законы_и_явления_физики_в_профессиональной_деятельности_сварщика

1.

Физика труда сварщика
Сварка как процесс выделения большого количества тепла подчиняется
фундаментальным законам термодинамики, включая закон Джоуля-Ленца
(I²Rt), который объясняет, как электрический ток нагревает электрод и основной
металл, вызывая их плавление для соединения деталей. Интенсивность
теплового излучения напрямую зависит от силы тока, типа электрода и
расстояния до источника, при этом инфракрасное излучение представляет
опасность ожогов, требуя применения защитной одежды и маски. Температура
в сварочной дуге может достигать 5000-6000°C, что сопоставимо с
температурой поверхности Солнца, благодаря явлению термической
ионизации газов.

2.

Электрическая дуга
Основы зажигания
Температура и ионизация
Сварочная дуга является газовым разрядом, возникающим между
электродом и свариваемым изделием, а ее зажигание и
поддержание регулируются законами электричества, такими как
закон Ома (U=IR), который важен для настройки параметров дуги.
Высокая температура дуги, достигающая 6000°C, обеспечивает
плавление металла, а ионизация газов в дуге трансформирует ее
в проводник электрического тока, что напрямую влияет на
стабильность, длину и частоту дуги, определяя качество сварного
шва.

3.

Оптические явления
Излучение дуги
Светофильтры DIN
Сварочная дуга излучает яркий свет, включая
ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, подчиняясь
закону Бугера-Ламберта-Бера, регулирующему поглощение
света средой.
Светофильтры масок сварщика имеют разную степень
затемнения (от 4 до 14 DIN), выбираемую в зависимости от
типа сварки и силы тока для защиты зрения.
Защита глаз
Ультрафиолетовое излучение может вызвать
электроофтальмию, требуя обязательного использования
защитной маски со светофильтром соответствующей степени
затемнения.

4.

Магнитные поля
Возникновение поля
Влияние на ванну
Минимизация дутья
Электрический ток, протекая через
кабель к электроду, порождает
магнитное поле, направление
которого определяется правилом
правой руки.
Сильное магнитное поле может
вызывать колебания и отклонение
металлической ванны, что
называется "магнитным дутьем" и
ведет к дефектам шва.
Для борьбы с магнитным дутьем
применяются специальные техники
сварки, изменение полярности тока
или использование магнитных
экранов.

5.

Механические явления
Деформации и трещины
Изменения объема
При плавлении и затвердевании
металла происходят изменения его
объема, расширение при нагреве и
сужение при охлаждении,
вызывающие внутренние напряжения.
Избыточные напряжения могут
привести к деформации детали или
образованию трещин в сварном шве,
что рассчитывается законами
механики.
Снижение напряжений
Предварительный подогрев и
последующая термообработка (отпуск)
снижают концентрацию напряжений,
предотвращая появление трещин.
Эти механические явления, связанные с изменением объема и структуры материала под воздействием температуры, требуют
тщательного контроля для предотвращения деформаций и трещин.

6.

Свойства материалов
1
2
3
Ключевые параметры
Знание температуры плавления, теплопроводности и коэффициента
теплового расширения материалов критически важно для успешной
сварки.
Структурные изменения
Сварка изменяет кристаллическую структуру металла, влияя на
прочность и пластичность соединения, как, например, образование
мартенсита при быстрой закалке.
Влияние на прочность
Правильное понимание физических свойств материалов позволяет
прогнозировать их поведение в процессе сварки и обеспечивать высокое
качество конечного изделия.

7.

Защитные газы в сварке
Назначение газов
1
Инертные или активные газы используются для защиты сварочной ванны от контакта с кислородом и
азотом воздуха при сварке TIG, MIG/MAG.
Свойства газов
2
Закон Партонса и плотность газов определяют их обволакивающие свойства; аргон,
будучи плотнее воздуха, "оседает" в сварочной зоне.
Качество шва
3
Защитный газ предотвращает окисление и азотирование
расплавленного металла, обеспечивая получение более
качественного и чистого шва.

8.

Электролиз и коррозия
Электролиз
1
2
3
Электролиз, процесс разложения вещества под действием тока, напрямую не связан со сваркой, но понимание электрохимических
явлений важно.
Гальваническая коррозия
При контакте разнородных металлов во влажной среде возникает гальваническая коррозия, которая может появиться в сварных
соединениях из разных материалов.
Предотвращение коррозии
Правильный выбор материалов и защитных покрытий помогает предотвратить коррозию сварных соединений, продлевая срок службы
изделия.

9.

Итог: Физика
1
2
3
Предсказание поведения
Знание физических законов позволяет сварщику предсказывать
поведение материалов и управлять процессом для достижения высокого
качества соединения.
Избежание дефектов
Понимание физических процессов помогает избегать типичных ошибок и
дефектов, таких как непровар, пористость и трещины.
Инструмент сварщика
Физика является необходимым инструментом профессионального
сварщика, обеспечивающим безопасность и надежность его работы.

10.

Физика = Качество
Глубокое понимание физических законов и явлений, таких как тепловое
излучение, электрическая дуга, оптические эффекты, магнитные поля и
механические трансформации материалов, является основой
профессионализма сварщика. Эти знания позволяют не только предсказывать
поведение металлов в экстремальных условиях сварки, но и активно управлять
процессом для достижения высокого качества соединения, минимизируя при
этом риски возникновения дефектов, включая непровары, пористость и
трещины. Следовательно, физика выступает не просто как теоретическая
дисциплина, а как практический, незаменимый инструмент в руках
квалифицированного сварщика, гарантирующий безопасность, надежность и
долговечность выполняемых им работ.