Физика в профессии "Сварщик"
учебно-методическое пособие на тему

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

НАЧАЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ УЧИЛИЩЕ № 49

Методическая разработка

« Физика в профессии «Сварщик»».

Подготовила

 преподаватель:

С.П.Прихожая

г. Донецк

Содержание

1. Введение

2. Теоретическая часть «Содержание профессионального компонента программы курса физики для профессии «Сварщик»».

3. Приложение «Задачи с профильной направленностью по профессии «Сварщик»».

ВВЕДЕНИЕ.

В связи с введением в образовательный процесс учреждений начального профессионального образования (ГБОУ НПО) профилированных программ большая нагрузка по отбору содержания профильной составляющей программы  курса  физики   возлагается  на  преподавателя.

Учебники и учебные пособия, используемые в процессе преподавания, отражают лишь содержание базового компонента программы, не учитывающего специфики профессии. Дело осложняется еще и тем, что преподаватель, осуществляющий преподавание физики одновременно в группах разных профессий, вынужден изучить и отобрать материал из большого перечня учебной литературы по разным предметам профессиональной подготовки, учитывая при этом набор профессий. Решить эту задачу преподавателю физики поможет   настоящая  работа.

Данное пособие представляет примерное содержание профильной составляющей теоретического курса физики для ГБОУ НПО, осуществляющих подготовку по профессии "Сварщик". Содержание профильной программы составляющей курса физики и методика его отбора обсуждались и анализировались  совместно с председателем МО  преподавателей Федорян С.А.. Содержание базового компонента в пособие не включено, так как оно известно и доступно. Материал представлен с учетом уровней усвоения учебных элементов, указанных в программе профилированного курса физики для сварщиков. При изучении курса физики содержание профильного компонента позволяет сформировать знания и умения, которые играют основную роль при овладении профессией "Сварщик". При отборе содержания учитывалось, что основным уровнем усвоения учебных элементов в процессе изучения профильной составляющей является   первый  уровень.

Материал отбирался в соответствии с учебными пособиями, используемыми преподавателями спецдисциплин в своей практической деятельности.

Материал  излагается  в следующей  последовательности:

• тема  из   программы  курса физики для  профессии  "Сварщик";

• название  предмета   (предметов)   общепрофессионального   (профессионального)   цикла;

• тема  обозначенного предмета;
• содержание  материала,   предлагаемого для  изучения.

Такая последовательность подачи материала позволяет педагогу легко сориентироваться к каким вопросам базового компонента программы относится конкретный материал и внести его в перспективно-тематический план, а также включить его в межпредметные связи (карту, колонку плана и др.) Аналогичную работу могут проделать преподаватели спецдисциплин при составлении своего перспективно-тематического планирования (по предмету   спецкурсов).

При изложении материала темы урока необходимо обратить внимание на органичное соединение содержания базового и профильного компонента программы. Планируя объяснение на уроке нового материала, у преподавателей могут возникнуть затруднения в построении изложения фактического материала.

1. Тема профильной программы курса физики:

Механическое движение. Правка металла. Механическая резка металла.

Предмет профцикла:

Оборудование, техника и технология сварки. Технология сварочных работ.

Тема предмета: Техника ручной и дуговой сварки.

Содержание:

При подготовке деталей под сварку поступающий металл подвергается: правке, разметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.

Правка металла выполняется на станках или вручную. Ручная плавка металла производится на чугунных или стальных правильных плитах ударами кувалды или при помощи ручного винтового пресса. Угловая сталь правится на правильных вальцах. Двутавры и швеллеры правятся на приводных или ручных правильных прессах.

Механическая резка применяется для прямолинейного реза листов. Иногда механическая резка применяется для криволинейного реза листов посредством использования для этой цели роликовых ножниц с дисковым ножами. Эти способы могут быть ручными и механизированными.

Форма подготовки кромок металла под сварку зависит от его толщины. Основной металл и присадочным материал перед сваркой должны быть тщательно очищены от ржавчины, влаги, масла, окалины и разных неметаллических загрязнений.

2. Тема профильной программы курса физики:

Движение по окружности. Примеры вращательного движения в работе сварочных трансформаторов и преобразователей. Передача вращательного движения в электродержателях.

Предмет профцикла:

Основы теории сварки и резки металлов. Оборудование. Технология сварочных работ.

Тема предмета: Оборудование для ручной дуговой сварки и обслуживание его.

Содержание:

Величина сварочного тока регулируется перемещением подвижного пакета (винтовым механизмом с помощью рукоятки)

Регулятор тока состоит и» 2-х подвижных магнитных шунтов, расположенных в окне магнитопровода. Вращением винта по часовой стрелке шунты раздвигаются, а против часовой - сдвигаются, происходит регулирование сварочного тока.

Плавное регулирование тока осуществляют винтовым механизмом: изменением воздушного зазора в сердечнике магнитопровода.

Для получения большей величины тока воздушный зазор между подвижной и неподвижной частями магнитопровода нужно увеличить (рукоятку на дросселе вращают по часовой стрелке), а для получения меньшей  величины тока - зазор нужно уменьшить (рукоятку вращают против часовой стрелки).

При повороте рукоятки трансформатора TСK-500 по часовой стрелке катушки обмоток сближается, вследствие чего магнитное рассеяние и вызываемое им индуктивное сопротивление обмоток уменьшаются, а величина сварочного тока увеличивается. При повороте  рукоятки против часовой стрелки катушки вторичной обмотки удаляются от катушек первичной обмотки, магнитное расстояние увеличивается, и величина сварочного тока уменьшается.

При вращении якоря генератора, входящего в сварочный преобразователь его обмотка пересекает магнитные силовые линии магнитов, в результате чего в обмотках якоря наводится переменный электрический ток, который при помощи коллектора преобразуется в постоянный.

Для безопасности работы сварщика в электродержателях предусмотрено ручное либо автоматическое отключение тока.

При ввинчивании стержня в трубку электродержателя до соприкосновения его с контактом, электрическая цепь от провода до цилиндрического контакта замыкается. При одном - двух поворотах цилиндрической рукоятки стержень вывинчивается из трубки и образуется зазор между ним и контактом, в результате чего электрическая цепь размыкается. Во время сварки сварщик сообщает концу электрода движение в трех направлениях:

1 - поступательное, по направлению оси электрода, для поддержания необходимой длины  дуги;

2 - вдоль оси валика для образования сварного шва;

3 - колебание концом электрода поперек шва для образования уширенного валика, который применяется чаше, чем ниточный.

3. Тема профильной программы курса физики:

Сила. Силы, действующие при переносе расплавленного металла через дуговое пространство.

Предмет профцикла: 

Технология сварочных работ. Основы теории сварки и резки металлов.

Тема предмета: Сварочная дуга.

Содержание:

В процессе сварки при переносе расплавленного металла через дуговое пространство действуют силы тяжести, поверхностного натяжения, внутреннего давления газов и другие.

Так сила тяжести проявляется в стремлении капли под давлением собственного веса переместится вниз.

Сила поверхностного натяжения способствует удержания жидкого металла ванны при сварке в потолочном положении и создает условия для формирования шва (см. тему 13).

Сила внутреннего давления газа возникает в результате химических реакций, протекающих тем активнее, чем больше будет перегрет расплавленный металл на конце электрода. Сила внутреннего давления газовым образом перемещает каплю от электрода к изделию.

4. Тема профильной программы курса физики:

Гравитационные силы. Сила тяжести. Положительная и отрицательная силы тяжести при наклонном, вертикальном и горизонтальном положении швов.

Предмет профцикла:

Технология сварочных работ. Основы теории сверки и резки металлов.

Тема предмета: Виды переноса электродного металла на изделие.

Содержание:

При сварке в нижнем положении сила тяжести играет положительную роль при переносе капли в сварочную ванну;  при сварке в вертикальном положении и особенно в потолочном положении она затрудняет процесс переноса электродного металла.

5. Тема профильной программы курса физики:

Механическая работа, мощность КПД. Расчет коэффициентов расплавления, потерь и наплавки.

Предмет профцикла:

Технология сварочных работ. Основы теории сварки и резки металлов.

Тема предмета: Виды переноса электродного металла на изделие.

Содержание:

Коэффициент расплавления зависит от состава проволоки. Покрытия электрода, веса покрытия, рода и полярности тока.

Коэффициент потерь характеризует потери металла электрода на разбрызгивание, испарение, окисление. Он зависит от состава проволоки, её покрытия, режима сварки, типа сварного соединения.

Коэффициент потерь возрастает при увеличении плотности и длины дуги. Он несколько меньше при сварке в тавр, с разделкой кромок, чем при наплавке.

Для оценки процесса наплавки вводят понятие коэффициента наплавки, который зависит от рода и полярности тока, типа покрытия, состава проволоки, а также от пространственного положения, в котором выполняют сварку.

Производительность сварки определятся количеством наплавленного металла.

G = LH I t

где    G - масса наплавленного металла.

LH -   коэффициент наплавки.

Чем больше ток, тем больше производительность.

6. Тема профильной программы курса физики:

Колебательное движение. Испытание сварочного соединения на ударную вязкость (маятниковые копры).

Предмет профцикла:

Основы теории сварки и резки металлов.

Тема предмета: Основные дефекты сварных швов.

Содержание:

Испытание сварного соединения на ударную вязкость проводят на специальных машинах (маятниковых копрах). Для этой цели изготавливается специальный образец квадратной формы с надрезом со стороны раскрытия шва.

7. Теме профильной программы курса физики:

Давление твердых тел. Понятие о допускаемом усилии в сварном соединений.

Предмет профцикла:

Основы теории сверки и резки металлов.

Тема предмета: Сварные соединения и швы.

Содержание:

При растяжении допускаемое усилие в сварном соединении определяется по формуле:

Р=σр Ѕ l

при сжатии:

Р=σсж Ѕ l

где l - длина шва,

S- толщина соединяемых элементов,

σр - допускаемое напряжение в сварном шве при растяжении,

σсж - допускаемое напряжение в сварном шве при сжатии.

При расчете на прочность нахлесточного соединения применяют следующую расчетную формулу:

Р= τср 0,7 к l

где  Р - допускаемое усилие.

τ ср - допускаемое напряжение направленного металла при среде.

к - длина катета.

l - длина сварочного шва.

8. Тема профильной программы курса физики:

Взаимодействие атомов и молекул вещества. Макро- и микроструктура металлов и сварного соединения.

Предмет профцикла:

Основы теории сварки и резки металлов.

Тема предмета: Металлургические процессы при сварке металлов.

Содержание:

Железо имеет две кристаллические решетки. Это свойство полиморфизма железа определяет многие практические данные свойств сплавов   железа. Взаимодействие углерода и других компонентов с модификациями железа приводит к образованию различных структур. Аустенит, α и  β ферриты, цементит, перлит - металл, имеющий мелкую структуру, является более прочным и пластичным, чем металл с более крупной структурой.

Для оценки качества сварного соединения исследуют его макро и  микроструктуру. Для определения макроструктуры сварного соединения по его поперечному сечению вырезается образец, поверхность которого проходит травление. После травления на поверхности шва выступают pro слои. Дефекты в шве (поры, трещины неметаллические включения) видны, как правило, без лупы. На этом же образце под микроскопом рассматривают его микроструктуру при 100-кратно и более увеличениях. Чем мельче микроструктура, тем лучше качество сварного шва.

9. Тема  профильной  программы  курса  физики:

Температура. Определение температуры столба сварочной дуги. Влияние  температурного  режима  при  сварке  изделий из стали.

Предмет профцикла: Основы  теории  сварки  и  резки  металлов.

Тема предмета: Техника ручной дуговой сварки. Стали, используемые в сварных  изделиях.

Содержание:

Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 5000 до 12000К и зависит от состава газовой среды дуги, материала, диаметра электрода и плотность тока. Температуру приближенно можно определить по формуле, предложенной  академиком  К.К.Хреновым:

Тст  -  810 Uэф, где  Тст  - температура   столба  дуги, Uэф -  эффективный   потенциал ионизации  -  это потенциал ионизации некоторого однородного газа, который при тех же температурах, давлении и консистенции образует такое же количество заряженных   частиц,   как   и   газовая   смесь.

При сварке низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей, изделие перед сваркой подогревают до t"= 200°C, электроды прокаливают при t =  400°С в течение одного часа. Хромомолибденовая сталь сваривается электродами ЦП - 14 с предварительным подогревом изделия до  250-ЗОО°С  и   последующим   высоким  отпуском   при   710°С.

Сварка теплоустойчивых сталей выполняется с предварительным подогревом изделия до 25О-ЗС0°С.  После сварки, рекомендуется отпуск при температуре   710°С.

Разные виды сталей свариваются различными электродами в зависимости от температуры эксплуатации.

10. Тема профильной программы курса физики:

Количество теплоты. Расчет погонной сварочной дуги.

Предмет профцикла: 

Основы теории сварки и резки металлов.

Тема предмета: Тепловые действия дуги.

Содержание:

Отношение эффективной тепловой мощности дуги (источника) qu к скорости перемещения дуги V называется погонной энергией. Погонная энергия - это количество тепла в калориях, введенное на единицу длины однопроходного шва или валика.

11. Тема профильной программы курса физики:

Свойства газов. Взаимодействие расплавленного металла с газами. Защитные газы при дуговой сварке. Защитные газы при сварке неплавящимися и плавящимися электродами Сварка в углекислом газе. Сварка в инертных газах.

Предмет профцикла:

Основы теории сварки и резки металлов.

Тема предмета: Металлургические процессы при газовой сварке.

Содержание:

В процессах, протекающих в сварочной ванне, большую роль играет воздух, соприкасающийся с расплавленным металлом. В связи с этим возникает необходимость зашиты расплавленного металла сварочной ванны от воздействия воздуха. При сварке плавлением кромки присоединяемых деталей доводят до полного расплавления, и жидкий металл образует общую сварочную ванну, за счет этого происходит самопроизвольное сплавление с соединением расплавленных частей в одно целое. Кристаллизация жидкого металла при охлаждении начинается с неполностью расплавленных зерен основного металла, расположенных на границе расплавления, к решетке которых и пристраиваются атомы кристаллизующейся фазы. В сварочной ванне кроме жидкого металла имеются газы и шлаки, которые взаимодействуют между собой, в результате чего изменяется содержание примесей и легирующих добавок в металле шва. Газы в сварочную ванну попадают из пламени и окружающей атмосферы как непосредственно, так и в результате протекающих там химических реакций. Процесс растворения газов в жидком металле может быть разбит на три стадии: поглощение атомов газов поверхностью металла; взаимодействие эти газов с металлом поверхностных слоев, диффузия образовавшихся продуктов в глубь жидкой ванны.

Источником кислорода и водорода являются воздух, электродные покрытия, флюсы, защитные газы,  также оксиды, поверхностная влага и другие загрязнения основного и присадочного металла. Азот попадает в зону сварки главным образом из воздуха. Характер взаимодействия газов с различными металлами различен.

Находящийся в газовой фазе молекулярный и атомарный кислород соединяется с металлом сварочной ванны. Одновременно происходит окисление примесей и легирующих элементов, содержащихся в металле. Концентрация кислорода в сварочной ванне может быть значительно уменьшена за счет элементов раскислитилей. Водород также растворяется в большинстве металлов. Водород - это вредная примесь, так как является причиной пор, микро и макротрещин в шве и в зоне термического влияния. Применяются два способа борьбы с водородом: физический - это зашита сварочной ванны от компонентов, содержащих водород (сушка, прокалка материалов, удаление ржавчины и др.); химический - перевод водорода из растворимого состояния в нерастворимое.

Азот способствует образованию пор в металле шва. Углерод, содержащийся в сварочной ванне, является хорошим раскислителем.

Удаление избыточного количества вредных примесей и газов из металла называют рафинированием металла.

Для защиты зоны сварки используют инертные газы гелий и аргон, иногда активные газы - азот, водород и углекислый газ. Применяют также смеси отдельных газов в различных пропорциях. Такая газовая зашита, оттесняет от зоны сварки окружающий воздух. Эффективность газовой защиты зоны сварки зависит от типа свариваемого соединения и скорости сварки. На защиту влияет также размер сопла, расход защитного газа и расстояние от сопла до изделия (оно может быть 5 - 40 мм).

Преимущества сварки, в защитных газах следующие: нет необходимости применять флюсы или покрытия, следовательно, не требуется очищать швы от шлака; высокая производительность источника и степень концентрации тепла позволяет значительно сократить зону структурных превращений;, незначительное взаимодействие металла с кислородом и азотом воздуха; простота наблюдения за процессом сварки; возможность механизации и автоматизации процессов.

Надежность защиты зоны сварочной дуги зависит от теплофизических свойств и расхода газа, а также от конструктивных особенностей горелки и режима сварки.

При сварке плавящимся электродом в сварочной цепи появляется постоянная составляющая тока, которая создает постоянное магнитное поле в сердечнике трансформатора и дросселя, а это приводит к уменьшению мощности сварочной дуги и её устойчивости.

При сварке плавящимся электродом сварочная дуга, образованная в результате плавления электрода в среде инертных газов, имеет форму конуса, столб которой состоит из внутренней и внешней зоны. Внутренняя зона имеет яркий свет и большую температуру, Во внутренней зоне происходит перенос металла и её атмосфера заполняется светящимися парами металла. Внешняя зона имеет менее яркий свет и представляет собой ионизированный газ.

Сущность процесса сварки в углекислом газе заключается в следующем: поступающий в зону сварки углекислый газ защищает её от вредного влияния атмосферы воздуха, причем при высокой температуре сварочной дуги углекислый газ частично диссоциируется на окись углерода и кислорода:    

                                      2 С02          2   СО + 02

В результате в зоне дуги образуется смесь из трех различных газов: углекислого, окиси углерода и кислорода. Вследствие того, что температура дуги не везде одинакова, неодинаков и состав газовой смеси в зоне дуги. В центральной части, где температура  дуги высокая, углекислый газ диссоциирует почти полностью. В области, прилегающей к сварочной ванне, количество углекислого газа преобладает над суммарным количеством кислорода и окиси углерода. Все три компоненте газовой смеси защищают металл от воздействия воздуха, в то же время окисляют его как при переходе капель электродной проволоки в сварочную ванну, так и на поверхности.

Сварка в аргоне и гелии выполняется как плавящимися, так и неплавящимися (вольфрамовыми) электродами. Для зашиты металла шва со стороны корня и обеспечения формирования обратной стороны шва поддувают защитные газы. При сварке титана, алюминия и их сплавов для поддува применяют аргон или в особых случаях - гелий. При сварке нержавеющих сталей применяют аргон, азот, углекислый газ и смесь азота с водородом. Употребление газовых смесей вместо технически чистых газов аргона и гелия в некоторых-случаях повышает устойчивость горения сварочной дуги, уменьшает разбрызгивание металла, улучшает формирование шва; увеличивает глубину проплавления шва, а также воздействует на перенос металла и увеличивает производительность сварки.

При сварке меди и некоторых типов нержавеющих сталей для защиты зоны дуги можно использовать азот, полученный путём ректификации воздуха на кислородных установителях. При азотно-дуговой сварке электродом служат угольные и графитные стержни. Установка для сварки в азоте аналогична установке для сварки в аргоне. Горелка должна иметь специальные сменные наконечники для закрепления угольных стержней.

12. Тема профильной программы курса физики:

Свойства жидкостей (поверхностное натяжение). Сила поверхностного                     натяжения, действующая при переносе расплавленного материала.

Предмет профцикла:

 Основа теории сварки и резки металлов.

Тема предмета: Сварочная дуга.

Содержание:

Сила поверхностного натяжения, действующая при переносе расплавленного металла через пространство, проявляется в стремлении жидкости уменьшить свою поверхность под действием молекулярных сил, стремящихся придать ей такую форму, которая бы обладала минимальным запасом энергии. Такой формой является сфера. Поэтому сила поверхностного натяжения придаёт капле расплавленного металла форму шара и сохраняет эту форму до момента соприкосновения её с поверхностью расплавленного металла сварочной ванны или отрыва капли от конца электрода без соприкосновения, после чего поверхностное натяжение металла «втягивает» каплю в ванну. Сила поверхностного натяжения способствует удержанию жидкого металла ванны при сварке в потолочном положении и создаёт условия для формирования шва.

13. Тема профильной программы курса физики:

Строение и свойства твердых тел. Кристаллическая структура металла. Кристаллизация металла шва при сварке.

Предмет профцикла:  

Основы теории сварки и  резки металлов.

Тема предмета: Металлургические процессы при газовой сварке.

Содержание:

Процесс образования сварного соединения начинается с нагрева и расплавления основного и присадочного материала. Кристаллизацией называется процесс образования зерен из расплавленного металла при переходе его из жидкого состояния в твердое. Процесс кристаллизации сварных швов отличается от кристаллизации слитков высокими скоростями. Различают первичную кристаллизацию и вторичную. Первичная кристаллизация осуществляется при высоких скоростях охлаждения, вторичная начинается с распада первичной в результате структурных превращений и заканчивается при низких температурах. Как и во всех случаях сварки плавлением, кристаллизация металла шва осуществляется на зернах основного металла. Более медленный прогрев при газовой сварке основного металла приводит к большему росту зерен нерасплавленных кромок металла, а следовательно, и уменьшению количества центров кристаллизации формирующегося шва. Процесс кристаллизации сварных швов осуществляется прерывисто, этим и объясняется появление кристаллизационных слоев. Чем сильнее теплоотвод и меньше объем жидкого металла, тем тоньше кристаллизационный слой. Кристаллизационные слои можно рассмотреть на специально изготовленных микроскопах в любом сечении шва. Первый участок возникает в результате кристаллизации тонкой прослойки жидкого металла, примыкающей к оплавленной поверхности.  Второй участок кристаллизуется из жидкого металла исходного материала.

Кристаллизация металла шва и трещин

Кристаллизация - это процесс образования трещин из расплавленного металла при переходе из жидкого состояния в твердое.

Кристаллизацию различают по двум причинам.

Первичная и вторичная кристаллизация протекает при высоких скоростях охлаждения и перехода из жидкого в твердое состояние с образованием столбчатой структуры.

Вторичная кристаллизация начинается с распада первичной структуры и заканчивается при низких температурах образованием достаточных не распадающихся микроструктур. Температура при которой происходит первичная и вторичная кристаллизация стали, определяется по диаграмме Железо-углерод.

Кристаллизация металла сварочной ванны начинается в зоне сплавления от твердых кромок свариваемых деталей. Началом кристаллизации является неполностью наплавление на кромках металла. Они наращивают затвердеванием частицами металла сварочной ванны.

Из сварочной ванны появляются зародыши новых растущих зерен. При снижении температуры концентрация частицы доходит до 0,07%.

При затвердевании металла происходит два явления:

• Первичное образование зародышей зерна.
• Последующий их рост за счет присоединения новых зерен металла из сварочной ванны.

Химический состав может быть неодинаков, что и объясняется неоднородностью металла.

В процессе сварки, металлы сварочной ванны постоянно находятся в движении, предавая шву слоистый характер.

Строение сварочного соединения.

Строение, выполняемое сваркой плавления состоит из 4 зон:

а) металл шва;

б) зона сплавления;

в) зона термического влияния;

г) основной металл.

Основной металл - металл, подвергающийся сварке соединяемых частиц.

Зона термического влияния - участок основного металла, не подвергающийся расплавлению, структура и свойства которого изменяются в результате нагрева и пластической деформации при сварке.

Зона сплавления -. металл находящийся на границе основного металла и шва. Металл шва понимает под собой сплав образованный переплавленным основным и наплавленным металлом или только переплавленным основным металлом.

Cварка трением..

Этот метод  сварки предложил в 1956 г. токарь Ставропольского края. А. И. Чудиков. Он взял два небольших стержня и закрепил один в патроне токарного  станка,  другой в резцедержателе. Пустив станок и сблизив стержни, он за счет трения между ними так  сильно их раскалил, что после остановки  станка получил один сваленный стержень. При испытании  на наковальне прочность сварки поразила всех присутствующих. Стержень сломался, но не на шве, а далеко от него.

Сварка трением - один из тех видов сварки давлением. Вестями нагрев кромок металла сваливаемых деталей осуществляется теплом, возникающим от трения при перемещении друг относительно друга соединяемых деталей, которые зажаты осевой силой, помимо нагрева металла силы трения разрушают поверхностные пленки окислов. Сварка выполняете на специальных машинах. Одна из свариваемых деталей неподвижна, вторая, прижатая к первой, вращается. Когда температура в стыке достигнет температуры сварки, трение резко прекращаете, а осевое усилие возрастает.

Сварка трением широко применяется для соединения стержней, труб, режущего инструмента, деталей из разнородных металлов. Ее преимущества - высокое и стабильное качество  соединений, малая подводимая мощность, высокая производительность. Промышленностью выпускается значительное количеств машин для сварки трением

Термитная сварка - вид сварки плавлением. Мерный нагрев производится сгоранием термито- железной окалины в смеси с порошкообразным алюминием. При термитной сварке применяют специальные тигли для сжигания термита. Термитная смесь поджигается специальными «термитными спичками» «магниевый термит».

14. Тема   профильной   программы  курса  физики:

Деформации.   Деформации   при   сварке.  Причины   возникновения   деформаций. Напряжение при сварке. Причины возникновения напряжений. Деформации и напряжения при сварке стыкового и таврового соединений. Сварочные деформации и напряжения и методы борьбы с ними. Дефекты сварных соединений.   Металлографическое  исследование  сварных  швов.

Предмет   профцикла: 

Основы   теории   сварки   и     резки   металлов.

Тема предмета: Напряжения и деформации при сварке. Методы выявления   внутренних   дефектов.

Содержание:

Деформация тела - это изменение его формы и объема в результате внешних механических воздействий. Простые виды деформации – растяжение и сжатие, изгиб, кручение сдвиг.

Деформации в сварных конструкциях являются результатом наличия внутренних напряжений, которые могут вызываться различными причинами. К неизбежным причинам, способствующим возникновению напряжений и деформаций, откосятся такие, без которых процесс обработки происходить не может. К этим причинам относят неравномерный нагрев, тепловую усадку  швов,   структурные   изменения  металла  шва  и  околошовной   зоны  и  т.д.

К сопутствующим причинам, способствующим возникновению деформаций и напряжений, относятся такие, без которых процесс сварки может происходить. К таким причинам относятся неправильные конструкционные решения сварных узлов, применение устаревшей техники и технологии сварки, низкая квалификация сварщика, нарушение геометрических размеров сварных  швов  и  т.д.

Остаточные напряжения при сварке возникают в результате появления теплопластических деформаций, которые образуются от неравномерного распределения температуры в изделии. Такие деформации бывают упругие и упругопластичные. Остаточные напряжения в зависимости от объема тела, в пределах которого они уравновешены, классифицируются следующим образом:

-   Остаточные напряжения 1-го рода уравновешиваются в крупных объемах, соизмеримых с размерами изделия или его частей, и обладают определенной ориентацией в зависимости от формы изделия. Эти напряжения определяются расчетом, исходя из теории упругости и пластичности, а также  экспериментально.

-   Остаточные напряжения 2-го рода уравновешиваются в пределах микрообъемов тела, т.е. в пределах одного или нескольких зерен металла. Эти напряжения не имеют определенной направленности, не зависят от формы  изделия.   Находят   эти  напряжения  опытным  путем.

-   Остаточные напряжения 3-го рода уравновешиваются в мельчайших объемах - в пределах атомной решетки они также не имеют определенной направленности   и   определяются  экспериментально.

При сварке стыковых соединений сварочное напряжение по продолжительности подразделяются на технологические и остаточные. Первые возникают во время сварки (в процессе изменения температуры), вторые - после окончания сварки и полного охлаждения. При сварке металлов толщиной до 6 мм главным образом возникают значительные деформации, а остаточные напряжения бывают небольшими.

В сварных конструкциях, имеющих тавровое сечение, под влиянием продольных и поперечных напряжений и укорочений, стенка и пояс тавра деформируются, тавр изгибается по длине. Эти деформации происходят в плоскости свариваемого элемента. Кроме того, возникают такие деформации свариваемых листов из плоскости, которые называются угловыми.

При выборе метода уменьшения деформаций и напряжений, возникающих в процессе сварки, необходимо учитывать марку свариваемого металла. Для уменьшения деформаций и внутренних напряжений при сварке цветных металлов, имеющих значительный коэффициент линейного и объемного расширения, необходимо увеличивать зазор между свариваемыми кромками и уменьшать объем наплавленного металла, также требуется жесткое закрепление свариваемых деталей.

Рабочие чертежи сварных конструкций необходимо разрабатывать с учетом мероприятий по уменьшению сварочных деформаций и напряжений. Для этого сварные соединения конструируют таким образом, чтобы объем наплавленного металла был минимальным. Чтобы уменьшить остаточные напряжения и деформации конструкций и изделий, при сборке по возможности не допускают скрепления углов и деталей прихватками, которые создают жесткое закрепление. На образование деформаций и напряжений оказывает влияние способ сварки, режим сварки, погонная энергия сварки. При сварки стержневых конструкций или деталей симметричного сечения используют метод обратных деформаций, жесткого закрепления, проколки швов, околошовной зоны, общий обжиг сварного изделия, механическую и техническую правку конструкций после сварки.

Дефектами сварных соединений называют отклонения от норм, предусмотренных ГОСТами, техническими чертежами. По природе образования выделяют дефекты:

- образующиеся в результате нарушения технологии сборки,

- имеющиеся в металле свариваемых деталей,

- вызываемые плохой  свариваемостью основного металла,

- образующиеся в результате несоответствия химического состава и технологических свойств присадочных материалов,

- образующиеся из-за нарушения технологического процесса сварки или термической обработки,

- образующиеся при эксплуатации конструкций.

По характеру замеченные дефекты в сварных соединениях можно разделить на внешние и внутренние. По величине дефекты можно разделить на макро-   и   микроскопические.

Основной задачей металлографического анализа является исследование структуры и дефектов основного и наплавленного металла сварного соединения. Металлографическое исследование включает в себя макроструктурный   и   микроструктурный   методы  исследований.

15. Тема профильной программы курса физики:

Свойства твёрдых тел. Газовая сварка цветных металлов: меди, бронзы, латуни, титановых и магниевых сплавов.

Предмет профцикла:

 Основы теории  сварки и    резки  металлов.

Тема предмета: Особенности сварки меди и ее сплавов. Особенности сварки  алюминия  и  его  сплавов.

Содержание:

Свариваемость меди зависит от ее чистоты, особенно ухудшают свариваемость наличие в ней Bi , Pb, S, О2. Наличие в меди оксида меди Си2О вызывает образование хрупких прослоек металла и трещин, которые появляются в зоне термического влияния. Оксид меди образует с медью легкоплавкую эвтектику, которая обладает нужной температурой плавления. На процесс сварки меди оказывает влияние не только кислород, растворенный в меди, но и кислород, поглощенный из атмосферы. При сварке Си2О и CuO.затрудняют процесс газовой сварки и поэтому их необходимо удалять с помощью флюса. При газовой сварке меди нашли применение стыковые и угловые соединения, тавровые и нахлесточные соединения хороших результатов не дают. Перед сваркой свариваемые кромки необходимо очистить от грязи, масла, оксидов и других загрязнений на участке не менее 30 мм от места сварки. Пламя для сварки меди выбирают нормальным, так как окислительное пламя вызывает сильное окисление, а при науглероживании пламени появляются поры и трещины. Пламя должно быть мягким и направлять его следует под большим, чем при сварке стали, углом. При сварке меди рекомендуется изделие устанавливать под углом 10° к горизонтальной плоскости. Сварка ведется на подъем. Газовую сварку меди выполняют  только  за  один проход.

Основным затруднением при сварке латуней являются выгорание цинка, поглощение газов расплавленным металлом ванны, а также повышенная склонность металла и околошовной зоны к образованию пор и трещин. Для борьбы с испарением Zn при газовой сварки латуни необходимо применять окислительное пламя и использовать специальные флюсы и присадочные материалы. При сварке латуни необходимо учитывать ее склонность к образованию трещин в интервале температур от 300 до 600°С. На качество сварного шва  большое  влияние оказывает  мощность  сварного  пламени.

Бронзы (медные сплавы, в которых основными легирующими элементами являются Al, Sn, Mn, Si и др.) делятся на две основные группы - оловянные и безоловянные. При сварке оловянной бронзы легкоплавкая часть сплава перемещается от середины к поверхности шва. Это приводит к появлению на поверхности шва мелких застывших капелек. Пламя берется строго нормальным, т.к. окислительное пламя приводит к выгоранию олова, а науглероживающее  -  увеличивает  пористость  в металле  шва.

Алюминиевые бронзы обладают высокой коррозийной стойкостью и высокими антифрикционными свойствами. Основные трудности при сварке алюминиевых бронз вызывает образующаяся тугоплавкая оксидная пленка. Удаление ее возможно только при применении специальных флюсов. Кремнистые бронзы отличаются высокими механическими свойствами и хорошо свариваются.

Магниевые сплавы имеют малую плотность и вместе с тем обладают высокими прочными свойствами. Сварка магния затрудняется из-за низкой теплопроводности, близости температур плавления и воспламенения, высокого  коэффициента  линейного  расширения   и  большого  химического  сродства магния к кислороду. При использовании магния и его сплавов необходимо удалять в процессе сварки оксидную пленку и тщательно защищать расплавленную ванну от ее взаимодействия с кислородом и азотом воздуха, парами воды. Для этой цели применяют флюсы на основе хлористых и фтористых солей. При газовой сварке магниевых сплавов широкое применение получили стыковые соединения; тавровые, угловые и нахлесточкые применять не  рекомендуется.

Для получения качественного сварного соединения гитана в нем ограничивают содержание азота, кислорода, водорода, углерода; с этой целью защищают металл шва и околошовной зоны при сварке инертными газами.

16. Тема  профильной программы курса физики:

Электрический ток. Регулирование тока в процессе сварки. Связь тока, напряжения  и  длины  сварочной  дуги.

Предмет профцикла: 

Оборудование, техника и технология сварки. Электротехника.

Тема предмета: Техника ручной дуговой сварки. Сварочные трансформаторы.

Содержание:

Величину сварочного тока подбирают в зависимости от толщины металла и вида сварного соединения. Увеличение плотности тока допускается   только  при  использовании  графитовых  электродов.

Внешняя характеристика источников питания (сварочных трансформаторов, выпрямителей, преобразователей) - это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги. Чем круче характеристика, тем лучше стабильность горения дуги, так как при крутоспадающей характеристике с изменением длины сварочной дуги величина сварочного тока уменьшается незначительно. Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. При одинаковом падении напряжения (изменением длины дуги) изменение сварочного тока неодинаково при неодинаковых внешних характеристиках источника. Чем круче характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток. Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась  с  характеристикой  источника  питания.

17. Тема  профильной программы курса физики:

Электрические цели с параллельными соединениями. Параллельное включение сварочного транспорта.

Предмет профцикла: Электротехника.

Тема предмета: Сварочные трансформаторы.

Содержание:

Сварочные трансформаторы соединяют на параллельную работу с целью повышения мощности источника питания. Для этого используют два или несколько однотипных трансформаторов с одинаковыми внешними характеристиками и первичными обмотками, рассчитанными на одно и то же направление. Подключение нужно производить к одним и тем же фазам сети, соответствующих одноименных клемм первичных обмоток трансформаторов, их вторичные обмотки соединяют также одноименные клеммы. Необходимым условием параллельной работы трансформаторов являются равномерное распределение между ними величины сварочного тока. Регулировать величину сварочного тока следует одновременно одинаковым числом поворотов ручек всех регуляторов или одновременным нажатием кнопок. Равенство нагрузок между трансформаторами проверяется амперметрами.

18. Тема  профильной программы курса физики:

Действие тока на организм человека. Понятие об электробезопасности.

Предмет профцикла: Охрана труда.

Тема предмета: Техника безопасности и противопожарные меры.

Содержание:

Действие электрического тока на организм человека приводит к двум видам поражений: электрическим травмам и электрическим ударам. Исход воздействия тока зависит от многих факторов: от рода и силы тока, длительности воздействия и пути прохождения тока через организм человека, психического и физического состояния человека. Наиболее опасным для человека является ток (переменный) с частотой 50 - 500 Гц. Ток, проходящий через тело человека, зависит от напряжения электроустановки и от сопротивления всех элементов цепи, по которой проходит электрический ток, в том числе и от сопротивления тела человека.

Для исключения поражения человека (сварщика) электрическим током необходимо соблюдать меры безопасности:

- надежно заземлять корпуса трансформаторов, преобразователей, выпрямителей;

- перед началом работы проверять исправность изоляций сварочных проводов электродержателя;

- сварку следует выполнять только в исправной и сухой спецодежде и обуви, которая не имеет металлических гвоздей;

- во время перерывов сварочную машину необходимо отключать от сети и т.д.

Для спасения человека, попавшего под напряжение, необходимо, прежде всего, изолировать его от токоведущих частей или проводов. Пострадавшему необходимо оказать первую медицинскую поуощь - сделать искусственное дыхание. При более серьезном повреждении необходимо немедленно вызвать врача.

19. Тема профильной программы курса физики:

Электрический ток в жидкостях. Роль жидкости при подводно-дуговой резке.

Предмет профцикла: 

Основы теории сварки и резки металлов.

Тема предмета: Способы возбуждения сварочной дуги.

Содержание:

В жидких средах, в том числе и в воде, можно получить достаточно устойчивый дуговой разряд, который, образуя высокую температуру и имея большую удельную тепловую мощность, испаряет и разлагает окружающую жидкость. Пары и газы, образующиеся при дуговом разряде, создают вокруг сварочной дуги газовую защиту в форме газового пузыря, т.е. в сущности, дуга горит не в воде, а в газовой среде. Электроды, применяемые для подводной сварки и резки, должны иметь водонепроницаемое покрытие, которое охлаждается снаружи водой и поэтому плавится медленнее стержня электрода, образуя в конце электрода "козырек". Водонепроницаемость покрытия отрицательно влияет на устойчивость горения дуги, так как вода, испаряющаяся у горячей поверхности электрического стержня, разрушает покрытие и срывает его кусками со стержня. Водонепроницаемость достигается в основном пропиткой покрытия парафином. Резка под водой применяется при ремонте судов, устройстве различных гидросооружений и др.

20. Тема  профильной программы  курса физики:

Применение электролиза в технике. Электрохимия коррозии сварного соединения.

Предмет   профцикла: Материаловедение.

Тема   предмета: Коррозия.

Содержание:

Коррозией называется разрушение металлов, сплавов и их сварных соединений вследствие действия на них окружающей среды. Существует два вида коррозии: химическая и электрохимическая. Химическая коррозия представляет собой процесс непосредственного взаимодействия между металлом и средой (сухие газы, жидкие неэлектролиты - бензин, масло, смола и т.п.). Электрохимическая коррозия происходит при действии на металл жидких электролитов (водных растворов солей, кислот, щелочей), а также влажного воздуха, т.е. проводников электрического тока - растворов,   содержащих  ионы.

21. Тема   профильной  программы  курса   физики:

Газовые   разряды.   Плазменно-дуговая резка.   Импульсно-дуговая   сварка.

Предмет   профцикла:

Основы   теории  сварки  и  резки  металлов.

Тема   предмета:   Плазменная  резка. Сварка  световым  лучом.

Содержание:

Плазменная резка. Сущность плазменной резки состоит в проплавлении металла мощным дуговым разрядом, локализованном на малом участке поверхности разрезаемого металла с последующим удалением расплавленного металла из зоны реза высокоскоростным газовым потоком. В зависимости от применяемой электрической схемы плазменная резка металлов может выполняться независимой и зависимой дугами. Плазмообразующий газ -система, преобразующая проводимую электрическую энергию в тепловую, передаваемую разрезаемому металлу. Поэтому желательно, чтобы газ имел высокий потенциал ионизации и находился в молекулярном состоянии. Такими   газами   являются:   аргон,   азот,   водород,   гелий,   воздух  и  их  смеси.

Импульсно-дуговая сварка. Сущность импульсно-дуговой сварки состоит   в     том,      что     сварочный   ток   в   зону  дуги   попадает   кратковременными импульсами, этот способ сварки может применяться при использовании как плавящихся, так и неплавящихся электродов. Сварочная дуга питается от двух источников тока. Процесс импульсно-дуговой сварки состоит в следующем:

а)   дежурная сварочная дуга питается от обычного сварочного выпрямителя,   горит  беспрерывно,   но   величина   тока   небольшая;

б)   создание импульсного тока осуществляется наложением импульсов на   постоянный  по   величине   небольшой   ток   дежурной  дуги.

Использование импульсов тока бывает весьма эффективным при сварке плавящимся электродом. Применение импульсно-дуговой сварки особенно важно при наложении корневого слоя, так как в этом случае обеспечивается   стабильный   провар  свариваемых   кромок   без   прожогов.

22. Тема  профильной  программы  курса   физики:

Магнитное   поле.   Влияние  магнитного   поля   на   сварочную  дугу.

Предмет  профцикла:

Основы теории сварки и   резки металлов.

Тема  предмета:   Сварочная   дуга.

Содержание:

В сварочной дуге столб дуги можно рассматривать как гибкий проводник, по которому проходит  электрический ток и который под действием электромагнитного поля может изменять свою форму. Если будут созданы условия для взаимодействия электромагнитного поля, возникающего вокруг сварочной дуги, с посторонними магнитными полями, с собственным полем сварочной цепи, а также с ферромагнитными материалами, то в этом случае наблюдается отклонение дугового разряда от первоначальной собственной оси. При этом иногда нарушается и сам процесс сварки. Это явление  получило  название   магнитного  дутья.

Влияние магнитных полей и ферромагнитных масс можно устранить путем изменения места токоподвода, угла наклона электрода, путем временного размещения ферромагнитного материала для создания симметричного поля   и   заменой   постоянного  тока   переменным.

23. Тема профильной программы  курса   физики:

Магнитные  свойства   вещества. Физическая сущность магнитной дефектоскопии.   Магнитографический   вид  контроля   качества  сварки.

Предмет  профцикла:

Основы  теории сварки и резки металлов.

Тема  предмета:   Неразрушающий   контроль.

Содержание:

Методом магнитной дефектоскопии выявляются поверхностные дефекты глубиной до 5-6 мм. Сварной  шов стального или чугунного изделия покрывают смесью из масла и магнитного железного порошка. Изделие намагничивают пропусканием тока через обмотку, состоящую из нескольких витков, намотанных вокруг изделия. Под действием магнитного поля, обтекающего дефект, частицы железного порошка гуще располагаются вокруг дефектов. Магнитным методом можно проверить качество деталей, изготовленных  только  из   ферромагнитных   материалов.

При магнитографическом методе контроля результаты записываются на магнитную  ленту.      Сущность     этого   метода  состоит   в   намагничивании  сварочного соединения и фиксации магнитного потока на ферромагнитную ленту. Лента накладывается на контролируемое изделие, которое намагничивается импульсным полем. Магнитное поле при наличии дефектов распределяется по поверхности детали по-разному и, соответственно, ферромагнитные частицы на ленте намагнитятся в различной степени. Затем  ферромагнитная лента снимается с контролируемого изделия и ее "протягивают" через воспроизводящее устройство. Результаты магнитографического контроля рассматриваются на экране осциллографа. Магнитографический метод применяется для контроля сварных соединений толщиной не более 12 мм. Этим методом можно выявлять макротрещины. Требуется высокая квалификация  оператора.

24. Тема профильной программы  курса   физики:

Механические колебания. Пример: колебание движение электрода при сварке.

Предмет  профцикла:

Основы теории сварки и рези металлов.

Тема  предмета: Электроды.

Содержание:

 Движение электрода во время сварки. Во время сварки сварщик сообщает концу электрода движение в трех направлениях:

1 - поступательное, по направлению оси электрода, для поддержания необходимой длины  дуги;

2 - вдоль оси валика для образования сварного шва;

3 - колебание концом электрода поперек шва для образования уширенного валика, который применяется чаше, чем ниточный.

25. Тема профильной программы  курса   физики:

Трансформатор. Принцип действия сварочного трансформатора, его регулятор регулировочная характеристика. Универсальный сварочный преобразователь. Сварочные выпрямители.

Предмет  профцикла: Электротехника.

Тема  предмета:   Сварочные трансформаторы.

Содержание:

Основными техническими показателями источников питания сварочной дуги являются: внешняя характеристика, напряжение холостого хода, относительная продолжительность работы. Внешняя характеристика - это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Напряжение холостого хода при падающих внешних характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги.

Напряжение холостого хода не должна превышать 75 В при нормальном рабочем напряжении 30 В.

Трансформаторы, предназначенные для ручной дуговой сварки и наплавки, не имеют подвижных сердечников, поэтому работают почти бесшумно. Регулирование сварочного тока осуществляется изменением расстояния между подвижной и неподвижной катушками. Каждому положению подвижной катушки соответствует своя внешняя характеристика. Чем дальше находятся катушки друг от друга, тем больше число магнитных силовых линий будет замыкаться через воздушное пространство, не захватывая второй обмотки, и тем круче будет внешняя характеристика. Напряжение холостого хода в трансформаторах этого типа при сдвинутых катушках на 1,5 - 2 В больше номинального значения.

Для ручной дуговой сварки и сварки на автоматах, требуются источники питания с падающими внешними характеристиками. Для этой цели используется универсальный сварочный преобразователь, генератор которого имеет обмотку возбуждения. Внешние характеристики в этом генераторе создаются с помощью триода, включенного в цепи обмотки возбуждения. Сварочная цепь и цепь обмотки возбуждения связаны между собой стабилизирующим трансформатором, предназначенным для обеспечения динамических свойств генератора. Величину сварочного тока регулируют реостатом. По мере роста сварочного тока сопротивления триода возрастает, ток возбуждения уменьшается, уменьшается и ЭДС генератора, т.е. характеристика получается падающей. При переключении цепей управления характеристика становится жесткой.

Сварочные выпрямители - это устройства, преобразующие с помощью полупроводников 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: в обратном направлении они практически электрический ток не пропускают.

Сварочные выпрямители обладают некоторыми преимуществами перед преобразователями с вращающимися роторами, так как они имеют лучшие энергетические и весовые показатели, более высокий КПД и просты в обслуживании, кроме того, они имеют меньшие потери при холостом ходе и лучшие сварочные качества, отсутствует 'шум в работе. Дефицитные медные обмотки заменены в них на алюминиевые.

26. Тема профильной программы  курса   физики:

Ультразвук. Ультразвуковой метод контроля сварочных швов.

Предмет  профцикла:

 Основы теории сварки и резки металлов.

Тема  предмета:   Неразрушающий контроль.

Содержание:

Ультразвуковой метод контроля основан на способности высокочастотных колебаний, частотой около 20000 Гц, проникать в металл и отражаться от поверхности дефектов. Отраженные ультразвуковые колебания имеют ту же скорость, что и прямые колебания. Это свойство имеет основное значение в ультразвуковой дефектоскопии. Узкие направленные пучки ультразвуковых колебаний для целей дефектоскопии получают при помощи пьезоэлектрических пластин кварца или титаната бария. Эти кристаллы, помещенные в электрическое поле, дают обратный пьезоэлектрический эффект, т.е. преобразуют электрические колебания в механические. Отраженные электрические колебания улавливаются щупом и затем преобразуются в электрические импульсы. Отраженные электрические колебания через усилитель подаются на осциллограф и вызывают отклонение луча на экране электронной трубки. По виду отклонения судят о характере дефекта. Современные ультразвуковые дефектоскопы работают по схеме импульсного излучателя.

27. Тема профильной программы  курса   физики:

Спектральный анализ. Спектральный экспресс-анализ химического состава материала сварного шва.

Предмет  профцикла:

Основы теории сварки и резки металлов.

Тема  предмета:   Неразрушающий контроль.

Содержание:

Спектральный анализ позволяет сделать вывод о химическом составе материала сварного шва по его спектру, так как линейчатые спектры имеют неповторимую индивидуальность.

28.  Тема профильной программы  курса   физики:

Виды излучения. Защита от действия лучистой энергии сварочного дуги.

Предмет профцикла: Охрана труда.

Тема  предмета:   Техника безопасности и противопожарные мероприятия.

Содержание:

Сварочная дуга излучает яркие видимые световые лучи и невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Влияние света дуги на незащищенные глаза в течение 10-20 секунд вызывает сильные боли в глазах, слезотечение, светобоязнь. Более длительное воздействие света дуги на незащищенные глаза может привести к серьезным заболеваниям. Для защиты глаз сварщику следует применять светофильтры. Свет дуги на открытых частях тела может вызвать, в зависимости от длительности времени воздействия, различную степень ожогов. Для успокоения обожженных глаз делают холодные примочки, накладывают повязки, затемняют помещение, закапывают глазные цинковые капли. Для защиты тела от влияния лучей дуги сварщики и их подручные должны надевать на руки брезентовые рукавицы, шею закрывать специальным шлемом или щитком, которые изготавливают из материала, не пропускающего ультрафиолетовые лучи, малотеплопроводного и не воспламеняющегося от искр. Для общей защиты рядом работающих от излучения дуги устанавливают кабины, переносные щиты ширмы и т.д. Стены и потолки сварочных мастерских должны окрашиваться матовой краской темных тонов, исключающих или уменьшающих отражение световых лучей.

29. Тема профильной программы курса физики:

Рентгеновские лучи.  Рентгеновский метод контроля. Рентгено-телевизионный контроль сварных швов.

Предмет профцикла:

 Основы теории сварки и резки металлов.

Тема предмета: Неразрушающий контроль.

Содержание:

Рентгенографический метод контроля - это метод получения на рентгеновской пленке или экране изображения предмета, просвечиваемого рентгеновскими лучами. При этом дефекты, встречающиеся при сварке в теле изделия и чаще всего имеющие характер пустот, на рентгеновской пленке имеют вид пятен или полос. Как правило, просвечивают 3-15% общей длины сварного шва. В зависимости от режима просвечивания, качества пленки и правильности дальнейшей ее обработки удается выявить дефекты, размером 1-3% от толщины контролируемых деталей.

Сущность рентгено-телевизионного контроля заключается в том, что дефект сварного шва изображает момент просвечивания на телевизионном экране. Такой метод контроля позволяет резко увеличить производительность труда. При этом можно не только визуально наблюдать внутреннее состояние просвечиваемого изделия, но и фотографировать его с помощью фото- или киноаппаратуры.

30. Тема профильной программы курса физики:

Лазерная сварка. Применение точечной лазерной сварки при производстве полупроводниковых приборов.

Предмет профцикла: 

Основы теории сварки и  резки металлов.

Тема предмета: Лазерная сварка.

Содержание:

Лазерная сварка основана на использовании фотоэлектронной энергии. При большом усилении световой луч способен плавить металл, для получения такого луча применяют специальные устройства - лазеры.

Лазерным лучом можно сваривать в атмосфере, в защитных газах, в вакууме. Применяют соединения встык, внахлестку, втавр, угловые, приваривают тонкие детали к толстым и т.п. Этот способ применяется в микроэлектронике для сварки проволок и плоских выводов,  толщиной 0,05

В новейших конструкциях лазеров непрерывного действия вместо рубина используются иттриево-алюминиевый гранат с примесью ниобия, дающий длину волны светового излучения 1,06 мкм при максимальной мощности 183 Вт.  В газовых лазерах в качестве активной среды применяются газовые смеси гелий-неоновую, неоново-кислородную, аргоно-кислородную, a так же инертные газы, азот, бром, углекислый газ и т.д.

31. Тема профильной программы курса физики:

Радиоактивность. Графический метод контроля сварных швов.

Предмет профцикла:

Основы теории сварки и резки металлов.

Тема предмета: Неразрушающий контроль.

Содержание:

Лучи, действуя на пленку так же, как и рентгеновские лучи, фиксируют на ней все дефекты сварки. Чувствительность  - контроля ниже чувствительности рентгеновских снимков. Лучи вредны для здоровья человека, поэтому ампулы с радиоактивным веществом помещают в специальные аппараты  - установки, имеющие дистанционное управление.

32. Тема профильной программы курса физики:

Потенциал электрического поля. Понятие шагового напряжения.

Предмет профцикла: Охрана труда.

Тема предмета: Охрана труда и пожарная безопасность на предприятии.

Содержание:

Напряжение между двумя точками цепи электрического тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек, называется шаговым напряжением. Длина шага примерно 0,8 м. Максимальным значением напряжения шага будет в случае, когда человек одной ногой стоит на заземлителе, а минимальным - при удалении от заземлителя на расстояние 20 м и больше.

Приложение

«Молекулярная физика»

1. Дуговая сварка происходит при напряжении на электродах 50 В и силе тока 200 А. Какое количество теплоты выделится за 10 мин. сварки?

2. Дуговая сварка ведётся током силой 500 А при напряжении на дуге 40 В. Какое количество энергии будет израсходовано за 30 мин работы?

3. Для испытания герметичности спаянных и сварных швов сосудов или полых деталей работающих без давления применяют керосин. Благодаря какому явлению это возможно

4. Для автогенной сварки требуется 4 кг кислорода. Какой максимальный объем должен иметь баллон с кислородом, если его стенки  рассчитаны на давления 2 . 1О7 Па? Температура в баллоне равна 37°С. Молярная масса кислорода М= 32.10-3 кг/моль.

5. Для автогенной сварки требуется 3,2 кг кислорода. Какой максимальный объем должен иметь баллон с кислородом, если его стенки  рассчитаны на давления 1,5 . 1О7 Па? Температура в баллоне равна 27°С. Молярная масса кислорода М= 32.10-3 кг/моль.

6. Для выполнения сварочный работ используют кислородные баллон емкостью  100 л, который содержит 5,76 кг кислорода. При какой температуре возникает опасность взрыва, если баллон выдерживает до 5 .106па? Молярная масса кислорода М= 32.10-3 кг/моль.

7. Для выполнения сварочный работ используют кислородные баллон емкостью  90л, который содержит 5,5кг кислорода. При какой температуре возникает опасность взрыва, если баллон выдерживает до 6 .106па? Молярная масса кислорода М= 32.10-3 кг/моль.

«Строение жидкостей и твёрдых тел»

1.  Проникновение атомов некоторых металлов \ алюминий, хром и др.\ в глубь стального изделия делает его поверхность прочной и нержавеющей. Какое физическое явление лежит в основе металлизации поверхности стали и почему она производится при более высокой температуре?

2. Какое значение имеет применение горячих заклёпок?
3.  Процесс нанесения слоя расплавленного металла на поверхность металлического изделия называется наплавкой. При наплавке в отличии от сварки внутреннее напряжение и деформации не значительны. Чем это объяснить?

4.  На каком физическом законе основана контактная сварка?

5. Какую кристаллическую структуру имеют металлические заготовки, предназначенные для выполнения сварочных работ?

6. При работе сварочных полуавтоматов применяется стальная проволока. Какая требуется сила,  чтобы стальную проволоку длиной 50см и сечением 1см2 удлинить  на 1мм?

7. Электросварщик уронил остаток сгоревшего электрода, который в момент удара о землю имел скорость 20м/с. На какой высоте работает электросварщик?

«Электрический ток в различных средах»

1. С какой целью металлические изделия покрывают цинком, хромом, оловом, никелем? Раствор соли для металла должен служить электролитом для никелирования? К какому полюсу источника тока нужно присоединить никелированное изделие?

2. Высокое напряжение необходимо только при «зажигании» электрической дуги, ток в дуге придерживается при низком напряжении. Откуда берутся свободные электроны при горении дуги?

3. Почему провода осветительной сети обязательно имеют резиновую оболочку, а провода, предназначенные для сырых помещений, кроме того еще просмолены снаружи?

4. В чём сущность дуговой сварки? Для чего применяется стабилизирующее покрытие электродов при дуговой сварке?

«Электрический ток»

1. Сварочный аппарат присоединен к источнику тока медными проводами длиной 20м и сечением 25 мм2 ,  по которым идет ток силой 12А. Определить напряжение в сети.

2. Что произойдёт с электрической дугой, если сильно охладить отрицательный электрод? Положительный электрод?

3. Шесть свинцовых аккумуляторов требуется соединить в батарею. ЭДС каждого аккумулятора 2 В, внутреннее сопротивление О,8 Ом. При каком из возможных соединений ток в цепи будет небольшим, если сопротивление внешней цепи 2 Ом?

4. Сварочные выпрямители имеют выходную мощность 23,5 кВт (ВКС-500) и 60 кВт (ИПП-1000). Какой ток дают эти выпрямители при напряжении 220 В?

5. Как определить постоянный и переменный ток в цепи, если под руками нет никаких электроизмерительных приборов?

6. Почему электрическая дуга, питаемая переменным током, горит устойчиво, если последовательно с электродом включается дроссель?

7. Известно, что свинцовые аккумуляторы можно соединить параллельно (или смешанно), если их ЭДС одинаковы или отличаются не более чем на 0,1 В. Чем объяснить необходимость такого ограничения?

8. Какой вред наносят искры и электрическая дуга контактам выключателей приборов?

9. Для резки углеродистой стали с помощью плазменной струи применяется дуга мощностью 75 кВт. Сила тока в дуге плазменной струи 500 А. Определить напряжение дуги?

10. Выделяющееся при сварке дугой постоянного тока количество теплоты распределено в зоне дугового разряда примерно так: около 43% общего количества теплоты выделяется на положительном электроде, около 30% на отрицательном, в дуге- около 21%. Объясните это явление? Как используют это явление при сварке деталей различной толщины?

11. С помощью кислородной горелки можно резать стальные листы до 1,5 м. При этом способе резки сталь подогревают в пламени ацетилена, горящего в кислороде, затем на нагретый участок направляют струю одного лишь кислорода. Металл  при этом прожигается насквозь. За счет, какой энергии происходит плавление стали в этом случае?

12. Почему расстояние между электродами дуги обычно не превышает 3-6 мм?

13. Сварочный аппарат присоединяют к источнику тока медными проводами длинной 200 м и сечением 50 мм2. Каковы потери мощности в проводах, если сила тока в них 100 А?

14. На дуге сварочной машины поддерживают напряжение 40 В. Сила тока 750 А. Определить энергию, затрачиваемую на сварку 250 погонных м шва, при скорости сварки 0,01 м\с.

15. Сварочный аппарат работает при напряжении 65В, сила тока составляет 200А. Чему равно сопротивление свариваемых листов?

16. Почему опаснее браться за электрические провода влажными руками, чем сухими?

17. К массивной металлической детали нужно приварить тонкостенную деталь. Какую из них следует соединить с плюсом, а какую с минусом дугового электросварочного генератора?

18. При проведении электрической сварки тонких листов дугой переменного тока в ней развивается мощность 600 Вт при токе 50 Гц. Чтобы получить необходимый режим работы дуги, последовательно с ней включена индуктивная катушка, сопротивление которой  I ом.

Определить:- индуктивность катушки;

- сопротивление реостата, который мог бы заменить в работе индуктивную катушку;

- код схемы при наличии в ней катушки и реостата, соединенных  последовательно с другой.

19.  Сила тока в первичной обмотке трансформатора 0,5 А, напряжение на ее концах 220В. Сила тока во вторичной обмотке 2 А, а напряжение на ее концах 9,5 В. Определить КПД трансформатора.

20. Определить мощность сварочного трансформатора, если напряжение в сети 380В, а сила тока 50А.Какой ток удобнее применить для сварки: переменный пли постоянный? Почему? Что такое сварка с обратной полярностью? Когда ее применяют?

21. Для повышения величины рабочего тока сварочные трансформаторы соединены параллельно, рассчитать общее сопротивление в цепи, если сопротивление трансформаторов:R1 = 15 Ом, R2 = 5 Ом, R3 = 20 Ом.

«Магнитное поле»

1. Для выявления в стальном изделии мелких трещин и внутренних дефектов его намагничивают так, чтобы линии индукции магнитного поля замыкались внутри изделия. Затем изделие поливают мыльной водой или мылом с примесью мельчайшего железного порошка. Как по расположению частиц порошка можно обнаружить дефекты изделия?

2. При сварке и наплавке электродной лентой охватывающие ее силовые магнитные линии при больших сварочных токах перемещают расплавленный металл в центральную часть валиков. Почему?

3. Объясните наличие дугового разряда при сварке в присутствии постороннего магнитного поля (а) и ферромагнитных материалов (б)

«Световые волны» «Спектры и виды излучений»

1. Определить яркость кратера дуговой лампы прожектора диаметром 12 мм, если сила света по оси 100000 кд?

2. Для обнаружения дефектов в отливках пользуются ультразвуковым локатором           (дефектоскопом). Ультразвуковая волна отражается от границы, разделяющей сталь от воздуха ( раковина или трещина в отливке). При контроле отливки первый отраженный сигнал был обнаружен через 20 мкс, а второй через 150 мкс. Определить, на какой глубине был обнаружен дефект в отливке? Что фиксирует второй отраженный сигнал? На каком расстоянии находится вторая отражающая ультразвук поверхность. Скорость ультразвука в стали 5 .103 м/с.

3. Какой спектр даёт электрическая сварочная дуга?

4. Какой силы света должна быть лампа, что бы при подвешивании её на высоту 1 м. над горизонтальной поверхностью чертёжного стола, наибольшая освещённость стола составляла 150 лк?

5. Пламя электрической дуги безвредно для зрения, если дуга горит в воде. Почему?

6. Как с помощью рентгеновских лучей обнаружить газовые пузырьки в сварном шве или  «раковины» в металлическом отливке?

7. При ультразвуковой сварке талия и цветных металлов детали очищают от ржавчины и жира, укладывают на жесткое основание и прижимают к вибратору. Одну из свариваемых деталей приводят в колебание с ультразвуковой частотой. Объясните причину нагрева поверхности до пластического состояния.

8. Применение ультразвука  для обнаружения внутренних трещин и раковин в металле основано на его отражении границей среда – воздух или основной металл – включение, когда размеры дефекта больше длины волны порядка  0,1мм. Определить какую частоту должен иметь генератор, чтобы получить в стали соответствующую длину волны. Скорость ультразвука в стали 5000 м/.

9. Почему выбор стекла для щитков, применяемых при сварочных работах, зависит от режима сварки?

10. Для    проверки качества электросварки делают рентгеновский снимок сварного шва. Какие дефекты могут быть обнаружены на снимке?

11. Скорость электронов, достигших анода в рентгеновской трубе 1 .108м/с. С каким напряжением работают в трубах?

«Электромагнитные колебания»

1. Напряжение на вторичном обмотке трансформатора I 30 B, ток 220 А, коэффициент мощности вторичной цепи 0,9. Определить КПД трансформатора, если проводимость к нему мощность 24 кВт.

2. Сварочный трансформатор питается от сети с напряжением 220В. Первичная обмотка содержит 110 витков провода сечением 20 мм2. Напряжение на зажимах вторичной обмотки 70В. Определить число витков вторичной обмотки трансформатора и сечение провода.

3. Почему сердечники трансформаторов набирают из отдельных листов или лент, изолированных лаком, окалиной или химическим способом. Почему толщину листов или лент подбирают в зависимости от частоты потребляемого тока?

4.  Сварочный трансформатор питается от сети с напряжением 220В. Нормальная мощность трансформатора 23 кВт, КПД 80%,  номинальное выходное напряжение 30В. Определить коэффициент трансформации и ток во вторичной обмотке.

5. Сварочный трансформатор питается от сети напряжением 220В, первичная обмотка имеет 110 витков провода. Напряжение на зажимах вторичной обмотки 70В. Определите число витков вторичной обмотки трансформатора и сечение провода этой обмотки.

«Строение атома. Фотоэффект».

1. В установке для электронно-лучевой сварки, ускоряющее напряжение в пучке 25 кВ. Определить скорость электронов вылетающих из пушки?

2. Для изготовления сердечников трансформаторов используют высоколегированные стали, предварительно  прошедшие термомеханическую обработку. Почему не используют обычную сталь и для чего необходима термомеханическая обработка?

3. Плазма пламени газовой горелки дает максимальную плотность мощности 5∙104 Вт/см2 при минимальной площади нагрева 10-2 см2; электронно-дуговой разряд 105 Вт/см2 при 10-2 см2; электронный луч 108 Вт/см2 при 10-3 см2, луч лазера 109 см2 при минимальной площади нагрева 10-8 см2. Каковы наиболее целесообразные пути использования лазерной обработки металлов?