Ручная сварка (описание лабораторной работы)

1. РУЧНАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА
НА АППАРАТАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Цель работы: изучить технологический процесс ручной
электродуговой сварки, характеристики покрытых электродов,
строение и характеристики источников питания.
1.1. Содержание работы
Сущность ручной дуговой сварки покрытыми
электродами
С помощью ручной дуговой сварки выполняют большой объем
сварочных работ при производстве сварных конструкций. Наибольшее
применение находит ручная дуговая сварка покрытыми электродами.
Схема процесса ручной
дуговой сварки металлическим
покрытым электродом показана
на рис. 5. Дуга 4 горит между
электродом
8
и
основным
металлом 10. Под действием
теплоты
дуги
электрод
и
основной
металл
расплавляются, образуя сварочную
ванну 9.
В период формирования
капли 6 на нее действуют силы,
которые
способствуют
или
препятствуют ее отрыву от торца
электрода: сила тяжести Р,
электродинамические силы Nэд,
сила поверхностного натяжения
Nп.н.
В
условиях
сварки
Рисунок 5 – Схема ручной
толстопокрытыми электродами к
дуговой сварки
главным силам, действующих на
каплю, добавляются сила давления газового потока Nг.п и сила
реакции газов, выделенных из капли Nр.г.
Капли жидкого металла из электродного стержня 7 переносятся в
ванну через дуговой промежуток. Вместе с металлическим стержнем
плавится и электродное покрытие 5, образуя газовую защиту и жидкую
шлакую пленку 3 на поверхности расплавленного металла. По мере
перемещения дуги сварочная ванна охлаждается и затвердевает,
образуя сварной шов 1. Жидкий шлак также твердеет и образует на
поверхности шва твердую шлаковую корку 2, которая устраняется
после сварки. При этом способе выполняется газошлаковая защита
расплавленного металла от взаимодействия с воздухом. Кроме того,
шлаки позволяют проводить необходимую металлургическую
обработку металла в ванне.
Для выполнения функций защиты и обработки расплавленного
металла
покрытия
электродов
при
расплавлении
должны
образовывать шлаки и газы с определенными физико-химическими
свойствами. Поэтому для обеспечения нужного состава и свойств шва
при выполнении соединений на разных металлах для сварки
применяют электроды с определенным типом покрытий (табл. Д.6).
Условное обозначение электродов для ручной дуговой сварки и
наплавки стали ГОСТ 9466-75 содержит марку, тип, диаметр
электрода, вид и толщину покрытия, тип стали, которую сваривают,
положения шва в пространстве, род и полярность тока,
характеристику наплавленного металла или металла шва ( табл. Д.4 Д.5).
Источники питания для ручной дуговой сварки
Электрическая сварочная дуга при сварке покрытыми
электродами является видом нагрузки, который отличается от других
потребителей электроэнергии:
- для зажигания дуги нужно напряжение, значительно выше, чем
для поддержания ее горения;
- дуга горит с перерывами, во время которых электрическая цепь
или разрывается, или происходит короткое замыкание;
- во время горения дуги с изменением ее длины lд (в пределах
0...20 мм ) изменяется сопротивление, что приводит к изменению
напряжения Uд (в пределах 20...40 В) и силы сварочного тока Iзв;
- при коротком замыкании (в моменты зажигания дуги и перехода
капли расплавленного металла на изделие) напряжение между
электродом и изделием падает до нуля.
Эти особенности дуги обусловливают такие требования к
источникам питания (для ручной дуговой сварки):
1. Напряжение холостого хода должно быть в два-три раза выше
напряжения дуги. Это необходимо для легкого зажигания дуги, в то же
время оно должно быть безопасным для сварщика при условии
выполнения им необходимых правил. Напряжение холостого хода Uх.х
обычно равено 50...70 В, госстандарт устанавливает максимальное
напряжение холостого хода не более 80 В для источников питания
переменного тока и 90 В - постоянного тока.
2. Необходимо, чтобы сила тока при коротком замыкании Iкз была
ограничена. Нормальный процесс дуговой сварки обеспечивается,
если Iкз / Iзв = 1,1...1,5 (в некоторых случаях - 2).
3. Изменения напряжения дуги, происходящих в результате изменения
ее длины, не должны вызывать существенного изменения силы
сварочного тока, а следовательно, изменения теплового режима
сварки (необходимо, чтобы источник питания имел специальную
форму внешней характеристики).
4. Время восстановления напряжения от 0 до 25 В после короткого
замыкания не должено превышать 0,05 с, что обеспечивает
устойчивость дуги.
5. Необходимо, чтобы источник питания имел устройство для
регулирования силы сварочного тока. Пределы регулирования тока
должны быть 30 ... 130% от номинального сварочного тока. Это
необходимо для того, чтобы от одного источника питания можно было
сваривать електродами различных диаметров. Всем указанным
требованиям отвечают источники питания с крутопадающей внешней
вольт-амперной
характеристикой(ВВАХ).
На
рис.
6
изображена
крутопадающая
ВВАХ
источника
питания и статические вольт-амперные
характеристики электрической дуги
(СВАХ) разной длины ( l1 , l2 , l3 ). Точка
пересечения ВВАХ и СВАХ определяет
рабочий ток и напряжение – IР; UР (для
точки А – I2 и U2).
При
крутопадающей
ВВАХ
изменение
рабочего
тока
незначительное, горение дуги будет Рисунок 6 –Характеристики
ВВАХ, СВАХ
стабильным,
устойчивым;
ток
короткого замыкания Iкз не намного превышает рабочий ток Iр и
источник питания не перегружается.
В
качестве
источников
переменного
тока
применяют
специальные понижающие трансформаторы типа ТД-500 и др.
Трансформатор ТД-500 (рис. 7) представляет собой
передвижную установку в однокорпусном исполнении с естественной
вентиляцией. Он относится к трансформаторам с увеличенным
(развитым) магнитным рассеянием и подвижными обмотками. Для
трансформатора
с
подвижными
обмотками
индуктивное
сопротивление в зависимости от расстояния между обмотками
меняется по линейному закону и, следовательно, сварочный ток
изменяется обычно пропорционально расстоянию между обмотками.
При большом расхождении обмотоки эффективность регулирования
тока снижается при непрерывном росте массы магнитопровода.
Поэтому
большой
диапазон
плавного
регулирования
в
трансформаторах с подвижными обмотками нецелесообразен.
Для
расширения
пределов
регулировки тока при ограничении
массы магнитопровода применяют
плавно-ступенчатое
регулирование
путем одновременного переключения
числа витков первичной и вторичной
обмоток с сохранением устойчивости
коэффициента трансформации или с
некоторым
его
снижением
в
диапазоне малых токов.
Рисунок 7 – Схема сварочного трансформатора
ТД-500
Технические данные:
1.Потребляемая мощность, кВт - 32.
2. Напряжение питания, В - 220 / 380.
3. Напряжение холостого хода:
а) большой ток, В
- 60;
б) малый ток, В
- 75;
4. Номинальный ток, А
- 500;
5. Регулирование тока, А - 90…650
Магнитопровод 1 трансформатора выполнен из пластин
толщиной 0,5 мм электротехнической стали высокой магнитной
проницаемости в виде П-образного сердечника, характеризующегося
стержневым потоком рассеивания.
В нижней части магнитопровода расположены четыре
неподвижных первичные полуобмотки 6, из них две основные с
большим числом витков, и две
дополнительные - с меньшим числом
витков.
Сварочные
(вторичные)
полуобмотки 5 выполнены подвижными
и
перемещаються
с
помощью
винтового механизма относительно
катушки первичной обмотки, что дает
плавное регулирование тока. При
сближении катушек (ручка 3, ходовой
винт 2, ходовая гайка 4) индуктивное
сопротивление Хт уменьшается, а
Рисунок 8 – Электрическая
рабочий ток увеличивается. При
схема ТД-500
удалении обмоток Хт растет, а ток
уменьшается. Диапазонное регулирование тока обеспечивается
переключением обмоток (рис. 8).
Параллельное соединение обмоток катушек (положение 1)
приводит к малому значению Хт и диапазону больших токов,
последовательное (положение 2) - большое значение Хт и диапазону
малых токов.
При последовательном соединении секций (диапазон малых токов)
дополнительные секции первичной обмотки отключаются, при этом
повышается напряжение холостого хода трансформатора до 75 В. Это
благоприятно сказывается на устойчивости дуги при малых токах.
Токоуказательный механизм связан рычажной передачей с
подвижной обмоткой. Величину тока определяют по шкале через
смотровое окно, расположенное на верхней части кожуха. Показания
по этой шкале ориентировочные (с точностью 7,5%), так как истинное
значение сварочного тока зависит от напряжения дуги.
Ток короткого замыкания можно изменять, регулируя напряжение
холостого хода и Хт. В трансформаторе ТД-500 при изменении
расстояния между катушками меняется только Хт, а напряжение
холостого хода практически не меняется. Однако при переключении
диапазона тока меняется и Хт, и напряжение холостого хода.
1.2. Методика работы
1. Ознакомиться с сутью процесса ручной электродуговой сварки
покрытыми электродами.
2. Ознакомиться с сутью шлаковой защиты, объяснить маркировки
электродов для ручной дуговой сварки.
3. Ознакомиться с устройством трансформатора ТД-500.
4. Провести тренировочную сварку.
5. Исследовать ВВАХ трансформатора ТД-500 на режимах по
указанию преподавателя (табл.2).
Ток по
шкале токоуказателя,
А
Замеры
Напряжение
холостого
хода
Uх.х, В
Ток
короткого
замыкания
Iкз, А
Ток
рабочий
IР, А
Напряжение
рабочее,
UР, В
Примечания
№ п/п
Таблиця 2 - Протокол исследований ВВАХ
6. Выполнить анализ полученных результатов.
Указания по снятию ВВАХ
Необходимо снять по три характеристики в диапазоне малых
токов и в диапазоне больших токов. Каждую характеристику строят по
таким трем точкам: холостого хода (U = Uх.х; I = 0), короткого замикания
(I = Iкз; U =0) и рабочего режима (U = UР; I = IР).
1.3. Оборудование и материалы
1. Пост для ручной дуговой сварки.
2. Сварочный трансформатор ТД-500.
3. Инструменты для сварки.
4. Приборы для измерения:
амперметр, диапазон измерений 0…600 А;
вольтметр, диапазон измерений 0…100 В.
5. Сварочные материалы:
пластины из низкоуглеродистой стали толщиной 6…10 мм,
покрытые электроды различных марок диаметром 4…5 мм.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
1.4. Содержание отчета
Схема процесса ручной дуговой сварки.
Объяснение условного обозначения штучного электрода (по
указанию преподавателя).
Требования относительных источников питания для ручной
дуговой сварки.
Схема ТД-500 и его технические данные.
Протокол исследований ВВАХ ТД–500 (табл. 2).
Графики ВВАХ ТД–500.
Анализ полученных результатов. Выводы.
1.5. Контрольные вопросы
1. Расскажите о влиянии сварщика на процесс ручной дуговой сварки
как субъективного участника.
2. Как обеспечивается защита сварочной ванны, при ручной дуговой
сварке штучными электродами?
3. В чем суть газошлаковой защиты?
4. Расскажите об основных компонентах покрытий искусственных
электродов.
5. Сформулируйте требования к источникам питания.
6. Чем и как обеспечивается получение крутопадающей ВВАХ?
7. Расскажите о влиянии магнитного рассеяния относительно
трансформаторов с подвижными катушками.
8. Назовите основные узлы трансформатора ТД-500 и укажите их
назначение.
9. Как регулируется сварочный ток на аппарате ТД-500 (плавно,
ступенчато)?
10. Какое влияние имеет индуктивное сопротивление на сварочный
ток?