Види зварювальної дуги

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

1. Види зварювальної дуги

2. Будова зварювальної дуги

3. Вольт-амперна характеристика зварювальної дуги

4. Охорона праці

Висновок

Список використаної літератури

1. Види зварювальної дуги

Електричною дугою називають тривалий розряд електричного струму між двома електродами в іонізованій суміші газів і парів металів, а також компонентів, які входять до складу покриттів електродів і флюсів.

Залежно від способу підведення зварювального струму, роду струму та інніих ознак розрізняють такі види зварювальної дуги:

- дуга прямої дії (рис. 1, а) горить між електродом і основним металом;

- дуга непрямої дії (рис. 1, б) горить між двома електродами, а основний метал не увімкнений в електричне коло;

- трифазна дуга (рис. 1, б) горить між двома плавкими електродами і основним металом;

- стиснена дуга (рис. 1, г) горить між електродами і стиснена газом (плазмова дуга).

Рис. 1 Види зварювальної дуги: а -- прямої дії; б -- непрямої дії; в -- трифазна; г -- стиснена

У звичайних умовах гази не проводять електричного струму, бо вони складаються з атомів і нейтральних молекул, які не є носіями електричних зарядів. Для утворення й підтримання горіння дуги необхідно, щоб у просторі між електродами були електрично заряджені частинки (електрони та іони). Процес утворення таких частинок називається іонізацією, а газ -- іонізованим. Енергія, витрачена на утворення іонів і відривання електронів від атомів, називається потенціалом іонізації. Найменший потенціал іонізації мають лужні й лужно-земельні метали (калій, натрій, кальцій) та їх сполуки, оксид заліза, які вводять в електродні покриття для підвищення стійкості горіння дуги.

Запалювання дуги постійного струму проходить таким чином. При короткому замиканні електрода (катод) на виріб (анод) виділяється велика кількість тепла, яке прискорює рух вільних електронів по замкненому зварювальному колі. Після відриву (відводу) електрода від виробу під впливом електричного поля вільні електрони починають вилітати в міжелектродний простір. Виникає електронна емісія -- самовільний вихід вільних електронів з катода у газове середовище, що призводить до збудження електричної дуги. Електрони, які вилетіли з кінця електрода, поповнюються з джерела живлення зварювальним струмом і дуга буде горіти постійно.

У дуговому проміжку розрізняють ударну, фото- і теплову іонізацію. При ударній іонізації електрони, які вийшли з електрода (катода) на шляху до анода зіштовхуються з атомами, вибиваючи з їхніх орбіт електрони і утворюючи позитивні іони або приєднуються до атомів, утворюючи негативні іони. Фотоіонізація полягає в утворенні заряджених частинок під впливом світлових (ультрафіолетових) променів, які поглинаються атомами й молекулами. Теплова іонізація проявляється при підвищенні температури нагрівання газів і парів дуги, що призводить до збільшення числа ударів іонів та електронів, а значить й утворення нових. Таким чином безперервна іонізація створює необхідні умови для стійкого горіння дуги. У сучасному зварювальному обладнанні для іонізації газу використовують високовольтний розряд спеціального генератора високочастотних коливань -- осцилятора, який збуджує дугу без дотику електрода до виробу.

2. Будова зварювальної дуги

Зварювальна дуга -- це ділянка електричного кола, на якій проходить спад напруги і яка поділяється на три області: катодну та анодну плями й стовп дуги (рис. 2).

Рис. 2 Будова електричної дуги і розподіл напруги на її областях: 1 -- катодна пляма; 2 -- стовп дуги; З -- анодна пляма

Катодна пляма є джерелом електронів. Температура її досягає 2400~2600°С (для сталевих електродів). У катодній плямі виділяється близько 38% загальної кількості тепла, а спад напруги (UK) пов'язаний з витратами на емісію та розгін електронів і становить 12-17 В.

Стовп дуги є провідником електричного струму, де утворюються вторинні електрони та іони. Стовп дуги нейтральний. У ньому одночасно знаходиться однакова кількість заряджених частинок протилежних знаків. Процес з'єднання позитивних іонів з електронами й утворення нейтральних атомів називається рекомбінацією. У стовпі дуги виділяється близько 20% її загального тепла, а спад напруги (Uс) зростає при збільшенні довжини дуги (Lд) і становить 2-12 В. Температура стовпа дуги залежить від сили зварювального струму і досягає 6000-8000Х. Температура краплі металу на кінці електрода дорівнює 2150°С, а при перельоті через стовп дуги -- 2350°С. Середня температура зварювальної ванни становить 1770°С.

Анодна пляма є місцем входу електронів і має температуру 2400-2600°С, але в результаті бомбардування електронами на ній виділяється більше тепла (42%), ніж на катодній плямі. Спад напруги на анодній плямі (Ua) пов'язаний з витратами енергії на бомбардування анода електронами й дорівнює 2-11 В. Поверхня анодної плями під впливом сильного бомбардування має увігнуту форму, яку називають кратером.

Загальний спад напруги на дузі вираховують за формулою:

електричний дуга зварювальний струм

Ua = UK+Uc+ Ua = 16ч40 В.

При зварюванні дугою постійного струму існує пряма та зворотна полярності. Для прямої полярності електрод (катод) слід під'єднати до негативної клеми джерела живлення, а виріб (анод) -- до позитивної. При цьому більше тепла буде виділятись на виробі, тому пряму полярність використовують для зварювання товстих металів. При зворотній полярності катодну й анодну плями міняють місцями, тобто катодом буде виріб, а анодом -- електрод. Цю полярність використовують для зварювання тонких металів, щоб уникнути пропалів, і для високолегованих сталей, щоб зменшити вигоряння легуючих елементів.

При зварюванні змінним струмом полярність змінюється з частотою 50 Гц, тобто 100 разів за секунду. При переході синусоїди струму через нульове значення, струм у дузі припиняється, тому дуга змінного струму менш стійка порівняно з дугою постійного струму. При зварюванні змінним струмом кількість тепла, що виділяється на електроді й виробі, буде однаковим. Якщо дуга змінного струму горить між матеріалами з різними фізичними властивостями, то може виникнути різна провідність стовпа дуги, тобто з'явиться постійна складова струму. Таке явище спостерігається при зварюванні в захисних газах вольфрамовим електродом алюмінію, що негативно впливає на якість зварного шва.

3. Вольт-амперна характеристика зварювальної дуги

Основною характеристикою зварювальної дуги є статична вольт-амперна характеристика. Це залежність напруги на дузі при постійній її довжині від сили зварювального струму (рис. 3). Крива статичної вольт-амперної характеристики має три області: спадаючу (І), жорстку (II) і зростаючу (III). Спадаюча -- при збільшенні струму напруга зменшується, жорстка -- збільшення струму не змінює напруги дуги і зростаюча -- збільшення зварювального струму призводить до зростання напруги дуги.

При ручному зварюванні покритими електродами статична характеристика дуги спадаюча, а при збільшенні струму переходить до жорсткої. При зварюванні у вуглекислому газі і під флюсом статична характеристика жорстка з переходом до зростаючої. Колисила струму не змінюється, напруга дуги залежить від її довжини.

Рис. 3 Статистична вольт-амперна характеристика зварювальної дуги

Зварювальна дуга є потужним джерелом тепла. Майже вся електрична енергія, що споживається дугою, перетворюється у теплову енергію і витрачається на плавлення металу Частина тепла витрачається на нагрівання навколишнього повітря.

Повна теплова потужність дуги залежить від величини зварювального струму та напруги дуги і визначається за формулою:

де Q -- повна теплова потужність дуги, кал/с (1 кал = 4,1868 Дж); 0,24 -- коефіцієнт переводу електричних одиниць у теплові, кал/Вт * с; Ізв -- сила зварювального струму, А; Uд -- напруга дуги, В.

Теплота, яка безпосередньо вводиться у виріб, називається ефективною тепловою потужністю дуги і визначається за формулою:

де qеф -- ефективна теплова потужність дуги, кал/с; зе-- ефективний коефіцієнт корисної дії нагрівання виробу дугою.

Ефективний коефіцієнт корисної дії нагрівання дугою є відношенням ефективної теплової потужності дуги до її повної теплової потужності:

Залежно від способу зварювання, марки електрода, флюсу, типу зварного з'єднання, швидкості зварювання, роду струму та його полярності, ефективний коефіцієнт корисної дії становить:

- при зварюванні покритими електродами -- 0,5 + 0,85;

- при зварюванні неплавкими електродами -- 0,5 + 0,65;

- при зварюванні під флюсом -- 0,85 + 0,93;

- при зварюванні в аргоні -- 0,5 + 0,6.

Кількість тепла, що вноситься дугою у виріб на одиницю довжини шва, називається погонною енергією зварювання і визначається за формулою:

де qn -- погонна енергія зварювання, кал/см; Vзв -- швидкість зварювання, см/с.

Чим вища погонна енергія, тим сильніше прогрівається метал шва, а із збільшенням швидкості зварювання нагрівання металу зменшується.

Погонна енергія знаходиться у прямій залежності від площі поперечного перерізу шва і визначається за емпіричною формулою:

де F -- площа поперечного перерізу шва, мм2.

За допомогою цієї залежності без значних розрахунків можна визначити переріз однопрохідного шва і встановити необхідну кількість проходів при багатошаровому зварюванні.

Зварювальна дуга, як і будь-який інший провідник, взаємодіє з магнітним полем. Відхилення стовпа дуги під впливом магнітного поля називається магнітним дуттям. Струм, який проходить по зварювальних кабелях, електроду та дузі, створює навколо дуги і у зварюваному металі магнітні поля (рис. 4). Щодо осі дуги вони розташовані несиметрично і можуть її відхиляти в бік меншої напруженості магнітного поля, що утруднить зварювання або призведе до обриву дуги. В основному це явище спостерігається при зварюванні постійним струмом. При зварюванні змінним струмом полярність змінюється з частотою струму, тому магнітне дуття спостерігається значно рідше.

Рис. 4 Вплив магнітного поля на зварювальну дугу: а -- нормальне положення дуги; б -- відхилення дуги за рахунок нерівномірної напруженості магнітного поля; в-- відхилення дуги за допомогою феромагнітних мас; H1 і Н2-- напруженість магнітного поля

Найчастіше магнітне дуття викликають масивні металеві вироби (великі феромагнітні маси), що розташовані поряд із зварною ванною і притягують дугу. Це може викликати непровари, нерівномірне розплавлення кромок, погіршення зовнішнього вигляду шва. Дію магнітних полів можна послабити таким чином:

- зворотний кабель (провід) приєднати поряд із місцем зварювання;

- змінити нахил електрода таким чином, щоб його нижній кінець був направлений у бік магнітного дуття;

- тимчасово розмістити додатковий феромагнітний матеріал (з протилежного боку) для створення симетричного магнітного поля;

- виконувати зварювання короткою дугою, менш схильною до відхилення;

- замінити постійний струм на змінний, який більш стійкий проти магнітного дуття;

- застосувати інверторні джерела живлення;

- використати стабілізатори дуги.

Електродний метал плавиться за рахунок тепла стовпа дуги й тепла зварювального струму. Кінець електрода нагрівається до температури 2300-2500°С, яка забезпечує його плавлення та утворення крапель розплавленого металу. Ці краплі під впливом сил поверхневого натягу, тяжіння, тиску газів, електростатичних й електродинамічних сил переносяться через дуговий простір у зварювальну ванну. Залежно від розмірів і швидкості утворення крапель розрізняють краплинне та струминне перенесення. Краплинне перенесенняхарактерне для ручного дугового зварювання покритими електродами (крупнокраплинне) та для механізованого зварювання під флюсом і в захисних газах (дрібнокраплинне). Струминне перенесення крапель спостерігається при зварюванні в аргоні на критичних струмах.

Краплі можуть бути величиною від тисячних часток міліметра до декількох міліметрів. За 1 с переноситься від однієї-двох до 150 крапель і більше. Вони завжди переміщуються вздовж осі електрода в напрямку зварної ванни незалежно від просторового розташування шва. При збільшенні сили зварювального струму розмір крапель зменшується, а кількість збільшується. При збільшенні напруги (довжини дуги) розмір крапель збільшується, але зменшується їх кількість. Струминне перенесення утворюють дрібні краплі, які прямують одна за одною у вигляді безперервного ланцюга (струменя). При цьому зменшується вигоряння легуючих елементів і розбризкування, підвищується чистота металу шва та швидкість плавлення електрода. Струминне перенесення неможливе при зварюванні покритими електродами через низьку густину струму на електроді (10-20 А/мм2). При ручному дуговому зварюванні у вигляді крапель переноситься до 95% електродного металу, а решта 5% -- це пара й бризки, які осідають на поверхні виробу. На відміну від електродугового зварювання при електрошлаковому процесі збільшення зварювального струму й напруги впливає однаково та викликає збільшення кількості крапель, зменшуючи їх розміри.

Плавлення основного металу проходить за рахунок тепла стовпа дуги й тепла приелектродної ділянки. Глибина та ширина проплавлення металу визначається концентрацією теплового й силового впливу дуги. Порівняно з неплавким електродом, дуга плавкого електрода має більший силовий вплив на зварну ванну. Тиск газового потоку становить 1% від тиску, створюваного електромагнітними силами.

4. Охорона праці

До виконання електрозварювальних робіт допускаються особи, які досягли 18-річного віку, визнані придатними для даної роботи медичною комісією, пройшли спеціальне навчання з безпечних методів і прийомів ведення робіт та мають кваліфікаційну групу з електробезпеки не нижче ІІ.

Електрозварник ручного зварювання, якого приймають на роботу, повинен пройти вступний інструктаж з охорони праці, виробничої санітарії, пожежної безпеки, прийомів і способів надання долікарської допомоги потерпілим, бути ознайомлений під розпис з умовами праці, правами та пільгами за роботу в шкідливих та небезпечних умовах праці, про правила поведінки при виникненні аварій.

До початку роботи безпосередньо на робочому місці електрозварник ручного зварювання повинен пройти первинний інструктаж з безпечних прийомів виконання робіт.

Про проведення вступного інструктажу та інструктажу на робочому місці робляться відповідні записи в Журналі реєстрації вступного інструктажу з питань охорони праці і Журналі реєстрації інструктажів з питань охорони праці.

Інструкція з охорони праці для електрозварника ручного зварюванняПри цьому обов'язкові підписи як того, кого інструктували, так і того, хто інструктував.

Електрозварник, що приймається на роботу, після первинного інструктажу повинен протягом 2-15 змін (залежно від стажу, досвіду і характеру роботи) пройти стажування під керівництвом досвідченого, кваліфікованого електрозварника ручного зварювання, який призначається наказом (розпорядженням) по дорожній організації.

Повторний інструктаж з правил і прийомів безпечного ведення роботи електрозварник повинен проходити:

- періодично, не рідше одного разу на квартал;

- при незадовільних знаннях з охорони праці не пізніше місячного строку;

- у зв'язку з допущеним випадком травматизму або порушенням вимог охорони праці, що не призвело до травми.

Електрозварник ручного зварювання повинен працювати у спецодязі та спецвзутті, передбачених Типовими галузевими нормами: костюмі брезентовому або костюмі для зварника, рукавицях брезентових, черевиках шкіряних.

На зовнішніх роботах взимку: куртці та брюках бавовняних на утеплювальній прокладці, валянках.

Робочі місця повинні бути забезпечені інвентарними загородженнями, захисними та запобіжними пристроями, повинні мати достатнє освітлення. В разі потреби, користуватися справним переносним світильником напругою не вище 42 В, а при роботі в котлах, цистернах, колодязях - не вище 12 В.

Освітленість робочого місця має бути не менша за 50 лк.

( Інструкція з охорони праці для електрозварника ручного зварювання) 1.8. Електрозварник повинен протягом усього робочого дня тримати в порядку і чистоті робоче місце, не захаращувати проходи до нього матеріалами та конструкціями.

Забороняється проводити зовнішні електрозварювальні роботи на риштуваннях під час грози, ожеледі, туману, при вітрі силою 15 м/сек і більше.

Електрозварювальну установку розміщувати так, щоб були забезпечені вільний доступ до неї, зручність і безпека при веденні робіт.

При одночасному використанні кількох зварювальних установок їх треба встановлювати не ближче 350 мм один від одної, а ширина проходів між ними повинна бути не менше 800 мм.

Електрозварювальну установку включати в електромережу тільки за допомогою пускового пристрою.

Інструкція з охорони праці для електрозварника ручного зварюванняЗабороняється живити зварювальну дугу безпосередньо від силової та освітлювальної електромереж.

Довжина проводів між живильною мережею та пересувною установкою не повинна перевищувати 10 м.

Кабель (електропроводку) слід розміщувати на відстані не менше 1 м від трубопроводів кисню та ацетилену.

Відстань від місця проведення електрозварювальних робіт до місця встановлення газогенератора, балонів з газом та легкозаймистих матеріалів повинна бути не менша за 10 м.

Забороняється зберігати легкозаймисті матеріали та вибухонебезпечні речовини в приміщеннях для зварювання.

Інструкція з охорони праці для електрозварника ручного зварювання

У закритих приміщеннях і всередині ємностей електрозварник повинен працювати при наявності припливно-витяжної вентиляції.

Забороняється одночасна робота електрозварника і газозварника (газорізальника) всередині закритої ємності або резервуара.

Робочі місця при роботі кількох електрозварників в одному приміщенні слід обгороджувати світлонепроникними щитами (екранами) з вогнетривкого матеріалу, заввишки не менше 1,8 м.

Виконувати електрозварювальні роботи на висоті з риштувань та інших засобів підіймання дозволяється тільки після перевірки майстром їх міцності і стійкості, а також після вживання заходів, що попереджають спалахування настилів, падіння розплавленого металу і огарків електродів на працюючих або людей, які проходять поблизу.

Забороняється використовувати випадкові опори.

(Інструкція з охорони праці для електрозварника ручного зварювання)

Електрозварник, при потребі, повинен спускатися в траншеї (котловани) по приставних драбинах, переходити через канави і траншеї по перехідних містках. Електродотримач має бути заводського виготовлення, легкий, забезпечувати надійне затиснення і швидку зміну електродів без дотику до струмоведучих частин і бути справний. Держак повинен бути виконаний з теплоізоляційного діелектричного матеріалу. Забороняється застосовувати електродотримачі з підвідним проводом у держаку при силі струму 600 А та більше, а також ручний інструмент, що має:

- вибої, відколи робочих кінців;

- задирки та гострі ребра в місцях затискання рукою;

Інструкція з охорони праці для електрозварника ручного зварювання

- тріщини та відколи на затилковій частині.

Забороняється протирати деталі перед зварюванням бензином або гасом. Необхідно стежити, щоб руки, взуття та одяг були завжди сухі.

Висновок

Електричною дугою називають тривалий розряд електричного струму між двома електродами в іонізованій суміші газів і парів металів, а також компонентів, які входять до складу покриттів електродів і флюсів.

Залежно від способу підведення зварювального струму, роду струму та інніих ознак розрізняють такі види зварювальної дуги:

- дуга прямої дії горить між електродом і основним металом;

- дуга непрямої дії горить між двома електродами, а основний метал не увімкнений в електричне коло;

- трифазна дуга горить між двома плавкими електродами і основним металом;

- стиснена дуга горить між електродами і стиснена газом (плазмова дуга).

Список використаної літератури

1. Ручная дуговая сварка. Учебное пособие. Малышев Б.Д., 1990

2. Газовая сварка и резка металлов. Учебное пособие. Соколов И.И., 1976

Размещено на Allbest.ru