Презентация к уроку "Образование и строение сварочной дуги"

ТЕМА УРОКА:

Образование и строение сварочной дуги.

ЦЕЛИ УРОКА:

Обучающая: изучить процессы образования и строение сварочной дуги. Развивающая: развитие технологической культуры и логического мышления. Воспитательная: формирование научного мировоззрения и творческой активности.

Актуализация опорных знаний

• Как классифицируются виды сварки по используемой энергии?
• Назовите виды сварки термического класса.
• Какие сварочные процессы относятся к физическим?
• Какие сварочные процессы относятся химическим?
• В чём особенность металлургии сварки?

Электрическая дуга представляет собой один из видов электрических разрядов в газах, при котором наблюдается прохождение электрического тока через газовый промежуток под воздействием электрического поля.

Расстояние между электродом и металлом заполнено нейтральными атомами воздуха, который при нормальных условиях не проводит электрический ток. Поэтому для образования дуги следует соблюсти ряд условий, от которых зависят вид СД, стабильность её горения т.д. Знание этих условий и их применения на практике во многом определяет конечных результат и характеризует квалификацию сварщика.

Сварочная дуга является концентрированным источником тепла, необходимым для расплавления основного и присадочного металл.

Проводимость любого материала зависит от количества находящихся в нём свободных частиц – электронов и ионов. Электроны, положительные и отрицательные ионы в газах возникают при воздействии на них тепла, электрического поля, ультрафиолетовых лучей и т.д.

Процесс образования электронов и ионов называется ионизацией. Прохождение электрического тока через газы называется электрическим газовым разрядом.

При соприкосновении торца электрода с металлом происходит короткое замыкание, который вследствие этого нагревается и в момент отрыва электрода начинают испускаться электроны. Процесс выделения электронов называется термоэлектронной эмиссией.

Электроны, двигаясь (со скоростью света) к противоположному полюсу сталкиваются с атомами воздуха и разбивают их на положительные и отрицательные ионы. При этом выделяется тепло и лучистая энергия – ультрафиолетовые лучи. Образовавшиеся «+» и (-) частицы двигаются к противоположным полюсам.

Часть «+» ионов достигает катодного пятна, а другая часть не достигает и, присоединяет к себе электроны, становятся атомами (процесс образования нейтральных атомов называется рекомбинацией).

Таким образом, воздушный промежуток между торцом электрода и металлом заполняется заряженными частицами и начинает проводить ток. Процесс возникновения дуги длится всего доли секунды.

Сварочной дугой называется мощный устойчивый электрический разряд в ионизированной газовой среде, образованной между электродом и изделием (или между двумя электродами).

Необходимые условия для устойчивого горения дуги:

1. Наличие источника питания (ИП) дуги , который позволяет быстро нагреть катод до температуры, необходимой для выхода электронов. Для этого ИП должен иметь напряжение, необходимое для зажигания дуги

60-80В (напряжение холостого хода (х.х.)) .

2. Наличие необходимой степени ионизации в промежутке между электродом и металлом. Для повышения степени ионизации в состав покрытия электрода вводят легкоионизирующиеся вещества, например натрий, кальций.

Дуга, горящая без обрывов , называется стабильной. Стабильность горения дуги зависит от её длины, напряжения х.х., состава обмазки и т.д.

Строение сварочной дуги.

По длине дугового промежутка дуга разделяется на три области: катодную, анодную и находящийся между ними столб дуги.

Электрическая сварочная цепь дуговой сварки

• 1-изделие
• 2-электрод
• 3-столб дуги
• ИП- источник питания

В процессе горения дуги на электроде и металле образуются наиболее нагретые участки. Участок на катоде называется катодным пятном, а на аноде – анодным пятном. Каждая из зон характеризуется определёнными процессами, имеет свою температуру, длину.

Катодное пятно является источником электронов (Tк.п.=3200) и близка к температуре кипения материала электрода (для железа – 3500). В катодном пятне выделяется около 36% общего количества теплоты дуги, а падение напряжения на нём составляет 10÷16В. Длина катодной зоны равна 10-4мм.

Столб дуги (Tс.д.=6000-8000) состоит из электронов, положительных и отрицательных ионов. В столбе дуги выделяется около 21% общего количества теплоты. Падение напряжения составляет примерно 2-12В.

Длина столба дуги зависит от диаметра электрода и определяется по формуле: Lд=(0,5÷1,1)dэ и обычно равна 2-3мм. Максимальная длина дуги, при увеличении которой произойдёт её обрыв, называется предельной. Она равна Lпр.=(1,1÷1,3)dэ.

Анодное пятно представляет собой место входа электронов (Tа.п.=3900). На нём выделяется около 43% общего количества теплоты дуги. Длина анодной зоны равна 10-3мм. Падение напряжения на аноде составляет 6-8В.

В связи с малой протяженностью катодной и анодной областей можно считать практически Lс.д. = Lд. Тогда получается, что напряжение дуги прямым образом зависит от ее длины.

Схема объемной ионизации газа и падение напряжения в дуге

Uд – напряжение дуги, В

Uк – напряжение катода, В

Uст – напряжение газового столба дуги, В

Uа – напряжение анода, В

h – глубина проплавления ванны, мм

S – толщина свариваемой детали, мм

1. Покрытый электрод.

2. Катодное пятно.

3. Катодная область.

4. Газовый столб дуги.

5. Анодная область.

6. Анодное пятно.

7. Глубина проплавления сварочной ванны.

8. Основной металл.

9. Источник питания дуги постоянного тока.

Распределение падения напряжения на дуге.

1-катодная область

2-столб дуги

3-анодная область

Uд- общее падение напряжения на дуге

Uк- падение напряжения на катоде

Uс- падение напряжения в столбе дуги

Uа- падение напряжения в анодной области

Общее падение напряжения в дуге Uд = Uк + Uа + Uс. Uд = Uс Длина дуги Lд = Lк + Lа + Lс Lд = Lс

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

Закрепление полученных знаний:

• Какие условия необходимы для зажигания дуги?
• Какая дуга называется стабильной?
• Из каких частей состоит дуга?
• Чему равна рабочая длина дуги, если диаметр электрода 5мм?
• Чему равна температура на

конце электрода и

поверхности металла на рисунке?

Домашнее задание

Проработать изученный материал по конспекту и других, рекомендованных источников информации.