12

Пермский государственный технический университет

Кафедра сварочного производства и технологии конструкционных материалов

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

д.т.н., профессор

_______________ Ю.Д. Щицын

_____ ______________ 20__ г

Лекция № 8

По дисциплине

Технология конструкционных материалов

Аэрокосмический факультет

(для специальности ЛА, РКТ, ЭМС)

Тема: «Основные виды сварки»

(наименование темы лекции)

Кандидат технических наук, доцент

(фамилия и инициалы автора)

Долинов д.Л.

Обсуждены

на заседании кафедры

  ________20 ___ г

Протокол №

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Приветствие, проверка наличия и готовности студентов к занятию, соблюдения порядка в аудитории. Обоснование актуальности и объявление темы, цели, учебных вопросов лекции, ее значимости для выбранной профессии Доведение литературы по материалу лекции.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Электродуговая сварка, ее виды, источники питания, электроды.

2. Специальные виды сварки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Доведение основных выводов по теме лекции и ее значение для будущей профессиональной деятельности. Доведение задания на самоподготовку, ответы на вопросы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фетисов Г.П. и др. Материаловедение и технология металлов. – М.: «Высшая школа», 2001. – 638 с.

2. Солнцев Ю.П. и др. Материаловедение и технология конструкционных материалов. – М.: МИСиС, 1996. – 576 с.

3. Губарева Э.М. Основы технологических процессов получения изделий (заготовок) различными способами : учеб. Пособие. – Пермь, ПГТУ, 2007. – 214 с.

УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

1. Наглядные пособия:

- Комплект слайдов по теме лекции, плакаты.

2. Технические средства обучения:

- Графопроектор.

3. Приложения:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

(при необходимости)

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

Первый учебный вопрос. Электродуговая сварка, ее виды, источники питания, электроды

Классификация способов дуговой сварки. В зависимости от способа включения в сварочную цепь основного и присадочного металла и характера воздействия на них сварочной дуги различают виды дуговой сварки: неплавящимся угольным электродом (способ Бенардоса), плавящимся металлическим электродом (способ Славянова) и плавящимися металлическими электродами с трехфазной дугой.

П о способу Бенардоса (рис.1, а) дуга 2 постоянного тока при прямой полярности (минус на электроде, плюс  на изделии) горит между угольным (графитовым) электродом 1 и изделием 3. Присадочный металл 4 в сварочную цепь не включен и дуга оказывает прямое действие на основной металл, а косвенное  на присадочный. При обратной полярности дуга становится неустойчивой и происходит науглероживание металла.

По способу Славянова (рис.1, б) дуга 2 постоянного (прямой или обратной полярности) или переменного тока горит между плавящимся металлическим электродом 1 и свариваемым изделием 3, которые включены в сварочную цепь, и на которые она оказывает прямое действие. Расплавляясь дугой, электрод одновременно является и присадочным металлом, пополняя сварочную ванну.

При сварке трехфазной дугой (рис.1, в) к разным фазам трехфазного тока в сварочную цепь включены два изолированных один от другого электрода 1 и свариваемое изделие 3. Дуга 5 возбуждается между каждым неплавящимся электродом и изделием и между электродами, следовательно, одновременно возникают три дуги. При этом на каждый из электродов и на основной металл две дуги оказывают прямое действие, а одна дуга  косвенное. Сварка трехфазной дугой по производительности в 2…3 раза превышает сварку по способу Славянова. Этот метод преимущественно используют при автоматической сварке металла большой толщины.

Физическая сущность дуги. Сварочная дуга представляет собой мощный электрический разряд в газах, с выделением значительного количества тепла и света. С физической точки зрения  это сложный ионный и электронный процесс переноса электрических зарядов через ионизированный воздушный промежуток. Ионизация газового промежутка обусловлена электронной эмиссией с горячего катода.

Для разогрева катода между ним и анодом, подключенными к источнику сварочного тока, производят кратковременное короткое замыкание электрода на заготовку. После отрыва электрода от изделия с разогретого катода, под воздействием электрического поля начинается электронная эмиссия. Электроны, вылетевшие с поверхности катода, направляются к аноду и, сталкиваясь с молекулами и атомами воздуха, ионизируют их. Образуемые в воздушном промежутке отрицательные ионы и электроны перемещаются к аноду, а положительные ионы  к катоду. На поверхности катода и анода осуществляется преобразование электрической энергии в тепловую.

Электрические свойства дуги. К основным параметрам дуги, относятся напряжение, ток и длина дуги. Зависимость между напряжением и током выражается вольт-амперной характеристикой (рис.2, а). Она может быть падающей I, жесткой II и возрастающей III. Самое широкое применение имеет дуга с жесткой характеристикой, при которой напряжение на дуге не зависит от силы сварочного тока. Дугу с возрастающей характеристикой применяют при автоматической сварке под флюсом и при сварке в защитных газах плавящимся электродом. Дуга с падающей характеристикой малоустойчива и применяется редко. Зависимость между напряжением и длиной дуги с жесткой характеристикой выражается следующей эмпирической формулой:

,

где U_д  напряжение на дуге, В; l_д  длина дуги, мм; a и b  коэффициенты, зависящие от материала электрода, состава газовой среды и т.п.

При сварке стальными электродами в атмосфере воздуха а = 10 В, а b = 2 В/мм.

Строение дуги и ее тепловые свойства. Сварочная дуга (рис.2, б) состоит из трех частей: катодной, анодной и столба дуги. В столбе дуги 1, макс. температура 6000…7000 С, происходят процессы ионизации и перемещения заряженных частиц к катоду и аноду. Столб дуги окружен раскаленной смесью 2 паров электродного и свариваемого металлов.

Тепловая мощность дуги определяется по формуле

,

где К  коэффициент несинусоидальности напряжения и тока;

U_д  напряжение дуги, В; I_св  сварочный ток, А.

Для постоянного тока К = 1, а при переменном токе изменяется от 0,7 до 0,97.

Не все тепло дуги расходуется на плавление присадочного и основного металлов: примерно 50 % идет на нагрев изделия; около 30  на нагрев электрода и почти 20 % составляют потери тепла в окружающее пространство. При сварке дугой постоянного тока большее количество тепла, 42…43 %, выделяется на аноде, около 36…38  на катоде и приблизительно 20…21 %  в столбе дуги. Поэтому температура анода несколько выше температуры катода.