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 l _max (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 l_max от типа электродного покрытия и сварочного тока

Тип покрытия	№ опыта	Разрывная длина дуги, мм
I 1кз. = 200, А	I 2кз. =240, А	I 3кз. = 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.

С варочная 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 l _к, 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 l _ст – 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 l_а 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 l _д.

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

U _д= U _к + U _ст + U _а. (1.2)

Для сварочной дуги при плавящемся электроде характерно

U _к > U _а и U _к + U _а > U _ст.

Для большинства практически используемых режимов сварки принимают U _к=10…20 В, U _а=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 U _стсущественным образом зависит от величины сварочного тока I _д, защитной среды, материала электродов и может изменяться от 6 до 40 В. Выражение (1.2) падения напряжения в дуговом промежутке можно записать в виде:

U _д= а + в · l _д, (1.3)

где а = U _к + U _а; – 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:

U _ст= в ∙ l _д=2,5∙4=10 В.

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

Падение напряжения столба дуги U _стсущественным образом зависит от величины сварочного тока I _д, защитной среды, материала электродов и может изменяться от 6 до 40 В.