Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Учебные пособия по сварке / физ. и эл св дуги. Источ. пит. дуг. свар

..doc
Скачиваний:
34
Добавлен:
15.05.2019
Размер:
3.76 Mб
Скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Кафедра «Технология металлов»

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №

Физические и электрические свойства сварочной дуги.

Источники питания электродуговой сварки. Снятие и построение внешних характеристик

по дисциплине

«Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Выполнил

Группа

Проверил

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2018

ФИЗИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРОЧНОЙ ДУГИ

Цель работы: ознакомиться с условиями возникновения, строения, свойствами и условиями устойчивого горения электрической сварочной дуги.

Задача работы: получение практических навыков по зажиганию, поддержанию устойчивого горения сварочной дуги при ручной дуговой сварке плавящимися и неплавящимися электродами на постоянном и переменном токе.

1.Краткие общие и теоретические сведения

Электрическая сварочная дуга используется в качестве концентрированного источника тепла при ручной, полуавтоматической и автоматической сварке.

Сварочная дуга – это мощный, стабильный разряд электричества в сильно ионизированной атмосфере газов и паров металлов, характеризующийся высокой плотностью тока, высокой температурой и ослепительным световым излучением.

В обычных условиях газы являются изоляторами и не проводят ток. Чтобы ток пошёл через газ, последний должен содержать достаточное количество электронов и ионов. Ионизация газа между электродом и деталью достигается путём эмиссии электронов с поверхности катода. Эмиссия электронов может быть:

а) термоэлектронной, когда электроны отрываются от раскалённого катода;

б) автоэлектронной под действием электрического поля;

в) фотоэлектронной под действием световых лучей на поверхность катодного пятна; г) от ударов положительных ионов о поверхность катода.

Строение сварочной дуги при ручной дуговой сварке штучным покрытым электродом

Электрод и свариваемая деталь подключены к источнику питания дуги Для зажигания дуги нужно прикоснуться оголённым торцом электрода к очищенной детали, замыкая сварочную цепь, и сразу отвести электрод на расстояние от 1 до 5мм. Мгновенно разогревается торец электрода и точка касания на детали, происходит термо и автоэлектронная эмиссия. Сгорают частицы электродного покрытия, выделяются газы. молекулы газов и паров металлов соударяются с электронами, при этом образуются новые электроны и ионы.

При сварке расстояние между электродом и деталью называется длиной дуги, она гаснет при расстоянии более 10мм (рис.1).

Рис 1. Схема сварочной дуги на постоянном токе с прямой полярностью включения электрода

Наиболее устойчиво и производительно горит короткая дуга при надавливании на электрод, причём зазор между ним и деталью обеспечивается за счёт козырька, образующегося при расплавлении и сгорании электродного покрытия. При сварке угольным и вольфрамовым электродами такой козырёк отсутствует, а электроды постепенно обгорают.

Классификация сварочных дуг

  1. По применяемым электродам – плавящимся (а) и неплавящимся (б):

  1. По степени сжатия дуги – сжатая (а) и свободная (б):

  1. По полярности подключения электрода на постоянном токе: прямая полярность (а) и обратная (б):

  1. Угол наклона электрода влияет на глубину провара металла.

  2. По длине дуги ld различают: короткая дуга ld=2…4мм; средняя дуга ld= 4…6мм: длинная дуга ld>6мм

Статическая вольтамперная характеристика дуги

Участок I: увеличение тока приводит к резкому падению напряжения из-за увеличения площади столба дуги, характеристика падающая и неустойчивая. Применяется при р.д.с. малых толщин.

Участок II:увеличение столба дуги пропорционально изменению тока, характеристика дуги жёсткая, дуга применяется при р.д.с., автоматической сварке под флюсом и др.

Участок III: при токах более 800, А характеристика дуги возрастающая, т.к. плотность тока растёт без увеличения катодного пятна, дуга применяется при сварке в среде защитных газов.

Для зажигания дуги в воздухе между стальными электродами достаточно напряжения 45…50, В, между угольными 55…65, В.После зажигания дуги напряжение падает до 18…28, В для стальных и 30…40, В для угольных.

Длина дуги зависит от диаметра электрода dэ и при р.д.с. обычно

ld=(0,6…0,8)dэ.

Тепловая мощность сварочной дуги приближённо считается равной тепловому эквиваленту её электрической мощности:

Q=0,24 k Ud Id, кал/с,

где 0,24 – коэффициент перевода электрических величин в тепловые, кал/Вт;

k.-.коэффициент снижения мощности дуги на переменном токе (0,7 -.0,97);

Ud - падение напряжения на дуге, В; Id - сварочный ток, А.

2. Оборудование и приборы

-сварочный пост переменного тока с трансформатором ТД-500, амперметр, вольтметр, заготовки металла;

-сварочный пост постоянного тока, выпрямитель ВД-301, амперметр, вольтметр заготовки металла;

-инвертор Магма-350, вольфрамовые электроды, баллон с аргоном, редуктор, манометры;

-инвертор на 160А, угольные электроды.

3. Порядок выполнения практической части работы

Ступенчатой регулировкой на трансформаторе ТД-500 устанавливается диапазон токов от 0 до 250А. Производится сварка электродами для переменного тока длинной, средней и короткой дугой с измерением силы тока и напряжения дуги при разных расстояниях между первичной и вторичной обмотками трансформатора – минимальном, среднем и максимальном.

Электроды для постоянного тока не образуют дугу при питании от трансформатора, а электроды для переменного тока при работе с выпрямителем дают устойчивое горение дуги.

Производится сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона. Регулируется сила тока и все параметры нарастания и спада импульсов тока и давление газа в соответствии с инструкцией по работе с неплавящимися электродами. Включается сварочная и дежурная (осветительная) дуга.

Производится сварка с питанием от инвертора неплавящимся угольным цилиндрическим электродом диаметром 5мм с разной длиной дуги и при различных значениях силы тока.

Выводы:

  1. Детали перед сваркой тщательно очищаются от всех загрязнений в том числе и от шлаков предыдущих сварок и обезжириваются, шлаки не проводят ток, дуга на них не горит.

  2. При имеющемся в данной работе сварочном оборудовании дуга для штучного покрытого, вольфрамового и угольного электродов зажигается только касанием электрода о деталь, т.к. осцилляторы для бесконтактного зажигания дуги отсутствуют.

  3. Электроды для переменного тока дают устойчивую дугу и на постоянном токе, а электроды для постоянного тока на переменном токе не держат дугу.

  4. Дуга от вольфрамового и угольного электродов зажигается значительно легче, чем от штучного покрытого и имеет больше длину. В этом случае необходима подача защитного газа, а при сварке деталей существенной толщины и присадочного прутка.

  5. Для получения самой короткой длины дуги от штучного покрытого электрода нужно уверенно прижимать его к детали, при этом электрод опирается на козырёк покрытия без короткого замыкания.

5. На постоянном токе дуга более устойчива, чем на переменном, однако проявляется магнитное дутьё –отклонение дуги в сторону ферромагнитных масс а также из-за влияния магнитных полей при несимметричном подводе тока.

6. Предотвращает магнитное дутьё сварка короткой дугой и сварка с использованием трансформаторов или инверторов.

7. При сварке на прямой полярности дуга устойчивее, а сварку на обратной полярности применяют для уменьшения выделения тепла на свариваемом изделии.

8. Дуга прямого действия применяется при сварке штучным покрытым плавящимся электродом, неплавящимся электродом в защитных газах, плавящимся проволочным электродом в защитных газах или под флюсом.

9. Дуга косвенного действия и комбинированная применяются при специальных видах сварки и наплавки.

10. Сила сварочного тока выбирается по формуле: Id=k dэ, где k=25 30А/мм для dэ=1 2мм; k=30 45А/мм для dэ=3 4мм; k=45 60А/мм для dэ=5 6мм.

Источники питания электродуговой сварки. Снятие и построение внешних характеристик

Цель работы: ознакомиться со схемами и конструкциями источников питания дуговой сварки.

Задачи работы:

  1. Изучить имеющиеся в лаборатории источники питания дуговой сварки.

  2. Снять и построить внешние характеристики источников питания, произвести сварку

Краткие общие и теоретические сведения об источниках питания электродуговой сварки

Источником тепла в электродуговой сварке является электрическая дуга, для её поддержания нужны специальные источники питания.

Техника безопасности:

  1. И.П. подключаются к сети ~380В (~220В маломощные),поэтому корпуса И.П. должны быть надежно заземлены, а высоковольтные провода надежно изолированы.

Требования к И.П.:

  1. Напряжение холостого хода UXX ≤80В.

  2. Ток короткого замыкания IКЗ <Imax расчетного.

  3. Плавная регулировка сварочного тока IСВ (в мощных источниках дополнительно и ступенчатая).

  4. Внешняя характеристика одного из 4х-типо: 1 - крутопадающая; 2 - пологопадающая; 3 - жесткая; 4 - возрастающая (рис. 2)

Рис.2

  1. И.П. переменного тока - трансформаторы. Напр. ТД-500; ТД-300

Рис.3. Упрощённая схема сварочного трансформатора

Регулировка силы тока (IСВ):

  1. Ступенчатая - путем переключения количества витков W1 и W2;

  2. Плавная - путем изменения расстояния между W1 и W2..

Крутопадающий тип внешней характеристики обеспечивается за счет удлиненного магнитопровода и неплотного прилегания к нему обмоток, что создает рассеяние магнитного потока в пространстве. При коротком замыкании электрода на деталь напряжение падает практически до нуля а сила тока не превышает максимально допустимого значения.

  1. И.П. Постоянного тока. Это выпрямители, например: ВД-301; ВД-302; ВДУ-1251 и др.; преобразователи, напр.: ПД-502 и др. и инверторы.

Рис. 5.Упрощённая схема сварочного выпрямителя

где: W1 и W2-первичная и вторичная обмотки понижающего трансформатора, он может быть 3-х фазным на ~380, В и двухфазным на ~220, В.

ПП - полупроводниковый выпрямитель также 3-х фазный или 2-х фазный.

Регулировка сварочного тока IСВ:

- ступенчатая - путем переключения обмоток W1 и W2

(Δ ) - треугольником или (Y) - звездой;

-плавная-. путем изменения расстояния между W1 и W2.

Рис. 7. Типы внешних характеристик

Внешняя характеристика задается силовым трансформатором (W1 и W2 ).

Сила сварочного тока выбирается в зависимости от толщины деталей (ICB~S).

Рис. 8. Условия устойчивого горения электрической дуги

Сварочные преобразователи и агрегаты

Рис.9.Упрощённые схемы сварочного преобразователя и агрегата

Преобразователь состоит из генератора и электродвигателя с общим валом для ротора и якоря.

Три обмотки возбуждения:

  • Намагничивания (Wн);

  • Подмагничивания (Wп);

  • Размагничивания (Wр).

Сила сварочного тока (Iсв) регулируется ступенчато при подключении обмотки Wр и плавно переменным сопротивлением R.

Внешняя характеристика (рис. 15) сварочного преобразователя может быть: крутопадающей, пологопадающей, жёсткой, возрастающей (при увеличении числа витков Wп).

Рис. 10. Типы внешних характеристик преобразователя

Рис. 11. Блок - схема сварочного агрегата

Сварочный агрегат состоит из генератора с самовозбуждением и двигателя внутреннего сгорания. Агрегат применяют для ручной дуговой сварки в полевых условиях.

Сварочные инверторы

Регулировка силы сварочного тока (Iсв):

  1. ступенчатая – путём выбора способа сварки и его внешней характеристики;

  2. плавная – путём поворота соответствующей рукоятки, что сопровождается цифровой индексацией силы тока.

Рис. 12. Упрощённая схема сварочного инвертора

Масса и габариты инверторов примерно в 5-8 раз меньше чем у традиционных низкочастотных источников.

Технологические преимущества инверторов:

  1. Сварка короткой дугой;

  2. Минимальное разбрызгивание металла;

  3. Минимальный перегрев изделия;

  4. Сварка плохо сваривающихся сталей;

  5. Высокий КПД, высокое быстродействие, cosφ=1;

  6. Минимальное потребление энергии на холостом ходу;

  7. Точная регулировка сварочного тока с цифровой индикацией;

  8. «Форсаж дуги»

  9. Напряжение питания от ~140 до ~240, В.

Оборудование и приборы

Сварочный пост переменного тока и ТД-500, амперметр, вольтметр, электроды для переменного тока; сварочный выпрямитель ВД-301; сварочный преобразователь ПД-502; сварочный инвертор ФЕБ-350; маломощные источники питания до 160А.

Порядок выполнения работы

Изучить конструкцию и принцип действия источников питания дуговой сварки, снять и построить внешние характеристики ТД-500.Сделать выводы по работе.

Рис. 13 Внешняя характеристика ТД-500

На рисунке представлены полученные экспериментально внешние характеристики ТД-500 при разных расстояниях между обмотками: Iкз1=180, А; Iкз2=200, А; Iкз3=220, А; Uхх=56, В.

Выводы:

  1. Трансформатор ТД-500 имеет крутопадающий тип внешней вольтамперной характеристики;

2) Количество таких внешних характеристик неограниченно, так как зазор можно плавно менять на бесконечно малую величину.

  1. Iкз3 =220, А, так как сила тока была ступенчатым способом отрегулирована на минимальные токи.

  2. Минимальный ток Iсв достижим на длинной дуге при максимальном расстоянии между обмотками.

  3. Максимальный ток Iсв достижим на короткой дуге при минимальном расстоянии между обмотками.

  4. В лабораторной работе были рассмотрены способы электродуговой сварки и сварочное оборудование, а также источники питания дуговой сварки. и произведена оценка сварочного шва, выполненного преподавателем. Сварочный шов высокого качества равномерный по высоте, ширине и глубине провара.

  5. Инверторный источник питания имеет семейство вольтамперных характеристик, пригодных для всех способов дуговой сварки.

  6. маломощные источники питания имеют только плавную регулировку силы тока.