Основные этапы выплавки стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

1. Основные этапы при выплавке стали в металлургических агрегатах. Химические реакции

2. Легированная инструментальная сталь. Классификация по назначению, маркировка, примеры применения

3. Для получения отливки детали из стали 35Л требуется изготовить литейную форму из песчано-глинистых формовочных смесей. Опишите последовательность операций ручной формовки. Представьте эскиз отливки с указанием припусков на механическую обработку. Изобразите собранную литейную форму в разрезе и укажите основные ее элементы

4. Требуется нарезать на горизонтально-фрезерном станке с установленной на нем универсальной делительной головкой (характеристика N = 40) цилиндрическое зубчатое колесо с прямыми зубьями Z = 11. Укажите тип фрезы и опишите настройку делительной головки на простое деление. Изобразите кинематическую схему делительной головки с установленной не ней заготовкой и фрезой на шпинделе станка

5. Источники сварочного тока для питания сварочной дуги? Приведите их основные характеристики. Ответ поясните упрощенными электрическими схемами

Список литературы

сталь выплавка аппарат металлургический

1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРИ ВЫПЛАВКЕ СТАЛИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТАХ. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

Сталь - это железоуглеродистый сплав, который содержит около 1,5% углерода, если его содержание увеличивается, то значительно повышается хрупкость и твердость стали. Основной исходный материал для производства стали - стальной лом и передельный чугун.

Содержание примесей и углерода в стали намного ниже, чем в чугуне. Поэтому суть металлургического передела в сталь чугуна - это уменьшение содержания примесей и углерода за счет их избирательного окисления и превращения в газы и шлак в процессе плавки.

В первую очередь окисляется железо при взаимодействии кислорода и чугуна в сталеплавильных печах. Вместе с железом окисляются фосфор, кремний, углерод и марганец. Оксид железа, который образуется при высоком температурном режиме, отдает свой кислород в чугуне более активным примесям, при этом окисляя их.

Производство стали осуществляется в три этапа:

- Первый этап производства стали - расплавление породы.

Происходит расплавление шихты и нагревается ванна жидкого металла. Температура металла невысокая, энергично окисляется железо, образуется оксид железа и окисляются примеси: марганец, кремний и фосфор.

Самая важная задача этого этапа производства стали - это удаление фосфора. Для этого нужно проводить плавку в основной печи, где шлак будет содержать оксид кальция (CaO). Фосфорный ангидрид - P2O5 будет образовывать с оксидом железа непрочное соединение (FeO)3 x P2O5. Оксид кальция - как более сильное основание, по сравнению с оксидом железа, и при не очень высоких температурах связывает P2O5 и превращает его в шлак.

Для того чтобы удалить фосфор, нужна не очень высокая температура, ванны шлака и металла, достаточное содержание в шлаке FeO. Для того чтобы увеличить в шлаке содержание FeO и ускорить окисление примесей добавляется в печь окалина и железная руда, наводя железистый шлак. Постепенно, по мере удаления из металла в шлак фосфора, содержание в шлаке фосфора повышается. Так что нужно убрать данный шлак с зеркала металла, а затем заменить его новым со свежими добавками оксида кальция.

- Второй этап производства стали - кипение.

Происходит кипение металлической ванны. Начинается постепенно, по мере нагрева до высоких температур. При увеличении температуры интенсивней происходит реакция окисления углерода, протекающая с поглощением теплоты.

Для того чтобы окислить углерод вводят в металл небольшое количество окалины, руды или вдувают кислород. При реакции углерода с оксидом железа, пузырьки оксида углерода выводятся из жидкого металла, и происходит "кипение ванны". Во время "кипения" сокращается в металле содержание углерода до требуемого количества, температура выравнивается по объему ванны, немного удаляются неметаллические включения, которые прилипают к всплывающим пузырькам CO и газы, которые проникают в пузырьки CO. Все это ведет к увеличению качества металла. А значит, данный этап - основной в процессе производства стали.

Создаются условия для того чтобы удалить серу. В стали сера находится в форме сульфида - FeS, растворяемого в основном шлаке. Чем будет выше температурный режим, тем больше сульфида железа растворится в шлаке и будет взаимодействовать с оксидом кальция CaO. Соединение, которое образуется - CaS, растворяется в шлаке, но при этом не растворяется в железе, так что сера выводится в шлак.

- Третий этап производства - раскисление стали

Происходит восстановление оксида железа, который растворен в жидком металле. Увеличение содержания кислорода в металле при плавке необходимо для осуществления окисления примесей, но в уже готовой стали кислород является вредной примесью, потому что понижает механические свойства стали.

Раскисление стали осуществляется двумя методами: диффузионным и осаждающим.

- Диффузионное раскисление происходит благодаря раскислению шлака. В измельчённом виде ферросилиций, ферромарганец и алюминий переносят на поверхность шлака. Эти раскислители, восстанавливают оксид железа, и при этом сокращают содержание его в шлаке. А значит, оксид железа, который растворен в стали переходит в этот шлак. Оксиды, которые образуются при таком процессе, остаются в шлаке, а железо, уже в восстановленном виде, переходит в сталь, а в ней уменьшается содержание неметаллических включений и увеличивается ее качество.

- Осаждающее раскисление происходит благодаря введению в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферросилиция, ферромарганца, алюминия), которые содержат элементы, обладающие более высоким сродством к кислороду, в сравнении с железом. В конце концов, после раскисления восстанавливается железо и создаются оксиды: SiO2, MnO, Al2O5, имеющие меньшую плотность, в сравнении со сталью, и выводятся в шлак.

2. ЛЕГИРОВАННАЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СТАЛЬ. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО НАЗНАЧЕНИЮ, МАРКИРОВКА, ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Инструментальные стали предназначены для режущего, измерительного и для штампового инструмента (холодного и горячего деформирования).

Инструментальные стали делят на четыре типа:

1) пониженной прокаливаемости (преимущественно углеродистые);

2) повышенной прокаливаемости (легированные);

3) штамповые;

4) быстрорежущие.

В особую группу инструментальных материалов входят так называемые твердые сплавы, применяемые для инструмента, работающего на особо высоких скоростях резания. Углеродистые и легированные стали применяют для режущего инструмента при легких условиях работы и для измерительного инструмента. Быстрорежущие стали используют для изготовления режущего инструмента, работающего при повышенных режимах.

Инструментальные стали пониженной прокаливаемости. В данную группу входят все углеродистые инструментальные стали, а также стали с небольшим содержанием легирующих химических элементов. Поэтому они не очень отличаются от углеродистых по прокаливаемости. Все стали указанной группы закаливают в воде, инструмент из этих сталей имеет, как правило, незакаленную сердцевину.

Из углеродистых инструментальных сталей изготовляют метчики и развертки (УЮ-У12), зубила (У7), матрицы для холодной штамповки (У8--У10), плашки (У10). Твердость углеродистой инструментальной стали 60--65 HRC.

Инструментальные стали повышенной прокаливаемости (легированные инструментальные стали). В эту группу входят стали, содержащие 1--3 % легирующих химических элементов, поэтому они обладают повышенной прокаливаемостью. Инструменты из этих сталей закаливают в масле (при ступенчатой закалке -- в солях). Прокаливаются они, как правило, полностью. Уменьшение скорости охлаждения при закалке снижает возможность образования трещин, деформации и коробления, что свойственно углеродистым инструментальным сталям. Это важно для инструментов сложной конфигурации. Так, стали 9ХС и ХВСГ характеризуются повышенной закаливаемостью и прокаливаемостью как при охлаждении в масле, так и при ступенчатой закалке и имеют высокую твердость (62--63 HRC). Кроме того, инструмент из этих сталей сохраняет высокую твердость режущей кромки при нагревании до температуры 225--250 °С. Эти стали используют для изготовления плашек, разверток, зенкеров. Сталь ХВ5 в закаленном и низкоотпущенном состоянии имеет твердость 67--69 HRC.

Быстрорежущие стали. Быстрорежущие стали -- высоколегированные инструментальные стали, обладающие красностойкостью (не теряют твердости при нагревании до температуры 600--640 °С). Режимы обработки инструментом из этой стали в 3--4 раза выше допустимых значений для углеродистых и низколегированных сталей. Основными легирующими химическими элементами, обеспечивающими теплостойкость быстрорежущих сталей, являются вольфрам, молибден, ванадий и кобальт.

В обозначения всех быстрорежущих сталей входят: буква «Р», число, указывающее содержание вольфрама (буква «В» пропускается), буквы «М», «Ф» и «К» с указанием после каждой числа, определяющего содержание соответственно молибдена, ванадия и кобальта. Массовое содержание хрома (около 4 %) в обозначении не указывается.

ГОСТ 19265--73 устанавливает следующие марки быстрорежущих сталей: Р18; Р12; Р9; Р6МЗ; Р9Ф5; Р5М5; Р6М5К5; Р9М4К8; Р14Ф4; Р9К5; Р9К10; Р10К5Ф5; Р18Ф2; Р18К5Ф2.

Стали марок Р9; Р12 и Р18 используют для изготовления всех видов режущих инструментов для обработки широкого круга конструкционных материалов; сталь Р6М5 -- для резьбонарезных инструментов, работающих с ударными нагрузками.

Штамповые стали. Для обработки металлов давлением применяют такие инструменты, как штампы, пуансоны, ролики, валики, деформирующие металл. Стали, применяемые для изготовления инструмента такого рода, называют штамповыми сталями (по наиболее распространенному инструменту). Штамповые стали делятся на две группы: деформирующие металл в холодном состоянии и деформирующие металл в горячем состоянии, так как условия работы стали при различных видах штамповки значительно отличаются друг от друга.

Марки штамповых сталей для холодной штамповки: 4ХС; 6ХС; 5ХВ2С; Х12; Х12Ф1; Х6ВФ. Марки штамповых сталей для горячей штамповки: 302ХВЗФ; 4Х5В2ФС и др.

3. Для получения отливки детали из стали 35Л требуется изготовить литейную форму из песчано-глинистых формовочных смесей. Опишите последовательность операций ручной формовки. Представьте эскиз отливки с указанием припусков на механическую обработку. Изобразите собранную литейную форму в разрезе и укажите основные ее элементы.

Последовательность операций ручной формовки

Операции ручной формовки	Эскиз
1. Подготовка модели к формовке (осмотр) и установка ее на подмодельную плиту. Если модель разъемная, то устанавливается разъемом на плиту нижняя половина модели и нижняя опока. Модель обдувается сжатым воздухом и для предотвращения прилипания формовочной смеси припыливается ликоподием, серебристым графитом или мелким сухим песком.
2. При ручной формовке на модель наносится через сито слой облицовочной смеси толщиной 15-25 мм и уплотняется на модели обжатием руками.
3. Порционно засыпается и уплотняется с помощью ручной или пневматической трамбовки наполнительная смесь. (При машинной формовке уплотнение смеси производится формовочной машиной.)
4. С помощью линейки-счищалки удаляется по верхнему ладу опоки излишек смеси и душником накалываются вентиляционные каналы (духа). Количество наколов в зависимости от площади опоки колеблется от 5 до 15 на дм2.
5. Нижняя полуформа поворачивается на 180°. При машинной формовке модель механически удаляется, при ручной - на половину модели, находящуюся в нижней полуформе, накладывается вторая половина модели со спаривающимися шипами. На нижнюю опоку по спаривающим штырям устанавливают верхнюю опоку. Устанавливают модели шлакоуловителя, стояка, выпоров. Поверхность полуформы по разъему посыпается разделительным песком и производится набивка верхней опоки формовочной смесью. При этом повторяются те же операции, что и при набивке нижней опоки.
6. Удаляются модели стояка и выпоров, накалываются, вентиляционные каналы.
7. Верхняя полуформа снимается с нижней и переворачивается на 180°. Извлекаются модели (собственно модель, модель шлакоуловителя и питателей). С помощью гладилки и других инструментов отделываются поврежденные места формы. В нижнюю полуформу ставятся стержни. Форма обдувается сжатым воздухом для удаления сора и пыли.
8. Нижняя полуформа осторожно по спаривающим штырям накрывается верхней полуформой. Для предупреждения подъёма верхней опоки в период заливки обе половинки скрепляются скобами или на верхнюю опоку перед заливкой становится груз определённого веса.

Зубчатое колесо, Сталь 35Л.

Проектирование чертежа отливки.

Чертеж отливки составляется на основе чертежа детали. Разработка чертежа отливки начинается с выбора положения детали при заливке и определения плоскости разъема.

При разработке плоскости разъема формы руководствуемся следующими правилами:

1. На отливках, подвергаемых механической обработке, имеются базовые поверхности (установочные базы), которые служат опорой для крепления отливки на станке при ее механической обработке. Не допускается пересечение базовой поверхности плоскостью формы.

2. Отливка должна располагаться в литейной форме так, чтобы её наиболее ответственные обрабатываемые поверхности находились снизу или сбоку (по отношению к плоскости разъема формы), так как здесь металл всегда более плотен, менее загрязнен неметаллическими включениями и газовыми раковинами.

3. Во избежание перекоса отливку желательно располагать в одной полуформе.

4. Выбор плоскости разъема должен обеспечивать удобство формовки и свободное извлечение модели из литейной формы.

5. Разъем должен быть прямолинейный, чтобы не затруднять сборку формы.

6. При изготовлении отливок типа тел вращения разъем выбирается, как правило, в плоскости двух наибольших взаимно перпендикулярных размеров. 

При совпадении разъема формы с разъемом модели на линии разъема ставятся буквы МФ.

Определение припусков на механическую обработку.

Припуск на механическую обработку - это слой металла, который удаляется с помощью механической обработки. В зависимости от способа литья, максимального размера отливки и материала, из которого она изготавливается выбираем класс точности размеров и ряд припусков.

Для литья в песчаные формы, при максимальном размере 152мм, материал Сталь35Л в условиях механизированного серийного производства выбираем для нашей отливки:

- класс точности 10

- ряд припусков 4

Для отливки 10 класса точности с номинальным размером 68мм допуск будет равен 2,8мм. Для допуска размера отливки 2,8мм для четвертого ряда припуски на механическую обработку будут равны:

для низа и бока 5,0мм

для верха 6,5мм

Для 32мм для 10 класса точности допуск 2,2мм. Для допуска размера отливки 2,2мм для четвертого ряда припуски на механическую обработку будут равны:

для низа и бока 4,6мм

для верха 5,5мм

Для 152мм для 10 класса точности допуск 3,2мм. Для допуска размера отливки 3,2мм для четвертого ряда припуски на механическую обработку будут равны:

для низа и бока 6,5мм

для верха 7мм

Литейные уклоны

Литейные уклоны назначаются на наружные и внутренние поверхности, перпендикулярные плоскости разъема. Литейные уклоны облегчают извлечение модели из литейной формы. Величина литейного уклона определяется высотой вертикальной поверхности, перпендикулярной плоскости разъема, материалом модели и методом формовки по ГОСТ 3212-80. Для деревянного комплекта 1002.

Радиусы округлений при переходе одной поверхности модели к другой выбирают из соотношения

R=(1/3…1/5)х(a+b)/2, где (a+b)/2 полусумма толщин сопрягаемых стенок отливки. R=3мм.

Разработка чертежа верхней и нижней частей модели.

Разработка верха и низа модели начинается с установления конфигурации стержня, которая определяется размерами и формой внутренней полости отливки и размерами его знаковых частей. Стержневые знаки на модели предназначаются для фиксации стержня в форме путем получения в ней соответствующих отпечатков, называемых знаками. В полученные знаки вставляется стержень опорными поверхностями при сборе формы.

Определение знаковых частей.

Конфигурацию и размеры знаковых частей назначают по ГОСТ 3606-80 с учетом размеров стержня, его положения в форме и способа формовки.

Высоту нижних знаков стержня hн назначаем в зависимости от его диаметра до 30мм и длины до 80 мм равной hн=30мм.

Высоту верхних стержневых знаков hв принимаем равной 0,5 от высоты нижних знаков hв=15мм.

Формовочные уклоны на знаковых частях назначаем по ГОСТ 3606-80 в зависимости от высоты знака и его расположения в форме: низ 60, верх 80

При определении размеров знаков на моделях учитываем сборочные зазоры между знаком литейной формы и знаком стержня

S=0,5мм.

Эскиз стержневого ящика

Определение размеров модели

Вычерчиваем части модели. Проставляем размеры моделей с учетом усадки сплава и величины сборочных зазоров в знаках. Величина усадки для стали =2,0%. Размер модели (за исключением величины знаков) определяются по формуле B=A+A/100x.

Расчет элементов литниковой системы

Литниковую систему размещают в литейной форме по её разъему. Она служит для подвода жидкого металла в рабочую полость литейной формы.

Литникувую систему рассчитывают по площади минимального сечения, которым в общем случае является сечение питателей (для замкнутых литниковых систем).

Площадь поперечного сечения определяется по формуле:

где: G - черновая масса отливки в кг, вычисляемая по формуле G=p(a+b) где p - чистовая масса детали в кг.

a - коэффициент, учитывающий массу металла припусков на механическую обработку. В зависимости от величины припусков на обработку детали принимаем а=1,3.

b - коэффициент, учитывающий массу металла, на литниковую систем, выпоры или прибыли для стали b=0,5

- коэффициент расхода в литниковой системе для стали принимаем =0,42

- оптимальная продолжительность заливки в секундах, определяемая по формуле

где - средняя толщина стенок отливки в мм.

G - черновая масса отливки, литников кг.

S - коэффициент, учитывающий жидкотекучесть сплава и тип литниковой системы.

Для стали с подводом на половине высоты отливки принимаем S=1,4

Нср - высота стояка в см, считая от уровня заливочной чаши до плоскости разъема литейной формы.

Нср = Нв+4см=20см.

Нв - высота части отливки от разъема до наивысшей точки

Но - общая высота отливки в опоке.

Площадь поперечного сечения шлакоуловителя и сечение стояка определяется из следующего соотношения для мелких стальных отливок: Fпит:Fшл:Fст =1:1,2:1,4

Разработка чертежа литейной формы в сборе

По конфигурации моделей и отливки вычерчивается литейная форма в сборе (вертикальный разрез).

сталь выплавка аппарат металлургический

4. Требуется нарезать на горизонтально-фрезерном станке с установленной на нем универсальной делительной головкой (характеристика N = 40) цилиндрическое зубчатое колесо с прямыми зубьями Z = 11. Укажите тип фрезы и опишите настройку делительной головки на простое деление. Изобразите кинематическую схему делительной головки с установленной не ней заготовкой и фрезой на шпинделе станка

Различают два метода профилирования эвольвентных зубчатых колес: копирование и обкатку (огибание).

Копирование. Метод основан на профилировании зубьев фасонным инструментом, профиль режущей части которого соответствует профилю впадины нарезаемого зубчатого колеса. По методу копирования зубчатые колеса нарезают дисковой модульной фрезой на горизонтально или универсально-фрезерных станках и пальцевой фрезой на вертикально-фрезерных станках последовательно по одной впадине с использованием делительной головки.

На рисунке 1 показана кинематическая схема универсальных делительной головки при настройке на простое деление. В этом случае червяк должен быть введен в зацепление с червячным колесом.

Простое деление применяют для поворота шпинделя с заготовкой на заданный угол в тех случаях, когда с помощью лимба, с двух сторон которого просверлены отверстия по концентрическим окружностям, можно подобрать концентрическую окружность для отсчета. Отверстия глухие и расположены на обеих сторонах лимба. Число отверстий на окружностях различно. Наиболее распространены лимбы, имеющие с каждой стороны по одиннадцать окружностей с числом отверстий:

с одной стороны - 24, 25, 28, 30, 34, 37, 38, 39, 41, 42 и 43;

с другой - 46, 47, 49, 51, 53, 54, 57, 58, 59, 61 и 66.

При простом делении лимб Д2 неподвижно стопорится с корпусом делительной головки с помощью защелки У. Поворот шпинделя с заготовкой осуществляется вращением рукоятки Р. Число оборотов рукоятки определяют из следующих соображений. За один полный оборот рукоятки шпиндель поворачивается на K/Z4 оборота. Так как червяк К - однозаходный, а число зубьев червячного колеса Z4=40, то одному обороту рукоятки соответствует поворот шпинделя на 1/40 оборота. Следовательно, шпиндель делительной головки повернется на 1 оборот за 40 оборотов рукоятки Р.

Характеристикой N делительной головки называется отношение числа зубьев червячного колеса к числу заходов червяка. В рассматриваемой делительной головке N=40.

Чтобы повернуть шпиндель на 1/Z окружности (Z - число частей, на которое требуется делить окружность), рукоятку Р нужно повернуть на какую-то долю оборота n, определяемую по формуле

Где, а - целое число оборотов рукоятки;

с - число отверстий на одной из концентрических окружностей лимба Д2;

в - число промежутков между отверстиями, на которое надо дополнительно к целому числу оборотов а повернуть рукоятку (отверстий будет в+1).

Число с, стоящее в знаменателе дроби, должно быть кратно числу частей Z и равно одному из ранее указанных чисел отверстий на концентрических окружностях лимба Д2 делительной головки. Если такого числа отверстий нет, то знаменатель и числитель дроби умножают на целые числа (2,3,4,5,6 и т.д.), пока не получают в знаменателе дроби числа, равного числу отверстий в одном из рядов лимба.

Дано N = 40 Z = 11. Пользуясь формулой находим а, с и в:

Согласно полученной настройке для поворота заготовки на 1/11 окружности необходимо:

1) освободить гайкой рукоятку, переставить ее в положение, при котором фиксатор расположится на окружности лимба с числом отверстий с=66. После этого рукоятку закрепить гайкой;

2) раздвинуть лапки сектора так, чтобы между ними по окружности, имеющей с=66 отверстий, находилось (b+1)=(42+1)=43 отверстия. Лапки закрепить винтами. При делении рукоятку каждый раз поворачивают на a (в данном случае

3) целых оборотов и дополнительно на b (в данном случае 42) промежутков между отверстиями по окружности с числом отверстий с (т.е. дополнительно на расстояние между лапками сектора).

После поворота рукоятки сектор (для подготовки его к следующему делению) поворачивают в ту же сторону до упора одной из лапок в фиксатор.

Кинематическая схема делительной головки при настройке на простое деление

5. Источники сварочного тока для питания сварочной дуги? Приведите их основные характеристики. Ответ поясните упрощенными электрическими схемами

Для дуговой сварки применяют как постоянный, так и переменный ток. Источниками постоянного тока являются сварочные генераторы (сварочные преобразователи и агрегаты), и сварочные выпрямители (селеновые и кремниевые). Источником переменного тока - сварочные трансформаторы, их применяют значительно чаще. Они более просты в изготовлении в эксплуатации, имеют небольшую массу и стоимость, а также обладают более высоким КПД и более долговечны. Однако при питании переменным током дуга горит неустойчиво, так как 100 раз в секунду напряжение и ток дуги проходят через нулевое значение, что приводит к временной деионизации дугового промежутка.

Постоянный ток предпочтителен в технологическом отношении, при его применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях, появляется возможность вести сварку прямой и обратной полярности.

К источникам сварочного тока предъявляются следующие требования: они должны обеспечить легкое зажигание и устойчивое горение дуги, ограничивать величину тока короткого замыкания, должны быть безопасными в работе и обладать хорошими динамическими свойствами. Динамические свойства определяются временем восстановления напряжения от момента короткого замыкания, когда оно почти равно нулю, до значения 18?20В, когда происходит зажигание дуги. Это время не должно превышать 0,05 с, чем быстрее восстанавливается напряжение, тем динамичнее свойства источника питания.

Важнейшим вопросом при конструировании источника питания является выбор его внешней характеристики - зависимости напряжения на его выходных клеммах от силы тока в цепи при нагрузке. Внешняя характеристика источников сварочного тока может быть - круто падающей 1 пологопадающей 2, жесткой 3, возрастающей 4. Источник сварочного тока выбирают в зависимости от вольтамперной характеристики дуги (см рис. 2), соответствующей применяемому способу сварки. Для ручной дуговой сварки требуются источники сварочного тока с крутопадающей внешней характеристикой.

Режим горения сварочной дуги определяется точкой пересечения характеристик дуги 1и источника тока2(рис 3,б). Точка А называется точкой холостого хода - источник тока включен, развивая максимальное напряжение (60?80В), а сварочная цепь разомкнута. Точка В - точка неустойчивого горения дуги. При изменении соответствующей ей тока дуга либо гаснет, либо ток дуги возрастает до режима устойчивого горения. Точка С является точкой устойчивого горения дуги (Uр= 15?30В). Точка D соответствует режиму короткого замыкания, который имеет место при зажигании дуги и ее замыкании характеризуется малым напряжением, стремящимся к нулю, и повышенным, но ограниченным током (Iкз? 1,5Iр), чтобы не допустить перегрева токопроводящих проводов и источников тока.

Сварочный трансформатор снижает высокое напряжение сети (220 или 380В) до напряжения холостого хода (60?80В). Кроме того, трансформатор создает на дуге падающую внешнюю характеристику. Для этого последовательно с дугой и вторичной 2 обмоткой трансформатора включают реактивную (дроссельную) катушку3. Во время прохождения сварочного тока в витках дроссельной обмотки3индуктируется ЭДС самоиндукции противоположно направленная основной ЭДС трансформатора. Поэтому напряжение, подведенное к дуге, снижается от значения холостого хода до 18?30В во время горения дуги и почти до нуля при коротком замыкании. Ток в трансформаторе регулируется изменением величины самоиндукции дросселя при увеличении или уменьшении воздушного зазора S между подвижной и неподвижной частями его сердечника. С увеличением зазора S самоиндукция дросселя, которая зависит от магнитного потока сердечника, уменьшается, а напряжение на дуге и, следовательно, сварочный ток увеличивается. При уменьшении зазора - на оборот. Благодаря наличию индуктивного сопротивления достигается падающая внешняя характеристика источника сварочного тока.

Схема сварочного трансформатора

Величину тока короткого замыкания, а следовательно, и сварочного плавно регулируют изменением магнитного потока обмотки Н путем уменьшения или увеличения тока в этой обмотке реостатом РТ. Для ступенчатого регулирования тока размагничивающая обмотка секционирована. При подключении сварочного провода на левую клемму устанавливаются малые токи, на правую - большие.

Сварочные преобразователи. Для сварки источниками постоянного тока служат сварочные преобразователи и сварочные агрегаты. Сварочный преобразователь состоит из генератора постоянного тока и приводного электродвигателя, сварочный агрегат - из генератора и двигателя внутреннего сгорания (д.в.с.). Сварочные агрегаты применяются для работы в полевых условиях и в тех случаях, когда в питающей электрической сети сильно колеблется напряжение. Генератор и д.в.с. (бензиновый или дизельный) монтируются на общей раме без колес, на катках, колесах, в кузове автомашины и на базе трактора.

Схема сварочного генератора

Сварочный преобразователь состоит из сварочного генератора постоянного тока и приводного электродвигателя, размещенных обычно в общем корпусе и на общем валу. Приводной электродвигатель преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую, а сварочный генератор преобразует механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока, питающего сварочную дугу.

Рассмотрим схему генераторов с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения. Отличительной особенностью генераторов такой схемы является использование принципа само-возбуждения. Поэтому их полюса изготовляются из феромагнитной стали, имеющий остаточный магнетизм.

Как видно из схемы генератор имеет на основных полюсах две обмотки: обмотку возбуждения Н и последовательно включенную размагничивающую обмотку С. Обмотка Н подключена к дополнительной с и основной а щеткам генератора, напряжение между которыми постоянно по величине и не меняется с изменением нагрузки. Магнитный поток Фн этой обмотки постоянен по величине, поэтому обмотку Н называют обмоткой независимого возбуждения.

При холостом ходе э.д.с. генератора индуктируется только магнитным потоком Фн. При зажигании дуги сварочный ток проходит через последовательную обмотку С, которая подключена к основным щеткам а и б так, что магнитный поток Фс направлен против магнитного потока Фн. Этим обуславливается размагничивающее действие последовательной обмотки. ЭДС, индуктируемая в якоре генератора, тем меньше, чем больше магнитный поток Фс, величина которого зависит от тока сварочной цепи. Чем меньше ток в сварочной цепи, тем меньше Фс и тем выше напряжение генератора. При коротком замыкании, т.е. при максимальном токе в сварочной цепи, магнитный поток Фс последовательной обмотки почти равен магнитному потоку Фн обмотки независимого возбуждения, и напряжение на зажимах генератора близко к нулю. Взаимодействием магнитных потоков двух обмоток обеспечивается падающая внешняя характеристика сварочного генератора.

Сварочные выпрямители. Сварочные выпрямители - это устройства, преобразующие с помощью полупроводниковых элементов (вентилей) переменный ток в постоянный и предназначенные для питания сварочной дуги. Их действие основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении.

Принципиальная электрическая схема сварочного выпрямителя представлена на рис. 6. Сварочный выпрямитель состоит из двух основных частей: понижающего трехфазного трансформатора I с регулирующим устройством и выпрямительного блока ВС, состоящего из селеновых (или кремниевых) вентилей. Конструкцию сварочного выпрямителя несколько усложняет входящий в него вентилятор ДВ для охлаждения выпрямительного блока. Включение выпрямителя в работу производится пакетным выключателем ПВ. Вентилятор сблокирован с выпрямителем воздушным реле РКВ. При нормальной работе вентилятора срабатывают реле контроля вентиляции РКВ, включаемое потоком воздуха от вентилятора, и магнитный пускатель ПМ, соединяющий обмотки сварочного трансформатора с сетью. Если вентилятор поврежден, то выпрямитель не включается, если повреждение произойдет во время работы, то выпрямитель выключится.

Схема трехфазного выпрямителя

Сварочные выпрямители перед преобразователи имеют следующие преимущества: более высокий КПД и меньше потери на холостом ходу, лучшие динамические свойства, меньшую массу, большую надежность и простоту обслуживания при эксплуатации, бесшумность при работе, большую экономичность при изготовлении. Основной недостаток сварочных выпрямителей - их большая чувствительность к колебаниям напряжения сети, чем у сварочных преобразователей. Подобно сварочным генераторам они могут быть однопостовыми и многопостовыми и иметь падающую, пологую или жесткую внешнюю характеристики. Для создания падающей характеристики используются сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием или для этой цели служит дроссель. Для ручной сварки применяют выпрямители с падающей внешней характеристикой.

Список литературы

1. Общая металлургия: учебник для вузов / Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. - 6-изд., перераб и доп. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2005 - 768 с.

2. Технология литейного производства. Н. Д. Титов, Ю. А. Степанов, М. «Машиностроение», 1974. 472 с.

3. Изготовление зубчатых колёс /Под ред. С.Н. Калашникова и А.С. Калашникова ,1986.

4. Источники питания и оборудование для электрической сварки. В. Милютин, Р. Катаев. Издательство: Academia 318 стр. 2013 год.

Размещено на Allbest.ru

...