Оборудование для ручной дуговой сварки
Источник питания сварочной дуги – это устройство, которое позволяет получать необходимый по роду и силе ток.
Внешняя характеристика источника сварочного тока – это зависимость напряжения на его выходных клеммах от тока в электрической цепи, которая может быть крутопадающей, пологопадающей, жесткой и возрастающей
Работу любого источника характеризуют три основных его состояния:
1. режим холостого хода (сварочная цепь разомкнута, дуга не горит
2. режим короткого замыкания (в сварочной цепи течет ток короткого замыкания)
3. режим нагрузки (дуга горит устойчиво при заданном рабочем токе)
Для ручной дуговой сварки применяют источники с крутопадающей характеристикой. Для получения такой характеристики используются трансформаторы с повышенным индуктивным сопротивлением Xт, (для обычного силового Xт » 0).
Напряжение на выходе такого трансформатора (напряжение сварочной дуги Uд) будет определяться формулой
,
где U хх – напряжение холостогохода трансформатора (В)
Y д – ток дуги (сила сварочного тока, А)
Хт – индуктивное сопротивление сварочного трансформатора (Ом).
То есть, любое увеличение сварочного тока (например, при уменьшении длины дуги) вызывает снижение напряжения на дуге и наоборот. Поэтому электрическая мощность дуги при работе почти не меняется, и этим обеспечивается стабильное горение сварочной дуги.
Максимальная сила тока, соответствующая режиму короткого замыкания на первом этапе зажигания дуги ограничена , что предупреждает перегрев проводов и самих источников тока и определяется величиной индуктивного сопротивления трансформатора Хт:
|
|
|
.
Регулирование тока короткого замыкания и сварочного тока выполняется за счет изменения величины его индуктивного сопротивления Хт.
Вторичное напряжение трансформатора на холостом ходу ограничено величиной 60–80 В, потому что при напряжении ниже 60 В возникают трудности при возбуждении дуги, таким образом, сварочное напряжение не является абсолютно безопасным и при определенных условиях (болезненное состояние, алкогольное опьянение, сырое помещение и т. д.) может привести к смертельному исходу.
Для ручной дуговой сварки в зависимости от рода тока в сварочной цепи используют источники переменного тока – сварочные трансформаторыи источники постоянного тока – сварочные выпрямители и генераторы.
Источники переменного тока более распространены, потому что
Обладают рядом технико-экономических преимуществ: сварочные трансформаторы проще в эксплуатации, значительно долговечнее и обладают более высоким КПД, чем выпрямители и генераторы.
|
|
|
Существуют сварочные трансформаторы двух групп:
1. Трансформаторы с нормальным магнитным рассеиванием. Эти трансформаторы могут быть двух типов. В первом случае дроссель может выполняться отдельно от трансформатора. Во втором – в однокорпусном исполнении.
2. Трансформаторы с нормальным магнитным рассеиванием. Эти трансформаторы могут быть двух типов. В первом случае дроссель может выполняться отдельно от трансформатора. Во втором – в однокорпусном исполнении.
Наиболее широко используются трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием и подвижной первичной обмоткой.
Устройство трансформатора (рис. 1): состоит из замкнутого магнитопровода 1, который собирается из пластин электротехнической стали, и двух обмоток. Вторичная обмотка 3 крепится на магнитопроводе неподвижно. Первичная обмотка 4, подключаемая к промышленной сети, может свободно перемещаться вдоль стержней магнитопровода с помощью винтового механизма 2. Первичная и вторичная обмотки разнесены друг относительно друга, что обусловливает повышенное индуктивное сопротивление трансформатора вследствие появления магнитных потоков рассеяния. 
Принцип работы: при работе трансформатора основной магнитный поток Фо, создаваемый первичной и вторичной обмотками, замыкается через магнитопровод. Часть магнитного потока замыкается вокруг обмоток через воздушное пространство, образуя потоки рассеяния Фs1 и Фs2. С увеличением расстояния между обмотками увеличиваются потоки рассеяния и, следовательно, возрастает индуктивное сопротивление трансформатора.
|
|
|
Принцип регулирования сварочного тока изменяют расстояние между обмотками трансформатора. Минимальный сварочный ток соответствует наибольшему расстоянию между обмотками и максимальным потокам рассеяния.
Рабочее место сварщика (сварочный пост) при небольших габаритах изделий организуют в сварочных кабинах размерами 2,0×2,5×2,0 м. Обязательна вытяжная вентиляция. В кабине устанавливают сварочный трансформатор, предусматривают наличие рубильников, кабелей, электрододержателя, заземления источника питания, корпусов рубильников, сварочных столов. На посту должен находиться комплект приспособлений: зубило, молоток и металлическая щетка для удаления шлака, электрошкаф для прокалки электродов, мерительный инструмент, щитки и маски для предохранения сварщика от брызг металла, частиц шлака, искр и излучения
|
|
|
Защитная маска для сварщика. Щиток удерживается в руке, а маска надевается на голову и освобождает руку сварщика. Щиток и маска имеют смотровое окно со светофильтром, который поглощает опасные излучения дуги. Различают ослабляющие светофильтры постоянной плотности (черные стекла), которые имеют оптическую плотность (число, показывающее, во сколько раз снижается яркость свечения дуги) от 3 до 13 в зависимости от марки, а также светофильтры с изменяющейся оптической плотностью. Последние без дуги прозрачны, а при ее зажигании за время менее 0,01 с оптическая плотность фильтров автоматически возрастает до номинальной. Действие таких светофильтров основано на способности жидких кристаллов менять свою оптическую плотность под влиянием внешних воздействий.
Спецодежда для сварщика изготавливается из плотного брезента или сукна, на ней не должно быть открытых карманов. Обувь должна иметь глухой верх, брюки навыпуск. Рукавицы изготавливают из плотного брезента, кожи или асбестовой ткани.
Сварочные электроды
Конструкция электрода для ручной дуговой сварки (см. рис. 2) представляет собой металлический стержень 1 длиной 300–450 мм, на поверхность которого нанесено покрытие 2. В процессе сварки дуга 6 горит между стержнем электрода и основным металлом. Стержень электрода плавится и вместе с металлом расплавленных кромок свариваемых заготовок образует металлическую ванну 4. Плавится также и покрытие электрода, образуя защитную шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла, что предохраняет его от вредного воздействия атмосферы. Совокупность металлической и шлаковой ванн называют сварочной ванной. По мере движения дуги металлическая ванна затвердевает, и формируется сварной шов 5. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку 3.
Размеры и материал стержней электродов. Стержни электродов изготовлены из сварочной проволоки. Стандартом предусмотрено 77 марок стальной проволоки диаметром 0,2–12 мм, которые делятся на три группы: низкоуглеродистую (Св-08А и др.), легированную (Св-10Х5М и др.) и высоколегированную (Св-06Х19Н10МЗТ и др.). В марках проволоки «Св» означает «сварочная», первые две цифры – содержание углерода в сотых долях процента, последующие буквы и цифры – содержание легирующих элементов в соответствии с маркировкой легированных сталей; последняя буква «А» – пониженное содержание серы и фосфора.
Основные функции покрытия электродов:
1. обеспечения стабильного горения дуги;
2. защиты расплавленного металла от воздействия атмосферы;
формирования металла шва с заданным составом и свойствами.
Основные компоненты, входящие в состав покрытия электродов
Легкоионизирующихся вещества (соединений натрия, калия, кальция в виде мела, мрамора и т. п.). Газовая защита сварочной ванны выполняется введением в покрытия газообразующих веществ: целлюлозы, крахмала и др. Для обеспечения шлаковой защиты в покрытия вводят шлакообразующие элементы – рутиловый концентрат, полевой шпат, марганцевую руду. Для удаления кислорода из сварочной ванны в покрытия вводят раскисляющие компоненты – сплавы железа с активными металлами, например, ферромарганец. Входящий в его состав марганец реагирует с растворенным в ванне кислородом, а также с кислородом оксидов и восстанавливает чистое железо, сам марганец при этом окисляется и уходит в шлак. После застывания шлак образует на поверхности шва твердую стекловидную корку. При удалении шлаковой корки ударами молотка следует беречь глаза от разлетающихся стекловидных частичек шлака, закрываясь щитком или маской. В покрытия также вводят легирующие элементы для легирования металла шва. Кроме того, в покрытия добавляют пластификаторы и связующие, придающие покрытию прочность и хорошее сцепление со стержнем.
Основные виды покрытий электродов:
1) кислые (основные компоненты – MnO и SiO2), обладают хорошими технологическими свойствами, но при сварке выделяют токсичные соединения марганца, поэтому их применение сокращается;
2) рутиловые (основной компонент – TiO2), обладают высокими сварочно-технологическими свойствами;
3) основные (содержат CaCO3 и MgCO3), технологические свойства ограничены;
4) целлюлозные (основные компоненты – целлюлоза и другие органические вещества), создают хорошую газовую защиту и образуют малое количество шлака, например электроды ОМА2.
Режим сварки
Основные параметры режима ручной дуговой сварки являются диаметр электрода и сила сварочного тока.
Сначала выбирается диаметр электрода d в зависимости от толщины листов свариваемого металла S с помощью табл. 1.
Таблица 1
| S, мм | 1–2 | 3–5 | 6–10 | 11–15 | 16–20 | 21 и более |
| d, мм | 2–3 | 3–4 | 4–5 | 5 | 5–6 | 6–8 |
Затем определяется сила сварочного тока I по формуле:
I = I = (20 + 6d)·d, А.
При сварке высоколегированных сталей для уменьшения перегрева металла расчетное значение силы тока уменьшают на 20–30 %.
Особенности сварки листовых заготовок встык:
Листы толщиной до 6 мм свариваются встык с одной стороны, а до 12 мм – с двух сторон без разделки кромок. При односторонней сварке листов толщиной более 6 мм выполняется обычно V-образная разделка кромок под углом 60° (рис. 3, а). Если шов можно выполнять с двух сторон, то для толщин свыше 12 мм делают Х-образную разделку (рис. 3, б). Существуют и другие виды разделки кромок.
Основные виды разделки кромок показаны на рис. 3.
 |
Рис. 3. V-образная (а) и Х-образная (б) разделка кромок
 |
Возможные пространственные положения сварных швов:
Рис. 4. Возможные пространственные положения при сварке:
а – нижнее; б – вертикальное; в – горизонтальное; г – потолочное
Подводимая к свариваемому изделию теплота характеризуется тепловой мощностью дуги. Полная тепловая мощность сварочной дуги
Q =_ Q = K·I·U, Bт,
где I – сила сварочного тока, А,
U – напряжение на дуге, В,
K – коэффициент несинусоидальности напряжения и тока (для переменного тока K » 0,84).
Эффективная тепловая мощностьсварочной дуги:
G = G = r·Q, Вт,
где r – КПД дуги (для ручной дуговой сварки r » 0,81).
Электроконтактная сварка
Принцип действия электроконтактной сварки – это процесс образования неразъемного соединения за счет нагрева металла проходящим через пятно контакта электрическим током и пластической деформации сварного шва сжимающим усилием. Максимальное количество тепла выделяется в месте сварочного контакта, так как этот участок имеет повышенное электрическое сопротивление из-за незначительной площади вершин соприкасающихся микровыступов и наличия пленок загрязнений и оксидов на свариваемых поверхностях.
Количество тепла, выделяемое в зоне сварки, определяется по закону Джоуля-Ленца:
Q = K·I 2·R·t, Дж,
где I – сила сварочного тока, А,
R – электрическое сопротивление цепи в месте сварочного контакта, Ом,
t – время протекания тока, с,
K – коэффициент пропорциональности (для переменного тока K » 0,24).
Основными параметрами режима контактной сварки являются:
1. величина сжимающего усилия – Р (Н),
2. плотность тока – j (A/мм2)
3. время протекания тока – t (с).
Основные способы контактной сварки:
1. стыковая
2. точечная
3. шовная сварка
5.1. Стыковая сварка
Способ стыковой сварки применяется для соединения заготовок из сортового проката и труб.
Схема стыковой сварки (рис. 5): При стыковой сварке изделия свариваются по всей поверхности соприкосновения. Способ применяется, в основном, для соединения заготовок из сортового проката и труб. Свариваемые заготовки закрепляют в зажимах сварочной машины, сдавливают силой Р и включают ток. По окончании нагрева ток отключают и одновременно увеличивают сжимающее усилие Р – производят осадку (проковку).
Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния называют сваркой сопротивлением, а при разогреве до оплавления – сваркой оплавлением.
Виды стыковой сварки:
1. с разогревом стыка до пластического состояния называют сваркой сопротивлением
2. при разогреве до оплавления – сваркой оплавлением.
Циклограмма сварки (рис. 6) – это совместное графическое изображение силы тока и величины давления в процессе сварки.
Подготовка заготовок для стыковой сварки включает очищение различными методами, и торцы их плотно подгоняют друг к другу. Сварка оплавлением не требует особой подготовки места соединения, так как в процессе оплавления выравниваются все неровности стыка, а загрязнения удаляются. Стыковой сваркой соединяют заготовки из сталей, медных, алюминиевых и других сплавов. Её применяют при изготовлении концевого режущего инструмента, железобетонной арматуры, длинномерных трубчатых изделий, железнодорожных путей и т. д
Область применения стыковой сварки: . её применяют при изготовлении концевого режущего инструмента, железобетонной арматуры, длинномерных трубчатых изделий, железнодорожных путей и т. д.
5.2. Точечная сварка
Технология точечной сварки это способ контактной сварки, при котором заготовки соединяются на отдельных ограниченных участках соприкосновения – точках.
Схема точечной сварки (рис. 7): Листовые заготовки толщиной 0,2–6 мм сжимают между электродами сварочной машины (рис. 7) и включают ток. Нагрев продолжают до расплавления внутренних контактирующих слоев. После этого ток выключают, давление несколько увеличивают, а затем снимают. В результате образуется литая сварная точка. Кристаллизация точки протекает под давлением, это позволяет избежать образования усадочных раковин.
Подготовка заготовок для точечной сварки: перед сваркой место соединения очищают от загрязнений и оксидных пленок. Параметры режима сварки (силу тока, время и давление) подбирают по справочным таблицам, а затем корректируют опытным путем.
Точечную сварку применяют для изготовления изделий из сталей, алюминиевых сплавов в различных отраслях промышленности. Незаменима точечная сварка в автомобилестроении при изготовлении кузовов, кабин, дверей.
5.3. Шовная сварка
Шовной сваркой называется разновидность контактной сварки, при которой подвод тока от источника питания к свариваемым заготовкам осуществляется при помощи двух вращающихся дисковых электродов – роликов (рис. 8).
Технология шовной контактной сварки :листовые заготовки собирают внахлест, зажимают между электродами и пропускают ток. При движении роликов по заготовкам образуются перекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получается сплошной герметичный шов. Шовная контактная сварка – высокопроизводительный процесс, ее скорость может достигать 10 м/мин, она широко применяется для соединения сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов; толщина листов – от 0,3 до 4,0 мм.
Применение шовной сварки :особенно эффективно применение шовной сварки в массовом производстве при изготовлении емкостей для жидкостей и газов. Широко применяется шовно-стыковая сварка труб с прямым продольным сварным швом.
5.4. Сварка аккумулированной энергией
Преимущества сварки аккумулированной энергией: сварка предварительно накопленной энергией позволяет создать более благоприятные условия нагружения для сети.
Основные разновидности сварки аккумулированной энергией:
1. конденсаторная – энергия накапливается в батарее конденсаторов;
2. электромагнитная – энергия запасается в магнитном поле специального сварочного трансформатора;
3. инерционная – энергия запасается во вращающихся частях генератора;
4. аккумуляторная – энергия накапливается в аккумуляторной батарее.
Применение сварки аккумулированной энергией : наиболее широко применяется конденсаторная сварка, она используется в производстве электроизмерительных и авиационных приборов, часовых механизмов, фотоаппаратов, элементов полупроводников и электронных схем.
Основные дефекты сварных соединений являются непровары, а также чрезмерный рост зерна и обезуглероживание сталей из-за перегрева. Основной показатель качества точечной и шовной сварки – размеры ядра сварной точки и литой зоны шва.
Контроль качества сварных соединений контролируют внешним осмотром, методами неразрушающего контроля, а непровар – разрушением образцов в тисках молотком и зубилом.
Вопросы для самоконтроля
1. Чем обусловлено широкое применение ручной дуговой сварки?
2. Какую дугу называют сварочной?
3. Как зажигают сварочную дугу?
4. Можно ли зажечь дугу, не касаясь электродом заготовки?
5. Почему источник сварочного тока с крутопадающей характеристикой обеспечивает устойчивое горение дуги?
6. Как обеспечивается крутопадающая характеристика сварочного трансформатора?
7. Как выполняют плавное регулирование сварочного тока трансформатора?
8. Как устроен сварочный пост ручной дуговой сварки?
9. Что такое оптическая плотность ослабляющего светофильтра?
10. Назовите группы сварочных стальных проволок. Как их маркируют?
11. Для чего предназначены электродные покрытия, и какие компоненты входят в их состав?
12. Что понимается под режимом ручной дуговой сварки?
13. Как обозначают сварочные электроды?
14. В каких пространственных положениях выполняется ручная дуговая сварка?
15. В какой последовательности выполняется стыковая сварка?
16. Что такое циклограмма контактной сварки?
17. Какие изделия производят с использованием точечной сварки?
18. Какие изделия производят с использованием шовной сварки?
19. Назовите разновидности сварки аккумулированной энергией.
20. Для каких изделий применяется контактная стыковая сварка?
21. Каковы основные дефекты контактной сварки?
Порядок выполнения работы
1. Под руководством учебного мастера зажечь дугу и выполнить ручную дуговую сварку образцов.
2. Определить значения напряжения и силы тока в сварочной цепи при работе трансформатора в режиме холостого хода, при устойчивом горении дуги и при коротком замыкании, результаты внести в табл. 2.
Таблица 2
| Режим работы трансформатора | U, B | I, A |
| 1. Холостой ход | ||
| 2. Устойчивое горение дуги | ||
| 3. Короткое замыкание |
3. По данным табл. 2 построить внешнюю вольт-амперную характеристику сварочного трансформатора.
4. Сделать выводы по работе.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 527; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!