Процесс сварки сам по себе заключается в расплавлении металла в месте соединения металлических деталей. Затем этот расплавленный металл застывает и прочно соединяет их. При соблюдении техники сварки получается прочное, практически монолитное соединение. Расплавление металла требует очень высокой температуры, которая достигается с помощью возбуждения так называемой сварочной дуги.
Суть этого способа состоит в возникновении мощного электрического разряда между специальным электродом и металлической заготовкой или деталью, которые нужно сварить. При этом используется ток большой силы, а электрод и деталь образуют собой единую электрическую цепь. При отведении электрода от свариваемой детали и образуется сварочная дуга. Ее электрическое сопротивление больше, чем у металла и электрода, поэтому именно в ней выделяется основная масса тепловой энергии, достаточной для расплавления металла. Постоянно подавая ток и соблюдая определенное расстояние между электродом и изделием, сварочную дугу можно поддерживать длительное время. Такая техника применяется при нескольких видах сварки, самой распространенной из которых является ручная дуговая сварка. сварка металл дуга магнитный
Сварочная дуга характеризуется следующими параметрами:
1) при ее присутствии выделяется много тепла — температура внутри сварочной дуги достигает 6000 градусов
2) она дает много света, в том числе, ультрафиолетового и инфракрасного спектра, из-за чего и требуется применение специального снаряжения, защищающего органы зрения, кроме того, такие лучи могут обжигающе воздействовать и на кожу, поэтому при проведении сварочных работ рекомендуется использовать и специальную одежду
3) электрическая дуга является проводником электрического разряда
4 ) на нее оказывают воздействие электромагнитные поля
5) главная ее особенность — это способность оказывать давление на металл.
1. Строение сварочной дуги
Сварочная дуга (рис. 1) состоит из катодной, анодной областей и столба дуги. Катодная область расположена у катода и является источником электронов, ионизирующих дуговой промежуток. Предполагают, что длина катодной области равна длине свободного пробега электрона в газе. Анодная область расположена у анода и концентрирует электроны. Пространство, ограниченное катодной и анодной областями, называется столбом дуги. Столб дуги нейтрален — суммы зарядов отрицательных и положительных частиц равны. Температура катодной области достигает 3200°С, а анодной — 3400°С. Разница температур обусловлена тем, что катодом выбрасывается больше заряженных частиц, которые сильно бомбардируют анод, в результате чего выделяется большое количество тепла. В столбе дуги температура колеблется в пределах 5000—8000 °С. При сварке на постоянном токе на аноде выделяется 43% тепла сварочной дуги, на катоде — 36%, в столбе дуги — 21%. Длина дуги равна расстоянию между торцом электрода и поверхностью расплавленного металла. У покрытых электродов 0 4—5 мм длина устойчиво горящей нормальной дуги составляет 5—6 мм. Такая дуга считается короткой. Дуга длиной более 6 мм называется длинной. Горит она неустойчиво, металл электрода плавится неравномерно, капли металла больше подвергаются воздействию кислорода и азота воздуха, наплавленный металл пористый с неровной поверхностью.
Сварочное производство
... возникающего между свариваемым металлом и электродом. Под действием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец плавящегося электрода расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое ... технологических процессов обработки металлов. Большие преимущества сварки обеспечили её широкое применение в народном хозяйстве. С помощью сварки осуществляется производство судов, турбин, котлов, ...
Рис. 1. Схема сварочной дуги
1,3 — анодное и катодное пятна; 2, 4 — анодная и катодная области; 5 — столб дуги
Под действием тепла дуги металл свариваемого изделия расплавляется на определенную глубину, которая называется глубиной проплавления или проваром, а жидкий расплавленный металл — сварочной ванной. Давление газов сварочной дуги отбрасывает расплавленный металл со дна ванны на боковую ее поверхность. При этом образуется углубление — кратер. В конце сварки необходимо с помощью специальных технологических приемов заделать кратер, так как в нем, как правило, обнаруживаются усадочные рыхлости, часто переходящие в трещины.
2. Условия зажигания и устойчивого горения дуги
Условия зажигания и устойчивого горения дуги зависят от таких факторов, как состав обмазки при сварке штучными электродами, род тока, постоянный или переменный, прямая или обратная полярность при сварке на постоянном токе, диаметр электрода, температура окружающей среды.
Для зажигания дуги требуется напряжение большее по величине, чем напряжение для горения дуги. Напряжение, подводимое от источника питания к электродам при разомкнутой сварочной цепи, является напряжением холостого хода.
В момент горения дуги напряжение, подаваемое от источника питания, значительно снижается и достигает величины, необходимой для устойчивого горения дуги. В Процессе горения дуги ток и напряжение находятся в определённой зависимости. Зависимость напряжения дуги от тока сварочной цепи, при условии постоянной длины дуги, называют статической вольт — амперной характеристикой дуги.
Первым условием зажигания и горения дуги является наличие электрического источника питания дуги достаточной мощности, позволяющего быстро нагревать катод до высокой температуры при возбуждении дуги. Более полная стабилизация горения дуги достигается также при достаточной степени ионизации столба дуги, поэтому вторым условием для зажигания и горения дуги является наличие ионизации столба дуги за счёт введения в состав покрытия штучных электродов или в состав флюсов таких элементов, как калий, натрий, барий, литий, алюминий, кальций. Эти элементы обладают низким потенциалом ионизации и в момент зажигания дуги способствуют быстрому её возникновению. Третьим условием устойчивости горения дуги при сварке на переменном токе является наличие в сварочной цепи дросселя повышенной индуктивности. Это объясняется тем, что в сварочной цепи переменного тока, имеющей только омическое сопротивление, в процессе горения сварочной дуги образуются обрывы. При включении дросселя в сварочную цепь переменного тока происходит сдвиг фаз между напряжением источника питания и током, горение дуги относительно стабилизируется. При сварке на постоянном токе зажигание и горение дуги протекают несколько лучше, чем при сварке на переменном токе. В сварочную цепь постоянного тока также включают дросселя для улучшения стабильности горения дуги. Однако полная стабилизация горения дуги достигается в точке пересечения вольт — амперных характеристик дуги и источника питания. Эта точна будет определять устойчивое горение сварочной дуги. Для улучшения возбуждения дуги применяют специальные высокочастотные устройства — осцилляторы, а для обеспечения надежного повторного возбуждения дуги применяют специальные генераторы импульсов высокого напряжения, стабилизаторы.
Сварочные аппараты (2)
... сравнению с трансформаторами, заключается в использовании в них для сварки постоянного тока, обеспечивающего надежность зажигания и устойчивость горения сварочной дуги и, как следствие, более качественный шов. Имеется возможность варить ...
Зажигание и устойчивое горение сварочной дуги при любом роде тока зависит от динамической характеристики источника питания дуги. Источник питания должен поддерживать горение дуги при наличии возмущений в виде изменения напряжения в сети и обеспечивать регулирование сварочного процесса в зависимости от состояния поверхности свариваемого изделия и скорости подачи сварочной проволоки.
Технические особенности горения сварочной дуги на постоянном или переменном токе выражаются в том, что дуга, как гибкий газовый проводник, может отклоняться от нормального положения под воздействием магнитных полей, создаваемых вокруг дуги и в свариваемом изделии.
3. Классификация сварочной дуги
Виды сварочных дуг по принципу действия:
- Прямого
- Косвенного
- Комбинированног
Рис. 2. Виды сварочных дуг
Дуга прямого действия всегда происходит между заряженным электродом и свариваемой деталью — (Рис 2 а).
Если дуга создалась между двумя электродами — это сварочная дуга косвенного действия (Рис 2 б).
Соответственно, сочетание прямой и косвенной дуг называется комбинированным действием (Рис 2 в).
Например: трехфазная дуга. В ней две дуги связывают заряженные электроды с поверхностью сваривания, а третья — горит между двумя электродами, которые изолированы друг от друга.
Виды сварочных дуг по виду тока:
- Постоянный
- Переменный
- Трехфазный
Сварочная дуга может питаться постоянным, переменным и трехфазным током. В первом и во втором случаях имеются свои преимущества и недостатки.
При сварке дугой переменного тока промышленной частоты катодные и анодные пятна меняются местами 100 раз в 1 с. В процессе перехода тока через нулевое -значение и при изменении полярности в начале и конце каждого полупериода дуга гаснет, что приводит к снижению температуры дугового промежутка. Одновременно с этим падает температура активных пятен, и особенно на активном пятне сварочной ванны следствие отвода тепла в изделие. Повысить устойчивость горения дуги переменного тока можно увеличением частоты его с помощью специальных генераторов и осцилляторов Кроме того, для повышения устойчивости горения дуги -в покрытие электродов вводят элементы с низким потенциалом ионизации (калий, натрий, кальций), которые облегчают возбуждение дуги.
Сварочные трансформаторы
... сварочным трансформаторам относится большая группа трансформаторов серии ТД. По своей электромагнитной схеме это трансформаторы с увеличенным (развитым) магнитным рассеянием и подвижными обмотками (рис. 1). Они снабжены механическими регуляторами тока в виде ... в трансформаторах стабилизацию дуги и ее восстановление при частом изменении полярности переменного тока. Сварочные трансформаторы применяются ...
Дуга постоянного тока горит значительно устойчивее. Однако она имеет существенный недостаток — магнитное дутье. Сварочную дугу можно рассматривать как газовый проводник электрического тока, который под действием электромагнитных сил может отклониться от своего нормального положения. Ток, проходя по сварочным проводам, электроду и дуге, создает вокруг дуги и в свариваемом металле магнитные поля. Когда эти поля расположены несимметрично относительно оси дуги, они могут отклонять дугу как гибкий проводник тока. А это затрудняет сварку и даже может привести к обрыву дуги. При сварке на переменном токе явление магнитного дутья значительно слабее. К преимуществам источников переменного тока можно отнести меньшую их стоимость и простоту в эксплуатации.
Виды сварочных дуг по длительности горения:
- Стационарная дуга
- Импульсная дуга
Виды сварочных дуг по полярности постоянного тока:
- Прямой полярности
- Обратной полярности
При прямой полярности постоянного тока при сварке отрицательный заряд находится на электроде, а положительный — на свариваемом металле. При обратной полярности — наоборот.
Виды сварочных дуг по типу применяемого электрода:
- С плавящимся электродом (металлическим)
- С неплавящимся электродом (вольфрамовый, угольный и тд.)
При сварке плавящимся электродом свариваемый шов образуется из расплавленного электрода. При этом в зоне сварки всегда должна быть постоянная длина дуги.
При сварке неплавящимся электродом шов образуется из металла свариваемых частей. Длина дуги постепенно возрастает, поэтому нужно будет ее корректировать.
Исходя из длины дуги, возникает еще одна классификация сварочной дуги.
Виды сварочной дуги по длине дуги:
- Короткая (2-4мм)
- Нормальная (4-6мм)
- Длинная (больше 6 мм)
Виды сварочной дуги, исходя из среды горения:
- Открытая (в воздухе)
- Закрытая (под флюсом)
- В защитных газах
- Виды дуги по степени сжатия:
- Свободная
- Сжатая
4. Отклонение дуги под действием магнитного поля
Сила магнитного поля при сварке пропорциональна квадрату тока. Вследствие этого магнитное дутье особенно заметно при сварке на больших токах (300—400А).
Однако причиной образования магнитного дутья служит только неравномерное расположение магнитного поля относительно сварочной дуги. Распределение магнитного поля в сварочном контуре зависит от места подвода тока к свариваемому изделию, его конфигурации и наличия зазоров в свариваемом стыке (рис. 3).
В случае присоединения обратного провода сварочной цепи в непосредственной близости от места сварки появление магнитного дутья исключается, так как образуется симметричное магнитное поле. При удалении места присоединения от места сварки образуется несимметричное магнитное поле. Важным фактором образования несимметричного магнитного поля являются большие ферро-магнитные массы, расположенные рядом со сварочной ванной (массивные металлические изделия).
Устройство и назначение сварочного трансформатора
... дуга». В конструкциях сварочных трансформаторов первой половины 20-го века применялись трансформаторы с нормальным рассеянием магнитного поля в сочетании с отдельным или совмещенным дросселем. Регулирование тока ... и постоянный сварочный ток. В качестве источника переменного сварочного тока применяют сварочные трансформаторы, а постоянного - сварочные выпрямители и сварочные преобразователи. ТДМ-317, ...
Массивные ферро-магнитные изделия имеют большую магнитную проницаемость по сравнению с воздухом и поэтому магнитные силовые линии устремляются в среду с меньшим сопротивлением, отклоняя при этом сварочную дугу.
Рис. 3 Места подвода тока относительно сварочной дуги
а — ток подведен к изделию слева от дуги; б — ось подведенного тока совпадает с осью сварочной дуги; в — ток подведен к изделию справа от дуги
Ослабить действие магнитных полей можно, изменив, угол наклона электрода таким образом, чтобы нижний конец электрода был направлен в сторону действия магнитного дутья, или применяя сварку короткой дугой, так как чем короче дуга, тем меньше возможность ее отклонения.
5. Вольт-амперная характеристика дуги
Для горения дуги на электроде и свариваемом изделии должно поддерживаться напряжение (напряжение на дуге), которое прямо пропорционально длине дуги. Напряжение на дуге равно сумме падений напряжения в катодной, анодной областях и столбе дуги. Для возбуждения дуги необходимо более высокое напряжение по сравнению с напряжением, установившимся в процессе сварки. Это требуется для ионизации воздушного промежутка, который еще недостаточно нагрет, и для придания электронам большой скорости.
Для обеспечения устойчивого горения дуги ток и напряжение ее должны находиться в определенной зависимости, называемой статической вольт-амперной характеристикой (рис. 4).
Повышение силы тока в дуге до 100А вызывает резкое увеличение площади сечения столба дуги, что приводит к возрастанию его электропроводности и уменьшению напряжения. В этом случае характеристика дуги называется падающей. При дальнейшем повышении силы тока до 1000А площадь сечения столба дуги увеличивается пропорционально силе тока, поэтому плотность его и падение напряжения на всех участках столба дуги сохраняются постоянными. Такая характеристика именуется жесткой. Повышение силы тока в дуге свыше 1000А приводит к резкому возрастанию напряжения: увеличение плотности тока выше определенного значения уже не может увеличить сечение столба дуги. Поэтому напряжение на дуге повышается. Характеристику называют возрастающей.
Рис. 4. Статическая вольт-амперная характеристика дуги
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/stroenie-svarochnoy-dugi/
1. www.welding.su, m-svarka.ru › Сварочное оборудование, www.drevniymir.ru/metall22.html , www.aikentools.ru/svar_duga/
