечения шва, см2, определяется
по таблице 3.3.
Таблица 3.3 - Способы подготовки кромок под сварку
				Эскизы		Рекомендуемая толщина, мм
Наименова-	Условное обозначение
ние шва		Подготовка шва			Выполнение
					шва
Стыковой				2-3 мм
двухсторон-
ний без	С2					3-6
скоса
кромок
Стыковой		0,5-1	мм 60°	-2мм
двухсторон-
ний с				1
	С18					3-21
Y-образным
		1-2мм
скосом двух
кромок
		мм
Стыковой		0,5-1	60°	2 мм
				1-
Х-образный	С21					12-60
				2-3мм
Время, Т мин, затраченное на сварку, определяется по
формуле
		T	L F 60 ,			(3.3)
			I

27

где L – длина шва, мм;

φ– коэффициент использования сварочного поста,

φ= 0,7÷0,8

2.Содержание лабораторной работы

2.1.Цель и задачи лабораторной работы

Влабораторной работе необходимо: изучить свойства электрической дуги; оборудование для сварки постоянным и переменным током; исследовать внешнюю характеристику источников сварочного тока; выполнить типовое задание.

2.2.Последовательность выполнения работы

2.2.1.Ознакомиться с инструкцией по технике безопасности.

2.2.2.Получить индивидуальное задание (приложение А).

2.2.3.Изучить конструкции и принципиальные электрические схемы источников тока ручной дуговой сварки. Выполнить схемы работ источников тока.

2.2.4.Подготовить образцы свариваемых деталей и электроды к работе.

2.2.5.В качестве источника тока выбрать сварочный трансформатор типа ТСБ и, согласно принципиальной схеме подготовить его к работе.

2.2.6.Произвести замеры параметров внешней характеристики источника тока в трех режимах работы трансформатора: холостой ход; короткое замыкание; сварка. Результаты занести в таблицу 3.4.

2.2.7.Согласно индивидуального задания определить режимы ручной электродуговой сварки: тип электрода, его диаметр, напряжение дуги, сила сварочного тока и род тока. Результаты свести в таблицу 3.5.

2.2.8.Составить отчет о работе.

28