Фізика в професії зварювальника

         Фізика в професії зварювальника

 

 

 

           Фізика є науковою основою техніки, тому її знання необхідні кожному для успішної роботи на виробництві, удосконалення техніки та технологій.

          Фізика не вигадана « з голови » , вона навколо нас. З фізикою пов’язано багато професій в найрізноманітніших сферах діяльності людини, в том числі і в професії зварювальника. Знання фізики необхідні в майбутній професії учнів. Задача  полягає в наступному :  показати тісний зв’язок фізики та    професії зварювальника, спонукати учнів до активної пізнавальної та практичної дії.

        Звернути увагу учнів на необхідність вивчення законів фізики, процесів, які відбуваються навколо нас, і які пояснюються на основі фізики.

        Майже на кожному уроці ( де доцільно ) намагаюся показати, що засвоєння законів фізики, вивчення якогось явища допоможе учню в кращому засвоєнні його професії. Знання, отримані на уроках, мають дуже важливе значення в подальшому їхньому житті, обраній професії.

 

               Тема уроку : «Рух і взаємодія молекул»

 

Зварювання – це надійний та економічний спосіб нероз’ємного з’єднання деталей, машин, конструкцій та споруд. Суть його в утворенні міцних зв’язків між атомами та молекулами з’єднуваних тіл.

 

 

Тема уроку : «Будова та властивості твердих тіл. Рідкі кристали

  Конструкція рідкокристалічного фільтра    « Хамелеон» являє собою поляризовані плівки, між якими знаходяться шари рідких кристалів. Під дією напруги, кристали розташовуються в певних напрямах, блокуючи при цьому поляризоване світло. Фільтр автоматично переходить від світлого до темного в момент розпалу і повертається у вихідний стан як тільки дуга гасне. 

 

                                    

Тема уроку : «Електричний струм в газах»

 

Навчальна мета : сформувати в учнів поняття про основні носії  електричного струму в газах, розглянути типи газового розряду, з’ясувати умови їх виникнення і галузі застосування, показати учням взаємозв’язок фізики з предметами професійної підготовки.

Розвиваюча мета : сприяти розвитку комунікативних навичок, вміння аналізувати, порівнювати і робити висновки, спостерігати фізичні явища навколо себе і навчитися пояснювати їх.

Виховна мета : виховувати активність, пізнавальний інтерес до предмета, явищ, що відбуваються в природі, до майбутньої професії.

Методична мета : активізація розумової та пізнавальної діяльності учнів за допомогою мультимедійних засобів навчання та опорного конспекту.

Тип уроку : урок вивчення нового матеріалу.

Наочність та обладнання : мультимедійний проектор, ноутбук, презентація

 « Електричний струм в газах», фрагменти відеофільмів, тестові завдання, опорний конспект, два металевих диска, електрометр, сірники, ебонітова паличка.

lll. Засвоєння нових знань

 

      Електрична дуга – це струм в газі, який характеризується значною густиною сили струму при нормальному атмосферному тискові і невеликій напрузі. Газ в області дугового розряду має дуже високу температуру ( 6000 К ) і випромінює яскраве світло. Дуговий розряд зумовлений інтенсивною термоелектронною емісією розжареного катода.

    Українськи вчені, які внесли великій вклад в області зварювання.

 

   Перші ідеї про використання дуги для зварювання були висловлені Миколою. Миколайовичем. Бенардосом. Він народився у селі  Бенардосівка ( с. Мостове Миколаївської області ). У 1881 він винайшов способи дугового зварювання з одержанням патентів у різних країнах. Він запропонував способи підводного зварювання металів, їх різання, точкового і шовного контактного зварювання. Його винаходи в галузі електрозварювання дістали високу оцінку в 1900 році на Всесвітній електротехнічній виставці в Парижі.

 

   Іншим видатним спеціалістом в області електрозварювання і містобудування став Є.О. Патон.

Народився 4 березня 1870р. в м. Ніцца ( Франція ) у сім’ї російського консула. В 1894 року Дрезденський політехнічний інститут. В 1905 році був переведений до Київського політехнічного інституту, де організував кафедру будівництва мостів. Розробляє конструкції мостів ( « мости Патона »), які складаються із сталевих секцій, що швидко можуть замінюватися при руйнуванні. Значні зусилля докладав до відновлення київськи мостів, дослідження їх міцності, надійності й розробки естетики. Він розумів переваги електричного зварювання перед клепанням і з’єднанням за допомогою гвинтів та гайок. Зварювання здійснюється значно швидше , зменшуються витрати металу, ефективнішою стає людська праця. Його іменем названа велична споруда суцільнозварного мосту через Дніпро.

 

 

 

   Велику справу електрозварювання продовжив син Є. О. Патона – Борис Євгенович.

 

 

Він народився у  м. Києві 18 листопада 1918 року. У 1941 році закінчив індустріальний ( політехнічний ) інститут, з 1942 року працював в інституті електрозварювання АН України. З 1953 і до смерті в 2020 – директор інституту. З 1962 року – президент Національної Академії наук. Розробив новий науковий напрям – теорію дугових автоматів, нові способи електрозварювання, зокрема імпульсно – дуговий, мікроплазмовий, контактний, електронно – променевий. Сьогодні колектив Інституту розвиває найновітніші напрями електрозварювання , які поширюються на земні, медичні, підводні та космічні галузі досліджень людства.

 

Тема уроку : « Електричний струм »

Змінний  електричний струм.

   Джерелом живлення зварювальної дуги є трансформатор. Це пристрій, у якому напруга змінюється багато разів практично без втрат енергії. Зварювальні трансформатори призначені для зниження напруги з 220 В або 380 В до безпечної напруги, але достатньої для легкого запалювання та стійкого горіння електричної дуги та регулювання сили зварювального струму залежно від діаметра електродного дроту та товщини зварюваного металу. Ці апарати дешеві, легкі в використанні, надійні. Але не настільки зручні й мобільні як випрямлячі.

Постійний електричний струм

   Випрямлячі призначені для перетворення змінного струму в постійний і живлення ним електричної дуги. Основними елементами випрямляча є трансформатор, регулюючий пристрій і напівпровідникові вентилі ( селенові, кремнієві або германієві), які проводять струм тільки в одному напрямку. Але й вони не настільки зручні й мобільні, як зварювальні інвертори.

   Для того, щоб зменшити масу та розмір приладу , у інверторах використовують спосіб подвійного перетворення електрики: спочатку мережева напруга випрямляється, пізніше перетворюється на змінну  напругу величини, яка потрібна для роботи на трохи підвищеній частоті   ( 30 – 40 кГц ). Потім вона  перетворюється в постійний струм за допомогою якого і відбувається зварювання.

     

Задачі професійного змісту

♦ При електрозварюванні сила струму досягає 2000 А. Якої величини заряд проходить через поперечний переріз електрода за 1 с? 1 хв? 4 хв?

♦Визначити опір дуги електрозварювального апарата, якщо напруга 30 В, а сила струму 150 А.

♦Для зварювання використовують трансформатор в режимі короткого замикання. Однофазний зварювальний трансформатор, потужністю 24 кВт ввімкнений в мережу з напругою 220 В. При холостому ході напруга на клемах вторинної обмотки  трансформатора 65 В. Який коефіцієнт трансформації?

                                                Заземлення

                                                      

    

    Заземлення – це навмисне електричне з’єднання електроустановки з пристроєм, що заземлений. За допомогою заземлення досягають захисту від небезпечної дії електричного струму шляхом зниження напруги до небезпечної для людини. При роботі зварювальника це досягається за допомогою прищепки  « крокодил ».

 

 

 

Тема уроку : «Фотоелементи та їх застосування »

   Захисні маски, що працюють на фотоелементах   ( сонячних батареях ). Фотоелементи розпізнають світло і затемняють лінзи саме в той момент, коли починається процес зварювання

 

Тема уроку : « Інфрачервоне випромінювання »

 

   При горінні електричної дуги, на ряду з видимим випромінюванням відбувається утворення інфрачервоного ( теплового ) випромінювання. Максимум енергії припадає саме на це випромінювання, бо температура дуги досягає 6000 0 С. В інституті зварювання ім. Є.О.Патона на основі вивчення умов праці зварювальника, розробили спецодяг різного функціонального призначення. Застосування такого одягу дозволяє забезпечити зручність і безпечність роботи. Це брезентовий костюм, рукавиці, спеціальне взуття. Голову прикрашають головним убором або фібролітовою каскою.

 

Тема уроку :« Ультрафіолетове випромінювання »

      

     Ультрафіолетове випромінювання виникає під час горіння електричної дуги. Ми його не відчуваємо, але його енергія набагато більша, ніж енергія видимого випромінювання. Під дією ультрафіолету рогівка ті кон’юнктива ока відмирають. Людина відчуває біль, запалення, « пісок в очах », світлобоязнь. В особливо важких випадках може наступити сліпота.

                          Перевірка якості зварювальних з’єднань

 

    Зварювальні з’єднання повинні бути якісними. Тому їх перевіряють. Зробити це можна різними способами.

Вакуумний  (бульбашковий ) спосіб перевірки якості зварювання

Тема уроку : «Ідеальний газ. Основне рівняння МКТ»

 

  Для випробовування на щільність ділянку зварного шва покривають сумішшю, яка утворює піну. Потім накладають вакуумну камеру, яку притискають до поверхні виробу та включають вакуумний насос. Якщо у шві є нещільності, то повітря, проникаючи через них у камеру, викликає появу бульбашок.

 

 

        Капілярний метод перевірки якості зварювання

       Тема уроку : « Поверхневий натяг. Капілярні явища »

  Спеціальну рідину наносять на очищену поверхню шва, витримують деякий час. Видаляють надлишок рідини і наносять суміш, що проявляється. Індикаторна рідина, що залишається в дефектах, утворює рисунок, за яким роблять висновок про наявність дефектів.

Люмінесцентний метод перевірки якості зварювання

  Тема уроку : « Випромінювання та поглинання світла     атомом.  Люмінесценція. »

 При цьому методі до складу індикаторних рідин вводять спеціальні речовини, які при подальшому освітленні чи опроміненні ультрафіолетовими променями самі стають джерелами випромінювання.

 

 

 

  Магнітний метод перевірки якості зварювання

Тема уроку : « Магнітне поле. Властивості магнітного поля »

 

 Магнітний метод ґрунтується на реєстрації та аналізі магнітних полів розсіювання, які виникають у місцях розташування дефектів. Найчастіше застосовують магнітопорошковий та магнітографічний методи.

 

 

 

 

  Ультразвукова дефектоскопія

  Тема уроку : « Звук. Ультразвук. Інфразвук »

   Ультразвуковий контроль ґрунтується на здатності ультрафіолетової хвилі відбиватися від поверхні поділу двох середовищ. Відбитий ультразвуковий сигнал перетворюється в електричний, підсилюється і подається на трубку осцилографа, де фіксується дефект у з’єднанні у вигляді піку на екрані.

 

 

     Механічний метод перевірки якості зварювання

   Тема уроку : « Механічні властивості тіл. Види деформацій »

   Ще один метод контролю за якістю зварювання є механічний метод, якій полягає в випробуванні на розтяг, стиск та зминання. Одним із найпоширеніших способів є випробування на розтяг. Він здійснюється на спеціальних машинах для визначення властивостей металічних швів.  

   При випробуванні на згин використовуються зразки циліндричної або прямокутної форми.

   Випробування на згинання проводять для труб малого діаметру з повздовжніми та поперечними швами. Випробування проводять на пресі шляхом деформації зразка стискуючим навантаженням.

 

 

 

 

 

 

 

Радіологічний аналіз перевірки якості зварювання

Тема уроку : « Типи випромінювання. α,β,γ – випромінювання  »    

                                                                                     

 

   Цей метод ґрунтується на різному поглинанні рентгенівського чи γ – випромінювання ділянками металу з дефектами. На рентгенівський плівці або екрані утворюється зображення контрольованого виробу. При цьому дефекти              ( непровар, тріщини, раковини, пори ) на зображенні мають вигляд плям або смуг.