Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Электродуговая сварка.
|
|
Электродуговая сварка – сварка плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой. Сварочная дуга – одна из форм электрического разряда в ионизированной смеси газов, паров метала, компонентов электродных покрытий, флюсов.
В обычных условиях газы нейтральны. Ионизация газов происходит под влиянием внешнего воздействия:
сильного нагрева,
высокочастотного электромагнитного излучения,
при бомбардировке атомов (молекул) быстрыми электронами.
Для ионизации атома (молекулы) необходимо совершить работу ионизации, превышающую работу взаимодействия электрона с остальной частью атома (молекулы).
Возбудить дугу можно коротким кратковременным замыканием электрической цепи «источник питания – электрод - заготовка». Электродом кратковременно касаются заготовки. При этом:
– между вершинами микронеровностей электрода и заготовки протекаетток короткого замыкания. Этот ток разогревает их до расплавления, с образование легко ионизирующихся паров металла и компонентов покрытия электрода.
– после отвода электрода от заготовки с поверхности электрода (катода) происходит отрыв электронов обладающих кинетической энергией, достаточной для перехода границы «твердое тело - газ» (термоэлектронная эмиссия). Электроны устремляются к заготовке (аноду) со скоростью до 2 км/с. Этой скорости достаточно, чтобы при столкновении с нейтральными атомами произвести их ионизацию.
– процесс ионизации приобретает, лавинообразны характер, поток заряженных частиц ориентируется электрическим полем, что обеспечивает возбуждение и стабильное горение дуги.
На длине дуги можно выделить три характерных участка.
– катодную область, протяженностью 1 мкм;
– анодную область, протяженностью 1…10 мкм;
– столб дуги (средняя часть дуги).
Электрические свойства дуги описываются внутренней статической вольт - амперной характеристикой (рис. 4.3), показывающей зону устойчивого горения дуги (заштрихованная зона)
Характеристика состоит из трех участков:
I –крупнокапельное течение металла (для сварки не применяется);
II –мелкокапельное течение металла (применяется для всех видов сварки); III – струйное течение металла (применяется для глубокой проплавки или наплавки металла сварочными автоматами).
Для II участка суммарное анодное и катодное падение напряжения являются постоянными. Площадь поперечного сечения столба дуги увеличивается пропорционально току, а электропроводность изменяется мало. Поэтому сопротивление столба дуги обратно пропорционально току, а напряженность электрического поля и падение напряжения в столбе дуги от тока не зависят. Следовательно, напряжение дуги можно представить в виде: U Д= α +β L Д, где: α = U к + U а; β = E c. (для сварки низкоуглеродистых сталей = 2 в; = 10 в/мм).
Рис. 4.3. Внутренняя статическая вольт - амперная характеристика дуги:
U – напряжение; I – ток; І – зона крупнокапельного переноса металла; II – зона мелкокапельного переноса металла; III – зона струйного переноса металла; LД – длина дуги; UД – напряжение дуги.
Источники питания (ИП) сварочной дуги (источники тока) должны иметь специальную внешнюю вольт – амперную характеристику. Под внешней характеристикой источника тока понимается зависимость напряжения на его внешних клеммах от тока в электрической цепи.
Внешние характеристики источника тока могут быть следующих видов (рис. 4.4):
1 – возрастающая (сварка в среде защитных газов на постоянном токе);
2 – жесткая;
3 – полого падающая (применяется для автоматической сварки под слоем флюса с автоматическим регулированием напряжения дуги);
5 – круто падающая (применяется для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под слоем флюса, сварки в защитных газах с неплавящимся электродом).
Рис. 4.4. внешние вольт – амперные характеристики источника тока:
1 – возрастающая; 2 – жесткая; 3 – полого падающая; 5 –круто падающая; 4 – внутренние характеристики дуги; U – напряжение; I – ток; А1, А2, Б1, Б2 – точки устойчивого горения дуги; В – холостой ход; Г – короткое замыкание; L1, L2 – длина дуги; Uхх – напряжение холостого хода; UД – напряжение дуги; Iсв- сварочный ток; Iк – ток короткого замыкания.
ИП необходимо подбирать по соответствию его характеристики принятому способу сварки. Для питания дуги на участке II (рис. 4.3) применяют источники с круто падающей характеристикой.
Рассмотрим работу ИП с пологой и круто падающей характеристиками (рис. 4.4). Устойчивое горение дуги при сварке возможно при условии пересечения статической характеристики 4 дуги с внешней характеристикой ИП в рабочей точке (точки «А» или «Б»). Во время горения дуги и переноса электродного металла на заготовки длина дуги изменяется. Вольт – амперная характеристика так же изменяет свое положение дуги (кривые U Д1 и U Д2). Вследствие этого изменяются значения напряжения дуги (U д) и сварочного тока (J св). Устойчивое горение дуги будет только тогда, когда при случайных отклонениях рабочего режима (точки А1, А2, Б1, Б2) режим сварки быстро восстановится, и колебания сварочного тока будут относительно малыми. Поэтому, чем более круто падает внешняя характеристика источника тока, тем стабильнее горит дуга и выше качество сварки.
Точка «В» соответствует режиму холостого хода в работе ИП в период, когда дуга не горит и сварочная цепь разомкнута. Для облегчения зажигания дуги, режим холостого хода должен характеризоваться повышенным напряжением (в 2…3 раза выше напряжения дуги). Одновременно, это напряжение должно быть безопасным для сварщика (не более 80 В для источников переменного тока и не боле 90 В – для постоянного).
Точка «Г» соответствуют короткому замыканию при зажигании дуги и ее замыканию каплями жидкого электродного металла. Для того чтобы не допустить перегрева токопроводящих проводов ИП должен иметь характеристику, ограничивающую ток короткого замыкания (I к). Отношение тока короткого зажигания к сварочному току должно находиться в интервале 1, 1…1, 5. время восстановления напряжения от короткого замыкания до зажигания дуги должно составлять сотые доли секунды.
Для питания дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источники постоянного тока (сварочные выпрямители и генераторы).
Сварочные генераторы применяются при отсутствии внешних источников переменного тока или при необходимости применения постоянного тока.
Сварочные трансформаторы более распространены, так как они:
проще в эксплуатации, долговечнее; имеют высокий к.п.д.
Сварочный трансформатор серии СТЭ (рис. 4.5) состоит из двух частей: понижающего трансформатора Тр и дросселя Др, соединенных в последовательную цепь. На П – образном сердечнике 1 трансформатора намотаны первичная 2 и вторичная 3 обмотки. На П – образном разомкнутом сердечнике 5 дросселя намотана компенсирующая обмотка 4. трансформатор понижает сетевое напряжение до 60…70 В. Дроссель служит для получения крутопадающей характеристики и регулирования сварочного тока в цепи «электрод 7 – дуга 8 - заготовки 9». При прохождении электрического тока через компенсирующую обмотку дросселя в ней возникает ЭДС самоиндукции, направленная противоположно основному потоку. В результате падения напряжения в дросселе трансформатор получает крутопадающую характеристику. Перемещение ярма 6 сердечника дросселя приводит к изменению зазора . Чем больше зазор, тем больше ЭДС самоиндукции компенсирующей обмотки, тем больше сварочный ток.
Рис. 4.5. Схема сварочного трансформатора серии СТЭ:
Тр. – трансформатор; Др. – дроссель; 1 – сердечник трансформатора; 2 – первичная обмотка; 3 - вторичная обмотка; 4 - компенсирующая обмотка; 5 –сердечник дросселя; 6 – ярмо; 7 – электрод; 8 – дуга; 9 – заготовки; δ - зазор.
В зависимости от материала электрода различают:
– сварку неплавящимся (графитовым, вольфрамовым);
– плавящимся (покрытым обмазкой или электродной проволокой).
Дуга прямого действия – дуга, при которой объект сварки включен в цепь сварочного тока (рис. 4.6, а).
Рис. 14.6. Схемы электродуговой сварки: а – с прямой дугой; б – с косвенной дугой; в – трехфазная: 1 – присадочный пруток; 2 – электрод; 3 – дуга; 4 – заготовки.
Электрическая дуга 3 горит между электродом 2 и свариваемыми заготовками 4. Сварной шов получается за счет плавления электрода или присадочного прутка 1. Возможные подключения: переменным током; постоянным током, прямое включение (заготовка является катодом); постоянным током, обратное включение (заготовка является анодом).
Дуга косвенного действия – дуга, при которой объект сварки не включен в сварочную цепь (рис. 14.6, б). Электроды 2 включены в цепь переменного тока. Дуга 3 горит между электродами (обычно неплавящимися). Металл кромок заготовок нагревается и расплавляется теплотой столба дуги. При сварке трех фазной дугой (рис. 14.6, в) дуга 3 горит между электродами 2 и между каждым электродом заготовками 4.