Все о сварке

Определение сварочная дуга


Электрическая сварочная дуга, её определение и строение.

Определение и строение сварочной дуги.

Электрической сварочной дугой (СД) называется мощный устойчивый разряд в газах, при котором наблюдается прохождение электрического тока через газовый промежуток (ГП) под воздействием электрического поля. Дуга является частью электрической сварочной цепи, и на ней происходит падение напряжения.

При сварке на пост. токе электрод, подсоединенный к положительному полюсу источника питания дуги, называют анодом, а к отрицательному - катодом. Если сварка ведется на пер. токе, каждый из электродов является попеременно то анодом, то катодом.

Промежуток между электродами называют областью дугового разряда или дуговым промежутком. Длину дугового промежутка называют длиной дуги. В обычных условиях при низких температурах газы состоят из нейтральных атомов и молекул и не обладают электрической проводимостью. Прохождение электрического тока через газ возможно только при наличии в нем заряженных частиц - электронов и ионов.

Процесс образования заряженных частиц газа называют ионизацией, а сам газ - ионизованным. Возникновение заряженных частиц в дуговом промежутке обусловливается эмиссией (испусканием) электронов с поверхности отрицательного электрода (катода) и ионизацией находящихся в промежутке газов и паров.

Дуга, горящая между электродом и объектом сварки, является дугой прямого действия. Такую дугу принято называть свободной дугой в отличие от сжатой, поперечное сечение которой принудительно уменьшено за счет сопла горелки, потока газа, электромагнитного поля.

По длине дугового промежутка дуга разделяется на три области (рис. 1): катодную, анодную и находящийся между ними столб дуги. Катодная область включает в себя нагретую поверхность катода, называемую катодным пятном, и часть дугового промежутка, примыкающую к ней.

Рис. 1. Строение электрической дуги и распределение напряжения в ней: 1 - катодная область, 2 - столб дуги, 3 - анодная область

Протяженность катодной области мала, но она характеризуется повышенной напряженностью и протекающими в ней процессами получения электронов, являющимися необходимым условием для существования дугового разряда. Температура катодного пятна для стальных электродов достигает 2400 - 2700°С. На нем выделяется до 38% общей теплоты дуги. Основным физическим процессом в этой области является электронная эмиссия и разгон электронов. Падение напряжения в катодной области UK составляет порядка 12 - 17 В.

Анодная область состоит из анодного пятна на поверхности анода и части дугового промежутка, примыкающего к нему. Ток в анодной области определяется потоком электронов, идущих из столба дуги. Анодное пятно является местом входа и нейтрализации свободных электронов в материале анода. Оно имеет примерно такую же температуру, как и катодное пятно, но в результате бомбардировки электронами на нем выделяется больше теплоты, чем на катоде. Анодная область также характеризуется повышенной напряженностью. Падение напряжения в ней Uа составляет порядка 2 - 11 В. Протяженность этой области также мала.

Столб дуги занимает наибольшую протяженность дугового промежутка, расположенную между катодной и анодной областями. Основным процессом образования заряженных частиц здесь является ионизация газа. Этот процесс происходит в результате соударения заряженных (в первую очередь электронов) и нейтральных частиц газа. При достаточной энергии соударения из частиц газа происходит выбивание электронов и образование положительных ионов. Такую ионизацию называют ионизацией соударением. Соударение может произойти и без ионизации, тогда энергия соударения выделяется в виде теплоты и идет на повышение температуры дугового столба. Образующиеся в столбе дуги заряженные частицы движутся к электродам: электроны - к аноду, ионы - к катоду. Часть положительных ионов достигает катодного пятна, другая же часть не достигает и, присоединяя к себе отрицательно заряженные электроны, становятся нейтральными атомами. Такой процесс нейтрализации частиц называют рекомбинацией. В столбе дуги при всех условиях горения ее наблюдается устойчивое равновесие между процессами ионизации и рекомбинации. В целом столб дуги не имеет заряда. Он нейтрален, так как в каждом сечении его одновременно находятся равные количества противоположно заряженных частиц. Температура столба дуги достигает 6000 - 8000°С и более.

Падение напряжения в нем Uc изменяется практически линейно по длине, увеличиваясь с увеличением длины столба. Падение напряжения зависит от состава газовой среды и уменьшается с введением в нее легко ионизующихся компонентов. Такими компонентами являются щелочные и щелочно-земельные элементы (Са, Na, К и др.). Общее падение напряжения в дуге Uд = Uк + Uа + Uс.

Принимая падение напряжения в столбе дуги в виде линейной зависимости, его можно представить формулой Uс = ЕLс, где Е - напряженность по длине, Lс - длина столба. Значения Uк, Uа, Е практически зависят лишь от материала электродов и состава среды дугового промежутка и при их неизменности остаются постоянными при разных условиях сварки. В связи с малой протяженностью катодной и анодной областей можно считать практически Lс = Lд. Тогда получается выражение Uд = Uс показывающее, что напряжение дуги прямым образом зависит от ее длины.

multiurok.ru

Лекция №10. Сварочная дуга (определение, физическая сущность, способы зажигания, условия устойчивого горения, строение, влияние длины дуги на производительность и качества шва, окончание шва)

Если случайно или намеренно разомкнуть элек­трическую цепь, то в месте разрыва цепи проскакивает электрическая искра. Это явление, представляющее со­бой прохождение электрического тока через воздух, но­сит название искрового разряда.

Сварочной дугой называют дугу, представляющую собой длительный устойчивый электрический разряд в га­зовой среде между электродом и изделием либо между электродами, отличающуюся большим количеством теп­ловой энергии и сильным световым излучением.

Сварочные дуги квалифицируют по следующим признакам:

Для сварки металлов наиболее широко исполь­зуют сварочную дугу прямого действия, в которой одним электродом служит металлический стержень (плавящийся или неплавящийся электрод), а вторым — свариваемая деталь. К электродам подведен электрический ток — по­стоянный или переменный.

Теплота, выделяемая сварочной дугой, не вся переходит в сварной шов. Часть теплоты теряется бесполезно на нагрев окружающего воздуха, плавление электродного покрытия

Мощность сварочной дуги Q зависит от свароч­ного тока I и напряжения дуги U

Q=I*U Вт

Дугу возбуждают двумя способами — касанием или чирканьем. В обоих случаях процесс возбуждения сварочной дуги начинается с короткого замыкания. При этом в точках контакта увеличивается плотность тока, выделяется большое количество теплоты, и металл пла­вится. Затем электрод отводят, разрядный промежуток заполняется нагретыми частицами паров металла, и начи­нается горение дуги.

При отводе электрода от изделия (после корот­кого замыкания и мгновенного расплавления металла) жидкий мостик металла вначале растягивается, сечение его уменьшается, температура металла повышается, а за­тем жидкий мостик металла разрывается (рис.14). При этом происходит быстрое испарение металла, и разрядный промежуток заполняется нагретыми ионизированными частицами паров металла, электродного покрытия и воз­духа — возникает сварочная дуга.

Для повышения устойчивости горения сварочной, дуги в электродное покрытие или в защитный флюс вводят эле­менты (калий, натрий, барий и др.), которые повышают степень ионизации и, следовательно, стабилизации свароч­ной дуги.

 
 

1 2 3 (+) 4

Рис.14 Схема возбуждения электрической дуги:

Короткое замыкание; 2 –образование жидкого металла; 3 – образование шейки; 4 – возникновение дуги

Сварочную дугу можно возбудить без касания электродом свариваемого изделия. Для этого нужно в сварочную цепь параллельно включить источник тока высокого напряжения и высокой частоты (осциллятор). При этом для возбуждения дуги достаточно приблизить конец электрода на расстояние 2 -3 мм к поверхности изделия

Рассмотрим строение сварочной дуги.

Дуговой промежуток подразде­ляется на три основные области (рис.15):

· катодную,

· анодную

· столб дуги

К а то д н о е пятно является источником потока свободных электронов. Температура его для стальных электродов достигает 2400—2600 °С. В катодном пятне выделяется около 38% общей теплоты дуги.

Столб дуги представляет собой проводник электрического то­ка. В нем свободные электроны и отрицательно заряженные ионы движутся к аноду, а положительно заряженные ионы — к катоду. В целом столб дуги не имеет заряда. Он нейтрален, так как в каждом сечении столба одновременно находятся равные количества противоположно заряженных частиц.

В столбе дуги выделяется около 20% общей теплоты дуги. Температура столба дуги зависит от силы сварочного тока и достигает в ее центре 6000— 7000 °С и более. Температура капли на конце стального электрода приблизительно равна 2150°С, а при перелете ее через дуговой промежуток -- 2350 °С.

В среднем температура сварочной ванны составляет 1770°С.

Анодное пятно является местом входа и нейтрализации сво­бодных электронов. Оно имеет примерно такую же температуру, как и катодное пятно, но в результате бомбардировки электронами на нем выделяется больше теплоты (примерно 42 %), чем на катод­ном.

Рис.15 Строение электрической дуги и распределение напряжения на ее участках: 1 – катодное пятно; 2 – столб дуги; 3 – анодное пятно.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

СВАРОЧНАЯ ДУГА И ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

СВАРОЧНАЯ ДУГА И ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Цель работы

1.1. Изучить процесс образования сварочной дуги.

1.2. Определить отличие между сварочной дугой постоянного и переменного токов.

1.3. Объяснить причину образования трёх участков вольт-

амперной характеристики сварочной дуги.

1.4. Установить влияние типа покрытий электродов на длину сварочной дуги.

Результаты опытов в виде таблицы и графиков.

Ход работы

1. На стол штатива поместить хорошо очищенную пластину 7 из малоуглеродистой стали. Зачистить торец электрода без покрытия и закрепить его в зажиме 9 (рис. 1.5). Перемещением зажима 10 штатива установить торец электрода на расстоянии 2 мм от поверхности стальной пластины. Для этого удобно пользоваться мерной пластиной толщиной 2 мм, помещаемой под торец электрода.

2. С помощью переключателя ступеней тока 2 и регулятора 3 выпрямителя ВД – 306 С1 установить определенную величину тока короткого замыкания по указателю 5 со шкалой на боковой стенке выпрямителя. Значения токов короткого замыкания приведены в табл. 1. 2 или задается преподавателем, а также может рассчиты-ваться по методике, приведенной в разделе 3.1 для определённых значений силы сварочного тока.

3. К электроду и стальной пластине на штативе подвести напряжение от источника питания при помощи кнопки «пуск» выключателя 1.

4. Зажечь дугу между электродом и стальной пластиной, замыкая на короткое время промежуток между ними заточенным угольным стержнем. По мере оплавления электрода длина дуги увеличивается. При достижении максимальной своей длины дуга гаснет.

5. После догорания электрода до естественного обрыва отключить источник питания кнопкой «стоп» выключателя 1.

6. Удалить шлак с наплавленного валика 2 (рис. 1.6) и после охлаждения пластины металлической масштабной линейкой изме-рить расстояние между торцом электрода и наплавленным металлом lmax (разрывную длину дуги).

Для достоверности результатов каждый опыт повторить не менее трёх раз и среднее значение занести в табл.1.2.

Таблица 1.2

Зависимость разрывной длины дуги lmax от типа электродного покрытия и сварочного тока

Тип покрытия № опыта Разрывная длина дуги, мм
I1кз. = 200, А I2кз. =240, А I3кз. = 280, А
  Без покрытия      
     
     
С ионизирующим покрытием      
     
     
С качественным покрытием      
     
     

6. Далее опыты провести для обратной полярности тока, а затем ещё при двух значениях сварочного тока испытать электроды с тонким покрытием, затем – с толстым.

7. Построить график зависимости среднего значения длины дуги от силы сварочного тока для трех типов электродов.

5. Вывод:

5. Контрольные вопросы

1. Дайте определение сварочной дуге.

Сварочная дуга – мощный, стабильный, светящийся электрический разряд в ионизированной атмосфере газов, паров металла и веществ, входящих в состав электродных покрытий.

2. В чем заключается зажигание сварочной дуги?

Сварочная дуга загорается и поддерживается энергией, получаемой от источника питания постоянного или переменного тока.

Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает три этапа.

1. Осуществляют короткое замыкание электрической цепи соприкосновением конца электрода на заготовку. При этомв месте контакта выделяется значительное количество теплоты Q. Ток короткого замыкания практически мгновенно расплавляет металл в месте контакта.

2. Для горения дуги, после короткого замыкания, электрод и изделие необходимо раздвинуть друг от друга на расстояние 3…6 мм. При этом благодаря тепловой энергии, с поверхности электрода происходит испускание электронов (термическая эмиссия). Под действием электрического поля эти электроны устремляются к изделию и на своём пути сталкиваются с нейтральными частицами воздуха. При столкновении происходит отрыв от нейтрального атома или молекулы одного или нескольких электронов, что и называется ионизацией.

По мере развития дугового разряда происходит резкое нарастание ионизированных атомов. В результате дуговой промежуток становится электропроводным и через него начинается разряд электричества. Ток в дуге складывается из движения электронов в сторону анода и движения положительных ионов в сторону катода. Принято считать, что ток дуги преимущественно электронный, так как подвижность электронов из–за меньшей массы существенно выше, чем подвижность тяжелых положительно заряженных ионов.

3. Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда.

3. Объясните, как происходит ионизация межэлектродного пространства?

Происходит испускание электронов (термическая эмиссия). Под действием электрического поля электроны устремляются к изделию и на своём пути сталкиваются с нейтральными частицами воздуха. При столкновении происходит отрыв от нейтрального атома или молекулы одного или нескольких электронов, что и называется ионизацией. По мере разогрева столба дуги и повышения кинетической энергии атомов и молекул происходит дополнительная ионизация за счёт их столкновения между собой. Иными словами ионизация - это превращение атомов или молекул в положительные или отрицательные ионы. По мере развития дугового разряда происходит резкое нарастание ионизированных атомов. В результате дуговой промежуток становится электропроводным и через него начинается разряд электричества.

4. Опишите строение сварочной дуги.

В сварочной дуге четко выражены три области:

1) катодная область lк, прилегающая к катоду К (–) с разогре-тым катодным пятном 1. Основным физическим процессом в этой области является электронная эмиссия и разгон электронов. Температура катодного пятна для стальных электродов достигает 2400 … 2700 °С;

2) столб дуги lст – это ионизированный газ, который содержит атомы газов, паров металла и покрытия, нейтральные молекулы, свободные электроны и ионы. Столб дуги занимает наибольшую протяженность дугового промежутка и располагается между катодной и анодной областями. Основным процессом образования заряженных частиц (электронов, положительных ионов и отрицательных ио­нов) здесь является ионизация газа.

Температура столба дуги зависит от состава газов, величины сварочного тока (с увеличением величины тока температура повышается), типа электродных покрытий и полярности. При обратной полярности температура столба дуги выше и она достигает от 6000 и более 8000 °С;

3) анодная область lа включает анодное пятно 2 и часть дугового промежутка, примыкающего к аноду А (+).Ток в анодной области определяется потоком электронов, идущих из столба дуги. Анодное пятно является местом входа и нейтрализации свободных электронов в материале анода. Электрон, попавший на анодную поверхность, отдает металлу не только запас кинетической энергии, но и энергию в виде теплового излучения. Вследствие этого температура анода всегда выше и на нем выделяется больше тепла.

5. Как распределяется падение напряжения в дуговом промежутке?

Промежуток между электродами называют областью дугового разряда или дуговым промежутком. Длину дугового промежутка называют длиной дуги lд.

Сварочная дуга является частью электрической сварочной цепи, и на ней происходит падение напряжения. Распределение падения напряжения по длине дугового промежутка (напряжения дуги Uд) зависит от физических условий, в которых горит сварочная дуга, и является суммой падения напряжений в приэлектродных областях Uк + Uа и столба дуги Uст (см. рис. 1. 1):

Uд= Uк + Uст + Uа. (1.2)

Для сварочной дуги при плавящемся электроде характерно

Uк > Uа и Uк + Uа > Uст.

Для большинства практически используемых режимов сварки принимают Uк=10…20 В, Uа=2…5 В и они не зависят от длины дуги и тока, а зависят от концентрации заряженных частиц в приэлектродных областях. Падение напряжения столба дуги Uстсущественным образом зависит от величины сварочного тока Iд, защитной среды, материала электродов и может изменяться от 6 до 40 В. Выражение (1.2) падения напряжения в дуговом промежутке можно записать в виде:

Uд= а + в· lд, (1.3)

где а = Uк + Uа; – градиент напряжения в столбе, рав-ный 1…4 В/мм или в среднем – 2,5 В/мм. Таким образом, падение напряжения в столбе дуги длиной 4 мм составляет:

Uст=в∙lд=2,5∙4=10 В.

6. Что вызывает падение напряжения в катодных и анодных областях дуги?

Падение напряжения столба дуги Uстсущественным образом зависит от величины сварочного тока Iд, защитной среды, материала электродов и может изменяться от 6 до 40 В.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Цель работы

1.1. Изучить устройство и принцип действия сварочных транс-форматоров и выпрямителей.

1.2. Освоить способы получения внешней вольтамперной харак-теристики и регулирования сварочного тока современных источников питания для ручной дуговой сварки.

1.3. Снять внешнюю характеристику сварочного трансформа-тора с повышенным магнитным рассеянием.

Теоретическая часть

Несмотря на широкое использование механизированных спосо-бов сварки, ручная электродуговая сварка (РДС) электродами с качественным покрытием остаётся наиболее распространённым видом сварки. В промышленности наиболее широко применяются следующие источники питания сварочной дуги: 1) переменного тока – сварочные трансформаторы; 2) постоянного тока – сварочные выпрямители; 3) высокочастотные источники – инверторы.

Современные сварочные трансформаторы

Несмотря на то, что дуга переменного тока менее устойчива, чем дуга постоянного тока, сварочные трансформаторы находят широкое применение. Трансформаторы экономичны: их КПД достигает 85 %, имеют меньшую стоимость.

Особенностью конструкции трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием является то, что первичная и вторичная обмотки расположены на общем магнитопроводе на некотором уда-лении друг от друга. Причем одна из обмоток является подвижной.

Принцип действия трансформаторов этих серий иллюс-трирует рис. 2.1. Они имеют стержневой удлинённый магнитопровод 3, цилиндрическую первичную 1 и вторичную 2 обмотки с числами витков W1 и W2 соответственно.

Каждая из обмоток разбиты на две катушки, охватывающие стержни магнитопровода.

Основной магнитный поток трансформа-тора Фт замыкается по магнитопроводу, а потоки рассеяния Ф1р и Ф2р - по воздуху в пространстве между первичной и вторичной обмоткам. Поэтому значительная часть магнитных потоков рассеяния первичной обмотки не достигает витков вторичной и они рассеиваются. Другими словами, на пути движения магнитного потока из первичной обмотки во вторичную имеется значительное индуктивное сопротивление. Индуктивное сопротивление трансфо-рматора хт сильно зависит от числа витков вторичной обмотки W2, а также конструктивных параметров трансформатора: ширины магни-топровода b, высоты катушек h2об, h3об и расстояния между ними Cок:

(2.1)

В уравнении (2.1) все геометрические размеры по рис. 2.4 приведены в сантиметрах. Зависимость индуктивного сопротивления трансформатора хт от расстояния между обмотками lоб линейная. В режиме нагрузки (рис. 2.2) сила тока во вторичной обмотке трансформатора будут соответствовать следующей зависимости:

(2.2)

где хт - полное индуктивное сопротивление трансформатора (вклю-чающее индуктивное сопротивление рассеяния);

U2 – напряжение во вторичной обмотке трансформатора. Для сварочных трансформаторов оно по условиям электро-безопасности при проведении сварочных работ не должно превышать 80 В. Чем выше напряжение холостого хода трансформа-тора, тем легче возбуждается дуга; Uд - – напряжение сварочной дуги.

Из выражения (2.2) следует, что регулировку тока при сварке можно осуществлять изменением напряжения холостого хода U2, т. е. изменением соотношения числа витков W1 /W2и изменением хт. Однако параметры U2 и W1 /W2 заложены в конструкцию трансформатора и имеют зависимость . Поэтому регулировку сварочного тока осуществляют изменением индуктивного сопротивления хт, которое достигается изменением расстояния между обмотками.

Для регулирования режима сварки в обойму крепления катушек вторичной обмотки вмонтирована неподвижная гайка 6, в которую ввинчивается или вывинчивается из неё ходовой винт 4 при вращении рукоятки. При этом изменяется расстояние между подвижной и неподвижной обмотками трансформатора lоб, что приводит к измене-нию магнитных потоков рассеяния Фр. Так происходит плавное регулирование силы сварочного тока.

Падающая внешняя характеристика у трансформатора с подвиж-ными обмотками получается благодаря увеличенному магнитному рассеянию.

Сварочные выпрямители [1]

Для ручной сварки предназначены выпрямители с крутопадаю-щими характеристиками, которые формируются различными спосо-бами: 1) увеличением индуктивного сопротивления трансформатора (выпрямитель с трансформатором с подвижными обмотками или с магнитным шунтом); 2) использование обратной связи по току (тиристорный, транзисторный и инверторный выпрямители). Наибо-лее простой способ заключается в том, что сварочный выпрямитель комплектуется силовым трансформатором с падающей характерис-тикой. В любом сварочном выпрямителе можно выделить следующие элемен-ты: силовой понижающий трансформатор, выпрямительный блок и пускозащитную аппаратуру.

Сварочный выпрямитель ВД–306 С1.В него входят силовой трансформатор с подвижными катушками (рис. 2.2). На метал-лической раме 10 размещены выпрямительный блок 1 и трехфазный понижающий трансформатор 2 с усиленными магнитными полями рассеяния.

На лицевой панели трансформатора расположены кнопки 4 «Пуск» и «Стоп», переключатель 5 диапазонов сварочного тока, амперметр 6, два разъема 8 для подключения сварочного кабеля, имеющих соответствующую полярность (+) и (—), и штепсельный разъем 9 для подключения выпрямителя к сети. Металлическая рама 10 установлена на двух колесах 7. Грубая регулировка тока осуществляется одновременным переключением первичной и вторичной обмоток трансформатора переключателем 5.

Рис. 2.2. Выпрямитель ВД – 306 С1: а – вид сбоку со снятым кожухом; б – общий вид

При включении по схеме «звезда-звезда» (Y/Y), обеспечивается ступень малых токов, а по схеме «треугольник-треугольник» (Δ/Δ) - ступень больших токов. В пределах каждой ступени плавное регули-рование тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками поворотом рукоятки 3. Значение сварочного тока определяется по указателю со шкалой 12, расположенные сбоку кожуха трансформатора. Упрощенная принципиальная схема выпрямителя ВД – 306 С1 приведена на рис. 2.3.

Внешние характеристики выпрямителя приведены на рис. 2.4.

Рис. 2.3. Упрощенная электрическая принципиальная схема выпрямителя ВД – 306 С1: Тр – трансформатор с падающей характеристикой; В – выпрямительный блок на кремниевых диодах

Выпрямители серий ВД – 201 и ВД – 306 просты в изготовлении и эксплуатации. Их недостатки - в отсутствии стабилизации режима при изменении напряжения сети и невозможности дистанционного управления.

Рис. 2.4. Внешняя характе-ристикавыпрямителя ВД – 306 С1

Инверторные источники питания [1,3]

Основным отличием инверторных источников питания от традиционных сварочных выпрямителей является наличие в его конструкции специальных устройств – инверторов.

Инверторы – это устройства, которые преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного тока с заданной формой импульсов, частотой, амплитудой и выходным напряжением.

На практике в сварочных источниках питания наиболее часто применяются однофазные инверторы. Частота переменного тока инвертора f = 1/Т (1…60 кГц). С повышением частоты напряжения питания сварочной дуги при уменьшаются размеры и масса трансфо-рматора, а также увеличивается индуктивное сопротивление его обмоток. Такой инвертор называют автономным.

Инверторный сварочный аппарат ИН – 200ИУ2. Аппарат выполнен в металлическом корпусе (рис. 2.5), с воздушной принуди -

а – с лицевой стороны; б – с задней стороны

Функциональная схема инверторного сварочного аппарата Рис. 2. 6.

тельной системой охлаждения полупроводниковых элементов. Входной выпрямитель Ввх преобразует переменное напряжение сети 220 В (~ 50 Гц) в постоянное (рис. 2.6). Инвертор Ин на четырёх

транзисторах преобразует постоянное напряжение в переменное высокочастотное (~ 50 кГц). Далее напряжение (~ 220 В) понижается высокочастотным трансформатором Тр до сварочного (~ 85 В), выпрямляется выходным выпрямителем Ввых и сглаживается росселем Др (фильтром) L– C.

Кроме снижения массы выпрямителя большая частота транс-формируемого тока приводит к сокращению длительности пере-ходных процессов с 0,02 сек до 0,001 сек, что уменьшает разбрызгивание металла при сварке. Регулировка режима сварки осуществляется путём изменения частоты. Падающая внешняя характеристика обеспечивается сле-дующим образом: с увеличением Iсв автоматически снижается часто-та f, что влечет уменьшение выходного напряжения. Для его стабилизации вводится обратная связь по напряжению.

Таким образом, воздействие на параметры инвертора по­зволяет регулировать режим сварки и формировать внешние характеристики выпрямителя.

Практическая часть

Оборудование и материалы

Сварочный трансформатор ТС – 500, сварочный выпрямитель ВД – 306 С1, балластный реостат РБ–301, инверторный сварочный аппарат ИН – 200ИУ2.

Последовательность выполнения работы:

1. Разобраться с электрическими схемами опытных установок для снятия внешних характеристик трансформатора и выпрямителя

2. Снять внешнюю характеристику сварочного выпрямителя

ВД–306 С1. Для этого убедиться, что вторичная обмотка трансформатора подключена к балластному реостату РБ–301.

Снятие характеристики осуществляется в следующей последо-вательности:

а) включить рубильник Р, смонтированный на стене лабора-тории. «Пуск»-на передней стенке, включить выпрямитель ВД-306 С1. Убедиться в срабатывании вентилятора;

б) переключателем ступеней тока 2 вправо (ступень 2) вклю-чить обмотку трансформатора в область больших токов;

в) вращением рукоятки 3 установить по шкале указателя вы-прямителя определенную силу сварочного тока (например, 250 А);

г) при выключенных ножах балластного реостата включить кнопкой 1 выпрямитель, затем снять по вольтметру напряжение холостого хода. При этом показание амперметра будет равно нулю.

д) последовательно включая (справа налево) контактные ножи балластного реостата РБ–301 снять показания амперметра и вольт-метра. Амперметр располагается на передней стенке выпрямителя, а вольтметр – на балластном реостате. Данные занести в таблицу;

3. Снять внешнюю характеристику сварочного трансформа-тора ТС – 500. Для этого:

а) переключить входные провода балластного сопротивления

РБ -301 на выходные клеммы вторичной обмотки трансформатора;

б) вращением рукоятки 4 (см. рис. 2.1) установить ток короткого замыкания 250 А.

в) при выключенных ножах балластного реостата РБ–301 включить трансформатор, затем снять по вольтметру, расположен-ному на балластном реостате, напряжение холостого хода.

г) переключая контактные ножи РБ–301, снять показания вольтметра и амперметра. Данные занести в таблицу 2.1. При этом используется амперметр, установленный на реостате.

ж) с помощью кнопки «стоп» и рубильника Р выключить источник питания. Отключить контакты реостата.

4. По полученным данным построить внешнюю характерис-тику выпрямителя и трансформатора. Характеристику выпрямителя сравнить с характеристикой, на рис. 2.4.

Выводы

5. Контрольные вопросы

5.1. Какие Вы знаете источники питания сварочной дуги для

ручной дуговой сварки?

В промышленности наиболее широко применяются следующие источники питания сварочной дуги: 1) переменного тока – сварочные трансформаторы; 2) постоянного тока – сварочные выпрямители; 3) высокочастотные источники – инверторы.

5.2. В чем особенность конструкции сварочных трансформато-ров с повышенным магнитным рассеянием?

Особенностью конструкции трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием является то, что первичная и вторичная обмотки расположены на общем магнитопроводе на некотором уда-лении друг от друга. Причем одна из обмоток является подвижной.

5.3. От каких факторов зависит индуктивное сопротивление трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием?

Индуктивное сопротивление трансфо-рматора хт сильно зависит от числа витков вторичной обмотки W2, а также конструктивных параметров трансформатора: ширины магни-топровода b, высоты катушек h2об, h3об и расстояния между ними Cок

5.4. Напишите выражение силы тока во вторичной обмотке сварочных трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием в режиме нагрузки.

5.5. Дайте определение сварочному выпрямителю и инвертору.

Инверторы – это устройства, которые преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного тока с заданной формой импульсов, частотой, амплитудой и выходным напряжением.

5.6. Перечислите все конструктивные узлы, входящие в состав выпрямителя.

В любом сварочном выпрямителе можно выделить следующие элемен-ты: силовой понижающий трансформатор, выпрямительный блок и пускозащитную аппаратуру..

5.7. Почему, в отличие от сварочных трансформаторов, в выпрямителях используется трехфазный трансформатор?

Трансформаторы для сварочных выпрямителей выполняются трехфазными. Это не только обеспечивает равномерное нагружение фаз питающей сети, но и снижает пульсацию выпрямленного тока.

5.8. Расскажите устройство выпрямителя ВД – 306 С1.

5.9. По упрощенной электрической схеме расскажите принцип работы выпрямителя ВД – 306 С1.

Включение выпрямителя в работу и выключение производятся магнитным пускателем. Защитная аппаратура не позволяет включать выпрямитель, если на диоды не поступает воздушный поток, а также, если вышел из строя один из диодов или произошел пробой сетевого напряжения на корпус. Описанная пускозащитная аппаратура является традиционной для сварочных выпрямителей. Трехфазное сетевое напряжение промышленной частоты в 50 Гц трансформа-тором Тр понижается до 75 В. Затем пониженное напряжение той же частоты, что и сетевое, в выпрямительном блоке выпрямляется до Uвып и повышает свою частоту до 300 Гц.

5.10. В чем преимущества инверторных выпрямителей перед обычными сварочными выпрямителями?

Выпрямители серий ВД – 201 и ВД – 306 просты в изготовлении и эксплуатации.

5.11. Объясните назначение отдельных узлов инверторного аппарата по упрощенной электрической схеме.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Цель работы

1.Изучить устройство и назначение модельно-стержневой оснастки, приспособлений и формовочных инструментов для ручной формовки.

2. Приобрести практические навыки изготовления песчаной литейной формы.

3. Произвести заливку литейного сплава в форму, осуществить выбивку отливки из формы после затвердевания.

4. Осуществить визуальный контроль отливки на предмет выявления дефектов и установить причину их возникновения.

Теоретическая часть

В литейном производстве фасонные заготовки получают заливкой жидкого металла в литейную форму, полость которой по размерам и конфигурации соответствует изготовляемым заготовкам. Заготовки, полученные таким способом, называют отливками. После затвердевания отливку удаляют из формы, подвергают очистке и контролю. Годные отливки передают для последующей механической или термической обработки или отправляют на склад готовой продукции.

2.1. Основные элементы литейных форм

В зависимости от материала, из которого изготовлены формы, они бывают разовые, неоднократно – и многократно используемые.

Разовые формы служат для изготовления только одной отливки. При извлечении отливки форма разрушается. Разовые формы изго-товляются из песчано-глинистой, песчано-смоляной и других смесей.

Неоднократно используемые формы (полупостоянные) изготовляют из высокоогнеупорных материалов (шамота, магнезита и др.). Эти формы выдерживают несколько десятков заливок.

Многократно используемые формы (постоянные), к которым относятся металлические формы. Их изготовляют из сплавов различных металлов. В такой форме может быть получено от нескольких сотен до десятков и сотен тысяч отливок.

В настоящее время для получения большинства отливок (около 80 %) используют песчаные формы. На рис. 3.1 изображены эскизы отливки, модели, стержня и разовой литейной формы. Форма состоит из двух полуформ 5 и 6, которые своими внутренними поверхностями и стержнем 4 образуют полость 7. Газопроницаемость смеси в форме повышают накалыванием вентиляционных каналов 10.

Рис. 3.1. Эскизы отливки (а), модели (б), стержня (в) и литейной формы (г) в сборе

Для вывода газов и воздуха из формы при ее заливке изготавливают выпор 3, по которому одновременно ведут контроль заполнения формы металлом.

Для заполнения полости формы литейным сплавом используется литниковая система. Она должна иметь, по возможности, малую массу и легко отделяться от отливки. Схема типовой литниковой системы для отливок из стали и цветных металлов приведена на рис. 3.2. Для отливок из серого чугуна шлакоуловитель не предусма-тривается. Литниковая система состоит из литниковой чаши 1, стояка (вертикального конического канала) 2, шлакоуловителя 3 и питателей 4).

Литниковая чаша служит для приема жидкого металла из ковша, частичного удержания шлака и передачи металла в стояк. В ней ослабляется динамический напор струи и частично отделяется от металла шлак. С целью экономии металла при производстве мелкого литья чашу заменяют конической воронкой.

Стояк 2 – вертикальный канал кру-глого, овального или иного сечения, который служит для передачи расплава из чаши к шлакоуловителю.

Шлакоуловитель 3в сечении бывает коническим или трапецеидаль-ным. Его располагают в верхней поло-вине формы. В шлакоуловителе металл тормозится, так как сечение его больше, чем у питателей. В результате этого шлаковые и земляные включения успе-вают всплыть на поверхность металла и задержаться в шлакоуловителе. Чаша, стояк и шлакоуловитель располагаются в верхней полуформе.

Питатель 4служит для подвода жидкого металла непосред-ственно в полость формы. В зависимости от конфигурации отливки может быть несколько питателей. Питатель располагается в нижней полуформе.

Во избежание брака в отливках литниковая система должна быть заполнена жидким металлом на протяжении всего времени заливки формы. Разрыв струи приводит кзасасыванию воздуха и шлака в полость формы и к образованию оксидных плен. Для обеспечения непрерывности заливаемого металла между элементами литниковой системы соблюдается определенное соотношение.

Для формирования внутренних полостей в отливках используют стержни (рис. 3.1, в). Стержни при заливке формы испытывают значительную тепловую и механическую нагрузку со стороны заливаемого сплава. Поэтому они изготавливаются из смесей, содержащих специальные крепители. Для их изготовления применя-ются стержневые ящики.

Модельно – стержневую оснастку часто называют «модельный комплект». В его состав входят: модель отливки, один или несколько стержневых ящиков (если отливка имеет полости), модели литни-ковой системы, подмодельные плиты, а при машинной формовке — модельные плиты. Модельный комплект предназначен для изгото-вления разовой литейной формы, обеспечивающий формирование внешних и внутренних поверхностей отливок.

Модель отливки необходима для получения в литейной форме полости с конфигурацией, соответствующей наружной конфигурации и размерам отливки с учетом усадки металла и припусков на механическую обработку. В стержневых ящиках изготавливают стержни, с помощью которых воспроизводят внутреннюю поверх-ность отливок. Подмодельные плиты служат для установки и закрепления на них моделей перед формовкой.

Модельный комплект должен: 1) обладать достаточной прочно-стью, жесткостью и влагоустойчивостью; 2) не изменять свои размеры при хранении и многократном использовании; 3) быть легким и недорогим. Конструкция модельного комплекта не должна препятствовать набивке формы и удалению их из формы (или стержня из стержневого ящика).

Охлаждение металла в форме сопровождается его усадкой, т. е. уменьшением объема и линейных размеров отливки. Следовательно, при изготовлении модели необходимо ее размеры увеличивать (по сравнению с размерами отливки) на величину усадки. Для этого модельщик при изготовлении модели пользуется так называемым усадочным метром, который превышает длину обычного метра на величину усадки соответствующего сплава. Самым дешевым материалом для изготовления модельного комплекта является древесина. При серийном производстве для комплектовиспользуют твердые породы деревьев (клен, бук, березу), а для единичного — ель и сосну. Модели могут быть разъемными и неразъемными. Разъем модели для отливок сложной конфигурации облегчает ее удаление из литейной формы. С этой же целью вертикальные стенки модели должны иметь формовочные уклоны в пределах 0,5…3°, уменьшающиеся с увеличением высоты модели.

На рис. 3.1 показаны эскизы отливки (а) и разъемной модели (б). В разъемной модели, в отличие от отливки, нет отверстия. Модели для отливок с отверстиями имеют две крайние, часто цилиндрические поверхности (выступы), называемые модельными знаками. Они служат для образования углублений (отпечатков) в форме (знаки формы), в которые устанавливают стержень при сборке. Чтобы полумодели в процессе формовки не сдвигались, в одной из них есть центрирующие шипы,а в другой, соответственно, гнезда (отверстия).

Недостатком деревянных модельных комплектов является относительно невысокая прочность и склонность к короблению в процессе эксплуатации и хранения. Поэтому их используют обычно в индивидуальном и мелкосерийном производстве.

Для изготовления литейной формы, кроме модельно – стержневой оснастки, используют также различный формовочный инструмент и приспособления. Процесс изготовления формы (формовка) осуществляется в опоках. Опоки представляют собой металлические рамки, в которых удерживается уплотненная формовочная смесь. Основными требованиями, предъявляемыми к опокам, является высокая прочность, жесткость и минимальная масса. При формовке в парных опоках верхняя 1 и нижняя 4 опоки соединяются при помощи пропущенных в отверстия проушин 3 штырей 2. Чтобы уплотненная смесь не выпадала, в опоках делают буртики 5. Опоки наполняют формовочной смесью лопатами и уплотняют трамбовками, имеющими по концам плоский или острый башмак.

Исправляют и отделывают поверхность готовой формы отделочным инструментом (гладилки, ланцеты, крючки). Гладилки плоскиеприменяют для выглаживания прямолинейной поверхности формы. Фасонные гладилки применяют для отделки углов, галтелей. Гладилки выполняют из стали.

Ланцеты и ложки используют для отделки формы в труднодоступных местах, криволинейных поверхностей, углублений. Они такжеслужат для заглаживания углубленных узких частей формы и удаления остатков смеси из глубоких и узких каналов в форме. Искусственные вентиляционные каналы накалывают длинными стальными вентиляционными иглами - душниками Æ 3 … 5 мм (н). Подъемники с заостренным концом или резьбой применяют для вынимания модели из формы.

Металлические линейка или сгребалка) применяется для придания плоской поверхности полуформы срезанием после формовки со стороны обратной разъему.

Практическая часть

3.1. Оборудование, инструменты и материалы, используемые в работе

Для изготовления разовой литейной формы необходимы:

۰модельотливки; модели литниковой системы;

۰ подмодельная плита;

۰спаренные опоки;

۰формовочная смесь;

۰ готовые сухие стержни (изготавливаются при выполнении работы № 2);

۰ сухой разделительный песок;

۰формовочный инвентарь (посуда для воды и красок, сито для просеивания облицовочной смеси, ручной велосипедный насос для выдувания мусора из формы, мешочек с припылом);

۰ формовочный инструмент (лопата или совок, ручная трамбов-ка, вентиляционная игла, кисть для смачивания формовочной смеси вокруг модели, деревянный молоток, линейка - сгребалка, подъемы для удаления модели из формы);

۰отделочный инструмент (гладилки, ложки, ланцеты, крючки и т. д.);

۰ шахтная электрическая печь сопротивления с температурой нагрева до 1000 °С;

۰ жидкий металл — алюминиевый сплав АК12 (силумин).

3.2. Ход работы

1.Ознакомились с модельно - стержневой оснасткой, формовочным инструментом.

2. Рассмотрели с использованием плакатов последовательность изготовления литейной формы из песчано-глинистой смеси в двух опоках.



infopedia.su


Смотрите также