Сапожков С.Б., Зернин Е.А., Сабиров И.Р. Теория сварочных процессов. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

Сделать вывод о влиянии рода и полярности тока на маг-

нитное дутье.

Опыт 3.

Изучить поведение дуги вблизи ферромагнитных масс.

Для этого возбудить угольную дугу на расстоянии 10–15 мм от

стального бруса. Уяснить сущность происходящего явления и

зарисовать расположение дуги.

Опыт провести:

а) на постоянном токе прямой полярности;

б) на переменном токе.

Опыт 4.

Изучить влияние постоянного магнитного поля на пове-

дение сварочной дуги. Для этого возбудить дугу между уголь-

ным электродом и угольной пластиной.

Во время горения дуги поднести к ней подковообразный

магнит. Изменить направление магнитного поля магнита пово-

ротом его на 180

. Объяснить сущность происходящего явле-

ния.

Опыт провести на постоянном токе прямой полярности.

Lразр

а)

б)

Рис. 1.3. Схема установки для проектирования сварочной дуги (а), схе-

ма измерения длины дуги (б): 1 – винт для растяжения дуги; 2 – кронштейн; 3 –

угольный электрод; 4 – угольная пластина; 5 – линза; 6 – экраны; 7 – темное стек-

ло

Опыт 5.

Установить влияние полярности тока на насыщение ос-

новного металла углеродом. Для этого возбудить дугу посто-

янного тока прямой полярности между угольным электродом и

зачищенной до блеска пластиной из низкоуглеродистой стали

и проплавить ее небольшой участок.

Опыт повторить при обратной полярности. После охлаж-

дения пластину зачистить на круге и измерить твердость по

Роквеллу проплавленных участков и основного металла. Со-

поставить твердость участков с твердостью основного металла.

5. Типовые вопросы для контроля и самоконтроля

студентов

1. На какие области делится дуговой разряд?

2. Какие процессы протекают в отдельных участках сва-

рочной дуги?

3. Что такое магнитное дутье?

4. Какова особенность дугового разряда как проводника

электрического тока?

5. Как влияет собственное магнитное поле на дуговой

разряд?

6. Почему сварочная дуга притягивается к ферромагнит-

ной массе?

7. Каким образом можно объяснить резкое возрастание

твердости стали при проплавлении ее угольной дугой на токе

обратной полярности?

8. Меры борьбы с магнитным дутьем?

1.2. СТАТИЧЕСКАЯ ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКА ДУГИ С НЕПЛАВЯЩИМСЯ

ЭЛЕКТРОДОМ

1. Цель работы:

1. Изучить методику построения статической вольт-

амперной характеристики дуги.

2. Получить опытные данные о зависимости напряжения

дуги от тока дуги, необходимые для построения вольт-

амперной характеристики дуги.

2. Оборудование, приборы и материалы

1. Сварочный пост с источником постоянного тока, обо-

рудованный вольтметром и амперметром.

2. Штатив для крепления и перемещения электрода в вер-

тикальном направление.

3. Угольные электроды 8…12 мм.

4. Угольная пластина.

3. Краткая характеристика объекта исследования

Статическая вольт-амперная характеристика дуги – зави-

симость напряжения дуги от тока дуги, полученная при посто-

янной длине дуги и столь медленном изменении тока, что фи-

зико-химические процессы в дуговом пространстве, вызванные

изменением тока, успевают стабилизироваться.

Для газового разряда сопротивление не является постоян-

ным, так как количество заряженных частиц зависит от интен-

сивности ионизации и, в частности, от сварочного тока и его

плотности, поэтому электрический ток в газах не подчиняется

закону Ома и вольтамперная характеристика разряда для газов

является обычно не линейной.

В зависимости от плотности тока вольтамперная характе-

ристика может становиться падающей, пологой (жесткой) и

возрастающей.

В первой области при сварочном токе 100А дуге с возрас-

танием тока возрастает число заряженных частиц за счет роста

эмиссии с катода. Сопротивление столба дуги уменьшается и

падает напряжение дуги, необходимое для поддержания разря-

да. Вольтамперная характеристика дугового разряда называет-

ся падающей.

Во второй области напряжение дуги становится мало за-

висящим от тока, так как столб дуги сжимается электрическим

полем и объем газа, участвующего в переносе, уменьшается.

Это приводит к меньшей скорости роста числа заряженных

частиц. Напряжение становится мало зависящим от тока.

Вольтамперная характеристика является жесткой.

Рис. 1.4. Вольт-амперная характеристика дуги: ДР – ручная дуговая

сварка; ГЭ – газоэлектрическая сварка; ДФ – дуговая сварка под флюсом

В третьей области степень ионизации достигает почти

100%, поэтому высоко ионизированная, сильно сжатая плазма

подобна проводнику и дуга подчиняется закону Ома:

RJU

(1.1)

где U – напряжение, В;

I – сила сварочного тока, А;

R – сопротивление, Ом.

Вольтамперная характеристика является возрастающей.

Совместное рассмотрение статической вольт-амперной

характеристики дуги и внешней статической характеристики

источника питания позволяет решить вопрос об устойчивости

системы источник питания – дуга, а следовательно и вопрос о

стабильном горение дуги. Этот анализ показывает, что для ус-

тойчивости рассматриваемой системы необходимо, чтобы тан-

генс угла наклона статической вольт-амперной характеристики

дуги в рабочей точке был больше тангенса угла наклона внеш-

ней статической характеристики источника питания в той же

точке.

I,A

U,B U,B

I,A

а)

б)

Рис. 1.5 Внешние статические вольт-амперные характеристики: а)

источников питания (1 – падающая, 2 – пологопадающая, 3 – жесткая, 4 – возрас-

тающая); б) источника питания 1 и сварочной дуги 2

4. Методика выполнения лабораторной работы

1. Закрепить электрод в штатив (рис. 1.6).

2. Установить между торцом электрода и угольной пла-

стиной заданное расстояние (длину дуги).

Рис. 1.6. Штатив для возбуждения дуги: 1-стойка; 2-кронштейн; 3-

угольный электрод; 4-угольная пластина; 5-амперметр; 6-вольтметр

4. Возбудить сварочную дугу и зафиксировать сварочный

ток и напряжение, занести их в таблицу 1.1.

5. По данным таблицы построить график зависимости U

6. Используя значение U

для среднего значения I

в диа-

пазоне его изменения при опытах, определить напряженность

электрического поля в столбе дуги Е

и падения напряжения

Полученные экспериментальные данные проанализиро-

вать, сделать выводы.

ВНИМАНИЕ! При выполнении данной работы возможно

поражение электрическим током, а также тепловым и свето-

вым излучением сварочной дуги.

5. Формы таблиц, рекомендуемых для записи измеряемых

свойств объекта исследования

Таблица 1.1

Параметры

дугового

разряда

Номер замера

1-й

2-й

3-й

4-й

5-й

6-й

7-й

8-й

9-й

6. Типовые вопросы для контроля и самоконтроля

студентов

1. Что представляет собой статическая вольт-амперная

характеристика дуги?

2. Объясните почему зависимость U

) имеет нелиней-

ный характер?

3. На какие зоны можно разделить статическую вольт-

амперную характеристику в зависимости от тока?

4. Объясните процессы, протекающие в дуговом разряде в

каждой из этих зон?

5. В чем отличие статической вольт-амперной характери-

стики от динамической?

1.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНЕГО

МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СВАРОЧНУЮ ДУГУ

1. Цель работы:

Исследование влияния внешнего магнитного поля на сва-

рочную дугу.

2. Оборудование, приборы и материалы

1. Приспособление для получения вращающейся «бегу-

щей» дуги в поперечном магнитном поле.

2. Приспособление для получения поперечного магнитно-

го поля, действующего на сварочную дугу.

3. Приспособление для получения внешнего продольного

магнитного поля.

4. Источник питания ТИР-315.

5. Выпрямитель ВСА-5К.

6. Баллон с аргоном, редуктор.

7. Электрод угольный.

3. Краткая характеристика объекта исследования

Внешнее магнитное поле по отношению к оси столба ду-

ги может быть либо продольным, либо поперечным. Все про-

межуточные случаи могут быть сведены к этим двум.

Uо

Ucв

Рис. 1.7. Схема возбуждения поперечного магнитного поля

Если магнитопровод с обмоткой расположить так, как по-

казано на рисунке 1.7, то силовые линии магнитного поля ме-

жду полюсными наконечниками будут перпендикулярными

току дуги. Такое магнитное поле называют поперечным. Попе-

речное магнитное поле, накладываясь на собственное поле ду-

ги в контуре, может вызвать ее отклонение в ту или иную сто-

рону (рис. 1.8).

В той части сварочного контура, где силовые линии Ф

соб

поп

совпадают, создается избыточное магнитное давление, и

дуга отклоняется в сторону более слабого поля. Величина угла

отклонения дуги от вертикального положения зависит от дли-

ны дуги, силы сварочного тока и напряженности магнитного

поля и может быть определена по эмпирической формуле:

)(

дсв

кВlI

кВl

(1.2)

где к – коэффициент, зависящий от свойств дуги и усло-

вий ее горения;

В – магнитная индукция поля;

– длина сварочной дуги, мм;

св

– сила сварочного тока, А.

соб

Фпоп

Рис. 1.8. Поперечное магнитное поле и дуга

Направление отклонения дуги под действием указанной

силы можно определить по правилу левой руки. При измене-

нии направления тока в обмотке электромагнита изменится и

направление действия отклоняющей силы. Таким образом, при

прохождении по обмотке переменного тока будут происходить

колебания дуги с частотой переменного тока. А в случае при-

менения электрода – пластины эти колебания будут происхо-

дить от одного края пластины к другому. Колебания сварочной

дуги в переменном магнитном поле можно использовать для

электромагнитного перемешивания жидкого металла свароч-

ной ванны, а также для уменьшения глубины проплавления

основного металла и увеличения ширины шва (наплавленного

валика).

Эффект перемещения дуги в поперечном магнитном поле

пользуют в способе сварки труб «бегущей» дугой.

Способ сварки кольцевых швов труб вращающейся «бе-

гущей» дугой заключается в том, что на конце труб надеваются

две катушки, включенные встречно (рис. 1.9). Благодаря этому

в зазоре между трубами создается радиальное магнитное поле.

Если между торцами труб зажечь дугу, то на нее будет дейст-

вовать тангенциальная сила, дуга перемещается (бежит) по по-

верхности свариваемых труб. Скорость перемещения дуги уве-

личивается с ростом тока дуги и индукции магнитного поля и

может достигнуть 100 м/с и более.

Вr

Рис. 1.9. Сварочная дуга, бегущая в поперечном магнитном поле меж-

ду торцами свариваемых труб