Основные методы и способы преобразования электрической энергии в тепловую классифицируют следующим образом. Различают прямой и косвенный электрический нагрев.

При прямом электронагреве преобразование электрической энергии в тепловую происходит в результате прохождения электрического тока непосредственно по нагреваемому телу или среде (металл, вода, молоко, почва и т. п.). При косвенном электронагреве электрический ток проходит по специальному нагревательному устройству (нагревательному элементу), от которого тепло передается нагреваемому телу или среде посредством теплопроводности, конвекции или излучения.

Существует несколько видов преобразования электрической энергии в тепловую, которые определяют способы электрического нагрева.

Протекание электрического тока по электропроводящим твердым телам или жидким средам сопровождается выделением тепла. По закону Джоуля - Ленца количество тепла Q=I 2 Rt, где Q - количество, тепла, Дж; I - силатока, А; R - сопротивление тела или среды, Ом; t - время протекания тока, с.

Нагрев сопротивлением может быть осуществлен контактным и электродным способами.

Контактный способ применяется для нагрева металлов как по принципу прямого электрического нагрева, например в аппаратах электроконтактной сварки, так и по принципу косвенного электрического нагрева - в нагревательных элементах.

Электродный способ применяется для нагрева неметаллических проводящих материалов и сред: воды, молока, сочных кормов, почвы и др. Нагреваемый материал или среда помещается между электродами, к которым подводится переменное напряжение.

Электрический, ток, протекая по материалу между электродами, нагревает его. Обычная (недистиллированная) вода проводит электрический ток, так как в ней всегда содержится некоторое количество солей, щелочей или кислот, которые диссоциируют на ионы, являющиеся носителями электрических зарядов, то есть электрического тока. Аналогична природа электропроводности молока и других жидкостей, почвы, сочных кормов и т. п.

Прямой электродный нагрев осуществляется только на переменном токе, так как постоянный ток вызывает электролиз нагреваемого материала и его порчу.

Электронагрев сопротивлением нашел широкое применение в производстве в связи с его простотой, надежностью, универсальностью и невысокой стоимостью нагревательных устройств.

Электродуговой нагрев

В электрической дуге, возникающей между двумя электродами в газообразной среде, происходит превращение электрической энергии в тепловую.

Для зажигания дуги электроды, присоединенные к источнику питания, на мгновение соприкасают, а затем медленно разводят. Сопротивление контакта в момент разведения электродов сильно нагревается проходящим по нему током. Свободные электроны, постоянно движущиеся в металле, с повышением температуры в месте соприкосновения электродов ускоряют свое движение.

С ростом температуры скорость свободных электронов настолько возрастает, что они отрываются от металла электродов и вылетают в воздушное пространство. При движении они сталкиваются с молекулами воздуха и расщепляют их на положительно и отрицательно заряженные ионы. Происходит ионизация воздушного пространства между электродами, которое становится электропроводным.

Под действием напряжения источника положительные ионы устремляются к отрицательному полюсу (катоду), а отрицательные ионы - к положительному полюсу (аноду), тем самым образуя длительный разряд - электрическую дугу, сопровождающуюся выделением тепла. Температура дуги неодинакова в различных ее частях и составляет при металлических электродах: у катода - около 2400 °С, у анода - около 2600 °С, в центре дуги - около 6000 - 7000 °С.

Различают прямой и косвенный электродуговой нагрев. Основное практическое применение находит прямой электродуговой нагрев в дуговых электросварочных установках. В установках косвенного нагрева дуга используется как мощный источник инфракрасных лучей.

Если в переменное магнитное поле поместить кусок металла, то в нем будет индуктироваться переменная э. д. с, под действием которой в металле возникнут вихревые токи. Прохождение этих токов в металле вызовет его нагрев. Такой способ нагрева металла называется индукционным. Устройство некоторых индукционных нагревателей основано на использовании явления поверхностного эффекта и эффекта близости.

Для индукционного нагрева используются токи промышленной (50 Гц) и высокой частоты (8-10 кГц, 70-500 кГц). Наибольшее распространение получил индукционный нагрев металлических тел (деталей, заготовок) в машиностроении и при ремонте техники, а также для закалки металлических деталей. Индукционный способ может использоваться также для нагрева воды, почвы, бетона и пастеризации молока.

Диэлектрический нагрев

Физическая сущность диэлектрического нагрева заключается в следующем. В твердых телах и жидких средах с плохой электрической проводимостью (диэлектриках), помещенных в быстропеременное электрическое поле, электрическая энергия превращается в тепловую.

В любом диэлектрике имеются электрические заряды, связанные межмолекулярными силами. Эти заряды называются связанными в отличие от свободных зарядов в проводниковых материалах. Под действием электрического поля связанные заряды ориентируются или смещаются в направлении поля. Смещение связанных зарядов под действием внешнего электрического поля называется поляризацией.

В переменном электрическом поле происходит непрерывное перемещение зарядов, а следовательно, и связанных с ними межмолекулярными силами молекул. Энергия, затрачиваемая источником на поляризацию молекул непроводниковых материалов, выделяется в виде тепла. В некоторых непроводниковых материалах есть небольшое количество свободных зарядов, которые создают под действием электрического поля незначительный по величине ток проводимости, способствующий выделению дополнительного тепла в материале.

При диэлектрическом нагреве материал, подлежащий нагреванию, помещается между металлическими электродами - обкладками конденсатора, к которым подводится напряжение высокой частоты (0,5 - 20 МГц и выше) от специального высокочастотного генератора. Установка для диэлектрического нагрева состоит из лампового генератора высокой частоты, силового трансформатора и сушильного устройства с электродами.

Высокочастотный диэлектрический нагрев - перспективный способ нагрева и применяется главным образом для сушки и тепловой обработкидревесины, бумаги, продуктов и кормов (сушки зерна, овощей и фруктов), пастеризации и стерилизации молока и т. п.

Электронно-лучевой (электронный) нагрев

При встрече потока электронов (электронного луча), ускоренных в электрическом поле, с нагреваемым телом электрическая энергия превращается в тепловую. Особенностью электронного нагрева является высокая плотность концентрации энергии, составляющая 5х10 8 кВт/см2, что в несколько тысяч раз выше, чем при электродуговом нагреве. Электронный нагрев применяется в промышленности для сварки очень мелких деталей и выплавки сверхчистых металлов.

Кроме рассмотренных способов электронагрева, в производстве и быту находит применение инфракрасный нагрев (облучение).

Процесс закалки стали позволяет повысить твердость изделия примерно в 3-4 раза. Многие производители проводят подобный процесс на момент производства продукции, однако в некоторых случаях ее следует повторить, так как твердость стали или другого сплава имеет малый уровень. Именно поэтому многие задаются вопросом, как закалить металл в домашних условиях?

Методика

Для того чтобы провести работу по закалке стали нужно учитывать то, как выполняется подобный процесс правильно. Закалка – процесс повышения твердости поверхности железа или сплава, который предусматривает нагрев образца до высокой температуры и его последующее охлаждение. Несмотря на то, что с первого взгляда рассматриваемый процесс прост, различные группы металлов отличаются своеобразной структурой и характеристиками.

Термическая обработка в домашних условиях оправдана в нижеприведенных случаях:

1. При необходимости упрочнить материал, к примеру, в месте режущей кромки. Примером можно назвать закалку зубил и стамески.
2. При необходимости повышения пластичности предмета. Это зачастую необходимо в случае горячей ковки.

Профессиональная закалка стали – дорогостоящий процесс. Стоимость 1 кг повышения твердости поверхности стоит примерно 200 рублей. Организовать закалку стали в домашних условиях можно только с учетом всех особенностей повышения твердости поверхности.

Особенности процесса

Провести закалку стали можно с учетом нижепривеженных моментов:

1. Нагрев должен проходить равномерно. Только в этом случае структура материала однородна.
2. Нагрев стали должен проходить без образования черных или синих пятен, что свидетельствует о сильном перегреве поверхности.
3. Образец нельзя нагревать до крайнего состояния, так как изменения структуры будут необратимыми.
4. На правильность проведения нагрева стали указывает ярко-красный цвет металла.
5. Охлаждение также должно быть проведено равномерно, для чего используется водяная ванна.

Оборудование и особенности проводимого процесса

Для нагрева поверхности зачастую используется специальное оборудование. Это связано с тем, что провести нагрев стали до точки плавления достаточно сложно. В домашних условиях зачастую используется нижеприведенное оборудование:

1. электропечь;
2. паяльная лампа;
3. термопечь;
4. большой костер, который обложен вокруг для перенаправления жара.

При выборе источника жара следует учитывать тот момент, что деталь должна полностью помещаться в печи или костре, на котором проводится разогрев. Правильно будет подбирать оборудование также по типу металла, который будет подвержен обработки. Чем выше прочность структуры, тем больше разогревают сплав для придания пластичности.

В случае, когда нужно провести закалку лишь части детали, используется струйная закалка. Она предусматривает попадание струи холодной волы только на определенную часть детали.

Для охлаждения стали часто используется ванна с водой или бочка, а также ведро. Важно учитывать тот момент, что в некоторых случаях проводится поэтапное охлаждение, в других быстрое и резкое.

Повышение твердости на открытом огне

В быту зачастую закалку проводят на открытом огне. Этот метод подходит исключительно для разового проведения процесса повышения твердости поверхности.

Всю работу можно разделить на несколько этапов:

1. для начала следует провести разведение костра;
2. на момент разведения костра подготавливаются две большие тары, которые будут соответствовать размеру детали;
3. для того чтобы костер давал больше жара нужно обеспечить большое количество углей. они дают много жара на протяжении длительного времени;
4. в одной емкости должна содержаться вода, в другой – моторное масло;
5. следует использовать специальные инструменты, при помощи которых будет удерживаться обрабатываемая раскаленная деталь. на видео часто можно встретить кузнечные клещи, которые наиболее эффективны;
6. после подготовки необходимых инструментов следует положить предмет в самый центр пламени. при этом можно деталь зарыть в самую глубь углей, что обеспечит нагрев металла до плавкого состояния;
7. угольки, которые имеют ярко белый цвет – раскалены больше других. за процессом плавки металла нужно следить пристально. пламя должно быть малиновым, но не белым. если огонь белый, то есть вероятность перегрева металла. в этом случае эксплуатационные качества значительно ухудшаются, а срок службы уменьшается;
8. правильный цвет, равномерный по всей поверхности, определяет равномерность нагрева металла;
9. если происходит потемнение до синего цвета, то это говорит о сильном размягчении металла, то есть он становится излишне пластичным. этого нельзя допускать, так как значительно нарушается структура;
10. при полном разогреве металла его следует убрать с очага высокой температуры;
11. после этого следует раскаленный металл поместить в тару с маслом с частотой 3 секунды;
12. завершающим этапом можно назвать погружение детали в воду. При этом периодически проводится взбалтывание воды. Это связано с тем, что вода быстро нагревается вокруг изделия.

При выполнении работы следует уделять внимание осторожности, так как раскаленное масло может нанести вред коже. На видео можно обратить внимание на то, какого цвета должна быть поверхность при достижении нужной степени пластичности. Но для закалки цветных металлов зачастую нужно оказывать воздействие температуры в промежутке ль 700 до 900 градусов Цельсия. На открытом огне провести нагрев цветных сплавов практически не возможно, так как достигнуть подобной температуры без специального оборудования нельзя. Примером можно назвать использование электропечи, которая способна нагревать поверхность до 800 градусов Цельсия.

Если знать, как закалить металл правильно, то даже в домашних условиях можно повысить твердость изделий из него в два-три раза. Причины, по которым возникает необходимость в этом, могут быть самыми разными. Такая технологическая операция, в частности, требуется в том случае, если металлу надо придать твердость, достаточную для того, чтобы он мог резать стекло.

Чаще всего закалить надо режущий инструмент, причем выполняется термическая обработка не только в том случае, если надо увеличить его твердость, но также и тогда, когда данную характеристику требуется уменьшить. Когда твердость инструмента слишком мала, его режущая часть будет заминаться в процессе эксплуатации, если же она высока, то металл будет крошиться под воздействием механических нагрузок.

Немногие знают, что существует простой способ, позволяющий проверить, насколько хорошо закален инструмент из стали, не только в производственных или домашних условиях, но и в магазине, при покупке. Для того чтобы выполнить такую проверку, вам потребуется обычный напильник. Им проводят по режущей части приобретаемого инструмента. Если тот закалили плохо, то напильник будет как будто прилипать к его рабочей части, а в противоположном случае – легко отходить от тестируемого инструмента, при этом рука, в которой находится напильник, не будет чувствовать на поверхности изделия никаких неровностей.

Если все же так вышло, что в вашем распоряжении оказался инструмент, качество закалки которого вас не устраивает, переживать по этому поводу не стоит. Решается такая проблема достаточно легко: закалить металл можно даже в домашних условиях, не используя для этого сложного оборудования и специальных приспособлений. Однако следует знать, что закалке не поддаются малоуглеродистые стали. В то же время твердость углеродистых и достаточно просто повысить даже в домашних условиях.

Технологические нюансы закалки

Закалка, которая является одним из типов термической обработки металлов, выполняется в два этапа. Сначала металл нагревают до высокой температуры, а затем охлаждают. Различные металлы и даже стали, относящиеся к разным категориям, отличаются друг от друга своей структурой, поэтому режимы выполнения термической обработки у них не совпадают.

Термическая обработка металла (закалка, отпуск и др.) может потребоваться для:

• его упрочнения и повышения твердости;
• улучшения его пластичности, что необходимо при обработке методом пластической деформации.

Закаливают сталь многие специализированные компании, но стоимость этих услуг достаточно высока и зависит от веса детали, которую требуется подвергнуть термической обработке. Именно поэтому целесообразно заняться этим самостоятельно, тем более что сделать это можно даже в домашних условиях.

Если вы решили закалить металл своими силами, очень важно правильно осуществлять такую процедуру, как нагрев. Этот процесс не должен сопровождаться появлением на поверхности изделия черных или синих пятен. О том, что нагрев происходит правильно, свидетельствует ярко-красный цвет металла. Хорошо демонстрирует данный процесс видео, которое поможет вам получить представление о том, до какой степени нагревать металл, подвергаемый термической обработке.

В качестве источника тепла для нагрева до требуемой температуры металлического изделия, которое требуется закалить, можно использовать:

• специальную печь, работающую на электричестве;
• паяльную лампу;
• открытый костер, который можно развести во дворе своего дома или на даче.

Выбор источника тепла зависит от того, до какой температуры надо нагреть металл, подвергаемый термической обработке.

Выбор метода охлаждения зависит не только от материала, но также от того, каких результатов нужно добиться. Если, например, закалить надо не все изделие, а только его отдельный участок, то охлаждение также осуществляется точечно, для чего может использоваться струя холодной воды.

Технологическая схема, по которой закаливают металл, может предусматривать мгновенное, постепенное или многоступенчатое охлаждение.

Быстрое охлаждение, для которого используется охладитель одного типа, оптимально подходит для того, чтобы закаливать стали, относящиеся к категории углеродистых или легированных. Для выполнения такого охлаждения нужна одна емкость, в качестве которой может использоваться ведро, бочка или даже обычная ванна (все зависит от габаритов обрабатываемого предмета).

В том случае, если других категорий или если кроме закалки требуется выполнить отпуск, применяется двухступенчатая схема охлаждения. При такой схеме нагретое до требуемой температуры изделие сначала охлаждают водой, а затем помещают в минеральное или синтетическое масло, в котором и происходит дальнейшее охлаждение. Ни в коем случае нельзя использовать сразу масляную охлаждающую среду, так как масло может воспламениться.

Для того чтобы правильно подобрать режимы закалки различных марок сталей, следует ориентироваться на специальные таблицы.

Как закалить сталь на открытом огне

Как уже говорилось выше, закалить сталь можно и в домашних условиях, используя для нагрева открытый костер. Начинать такой процесс, естественно, следует с разведения костра, в котором должно образоваться много раскаленных углей. Вам также потребуются две емкости. В одну из них надо налить минеральное или синтетическое масло, а в другую – обычную холодную воду.

Для того чтобы извлекать раскаленное железо из костра, вам понадобятся кузнечные клещи, которые можно заменить любым другим инструментом подобного назначения. После того как все подготовительные работы выполнены, а в костре образовалось достаточное количество раскаленных углей, на них можно уложить предметы, которые требуется закалить.

По цвету образовавшихся углей можно судить о температуре их нагрева. Так, более раскаленными являются угли, поверхность которых имеет ярко-белый цвет. Важно следить и за цветом пламени костра, который свидетельствует о температурном режиме в его внутренней части. Лучше всего, если пламя костра будет окрашено в малиновый, а не белый цвет. В последнем случае, свидетельствующем о слишком высокой температуре пламени, есть риск не только перегреть, но даже сжечь металл, который надо закалить.

За цветом нагреваемого металла также необходимо внимательно следить. В частности, нельзя допустить, чтобы на режущих кромках обрабатываемого инструмента появлялись черные пятна. Посинение металла свидетельствует о том, что он сильно размягчился и стал слишком пластичным. Доводить до такого состояния его нельзя.

После того как изделие прокалится до требуемой степени, можно приступать к следующему этапу – охлаждению. В первую очередь, его опускают в емкость с маслом, причем делают это часто (с периодичностью в 3 секунды) и как можно более резко. Постепенно промежутки между этими погружениями увеличивают. Как только раскаленная сталь утратит яркость своего цвета, можно приступать к ее охлаждению в воде.

При охлаждении водой металла, на поверхности которого остались капельки раскаленного масла, следует соблюдать осторожность, так как они могут вспыхнуть. После каждого погружения воду необходимо взбалтывать, чтобы она постоянно оставалась прохладной. Получить более наглядное представление о правилах выполнения такой операции поможет обучающее видео.

Есть определенные тонкости при охлаждении закаливаемых сверл. Так, их нельзя опускать в емкость с охлаждающей жидкостью плашмя. Если поступить таким образом, то нижняя часть сверла или любого другого металлического предмета, имеющего вытянутую форму, резко охладится первой, что приведет к ее сжатию. Именно поэтому погружать такие изделия в охлаждающую жидкость необходимо со стороны более широкого конца.

Для термической обработки особых сортов стали и плавки цветных металлов возможностей открытого костра не хватит, так как он не сможет обеспечить нагрев металла до температуры 700–9000. Для таких целей необходимо использовать специальные печи, которые могут быть муфельными или электрическими. Если изготовить в домашних условиях электрическую печь достаточно сложно и затратно, то с нагревательным оборудованием муфельного типа это вполне осуществимо.

Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла

Муфельная печь, которую вполне возможно сделать самостоятельно в домашних условиях, позволяет закалить различные марки стали. Основным компонентом, который потребуется для изготовления этого нагревательного устройства, является огнеупорная глина. Слой такой глины, которой будет покрыта внутренняя часть печи, должен составлять не более 1 см.

Схема камеры для закалки металла: 1 — нихромовая проволока; 2 — внутренняя часть камеры; 3 — наружная часть камеры; 4 — задняя стенка с выводами спирали

Для того чтобы придать будущей печи требуемую конфигурацию и желаемые габариты, лучше всего изготовить форму из картона, пропитанного парафином, на которую и будет наноситься огнеупорная глина. Глина, замешанная с водой до густой однородной массы, наносится на изнаночную сторону картонной формы, от которой она сама отстанет после полного высыхания. Металлические изделия, нагреваемые в таком устройстве, помещаются в него через специальную дверцу, которая тоже изготавливается из огнеупорной глины.

Камеру и дверцу устройства после просушки на открытом воздухе дополнительно просушивают при температуре 100°. После этого их подвергают обжигу в печи, температуру в камере которой постепенно доводят до 900°. Когда они остынут после обжига, их необходимо аккуратно соединить друг с другом, используя слесарные инструменты и наждачную шкурку.

На поверхность полностью сформированной камеры наматывают нихромовую проволоку, диаметр которой должен составлять 0,75 мм. Первый и последний слой такой намотки необходимо скрутить между собой. Наматывая проволоку на камеру, следует оставлять между ее витками определенное расстояние, которое тоже надо заполнить огнеупорной глиной, чтобы исключить возможность короткого замыкания. После того как слой глины, нанесенный для обеспечения изоляции между витками нихромовой проволоки, засохнет, на поверхность камеры наносится еще один слой глины, толщина которого должна составлять примерно 12 см.

Готовая камера после полного высыхания помещается в корпус из металла, а зазоры между ними засыпаются асбестовой крошкой. Для того чтобы обеспечить доступ к внутренней камере, на металлический корпус печи навешиваются дверцы, отделанные изнутри керамической плиткой. Все имеющиеся зазоры между конструктивными элементами заделываются при помощи огнеупорной глины и асбестовой крошки.

Концы нихромовой обмотки камеры, к которым необходимо подвести электрическое питание, выводятся с задней стороны ее металлического каркаса. Чтобы контролировать процессы, происходящие во внутренней части муфельной печи, а также замерять температуру в ней при помощи термопары, в ее передней части необходимо выполнить два отверстия, диаметры которых должны составлять 1 и 2 см соответственно. С лицевой части каркаса такие отверстия будут закрываться специальными стальными шторками. Самодельная конструкция, изготовление которой описано выше, позволяет в домашних условиях закаливать слесарные и режущие инструменты, рабочие элементы штампового оборудования и др.

Нагрев металла сварочным током. Закон Джоуля-Ленца. Электрическое сопротивление металла.

Все токоведущи элементы нагреваются электрическим током, а количество тепла, выделяемое на любом участке электрической цепи с активным сопротивлением R=R(t), которое является функцией от t и τ при токе I=I(t) в зависимости от времени t определяется законом Джоуля-Ленца:

Это общая формула, которая не показывает и не определяет конкретных температур в зоне соединения при нагреве его сварочном током.

Однако надо помнить, что величина R и I в значительной мере зависит от длительности протекания этого тока.

Контактные машины конструктивно изготовлены так, что наибольшее количество теплоты выделяется между электродами.

У шовной точечной сварки наибольшее количество участок электрод-электрод, общее количечтво сопротивления складываются из сопротивления электрод- деталь + деталь- деталь+ деталь+ электрод- деталь

Rээ= 2Rэд+Rдд+2Rд

Все составляющие общего сопротивления Rээ непрерывно изменяются в течении термического цикла сварки.

Контактное сопротивление – Rдд является самым большим по величине, т.к. контактирование осуществляется по микровыступам и площадь физического контакта мала.

Кроме того на поверхности детали присутствуют окисные плёнки и различные загрязнения.

Т.к. свариваем в основном стали и сплавы, обладающие значительной прочностью, то полное смятие микроенровностей происходит лишь при нагреве их сварочным током до тепмератур около 600градС

Сопротивление в контакте электрод- деталь значительно меньше Rдд, т.к. более мягкий и более высокотеплоэлектропроводный материал электродов активно внедряется между выступов микронеровностей деталей.

Повышенное сопротивление в контактах также из-за того, что в контактных областях резкое искривление линии тока, что определяет более высокое сопротивление за счёт увеличиния пути тока.

Сопротивление контактов Rдд и Rэд в значительной мере зависит от очистки поверхности под сварку.

Измеряя 2 пластинки, толщиной 3мм очень сильно сжатые 200Н по схеме амперметр-вольтметр, получили следующие значения:

Зачистка поверхностей кругом и шлифованием: 100мкОм

Вывод: шлифовать

На практике применяют травление (при сварке больших поверхностей), обработка поверхностей металлическими щётками, пескоструйная и дробеструйная обработка.

При контактной сварке стараются применять холоднокатаный прокат на поверхности которого могут быть остатки масла.

Если нет ржавчины на поверхности, то достаточно обезжирить свариваемые поверхности.

Контактное сопротивление чистых, но покрытых окисью деталей уменьшается с ростом усилий сжатия. Это объяснятся большей деформацией микровыступов.

Включаем ток, наибольшая плотность линии тока сосредотачивается на ювенильных поверхностях. Ток через контакты, образовавшегося при деформации микровыступов.

В начальный момент времени плотность тока в материале детали меньше, т.к. линии тока распостранены относительно равномерно, а в контакте деталь- деталь ток течёт только через зоны проводимости, следовательно, плотность тока выше, чем в основной массе детали и тепловыделения и нагрев в этой области более значительны.

Металл в контакте станет пластичным. Он деформируется под действием сварочного усилия, площадь проводящих контактов будет возрастать и при достижении t=600 градС (ерез сотые доли секунды) микровыступы полностью деформируются, окисные плёнки частично разрушаться, частично диффундируют в массу детали и роль контактного сопротивления Rдд перестанет быть первостепенной в процессе нагрева.

Однако к этому моменту температура в области контакта деталь-деталь будет наиболее высокой, удельное сопротивление материала ρ - наибольшее и тепловыделение будет более интенсивным всё равно в этой зоне.

При достаточных плотностях тока длительности его протекания именно там начинается плавление металла.

Появлению изотермы плавления именно в контакте деталь-деталь будет способствовать наименьший теплоотвод из этой области, собственное сопротивление детали.

Собственное сопротивление детали

S- сечение проводника

Коэффициент А увеличивает растекание линии тока в массу детали, при этом происходит увеличение реальной площади растекания

dk- диаметр растекания

А= 0,8-0,95, зависит от твёрдости материала, а в большей степени от удельного сопротивления.

От соотношения dk/δ= 3-5 А=0,8

Очевидно, что сопротивление детали зависит от толщины, это учитывается коэффициентом А и от удельного электрического сопротивления материала детали ρ, оно зависит от химического состава.

Кроме этого удельное сопротивление зависит от температуры

ρ(t)=ρ0*(1+αp*T)

В процессе сварки при протекании тока t измеряется от контактной до tпл и выше

Tпл=1530 градС

При достижении tпл удельное сопротивление скачком увеличивается.

αρ- температурный коэффициент

αρ=0,004 1/градС- для чистых металлов

αρ=0,001-0,003 1/градС- для сплавов

Значение αρ падает с увеличением степени лигирования.

С ростом температуры металл как в контакте, так и в основной массе под электродами деформируется, площадь контакта возрастает и если рабочая повехность электродов сферическая, то площадь контакта может увеличиваться в 1,5-2 раза.

График изменения сопротивления в процессе сварки.

В начальный момент времени сопротивление детали растёт вследствие увеличения температуры и роста удельного электрического сопротивления , затем метал становится пластичным и начинает увеличиваться площадь контакта вследствие вдавливания электродов в поверхность детали, а также увеличение размеров площади контакта деталь-деталь.

Общее сопротивление будет снижаться по мере выключения сварочного тока. Однако это справедливо для сварки углеродистых и низколегированных сталей.

Для сварки жаропрочных Ni и Cr сплавов, сопротивление может даже вырастать.

Электрическое и температурное поле.

Закон Джоуля-Ленца Q=IRt показывает тепловыделение в токоведущих элементах, а происходят ещё процессы теплоотвода.

Благодатя активному охлаждению электродов и увеличению теплоотвода в них получаем чечевицеобразную форму литого ядра.

Но такую форму не всегда удаётся получить, особенно при сварке разнородных, разнотолщинных материалов и тонких деталей.

Зная характер температурного поля в зоне сварки можно проанализировать:

1) Размеры литого ядра.
2) Размер ЗТВ (структуры)
3) Величину остаточных напряжений, т.е. свойства соединений.

Температурное поле- совокупность температур в различных точках детали в определённый момент времени.

Точки с одинаковой температурой, соединённые линией называются изотермой.

Размер чистого ядра на микрошлифе называет изотерму плавления по границам литого ядра.

В конечном счёте на температуру и размер изотермы плавления т.е. литого ядра, влияет в основном сопротивление детали.

Основоположник- Гельман, взял две детали 2+2мм, отшлифовал, протравил и получил литое ядро; взял детали и получил тоже литое ядро.

Однако трудности, возникающие при сварке разнородных толщин вынуждают исследовать распределение тепловых полей в зоне сварки.

Плотность тока – это количество зарядов, проходящих в течение 1 секунды через малую площадку, перпендикулярную направлению движения зарядов, отнесенная к длине ее поверхности.

Сталкивались ли вы когда-нибудь с необходимостью своими руками отрезать или разрезать что-то металлическое? Если да, то перед вами наверняка вставал вопрос, как это сделать. Конечно, всегда можно воспользоваться старой-доброй ножовкой по металлу, но что если речь идёт не о тонком оцинкованном листе, а, например, о толстостенной трубе?

Здесь ножовка, конечно, может выручить, но сил и времени будет затрачено несоизмеримо много. А это означает, что необходим более радикальный подход, и в этой статье мы поговорим о том, как резать металл и чем это лучше сделать.

Режем металл болгаркой

Доподлинно неизвестно, почему этот инструмент так назвали. Основная версия заключается в том, что первой страной производителем была Болгария, но на самом деле это лишь версия.

Выбирая чем резать металл, большинство людей отдаёт предпочтение именно болгарке, так как в отличие от газового оборудования, её цена значительно ниже, и для работы с ней не нужны какие-то определённые навыки.

С другой стороны, многие очень боятся работать болгаркой, из-за её высокой мощности и опасности. На самом деле, ничего сложного нет, главное чётко соблюдать технику безопасности и не пренебрегать даже мелочами.

В работе с металлом вообще не может быть мелочей, и весь режущий инструмент по металлу представляет определённую опасность. Инструкция по технике безопасности при работе с режущим инструментом актуальна как для больших болгарок, мощностью более двух киловатт, так и для совсем маленьких, которые, не смотря на свои компактные размеры, способны причинить немалый вред здоровью.

Этот инструмент режет металл за счёт вращения абразивного диска, толщина которого может отличаться в зависимости от металла, который необходимо распилить. Чем тоньше стенка стального изделия, тем тоньше диск режущий по металлу будет использован.

Мы не будем в этой статье рассказывать о том, как важна техника безопасности. Это всегда приоритетный вопрос, но если у вас нет опыта работы с болгаркой, то специально для вас мы приведём несколько тонкостей, о которых нужно знать, чтобы не нанести вред своему здоровью.

Несколько важных моментов

Итак:

• По технике безопасности, вращение диска должно происходить по направлению реза, то есть в сторону того, кто режет металл, но, как правило, такое положение не очень удобно, и гораздо проще, когда поток искр направлен вперёд. В принципе, никаких существенных ограничений тут нет, всё зависит от личного удобства оператора инструмента.
• При резке металла, используйте только соответствующие диски. Диски по камню или дереву имеют меньшую плотность, и при контакте со стальной поверхностью быстро разлетаются, а осколки способны повредить вас или окружающих.

• Не работайте без защитного кожуха. Он направляет искры в сторону, и они не будут лететь вам в лицо. Так же, он является единственным спасением, на случай если диск закусит и разлетится.
• Не режьте металл в направлении «от себя». Так гораздо больше вероятности, что произойдёт закусывание диска. Направление реза всегда должно быть направленно в сторону режущего.
• Держите инструмент ровно. Резка под углом приведёт к искривлению диска и его разлому, а осколки, вылетающие на такой скорости способны нанести существенный вред здоровью.

• Никогда не зачищайте поверхность диском, предназначенным для резки. Для зачистки существуют специальные диски, отличающиеся толщиной и плотностью.
• Некоторые виды болгарок, используют только свои, брендовые диски. Обусловлено это разницей в количестве оборотов, поэтому если вы обладатель фирменного инструмента, используйте диски только под этой маркой.

• Никогда не используйте диски другого размера. Каждый размер рассчитан на инструмент с определённым количеством оборотов. Так, если вы поставите на большую болгарку диска маленьких или средних размеров, он просто лопнет.
• Не экономьте. Если на диске появилась трещина, или вы не заметили её при покупке, сразу выбрасывайте его в мусор. Случайное растрескивание в момент резки, может очень плохо для вас закончиться. Помните, цена диска не стоит вашей жизни и здоровья.

• Всегда внимательно следите за тем, что находится впереди вас в момент работы. Искры, вылетающие из-под болгарки способны воспламенить дерево, пластик, и другие горючие материалы. Тем более нельзя работать болгаркой вблизи бензина или газа.
• Перед тем, как резать металл болгаркой, убедитесь, что он правильно расположен. При резке, отрезаемая часть должна находиться навесу, в противном случае может произойти закусывание диска.

Важно! Никогда не бойтесь инструмента, в независимости от того, насколько опасно он выглядит, и какие громкие звуки издаёт. Зная, как правильно резать металл, вы гарантированно не получите травм.

Итак, с болгаркой мы разобрались, но это далеко не единственный инструмент для резки металла. И ниже мы рассмотрим другие варианты, а пока рекомендуем вам посмотреть видео в этой статье, в котором рассказано про резание металлов и режущий инструмент. А мы тем временем идём дальше.

Другие инструменты для резки металла

Конечно, болгаркой можно отрезать всё, что угодно, главное правильно подобрать диск к ней. Но не всегда этот вариант самый удобный и практичный. Вот лишь несколько моментов, когда резать металл другим инструментом целесообразнее.

• Если материал имеет цинковое покрытие. За счёт высоких оборотов, болгарка просто сжигает покрытие, и от него не остаётся и следа.
• Окрашенный материал, так же лучше резать ножницами металлу. Они сберегут покрытие и не сожгут его.

• Резать металл ножовкой целесообразнее, если он находится в напряжении, например, если это труба отопления, замкнутая в системный контур.
• Металл толщиной более 10 миллиметров, лучше резать газовым резаком, так как болгарка с ним может просто не справиться.

Важно! Мы намерено не будем рассказывать в этой статье, как резать металл резаком, так как для этого нужны специальные знания и опыт. Ни в коем случае не пытайтесь завести газовый резак самостоятельно. Это может привести к взрыву пропана или пожару.

Это далеко не полный список моментов, когда от использования болгарки лучше отказаться, но все перечисленные ситуации очень часто встречаются в быту. Так чем же воспользоваться для работы?

Давайте рассмотрим самые популярные и доступные альтернативные инструменты для резки металла:

• Газовый резак . Сложно назвать этот инструмент доступным, но мы не могли оставить его без внимания, так как в ряде случаев, это единственный инструмент, который способен справиться с поставленной задачей. Например, при резке толстых металлов, альтернативой резаку может быть только лазер, а такой инструмент не доступен для бытовых нужд.
• Ножовка по металлу . Этот инструмент, как правило, есть в арсенале любого домашнего мастера. Резать металл ножовкой долго и проблематично, но в некоторых труднодоступных местах возможно подлезть только ей.

• Ножницы по металлу . Конечно, трубу вы таким инструментом не отрежете, но если необходимо, например, откусить профиль для гипсокартона, то лучше варианта просто не найти. Работать с ними просто, и безопасно, и к тому же они не уничтожают цинковое покрытие или краску.
• Пресс-ножницы . Этот инструмент предназначен для перекусывания проволоки или арматуры. В зависимости от размера, ножницы могут разделять пруток диаметром до 20 миллиметров, а работать ими гораздо удобнее, чем болгаркой.

Как видно, выбор очень богатый, и выбирать инструмент следует в зависимости от конкретной ситуации. Конечно, с болгаркой сложно конкурировать, но не всегда есть возможность ею воспользоваться, и тогда на помощь придут альтернативные варианты.

И в заключении хотелось бы ещё раз напомнить – всегда соблюдайте технику безопасности и используйте средства индивидуальной защиты. Никакая работа не стоит того, чтобы рисковать своим здоровьем или даже жизнью.