1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się ze sposobami spawania elektrycznego.

2. Wstęp teoretyczny:

Charakterystyka ręcznego spawania łukowego:

Źródłem ciepła w ręcznym spawaniu elektrycznym jest łuk, który jarzy się pomiędzy metalem spawanym i wolnym końcem pręta metalowego , zwanego elektrodą , umocowanym w uchwycie trzymanym w ręku przez spawacza .

Tak zwany obwód spawania - zamykamy poprzez łuk elektryczny - tworzą dwa przewody elektryczne , z których jeden dołączony jest do uchwytu elektrody , a drugi bezpośrednio lub pośrednio do materiału spawanego ; pozostałe wolne końce przewodów zamocowane są na zaciskach źródła prądu spawania.

Źródło prądu spawania zasilane jest poprzez inne przewody prądem z sieci . Ciepło jarzącego się łuku topi równocześnie koniec elektrody oraz brzegi materiału spawanego . Stopiony metal elektrody , zwany stopiwem oraz stopiony metal materiału rodzimego mieszają się ze sobą w jeziorku ciekłego metalu, które po zakrzepnięciu tworzy spoinę łączącą oba brzegi materiału rodzimego.

4

1 5

3

6

2

8 7

2

Schemat stanowiska do ręcznego spawania łukowego:1-przewody doprowadzające energię elektryczną do źródła prądu spawania ,2-żródło prądu spawania(np. prądu stałego),3-przewody obwodu spawania , 4-uchwyt elektrody,5-elektroda,6-Luk elektryczny,7-materiał spawany,8-imadło zacisku prądowego /

Łuk elektryczny:

Aby łuk elektryczny mógł się jarzyć między elektrodą a materiałem spawanym , przestrzeń powietrzna między nimi musi być zjonizowana. W normalnych warunkach powietrze nie przewodzi prądu elektrycznego i jest izolatorem. Natomiast powietrze zjonizowane przewodzi dobrze prąd elektryczny i pozwala na utrzymanie łuku elektrycznego. Jonizacja powietrza w przestrzeni łukowej następuje głównie dzięki obecności w otulinie elektrody składników jonizujących, tj. związków wapnia , sodu , potasu , tytanu , oraz pod działaniem wysokiej temperatury.

Wielkości napięcia i natężenia prądu w spawarkach muszą dla realizacji tych wymagań spełnić szereg współzależności :

1. Wielkości napięcia prądu:

• Wystarczające do zajarzenia U_j łuku,

• Stanu jałowego U_o, to znaczy napięcia przy biegu luzem spawarki,

• Roboczego U_r , to jest przy łuku jarzącym się w sposób stabilny , zależne są od rodzaju prądu . A mianowicie :

• Dla źródeł prądu stałego:

U_j > 30 V

U_o = 40 do 50 V ,

U_r = 16 do 24 V dla spawania ręcznego ,

U_r = 26 do 50 V dla spawania łukiem krytym pod topnikiem ,

• Dla źródeł (spawarek) prądu zmiennego :

U_j > 50 V ,

U_o = 70 do 90 V ,

Temperatura łuku :

Rozkład temperatur w łuku jest nierównomierny . W łuku elektrycznym wytworzonym przez prąd stały najwyższa temperatura panuje w części środkowej i wynosi ok. 5000°C . W miarę zbliżania się do biegunów temperatura opada . Na biegunie dodatnim (anodzie) panuje temperatura ok.2600°C , a na biegunie ujemnym (katodzie) - ok. 2180°C. Różnica temperatur między biegunami wynosi zatem ok. 500 °C . Wspomnianą różnicę temperatur należy wykorzystywać przy spawaniu cienkich blach lub spawaniu cienkimi elektrodami. Jak wykazały badania , wyższa temperatura na biegunie dodatnim nie sprzyja szybszemu topnieniu się metalu. Większą ilość stopionego metalu uzyskuje się na biegunie ujemnym.

Przy spawaniu prądem zmiennym rozkład temperatur na obu biegunach jest równy i wynosi ok. 2200÷2300 °C.

Nie wszystko ciepło wytworzone w łuku zostaje zużyte na stopienie metalu ; pewna jego ilość zostaje wypromieniowana , część topi żużel i nagrzewa metal w strefie spoiny.

Charakterystyka źródeł prądu spawania

Źródłami prądu stosowanymi do spawania elektrycznego są specjalne maszyny lub urządzenia zwane spawarkami , dostosowane do warunków jarzenia łuku , a więc przystosowane do zjawisk towarzyszących jego zajarzeniu , stabilnemu jarzeniu i zwarciu.

Spawarki powinny spełniać następujące podstawowe wymogi :

1. zapewniać dostatecznie wysokie napięcie , niezbędne do zajarzenia łuku elektrycznego

2. zapewniać ograniczenie natężenia prądu , tzw. prądu zwarcia

3. zapewniać szybkie reagowanie na zmiany natężenia i napięcia prądu zachodzące w łuku , tzn. realizować możliwie szybki powrót do warunków stabilnego jarzenia łuku ,

4. dysponować wystarczającą mocą dla spawania elektrodami o różnych grubościach i mieć urządzenia do regulacji natężenia prądu spawania.

Spawarki prądu stałego

Są to przetwornice spawalnicze lub prostowniki spawalnicze.

Przetwornicą nazywamy maszynę , która przetwarza energię elektryczną jednego rodzaju (prąd zmienny) na energię elektryczną drugiego rodzaju (prąd stały) przez zastosowanie ruchu mechanicznego.

Przetwornica spawalnicza prądu stałego zwana też spawarką wirującą składa się z prądnicy prądu stałego , zasilającej obwód spawania oraz silnika elektrycznego napędzającego tę prądnicę . W najczęściej stosowanych spawarkach przetwornicowych z trójfazowym asynchronicznym silnikiem elektrycznym prądu zmiennego - prąd zmienny pobrany z sieci zostaje przetworzony na prąd stałych o takich parametrach , jakie są potrzebne do spawania , a więc na prąd stały o dużym natężeniu i niskim napięciu . Niekiedy prądnica prądu stałego jest napędzana silnikiem spalinowym ; ma to zastosowanie w spawarkach pozbawionych źródła energii elektrycznej , przeznaczonych do prac polowych.

Prostowniki spawalnicze albo inaczej spawarki prostownikowe są urządzeniami przetwarzającymi prąd zmienny pobierany z sieci , na prąd stały pulsujący , który zasila obwód spawania . Składają się one najczęściej z transformatora trójfazowego , właściwego prostownika w którym wykorzystuje się własności prostownicze półprzewodników oraz wentylatora chłodzącego spawarkę , napędzanego silnikiem elektrycznym. Transformator przekształca prąd zmienny o wysokim napięciu na prąd zmienny o niskim napięciu , ulegający następnie prostowaniu w tzw. elementach prostowniczych prostownika .

Spawarki prądu zmiennego

Są transformatorami spawalniczymi , najczęściej jednofazowymi. Przekształcają prąd zmienny o wysokim napięciu i niskim natężeniu , pobierany z sieci , na prąd zmienny o niskim napięciu i wysokim natężeniu , który zasila obwód spawania . Odbywa się to za pośrednictwem obwodu pierwotnego o dużej liczbie uzwojeń i obwodu wtórnego o małej liczbie uzwojeń. Osobny rodzaj stanowią transformatory do spawania łukiem trójfazowym . Są to trójfazowe transformatory umożliwiające spawanie jednocześnie dwiema elektrodami.

Doboru odpowiedniej spawarki dokonuje się zależnie od:

• istnienia sieci energetycznej do zasilania urządzeń ,

• żądanej mocy spawarki,

• warunków pracy urządzeń spawalniczych,

• opłacalności zastosowania danego typu urządzenia,

• wymagań technologicznych.

Do spawania ręcznego najczęściej stosuje się elektrody otulone.

Podstawowe własności charakteryzujące elektrody otulone:

- stabilne jarzenie łuku,

- dobre kształtowanie spoiny,

- łatwe oddzielanie się żużla od powierzchni układanych warstw,

- możliwość otrzymania spoiny o określonym składzie chemicznym i własnościach technologicznych,

- zachowanie własności fizykochemicznych i technologicznych w ciągu określonego czasu,

- możliwie mała toksyczność przy wykonywaniu i spawaniu,

- możliwość spawania w różnych pozycjach spawalniczych,

- możliwość spawania prądem o określonym rodzaju.

Dla spełnienia tych wymogów druty spawalnicze wykonuje się o różnych składach chemicznych, a do otuliny wprowadza się substancje żużlotwórcze, gazo twórcze, odtleniające, a także składniki stopowe stabilizujące i wiążące.

Elektrody do spawania łukowego ręcznego można podzielić w zależności od przeznaczenia na:

- elektrody do spawania stali,

- elektrody do spawania żeliwa,

- elektrody do spawania metali nieżelaznych i ich stopów.

Rozkład temperatur łuku elektrycznego

prąd zmienny prąd stały

Podstawowe własności charakteryzujące elektrody otulone:

- stabilne jarzenie łuku,

- dobre kształtowanie spoiny,

- łatwe oddzielanie się żużla od powierzchni układanych warstw,

- możliwość otrzymania spoiny o określonym składzie chemicznym i własnościach technologicznych,

- zachowanie własności fizykochemicznych i technologicznych w ciągu określonego czasu,

- możliwie mała toksyczność przy wykonywaniu i spawaniu,

- możliwość spawania w różnych pozycjach spawalniczych,

- możliwość spawania prądem o określonym rodzaju.

Dla spełnienia tych wymogów druty spawalnicze wykonuje się o różnych składach chemicznych, a do otuliny wprowadza się substancje żużlotwórcze, gazo twórcze, odtleniające, a także składniki stopowe stabilizujące i wiążące.

Parametry elektrody:

ER - 146

E - elektroda.

R - rodzaj otuliny.

46 - wytrzymałość stopiwa na rozciąganie

Zawartość:

- węgla 0,8 %

• manganu 0,5 %

• krzemu 0,2 %

Re - powyżej 380 Mpa

Rm - około 480÷570 Mpa

A5 - 22 %

Udarność KV - w 0 ° C powyżej 60J

Prąd spawania stały lub przemienny.

Średnie natężenie 120 A.

Uzysk 90 %

Dane:

Masa płytki stalowej - 660 [g]

Masa 10 elektrod - 380[g]

Długość elektrody - 450 [mm]

Długość ogarka - 60 [mm]

Średnica elektrody - 3,25 [mm]

Natężenie - J = 125 A

Czas zużycia elektrody - 84 [s]

Masa płytki ze spoiwem - 685 [g]

Masa spoiwa - 25 [g]

---