Оборудование для ручной дуговой сварки
Источник питания сварочной дуги – это устройство, которое позволяет получать необходимый по роду и силе ток. Источники сварочного тока должны иметь специальную внешнюю характеристику, т. е. 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: режим холостого хода (сварочная цепь разомкнута, дуга не горит), режим короткого замыкания (в сварочной цепи течет ток короткого замыкания) и режим нагрузки (дуга горит устойчиво при заданном рабочем токе). Этим состояниям соответствуют определенные точки его внешней характеристики. Для ручной дуговой сварки используются источники с крутопадающей характеристикой. Для получения такой характеристики используются трансформаторы с повышенным индуктивным сопротивлением. Рабочее напряжение на выходе любого трансформатора (напряжение сварочной дуги U д) определяться по формуле
где Uхх – напряжение холостого хода трансформатора (В), Yд – ток дуги (сила сварочного тока, А), Хт – индуктивное сопротивление трансформатора (Ом). Для обычного силового трансформатора Xт» 0 и при его работе при увеличении силы тока в соответствии с формулой Uрх » Uхх.. Увеличение тока (при уменьшении длины дуги) в сварочном трансформаторе с повышенным индуктивным сопротивлением Xт (в соответствии с приведённой формулой) вызывает снижение напряжения на дуге и наоборот, Электрическая мощность дуги при этом практически не изменяется, этим и обеспечивается её стабильное горение. Максимальная сила тока, соответствующая режиму короткого замыкания на первом этапе зажигания дуги, также ограничена, что предупреждает перегрев проводов и самих источников тока и определяется величиной индуктивного сопротивления трансформатора Хт:
Таким образом, регулирование тока короткого замыкания и сварочного тока в различных конструкциях сварочных трансформаторов выполняется за счет изменения величины его индуктивного сопротивления Хт. Источник тока должен быть электробезопасным для сварщика (вторичное напряжение источника на холостом ходу ограничено величиной 60–80 В). Следует помнить, что абсолютно безопасным является напряжение 36 В для сухих помещений и 12 В – для сырых. Однако 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 трансформаторы и источники постоянного тока – сварочные выпрямители и генераторы. Источники переменного тока более распространены, так как 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 повышенным магнитным рассеянием также разделяются на два типа: с подвижным шунтом или с подвижной обмоткой. Наиболее широко используются трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием и подвижной первичной обмоткой. Трансформатор (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. 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.
Кроме традиционных источников питания дуги для ручной дуговой сварки все более широко применяются инверторные источники переменного тока. При достаточно большой мощности они имеют малые габариты и массу. 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. 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. Их действие основано на способности жидких кристаллов менять свою оптическую плотность под влиянием внешних воздействий.
Спецодежду для сварщика изготавливают 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
Электрод 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. Это предохраняет горячий металл от вредного воздействия атмосферного кислорода. 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. 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.
Различают следующие виды покрытий: 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. Стандартное условное обозначение электродов содержит основную информацию о сварочных электродах.
Режим сварки
Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются диаметр электрода и сила сварочного тока. Диаметр электрода d выбирается в зависимости от толщины листов свариваемого металла S с помощью табл. 1.
Таблица 1 Диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемого металла
Сила сварочного тока I определяется по формуле: I = (20 + 6 d)· d, А. При сварке высоколегированных сталей для уменьшения перегрева металла расчетное значение силы тока уменьшают на 20–30 %. В производственных условиях для определения силы сварочного тока ориентируются на паспортные данные электродов.
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.
Рис. 3. V -образная (а) и Х -образная (б) разделка кромок
При толщине свариваемых листов более 6 мм производится многопроходная сварка: так, при стыковой сварке листов толщиной 20 мм выполняется 6–7 проходов. Ручная сварка удобна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях – нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном (рис. 4), при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы.
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 = 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). Часть мощности дуги рассеивается, а то количество теплоты, которое вводится в свариваемое изделие, называется эффективной тепловой мощностью сварочной дуги: G = r · Q, Вт, где r – КПД дуги (для ручной дуговой сварки r» 0,81). Основными дефектами сварных соединений являются непровары и несплавления, трещины, раковины и поры. Качество полученных соединений определяется различными средствами технического контроля: внешним осмотром, неразрушающими и разрушающими методами и др.
Электроконтактная сварка
Контактная сварка – 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). При непрерывном сдавливании заготовок нагретый металл в местах контакта деформируется, поверхностные оксидные пленки разрушаются и удаляются из зоны контакта. Нагрев продолжается до необходимого пластичного состояния или оплавления материала заготовок. Параметрами режима контактной сварки являются величина сжимающего усилия – Р (Н), плотность тока – j (A/мм2) и время протекания тока – t (с). Основными способами контактной сварки являются стыковая, точечная и шовная сварка.
5.1. Стыковая сварка
Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния называют сваркой сопротивлением, а при разогреве до оплавления – сваркой оплавлением.
Перед стыковой сваркой сопротивлением заготовки очищают 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.
5.2. Точечная сварка
5.3. Шовная сварка
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. 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
Недостатком контактной сварки является кратковременное импульсное потребление значительной мощности в момент сварки, что создает существенную нагрузку для питающей электрической сети. Сварка предварительно накопленной энергией позволяет создать более благоприятные условия нагружения для сети. Существует четыре 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. Наиболее широко применяется конденсаторная сварка, она используется в производстве электроизмерительных и авиационных приборов, часовых механизмов, фотоаппаратов, элементов полупроводников и электронных схем. Основными дефектами соединений при стыковой сварке 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. Качество контактной сварки контролируют внешним осмотром, методами неразрушающего контроля, а непровар – разрушением образцов в тисках молотком и зубилом.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|