Сварка судовых конструкций : методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА 
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ  
АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА  
филиал Федерального государственного бюджетного образовательного  
учреждения высшего образования «Государственный университет морского  
и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» 
 

 

 

 

Грибанова И. В. 

 

СВАРКА СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ 

Методические рекомендации по выполнению  
лабораторных работ 

 

 

 

 

 

 

 

 

МГАВТ 
Москва 
2020 

Г-82 

Грибанова И.В. Сварка судовых конструкций. Методические рекомендации. 
– М.: МГАВТ, 2019.- 25 стр. 

 В методических рекомендациях приведены основные сведения, указан порядок 
проведения и оформления лабораторных работ. 

Предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки 
26.03.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской 
инфраструктуры». 

 

Рецензент: Татаренков А. К. , доцент кафедры судостроения и судоремонта 
МГАВТ. 

Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом МГАВТ 

 

Рассмотрено и рекомендовано к использованию в учебном процессе на 
заседании кафедры СиСР 

 

Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать 
материалов несет автор и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы. 

 

 

 

 

 

 

©МГАВТ, 2020 

©Грибанова И.В., 2019 

 

Содержание. 

1. Лабораторная работа № 1. «Свойства сварочной дуги»......................................4 

2.  Лабораторная работа № 2. «Источники питания переменного тока  

(сварочные трансформаторы)»..............................................................................9 

3.  Лабораторная работа № 3. «Определение технологических характеристик  

сварочных электродов»...................................................................................13 

4.  Лабораторная работа № 4. «Характеристика механизированной сварки  

в среде защитных газов».........................................................................................17 

5.  Лабораторная работа № 5. «Экспериментальное определение и расчет 

 сварочных деформаций при изготовлении сварной тавровой балки»...............20 

6.  Литература.......................................................................................................24 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 
Тема: «Свойства сварочной дуги 

 

          1. Цель работы. 

Практическое 
ознакомление 
с 
электрической 
сварочной 
дугой 

постоянного и переменного тока. Определение влияния сварочной дуги на 

выбор источников питания. 

2. Основные сведения. 
Сварочной дугой называется мощный, устойчивый электрический разряд 

в газовой среде нормального давления, отличающийся высокой силой тока и 

низким катодным напряжением.  

Образование сварочной дуги начинается с процесса зажигания, т.е. 

короткого замыкания электрода со свариваемым металлом. При замыкании из
за микронеровностей  торца электрода и металла контакта между ними 

осуществляется в отдельных точках, которые при прохождении через них 

электрического тока разогреваются и расплавляются, образуя жидкую 

перемычку между металлом и электродом. При отводе электрода от 

поверхности металла на некоторую длину, жидкая перемычка в начале 

растягивается, а затем, в момент достижения температуры кипения металла, 

происходит её испарение и разрыв. Образовавшийся разрядный промежуток 

заполняется ионизированными частицами паров металла, электродного 

покрытия и газов. В результате, за доли секунды возникает сварочная дуга. 

Для поддержания горения сварочной дуги необходимо обеспечить постоянную 

ионизацию газов в духовом промежутке. Процесс ионизации газов в сварочной 

дуге протекает по двум основным разновидностям: 

1. Ионизация нагревом     

2. Ионизация соударением 

Ионизация нагревом (термическая ионизация) протекает при температуре 

свыше 2000°С и происходит за счет соударений частиц газа, имеющих 

большую кинетическую энергию. Термическую ионизацию может вызвать 

столкновение нейтральных частиц, а также столкновение нейтральных с 

заряженными частицами.  

Ионизация соударением происходит за счет движущихся с большой 

скоростью 
электронов, 
встречающихся 
с 
нейтральными 
атомами 
и 

выбивающими из них другие электроны, тем самым ионизируя их. 

Для ионизации соударением необходим поток быстродвижущихся 

электронов, источником которых является электронная катодная область 

сварной дуги. Вокруг потока электронов возникает собственное магнитное 

поле, которое чувствительно к окружающим внешним магнитным полям.  

Искажение собственного магнитного поля вызывает самой сварочной 

дуги. В практических условиях дуговой сварки стальных конструкций 

нарушение магнитного поля в зоне дуги может быть вызвано влиянием: 

наклона электрода; краевого эффекта (сварка вблизи кромки детали); наличие 

вблизи дуги ферромагнитной массы.  

Магнитное отдувание дуги наиболее сильно  проявляется при сварке 

постоянным током при прямой полярности. При сварке на обратной полярности 

интенсивность магнитного отдувания дуги ограничивается сопротивлением 

катодного пятна, стремящегося к наиболее нагретому участку сварочной ванны, 

и поэтому проявляется слабее. При сварке переменным током магнитное поле 

индуцирует вихревые токи, которые снижают отдувание дуги. Поэтому при 

сварке переменным током отдувание дуги не вызывает затруднений в процессе 

сварки. 
Однако 
при 
сварке 
переменным 
током 
больше 
происходит 

разбрызгивание металла и насыщение сварного шва кислородом воздуха.  

При сварке постоянным током отдувание дуги может быть существенно 

уменьшено, если: изменить наклон электрода; изменить место присоединения 

обратного провода; подложить стальную полосу под свариваемый стык в месте 

зазора; установить перед электродом соленоид для воздействия на дугу 

дополнительным полем. 

3. Содержание работы 

Для выполнения лабораторной работы студентам представлены: 

-Сварочный пост постоянного тока для ручной дуговой сварки, 

оборудованный амперметром и вольтметром; 

-Сварочный пост переменного тока для ручной дуговой сварки, 

оборудованный амперметром и вольтметром; 

-Два угольны или графитовых электрода диаметром (8-10) мм; 

-Стальные пластины толщиной (8-10) мм размером не менее 200х200 мм; 

-Стальной брусок массой (2-3) кг 

3.1 Изучение формы дуги и определение полярности электрода 

 

Рис. 1 - Вид сварочной дуги при неплавящемся электроде: 

а) постоянный ток, прямая полярность; б) постоянный ток, обратная 

полярность; в) переменный ток. 

 
Рис. 2 - Опыт В.Ф. Миткевича 
а) прямая полярность;б) обратная полярность. 

Опыты выполняются последовательно с дугой постоянного тока прямой 

полярности, постоянного тока обратной полярности, переменного тока. 

Сварочный ток устанавливается в пределах (150-200) А.  

Наблюдая дугу через защитное стекло, студенты определяют её 

полярность по признаку расширения дуги от катода к аноду. После этого, 

постепенно увеличивая длину дуги, доводят её до обрыва, фиксируя в таблице 1 

сварочный ток и напряжение.  

Таблица 1.  

электрод 
I, (A) 
U, (B) 
Род тока, 
полярность

Эскиз дуги P, (кВт) 

угольный

стальной

«-»  -  постоянный ток прямой полярности; 
«+»  -  постоянный ток обратной полярности. 

Опыт В. Ф. Миткевича 

Зажигается дуга постоянного тока на прямой полярности и производится 

перемещение электрода вдоль пластины с нарастающей скоростью. 

Изменяем полярность на обратную и зажигаем дугу. При обратной 

полярности дуга гаснет при небольших скоростях перемещения электрода, 

поскольку необходимоедля устойчивого горения катодное пятно расположено 

на неподвижном электроде (пластине) и перемещение его возможно при 

высокой температуре, что возможно на малых скоростях перемещения 

электрода.  

При обратной полярности форма дуги искажается, т.к. катодное пятно 

следует за электродом с запаздыванием (рис. 2). Опыт В. Ф. Миткевича 

подтверждает необходимость каждого пятна для зажигания и устойчивого 

горения дуги.  

Эксперименты 
выполняются 
с 
дугой 
постоянного 
тока 
прямой 

полярности, горящей между электродом и стальной пластиной.  

 Влияние 
места 
присоединения 
обратного 
провода. 
Дуга 

отклоняется в направлении противоположном расположению места 

присоединения 
обратного 
провода. 
Явление 
проявляется 
в 

нахождении дуги в радиусе до 0,5 м от места присоединения 

обратного провода, причем с приближением к нему дуги 

интенсивность отдувания резко возрастает 

 Влияние 
наклона 
электрода. 
При 
расположении 
электрода 

перпендикулярно поверхности пластины, магнитное поле в зоне 

горения дуги симметрично и дуга не отклоняется. С уменьшением 

угла α со стороны его создается концентрация магнитного поля, и 

дуга отклоняется в противоположную сторону тем сильнее, чем 

меньше угол α, а не горит по кратчайшему расстоянию между 

торцом электрода и деталью. Практически независимо всегда горит 

соответственно электроду. 

 Влияние магнитной массы. Проверяется постановкой на пластину 

стального бруска. Дуга, горящая у края бруска, отклоняется в 

сторону его ферромагнитной массы, создавшей со своей стороны 

разряжение магнитного поля.  

 Влияние краевого эффекта. С приближением дуги к кромке 

пластины, она всё более отклоняется в направлении от кромки к 

середине листа, что вызывается концентрацией магнитного поля у 

кромки. 

4. Содержание отчета 

В отчете по лабораторной работе должны быть приведены: формулировка 

проведения сварной дуги, оформление по результатам опытов в таблице 1, 

схема опытов В. Ф. Миткеевича, схемы опытов по магнитному отдуванию 

сварочной дуги, выводы о методах борьбы с магнитным отдуванием дуги.  

 

 

 

Лабораторная работа №2. 

Тема: «Источники питания переменного тока  

(сварочные трансформаторы)». 

1.Цель работы: 

Изучить 
конструкцию, 
электрическую 
схему 
и 
технические 

характеристики сварочного трансформатора ТДМ-503У2 с увеличенным 

магнитным потоком рассеивания, выполнить регулирование режима сварки и 

снять ряд внешних характеристик.  

2.Основные сведения 

В настоящее время наибольшее распространение получили сварочные 

трансформаторы ТДМ-500, СТШ-500 и др., они отличаются повышенным 

магнитным потоком рассеивания и падающей внешней характеристикой. 

Повышенный магнитный поток рассеивания создает в сварочной цепи большую 

индуктивность, 
которая 
способствует 
устойчивому 
горению 
дуги. 

Увеличиваемый магнитный поток рассеивания у сварочных трансформаторов 

достигается расположением вторичных обмоток на стержнях сердечника на 

расстоянии «а» от первичных обмоток (рис. 1а). У трансформаторов типа ТС
500 и ТД-500 регулирование осуществляется применением катушек первичной 

обмотки, т.е. изменением расстояния «а» соответственно повышается  

магнитный 
поток 
рассеивания, 
увеличивается 
крутизна 
падающей 

характеристики 
и 
уменьшается 
сварной 
поток. 
Перемещение 

катушекпервичной обмотки выполняется вручную с помощью ходового винта, 

проходящего через верхнее ярмо (рис. 1а). Рукоятка ходового винта выведена 

на катушку кожуха трансформатора.  

У трансформатора ТД-500 кроме плавного предусмотрено также 

ступенчатое регулирование диапазонов сварочного тока за счет различного 

подключения секционированных обмоток (рис. 2). Попарное параллельное 

соединение обмоток дает диапазон больших токов, а последовательное 

соединение – диапазон малых токов. При этом в диапазоне малыхтоков 

повышается напряжение холостого хода до 75В, против 60В в режиме больших 

токов. Это способствует повышению устойчивости горения дуги в режиме 

малых токов. Диапазоны тока включаются переключателем барабанного типа, 

рукоятка которого также выведена на крышку кожуха трансформатора. 

Напряжения холостого хода 
. 

Нагрузка (сварка). 

В процессе сварки напряжение на зажимах вторичной обмотки 
 можно 

считать равным напряжению дуги 
, если пренебречь падением напряжения в 

сварочной цепи, имеющем малую величину. Напряжение 
 представляет 

собой векторную разность между электродвижущей силой вторичной обмотки 

и падением напряжения в этой обмотке, которое складывается, из индуктивного 

и активного падения напряжения. Пренебрегая активным падением напряжения 

во вторичной обмотке ввиду его малой величины, имеем (рис. 1б): 

2=
; 
 
(1) 

где 
 – сила сварочного тока, А; 
 – индуктивное сопротивление вторичной 

обмотки трансформатора; Отсюда получим: 

;                                                                                                   (2) 

В формуле 2 при постоянной длине дуги числитель также является 

величиной постоянной. Величина сварочного тока  обратно пропорциональна 

индуктивному сопротивлению 
, зависимому в свою очередь от магнитного 

потока рассеивания.  

Короткое замыкание.  

При коротком замыкании 
. При этом падение напряжения во 

второй обмотке равно электродвижущей силе этой обмотки, а ток короткого 

замыкания из формулы 2 равен: 

;                                                                                                        (3) 

Техническая характеристика сварочного трансформатора ТДМ-503У2. 

1. Подводимое напряжение 

2. Напряжение холостого хода 

3. Номинальная мощность 

4. Пределы регулирования сварного тока 

5. Номинальный сварочный ток при ПН

6. Габаритные размеры, мм - 

7. Масса - 
кг 

Максимально допустимые величины сварочного тока 
 при различных 

значениях коэффициента продолжительности нагрузок ПН
 приведены в 

таблице 2: 

Таблица 2 

ПН
45
60
100

Максимально допустимые токи, , А
580
500
385

При этом продолжительность нагрузок ПН рассчитывается по формуле: 

ПН
; где 
 – продолжительность горения дуги; 
- 

продолжительность перерыва сварки.  

3. Содержание работы. 

3.1. Ознакомление с трансформатором ТДМ-503У2 
 
В 
сварочной 
лаборатории 
проводится 
предварительный 
осмотр 
трансформатора ТДМ -503У2. Изучается конструкция трансформатора, его 
электрическая схема, способ подключения трансформатора к электрической 
сети, способ включения, переключение диапазонов сварочного тока и плавного 
регулирования режимов сварки. 

3.2. Снятие внешних характеристик. 
В ходе лабораторной работы учащийся должен экспериментально снять 

характеристики сварочного трансформатора. 

Каждая внешняя статическая характеристика строится по трем точкам, 

соответствующим следующим видам нагрузки внешней цепи: 

-холостой ход (внешняя цепь разомкнута), 

- короткое замыкание (внешняя цепь замкнута), 

- сварочная дуга.