План- конспект урока № 1
календарно-тематическое планирование

План- конспект урока № 1 

на_____________20___г.

с учебной группой № 3

Учебная дисциплина: МДК 02.01 Ручная дуговая сварка (наплавка, резка) плавящимся покрытым электродом (РД).                                                    

Тема раздела № 1: Ручная дуговая сварка, наплавка и резка деталей из углеродистых и конструкционных сталей, цветных металлов и сплавов 

Тема программы: Тема 1.1 Электрическая дуга.

Тема урока: Строение сварочной дуги.

Цели урока:

образовательные:

- сформировать у обучающихся представление строение электрической дуги                                                                 - изучить строение сварочной дуги

- охарактеризовать основные области сварочной дуги (катодной, анодной и столб дуги)

- ознакомить обучающихся со способом образования сварочной дуги                                                                           воспитательные:

- вызвать чувство восхищения и гордости за выбранную профессию;

- способствовать нравственному, эстетическому и духовному воспитанию личности.

Развивающие

-  развивать у обучающихся познавательный интерес к профессии сварщик;

- развивать познавательные способности при изучение темы «Строение сварочной дуги»;

- мотивировать необходимость умений учащихся работать с учебной литературой;

Тип урока: Урок изучения нового учебного материала.                                                                            

     План урока

КМО: мультимедийный проектор; учебник В.В. Овчинников, стенд «Строение сварочной дуги». 

Организационный момент:

Приветствие обучающихся, проверка посещаемости, готовность к уроку.

Изучение нового материала: «Строение сварочной дуги».

Рассказ преподавателя:

Тема, которую мы сегодня рассмотрим на уроке, является одной из основных в курсе, т.к. для успешного усвоения процессов, происходящих при электродуговой сварке, необходимо хорошо знать теорию сварочной дуги. Это занятие имеет большое значение в будущем профессиональной деятельности обучающихся. Урок содержит большое количество теоретического материала, изучив который мы сможем пользоваться новой терминологией, связанной с явлениями, происходящими в сварочной дуге.                                                                                          

Электрическая дуга является разрядом в газах, при котором электрический ток проходит через газовый промежуток под воздействием электрического поля при наличии в нем заряженных частиц — электронов и ионов, возникающих в этом пространстве при эмиссии (испускании) электронов с поверхности отрицательного электрода (катода) и ионизации газов.

Энергию электрической дуги широко используют в сварке для получения сварных соединений, например в дуговой сварке плавлением. При сварке дуговой разряд может быть возбужден между свариваемым (основным) металлом и электродом (дуга прямого действия), между двумя электродами без включения свариваемой детали в цепь сварочного тока (дуга косвенного действия), между двумя электродами и свариваемой деталью (комбинированная дуга).

Сварочная дуга представляет собой электрический дуговой разряд в ионизированной смеси газов, а также паров металлов и компонентов, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и т.д. Дуга является частью электрической сварочной цепи. При сварке на постоянном токе электрод, подсоединенный к положительному полюсу источника питания дуги, называют анодом, а электрод, подсоединенный к отрицательному полюсу, — катодом. Если сварку ведут на переменном токе, то каждый электрод попеременно служит то анодом, то катодом. Пространство между электродами называют областью дугового разряда, или дуговым промежутком, а длину этого промежутка — длиной дуги. Дуга, горящая между электродом и деталью, является дугой прямого действия.

По длине дугового промежутка можно выделить три области (рис. 1.1): катодную, анодную и находящийся между ними столб дуги.

Рис. 1.1. Распределение падения напряжения в дуге:

1 — электрод; 2 — свариваемые детали; (UД — общее падение напряжения [напряжение дуги); Iд — длина дуги; Uк, Uc  и Uв— составляющие падения напряжения в катодной области, столбе дуги и анодной области длиной Iк, Iс и Iа соответственно

Катодная область включает в себя нагретую поверхность катода (катодное пятно) и часть дугового промежутка, примыкающую к ней. Температура в пятне на стальных электродах достигает 2 400...2 700 °С; здесь выделяется до 38 % общей теплоты дуги. В катодной области происходит разгон электронов. Падение напряжения в ней — 10...20 В.

        Анодная область состоит из анодного пятна на поверхности анода и части дугового промежутка, примыкающей к нему. Анодное пятно, являющееся местом входа и нейтрализации свободных электронов, имеет примерно такую же температуру, как и катодное пятно, но в результате бомбардировки электронами на нем выделяется больше теплоты, чем на катоде. Для дуг с плавящимся электродом анодное падение напряжения 11й = 2...6 В.

        Столб дуги, расположенный между катодной и анодной областями, имеет наибольшую протяженность в дуговом промежутке. Образующиеся в столбе заряженные частицы движутся к электродам: электроны — к аноду, а ионы — к катоду. Температура столба дуги изменяется в зависимости от плотности сварочного тока и может превышать 8 000°С. Напряжение дуги меняется вдоль столба в пределах 10...50 В/см. Величина напряжения зависит от состава газовой среды и уменьшается с введением в нее легко ионизующихся компонентов (натрия, калия и др.).

        Выделение тепловой и световой энергии в сварочной дуге происходит неравномерно. Электроны, достигшие анода, отдают ему свою энергию. Здесь образуется сильно нагретое «анодное пятно». Положительные ионы плазмы движутся к катоду и, отдавая ему энергию, формируют так называемое катодное пятно. Необходимое условие существования дуги — поддерживаемая ионной бомбардировкой высокая температура катода, благодаря которой происходит эмиссия электронов, ионизирующих газ в столбе дуги.

 Если дуга включена в цепь переменного тока низкой (промышленной) частоты, то в конце каждого полупериода подача тока прекращается, дуга гаснет. Однако в следующем полупериоде благодаря

Термо-эмиссии электронов с не успевших остыть участков металла дуга возникает вновь, как только напряжение между электродами достигает значения, называемого напряжением зажигания. Чтобы добиться устойчивого горения дуги на переменном токе, необходимы определенные меры. Применяют, например, специальные электроды, в состав покрытия которых добавлены вещества с низким потенциалом ионизации.

        Температура электрической дуги зависит от материала электродов: при угольных электродах на катоде она составляет около 3 200°С; на аноде — около 3 900°С; при металлических электродах — соответственно 2 400 и 2 600°С. В центре дуги у ее оси температура достигает 6 000...8 000 °С.

        При электродуговой сварке на нагревание и расплавление металла расходуется 60...70% теплоты. Остальное количество теплоты рассеивается в окружающем пространстве.

        Образование дуги начинается с ее зажигания, которое может осуществляться одним из двух способов:

1. электрод приближается к заготовке на расстояние 3...6 мм, и в сварочную цепь на короткое время подключается источник высокочастотного переменного тока высокого напряжения (осциллятор);
2. зажигание дуги осуществляется в три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку; отвод электрода на 3...6 мм; возникновение устойчивого электрического разряда.

        Второй способ является основным, а первый применяется только при сварке неплавящимся электродом.

        При коротком замыкании (рис. 1.2, а) плотность тока в точках контактом достигает больших значений, и под действием выделяющейся теплоты металл в этих точках мгновенно расплавляется, образуя жидкую перемычку между основным металлом и электродом (рис. 1.2, б). При отводе электрода от поверхности металла жидкая перемычка сначала растягивается, образуя шейку (рис. 1.2, в), а затем разрывается, после чего с его разогретого торца (катода) под действием электрического поля начинается термо-электронная эмиссия электронов. Столкновение быстродвижущихся по направлению к аноду электронов с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации. По мере разогрева столба дуги и повышения кинетической энергии атомов и молекул происходит дополнительная ионизация за счет их соударения. Отдельные атомы также ионизируются в результате поглощения энергии, выделяемой при соударении других частиц. В результате дуговой промежуток становится электропроводным и через него проходит разряд электрического тока (см. рис. 1.2, в). Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда.

Рис. 1.2, Схема образования дуги:

а — короткое замыкание; б — образование прослойки из жидкого металла; в — образование шейки и возникновение дуги

        На рис. 1.3 показана схема устойчивой сварочной дуги, возникающей при пропускании тока между металлическим (проволочным) электродом 1 и основным металлом 6. Дуговой разряд 3, окруженный пламенем (ореолом) 5, имеет форму расширяющего поверхности столба, у основания которого в толще изделия образуется кратер дуги, или сварочная ванна 4, Под влиянием авто-электронной эмиссии и теплоты дуги конец электрода и находящийся под ним участок детали расплавляются, на детали возникает сварочная ванна, в которую по каплям 2 стекает расплавленный металл с электрода 1. Устойчивое горение, необходимое для высокого качества сварки, достигается при длине дуги 3...5 мм. Рекомендуемая длина дуги равна диаметру электрода. При слишком длинной дуге металл электрода, плавясь, образует большие шарики (крупнокапельный перенос металла); при этом дуга, часто прерываясь, дает широкий неравномерный и забрызганный сварной шов с недостаточным сплавлением. При слишком короткой дуге выделяется недостаточно теплоты для глубокого проплавления основного металла и происходит частое прилипание электрода к основному металлу.

        Устойчивость дуги улучшается с повышением напряжения холостого хода сварочного источника (его измеряют при отключенной нагрузке). Однако этот параметр ограничен требованиями безопасности обслуживающего персонала и не должен превышать 80 Б.

Рис. 1.3. Схема электрической сварочной дуги:

1 - электрод; 3 - капля расплавленного металла; 3 - дуговой разряд; 4 - сварочная ванна; 5 - ореол дуги; 6 - основной металл

        Электрическая сварочная дуга может отклоняться от своего нормального положения под действием магнитных полей, неравномерно и несимметрично расположенных вокруг дуги и в свариваемом изделии (рис. 1.4). На эти поля действуют движущиеся заряженные частицы и тем самым оказывают воздействие на всю дугу. Такое явление называется магнитным дутьем (рис. 1.5). Воздействие магнитных полей на дугу прямо пропорционально квадрату силы тока и становится заметным при сварочных токах более 300 А.

Литература: Ручная дуговая сварка (наплавка, резка) плавящимся покрытым электродом В.В.Овчинников, 4-е издание.

 Закрепление изученного материала:

Фронтальный опрос по пройденной теме; «Строение сварочной дуги.

1. Вопрос: Что называется сварочной дугой?

Ответ: Сварочной дугой называют разряд электрического тока в газовой среде между находящимся под напряжением твердыми или жидкими проводниками (электродами), который является концентрированным источником теплоты и используется для расплавления металла при сварке.

2. Вопрос: С помощью какого физического явления происходит зажигание электрической дуги.

Ответ: Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкание электрода с основным металлом.

3. Вопрос: От каких факторов зависят условия зажигания и устойчивого горения дуги. Ответ: Условия зажигания и устойчивого горения зависят от таких факторов, как покрытия электрода, род тока (постоянный или переменный), прямая или обратная полярность при сварке на постоянном токе, диаметр электрода температура окружающей среды.

4. Вопрос: Дайте определение длины дуги.

Ответ: Длина дуги – это расстояние между торцом электрода и поверхностью расплавленного металла свариваемого изделия.

5. Вопрос: какая дуга называется стабильной.

Ответ: Дуга, горящая без обрывов, называется стабильной.

Подведение итогов урока, выставление оценок.  

Домашнее задание: 

В.В. Овчинников РДС-4издание стр. 6-13