Бинарный урок "Источники питания сварочной дуги переменного тока"

Коммунальное государственное учреждение

«Индустриально-технический колледж №2, город Степногорск»

Управления образования Акмолинской области

Методическая разработка

бинарного урока по теме:

«Источники питания переменного тока»

ПодготовилИ:

Мастер п/о Завгородний А. В.

г. Степногорск.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Тема: электродуговая ручная сварка.

Тема урока: источники питания сварочной дуги переменного тока.

Тип урока: лабораторно-практический.

Цель урока:

- образовательная: ознакомить учащихся с основными характеристиками источников питания переменного тока, а также с их основными неисправностями в работе.

- воспитательная: привить любовь к профессии, гордость за причастность к ней, воспитать интерес к самообразованию.

- развивающая: расширение профессионального и общего кругозора, развитие самостоятельности при выполнении электросварочных работ.

Методическое обеспечение: видеофайлы схем вольтамперных характеристик источников питания и сварочной дуги; электрические схемы источников питания сварочной дуги переменного тока; таблицы основных неисправностей источников питания сварочной дуги переменного тока; мультиплаз, инвертор, учебный сварочный трансформатор ТДМ-317, рабочий сварочный трансформатор ТД-317.

Ход урока:

1. Организационная часть:

   1. Проверка наличия и готовности учащихся к уроку.

   2. Сообщение темы и цели урока.

11. Повторение пройденного материала.

1. Вступительное слово учителя:

В Послании Президента народу Казахстана "Новое десятилетие – новый экономический подъём – новые возможности Казахстана" Глава Государства подвёл итоги первого десятилетия Стратегии 2030 года и поставил задачи на следующие 10 лет в рамках Стратегического плана развития до 2020 года. Н.Назарбаев подчеркнул, что благодаря успешной реализации программы "Дорожная карта -2009, действие которой значимо ощутили и мы, в регионах нашей страны реализовано 862 проекта по реконструкции ЖКХ, отремонтировано 1029 км сетей водоснабжения, 284 км теплотрасс, автодорог, сотни школ и больниц, объекты культуры и спорта.

В обеспечении всех этих работ важнейшая роль принадлежит сварке.

На уроках производственного обучения вы подошли к практическому изучению раздела "Технология ручной дуговой сварки".

Дуговая сварка занимает ведущее место в сварочном производстве. Повышения качества и производительности при изготовлении сварных конструкций можно достичь как путём совершенствования и разработки новых технологических процессов дуговой сварки, так и в результате роста уровня механизации и автоматизации сварочных работ. Главная роль в этом принадлежит разработке и освоению в сварочном производстве оборудования, отвечающего современным требованиям.

Поэтому на лабораторно-практическом уроке по теме "Источники питания сварочной дуги переменного тока" мы рассмотрим принципы работы этого вида оборудования, его эксплуатации и получим рекомендации по его использованию.

2.Вопрос: чем отличается силовой трансформатор от сварочного?

Ответ:

источники тока для обычных целей имеют внешнюю характеристику, приближенную к прямой, т.к. обычные потребители требуют постоянства напряжения питающей сети независимо от изменения нагрузки.

В сварочных трансформаторах напряжение должно снижаться с увеличением нагрузки и наоборот. Это возможно при падающих вольтамперных характеристиках.

3.Информация преподавателя: сварочная дуга может питаться постоянным и переменным током. Долгое время считалось, что качественная сварка может быть выполнена лишь дугой постоянного тока и что переменный ток для сварки является неполноценным его заменителем.

Вопрос: какой источник питания сварочной дуги установлен в нашей сварочной мастерской?

Я предлагаю провести исследования в вопросе целесообразности применения источников питания сварочной дуги переменного тока и определиться, нужны ли они вообще для сварочного производства.

На многочисленных заводах, в лабораториях и отдельными исследователями доказано, что переменный ток наряду с постоянным пригоден для питания сварочной дуги с плавящимся электродом. Одним из таких является институт им. Е.О. Патона.

4. Информация учащегося:

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОСВАРКИ имени Е.О.ПАТОНА НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК УКРАИНЫ

ИЭС им.Е.О.Патона —многопрофильный научно-исследовательский институт, который осуществляет фундаментальные и прикладные научные исследования; разрабатывает технологии, материалы, оборудование и системы управления, рациональные сварные конструкции и изделия, методы и средства диагностики и неразрушающего контроля качества .

ИЭС им. Е. О. Патона — это коллектив высококвалифицированных научных сотрудников, в числе которых 70 докторов, 250 кандидатов наук. Отделы и лаборатории института оснащены современной исследовательской и измерительно-аналитической аппаратурой.

Возглавляет институт всемирно известный ученый академик Борис  Евгеньевич  Патон.

Из истории института.

1934 - Институт электросварки был основан по инициативе академика Евгения Оскаровича Патона, возглавлявшего Институт до 1953 г.

1942 – первый в мире цельносварной танк изготовлен методом автоматической сварки под флюсом Благодаря разработанной высокоскоростной автоматической сварке СССР произвел за время второй мировой войны больше танков, чем все остальные воевавшие страны вместе взятые. После войны годы институт работал на мирные цели.

1947- 1949 - разработана технология многодуговой скоростной сварки труб большого диаметра.

1949 – выполнена автоматическая сварка вертикальных и горизонтальных швов кожуха доменной печи по технологии, разработанной в 1948 г.

1952 –начало электрошлаковых технологий. Также разработана установка для контактной сварки с кольцевым трансформатором.

1953 – введен в строй самый большой в Европе цельносварной мост им.Е.О.Патона через реку Днепр в г.Киеве. 98% всех швов, включая вертикальные, были выполнены автоматической сваркой под флюсом. С середины 60-х годов институт занимается проблемами использования взрыва для сварки и родственных технологий.

С 1963 года институт проводит исследования по сварке в космическом пространстве.
1969год - Разработанный способ «мокрой» механизированной подводной сварки был применен для сварки трубопровода высокого давления на глубине 10 м (дно реки Днепр, г. Днепропетровск).

В 1980–1990 - Разработаны сварные трансформируемые конструкции, разворачиваемые в открытом космосе.

5. Преподаватель предлагает учащимся создать 2 группы из 3 человек. Одна из групп – сторонники использования сварочных трансформаторов, а другая – противников. Они на интерактивной доске записывают доводы "за" и "против".

6. Взаимные вопросы учащихся, лучшие отбирают в "копилку знаний".

Оформление части классной доски:

Сварочные трансформаторы:

+ -

Простота устройства. Низкий cos Y(0,4-0,5) при

Малые размеры и вес. нормальном 0,8.

Расход эл.энергии в 2 раза меньше, чем Более низкая устойчивость

у ИП постоянного тока. горения дуги.

Высокой кпд ( 85-90 )%. Невозможно регулировать

Отсутствие магнитного дутья. распределение тепла.

Учащийся демонстрирует на интерактивной доске эффект магнитного дутья и комментирует это явление.

Ученик: при дуговой сварке происходит отклонение дуги от оси электрода и её блуждание по изделию, что ухудшает качество сварных швов, увеличивает разбрызгивание и затрудняет процесс сварки, Это явление вызывается действием электромагнитных сил, возникающих при прохождении электрического тока по элементам сварочной цепи, при этом основной металл и металл электрода ферромагнитны, что способствует возникновению магнитного поля. Это явление называется магнитным дутьём.

7. Преподаватель предлагает учащимся внести свои предложения в устранение имеющихся недостатков, касающихся сварочных трансформаторов:

- низкий cos v - включение в сеть конденсатора, встроенного в кожух;

- более низкая устойчивость горения дуги – повысить за счёт некоторого увеличения напряжения холостого хода сварочного трансформатора; создание падающих вольтамперных характеристик в конструкциях сварочных трансформаторов; соответствующая электродная обмазка;

- невозможно регулировать распределение тепла – в большинстве случаев распределение тепла в сварочной дуге переменного тока вполне удовлетворяет требованиям сварочной техники и позволяет получать безупречные результаты сварки.

8.Задание учащимся: выбрать из предложенных типов сварочных трансформаторов видеофайла типы трансформаторов, выпускаемые серийно.

Предложено: СТЭ, СТН, ТД, ТДМ, СТШ, ТСК, ТС, ТСП-2.

9. После выбора современных типов сварочных трансформаторов учащимся предлагается дать характеристику трансформаторов серии ТД, объяснить их электрическую схемы, продемонстрированные на интерактивной доске, назвать область применения.

Данные о трансформаторах серии ТД:

Это однофазные сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием и подвижными обмотками. Они снабжены механическими регуляторами ходового винта, пропущенного через верхнее ярмо стержневого магнитопровода и ходовую гайку обоймы подвижной обмотки. Ходовой винт вращается вручную рукояткой и, ввинчиваясь в гайку, передвигает обмотку. Стержневой магнитопровод состоит из набора листовой стали толщиной 0,5 мм высокой магнитной проницаемости (Э-320). Дисковые первичные и вторичные обмотки расположены вдоль стержней. Увеличенное магнитное рассеяние достигается за счёт взаимного расположения обмоток. Одна из обмоток подвижная, другая неподвижная. При перемещении обмоток изменяется магнитное поле рассеяния. При увеличении расстояния увеличивается индуктивное сопротивление рассеяния, и ток уменьшается и наоборот. При этом вторичное напряжение холостого хода практически остаётся неизменным.

Ученик демонстрирует рисунок электрической схемы ТД-300 и ТД-500 на интерактивной доске и объясняет устройство и принцип работы.

В передвижных сварочных трансформаторах ТД-300 и ТД-500 с номинальными токами соответственно 315 и 500 А подвижными являются вторичные обмотки, а первичные неподвижно закреплены у верхнего ярма магнитопровода. Для работы на больших токах витки первичной, а также вторичной обмоток соединяются параллельно (положение 1); для перехода на малые токи витки обмоток соединяются последовательно (положение2), при этом часть витков первичной обмотки отключается , что приводит к некоторому повышению напряжению холостого хода и, как следствие, улучшению стабильности дуги на малых токах.

10.Вопрос: особенности конструкции трансформатора ТД-502?

Ответ: они снабжены встроенными конденсаторами мощности, улучшающими cos Y

Вопрос преподавателя: чем особенна конструкция трансформатора ТД-504?

Ответ: они дополнительно снабжены устройством для снижения напряжения холостого хода с 80 до 12 В, что значительно уменьшает возможность поражения электрическим током при смене электродов.

11.Вопрос: какие трансформаторы пришли на смену серии ТД?

Ответ: ТДМ более совершенной конструкции. В них применена холоднокатаная специальная сталь толщиной до 0,35 мм, обеспечивающая более высокие электромагнитные свойства сердечников. Кроме того, использованы новые, более эффективные изоляционные и обмоточные материалы (стеклолента для изоляции, пропитка обмоток теплостойким и влагостойким лаком). Усовершенствованы переключатели диапазонов сварочного тока и подключение проводов за счёт переключателей ножевого типа и штыревых разъёмов, улучшены внешний вид и эксплуатационные характеристики трансформаторов, в частности, устранена вибрация. Серия ТДМ включает базовые трансформаторы, рассчитанные на различные токи, одним из которых является трансформатор ТД-317, с работой которого можно поближе познакомиться на этом уроке, который продолжится в сварочной мастерской.

12. Преподаватель:

Вопрос: Объясните понятие "низкий cos v".

Это часть мощности от активной, т.е. та часть электроэнергии, которая может быть преобразована в тепловую.

Преподаватель:

Низкий cos v" нежелателен для электростанций, производящих электроэнергию. За снижение cos v" против нормы (0,8) потребители могут быть оштрафованы.

Вывод: современные заводы, как правило, снабжаются переменным трёхфазным током. Поэтому целесообразно проводить сварку непосредственно переменным током, не преобразуя его предварительно в постоянный ток. Тем более, что в настоящее время есть усовершенствование источники питания сварочной дуги переменного тока.

13.Преподаватель обращает внимание учащихся на то, что при работе с любым сварочным оборудованием, в том числе и со сварочными трансформаторами, необходимо соблюдать определённые правила эксплуатации, а также знать их основные неисправности, причины, их вызывающие, и способы устранения неисправностей.

14 Преподаватель:

Сегодня прозвучал вопрос об источнике питание, который позволяет вести сварку в полевых условиях,

Вопрос: какой современный источник питания, позволяющий вести работы не от электрической сети вам знаком? ("инвертор")

Что такое инвертор?

Ответ: это сварочный выпрямитель с частотным преобразованием.

15. Просмотр видеофайла об инверторе.

16. Преподаватель: внимание: благодаря программе "Дорожная карта -2009 наша учебная сварочная мастерская оснащена прекрасным новым оборудованием общей стоимостью более 3 млн. тенге, с некоторым вы уже знакомы, а с некоторым из них познакомитесь сейчас, в производственной мастерской, в том числе и с инвертором.

17. Преподаватель: таким образом, наше государство делает всё, чтобы молодое поколение имело возможность получить образование, соответствующее мировым стандартам.

18. Просмотр видеофайла "Выступление Президента РК".

Учащимся предлагаются лабораторные листы, которые они должны будут заполнить после практической работы в сварочной мастерской.

Учащимся предлагается перейти в сварочную мастерскую для выполнения практических работ со сварочным оборудованием.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Тема программы: Электросварочные работы

Тема урока: Технология сварки

Цель урока: Научить учащихся накладывать валик в нижнем положении

Материально – техническая база.

1. Сварочные кабины

2. Проволока вязальная.

3. Стенд трансформатора ТДМ317

4. Плазмотрон «Мультиплаз»

5. Сварочный выпрямитель «ИНВЕРТЕР»

Ход урока.

I. Организационная часть – 10 мин.

1. Проверить по журналу явку учащихся.

2. Проверить внешний вид учащихся (спецодежду).

II. Вводный инструктаж – 35 мин.

1. Сообщить тему программы.

2. Сообщить тему урока.

3. Сообщить учебную цель урока.

4. Провести беседу по материалу, пройденному на предыдущих уроках

(указать вопросы и фамилии учащихся):

1) Какие необходимы условия для зажигания дуги ?

Ответ: необходим источник питания сварочной дуги с падающей вольт - амперной характеристикой

2) Почему именно с такой характеристикой ?

Ответ: именно при таком исполнении трансформатора с магнитной индукцией можно достичь стабильного горения сварочной дуги, в обратном случае будет разбрызгивается электродный металл.

Чтобы горела дуга необходимо, чтобы процесс замыкания сопровождался ионизацией промежутка между катодом и анодом.

Информация мастера: Теперь на практике мы удостоверимся, что это именно так и происходит. У вас на планшетах расчерчен график, где по горизонтали -напряжение, по вертикали- сила тока.

1)Демонстрация ассистентом вольт - амперной характеристики сварочной дуги при холостом ходе, её построение на классной доске и на листе задания, в разных пределах регулирования.

2)Демонстрация ассистентом вольт -амперной характеристики сварочной дуги при нагрузке, её построение на классной доске и на листе задания, в разных пределах регулирования.

Подведения итога построения графика: Давайте сделаем вывод, что мы выяснили, построив характеристику сварочной дуги?

Ответ: что вольт – амперная характеристика жёсткая, что обеспечивает стабильное горение дуги.

Информация мастера производственного обучения: при большом раздвижении обмоток для получения малых токов надо увеличивать длину и массу магнитопровода. Для расширения возможности регулирования тока без увеличения массы магнитопровода применяют плавно-ступенчатое регулирование.

Демонстрация на действующем стенде: показать оба способа регулирования.

Уточнить понятие «плавно-ступенчатое регулирование».

Домашнее задание: заполнить таблицу неисправностей в работе трансформаторов.

Характерные неисправности сварочных трансформаторов

и способы их устранения

Неисправность	Возможная причина	Способ устранения
Трансформатор сильно нагревается
Чрезмерный нагрев сердечника и шпилек, стягивающих сердечник
Зажимы трансформатора сильно нагреваются
Сильное гудение трансформатора
Трансформатор не обеспечивает нижний или верхний пределы регулирования

Объяснение нового материала

Теперь перейдем к другим источникам сварочной дуги. Таким как плазменная сварка и инвертор. У нас в мастерской находится одна из разновидностей плазменной сварки «МУЛЬТИПЛАЗ 2500М». На прошлом занятии я вас просил разобрать принцип действия плазменной сварки. Кто может рассказать?

Информация о плазменной сварке: Заливаем рабочую жидкость в специальное отверстие на пистолете. Ставим переключатель в режим сварки косвенного действия, при замыкании катода и анода путем нажатия стартовой кнопки происходит нагрев рабочей жидкости до температуры испарения. Рабочая жидкость начинает выходить через сопло пистолета, вытягивая электрическую дугу наружу.

Информация об инверторных источниках сварочной дуги:

Это источники с частотным преобразованием, появились относительно недавно. Это устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное. В настоящее время они производятся на базе тиристоров, и транзисторов.

Таким образом, понижающий трансформатор преобразует напряжение повышенной частоты, что обеспечивает возможность снижения габаритов и массы его сердечника, потерь в трансформаторе.

В целом это ведет к значительному уменьшению массы источника.

Сварочный инвертор в 10-20 раз легче сварочных выпрямителей с аналогичными выходными параметрами.

Другими важными преимуществами сварочных инверторов являются широкие возможности регулирования характеристик вырабатываемого сварочного тока и напряжения, выполняемого несколькими способами. В инверторном выпрямителе осуществляют амплитудное, широтное и частотное регулирование режима.

Хорошие динамические свойства инверторного выпрямителя проявляются в случае программного управления процессом ручной дуговой сварки.

После усвоения информации о характеристики сварочной дуги и её строении перейдём непосредственно к технологии сварки.

Информация мастера производственного обучения: Рассмотрим способы манипуляции электродом при сварке в нижнем положении.

Особенности сварки: из за пульсации сварочного тока перенос электродного металла на изделие происходит виде капель. Поэтому полного проплавления основного металл, можно добиться касанием кромкой конца электрода. При отрыве электрода от метала на высоту более чем 5 мм будет происходит: во первых, увеличение температуры дуги (так как идет подсос атмосферного воздуха в зону дуги), во вторых, попадание вредных газов азота, кислорода, которые приводят к горячим трещинам и пористости в сварном шве. Чтобы добиться качественного проплавления свариваемого изделия необходимо постоянно подавать электрод по мере его расплавления. Для того, чтобы уменьшить эффект капельного переноса металла на струйный эффект, необходимо как можно ближе приблизить электрод к изделию.

III. Текущий инструктаж – 180 мин.

Распределение по рабочим местам.

Целевые обходы рабочих мест учащихся:

Первый обход: проверить самостоятельные работы учащихся по подготовке рабочего места.

Второй обход: проверить соблюдение правил ТБ.

Третий обход: проверить правильность выполнения приемов.

Четвертый обход: проверить правильность соблюдения технических условий,

произвести приемку работ.

IV. Заключительный инструктаж – 20 мин.

1. Подвести итоги.

2. Отметить лучших учащихся.________________________________________

3. Разобрать наиболее характерные ошибки (раковины, шлаковые включения, не провар, неравномерное проплавление в сварочном шве).

V. Уборка рабочих мест.

Мастер производственного обучения____________________