Характеристика процесса сварки

I₁=40d_э1; I₂=40d_э2; из этих значений сделаем расчёт:

I1=404=160 А ; I2=405=200 А; далее находим марку электрода: УОНИИ - 13/45, далее находим род и полярность тока: -I(-) постоянный ток обратной полярности.

Для моей конструкции используется марка электрода УОНИИ - 13/45.

Условное обозначение электрода:

Э42-УОНИИ-13/45-5,0-УД-2

Е-432 (5) - Б 1 0

Э - электрод,

42 - временное сопротивление в=42кг·с/мм,

Э42 - тип электрода,

УОНИИ - 13/45-марка электрода по ГОСТу,

5 - dэ = 5мм,

У - для сварки углеродистых сталей,

Д - толстое по пластичности обычный,

Е - состав электродного покрытия,

432(5) - условное табличное обозначение хими-ческого состава электродного (наплавленного) металла,

Б - основное покрытие,

1 - положение сварки (для сварки в любом пространственном положении),

0 - -I(-) постоянный ток обратной полярности.

Классификация электродов

Электроды, применяемые для сварки и наплавки, классифицируются по назначению (для сварки стали, чугуна, цветных металлов и для наплавочных работ) технологическим особенностям (для сварки в различных пространственных положениях, сварки с глубоким проплавлением и ванной сварки), виду и толщине покрытия, химическому составу стержня и покрытия, характеру шлака, механическим свойствам металла шва и способу нанесения покрытия (опресовкой или окунанием).

Основными требованиями для всех типов электродов являются: обеспечение стабильного горения дуги и хорошего формирования шва; получение металла сварного шва заданного химического состава; спокойное и равномерное расплавление электродного стержня и покрытия; минимальное разбрызгивание электродного металла и высокая производительность сварки; лёгкая отделимость шлака и достаточная прочность покрытий; сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течении определённого промежутка времени; минимальная токсичность при изготовлении и при сварке.

По назначению металлические электроды для РДС сталей и наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами, изготовляемые способом опресовки, подразделяются (ГОСТ 9466-75):

для сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм2 (600 МПа), с условным обозначением У;

для сварки легированных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 60кгс/мм2 (600 МПа) - Л;

для сварки легированных теплоустойчивых сталей - Т;

для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами - В;

для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами - Н.

По толщине покрытия электроды подразделяются на электроды с тонким, средним, толстым и особо толстым покрытиями.

По виду покрытия электроды подразделяются: с кислым покрытием А, с основным покрытием - Ц, с рутиловым покрытием - Р, с покрытием смешанного вида - с двойным обозначением, с прочими видами покрытий - П.

Рис.3. А) Заполнение шва по сечению, Б) Заполнение шва по длине.

Расчёт сварных швов на прочность:

При расчёте сварных швов на прочность нужно учитывать что стыковые швы работают на сжатие и растяжение, а угловые на срез.

Прочность углового шва на 30 меньше прочности стыкового.

Расчёт на прочность ведётся по формуле:

для углового шва:

Nр = 0,7RсвKLшв;

Rcв = 1810⁷ Н/м²;

К = 1610^-3м;

L_шв = d = 3.14219 = 688 мм;

Решение:

L_шв = 0,688+0,688 = 1,376 м;

N_р = 0,71810⁷1610^-31,376 = 2,810⁶ Н.

Дефекты сварных соединений.

Согласно ГОСТ 23055 - 78* для соединений, выполненных сваркой плавлением, возможно образование шести видов дефектов.

пористость шва: сферическая, канальная, цепь пор, группа пор, линейная (протяжённая).

шлаковые и металлические включения: разделяются на шлак компактный, шлак линейный, металлические включения, поверхностные включения.

несплавления: по кромкам и между слоями многослойного шва.

дефекты формы шва: чрезмерный провар корня (прожог, протёк), неровности (наплывы, вмятины и пр.), подрезы, несовпадения кромок и т.п.

Все эти дефекты ухудшают механические свойства сварных соединений и, следовательно, работоспособность конструкций. Часть из них, такие, как наружная пористость и наружные включения, прожоги, неплотность шва, подрезы, вмятины, недостаточные размеры швов и усилений, должна быть исправлена немедленно при обнаружении силами сварщика, допустившего дефект.

Наиболее опасны и недопустимы трещины всех видов, при обнаружении которых сварного соединения бракуется или же подлежит исправлению. Исправление возможно при наличии единичных трещин, а сварное соединение с множественными трещинами исправлению не подлежит. Для ликвидации единичной трещины предварительно засверливают металл на расстоянии примерно 30 - 50 мм от её концов, после чего делают разделку трещины, затем подогревают участку металла на её концах до температуры 100 - 150°С и одновременно заваривают подготовленную трещину.

Для моей конструкции используется:

Ультразвуковая дефектоскопия (УЗД) основана на использовании ультразвуковых колебаний (УЗК), которые представляют собой колебания упругой Среды со сверх-высокими частотами (более 20 кГц), не воспринимаемыми человеческим ухом. Ультразвуковые волны могут проникать в металл на большую глубину и отражаться от неметаллических включений и других дефектов. Для контроля применяют колебания частотой 0,5 - 10 Мгц. Введение этих колебаний осуществляют пьезоэлементами (пьезопреобразователями), которые состоят из пьезопластин толщиной, равной половине длины волны, излучаемой УЗК. Пьезоэлектрические материалы обладают способностью преобразовывать действие электрического поля в механические деформации и наоборот - действие механических деформаций в электрические заряды. Пластины изготавливают из пьезоэлектрической керамики или кварца и наклеивают на призмы из оргстекла, полистирола, капрона и других материалов, которые поглощают ультразвук и обеспечивают высокое затухание колебаний, что позволяет получать короткие зондирующие импульсы. Для приложения и съёма электрического поля на противоположных поверхностях пластины нанесени серебряные электроды. Пьезопреобразователь обладает свойством излучать УЗК в металл через контактирующую смазку (глицерин, солидол и т.п.) синхронно с приложенным высокочастотным током и воспринимать отражённые от дефектных мест обратные УЗК, преобразуя их в электрические импульсы, фиксируемые электронно - лучевой трубкой. Чаще всего применяют наклонный преобразователь, работающий по совмещённой схеме и служащий одновременно излучателем и приёмником УЗК. Применяются также раздельно совмещённый преобразователь, в котором одна пьезопластина служит излучателем УЗК, а другая приёмником. Примерная технология контроля приведена на рис. 4. Контроль, как правило, проводят с одной стороны соединения (для толщины до 50 мм), но с обеих сторон шва, как показано на рисунке. В настоящее время УЗК применяют всё более широко для проверки качества стыковых и угловых швов и даже стыков арматурной стали. Иногда для большей надёжности сомнительные места просвечивают.

Сварочный пост - это рабочее место сварщика.

Пост ручной дуговой сварки (РДС)

Стационарный сварочный пост комплектуется:

1. Система вентиляции,

2. освещение,

3. заземление,

4. источник питания сварочной дуги (ИПД),

5. сварочные кабели - прямой и обратный,

6. электрододержатель,

7. стол и стул сварщика,

8. стакан для электродов,

9. ёмкость для металлоотходов и огарков,

10. инструменты: (металлическая щётка, щётка смётка, напильник, молотки, линейка, угольник, чертилка, шаблон мел, ножовка, ножницы, зубило, молоток для шлака, клеймо).

11. сборочно-сварочные приспособления,

12. спецодежда,

13. маска (щиток),

14. медицинская аптечка,

15. средства пожаротушения.

Трёхфазная мостовая схема выпрямления

(рис 6,а) наиболее распространена в выпрямителях с падающей и жёсткой характеристиками. Схему применяют для работы в комплекте с наиболее простой конструкцией трёхфазных трансформаторов. На рис. 6,б показаны синусоиды каждой фазы, а рис 6,в - выпрямленный ток, который приобретает форму, показанную на рисунке.

Сварочными выпрямителями называют

электрические аппараты, преобразующие переменный ток трёхфазной сети в постоянный при помощи полупроводниковых приборов. Полупроводниковыми называют кристаллические вещества (например, легированные кристаллы кремния, германия и т.п), которые используют для изготовления полупроводниковых электрических приборов - диодов, тиристоров и транзисторов. Диод обладает свойством односторонней проводимости положительного тока (анода) и задержки отрицательного тока (катода). Аналогично диоду работает тиристор, который имеет управляющий электрод УЭ, через который подаётся электрический сигнал тиристору для открывания и пропуска тока. Его называют управляемым диодом. Свойство этих приборов пропускать ток в одном направлении и закрывать проход тока в другом аналогично свойству вентилей открывать и закрывать прохождение воды или газа, поэтому их называют полупроводниковыми вентилями. Третий прибор - транзистор обладает свойством усиления тока, напряжения и мощности.

Сварочные выпрямители имеют значительные преимущества по сравнению со сварочными преобразователями. Они повышают стабильность дуги и уменьшают разбрызгивание при сварке. КПД выпрямителей значительно выше, а потери холостого хода ниже, чем у преобразователей. Пределы регулирования сварочного тока и напряжения расширены, увеличена возможность автоматизации сварочного процесса. Выпрямители имеют меньшую массу и габариты, что упрощает их размещение на строительной площадке и в цехах. Наибольшее количество выпрямителей выпускается с питанием от трёхфазной сети с применением трёхфазных и шестифазных схем выпрямления.

Пульсация его становится шестифазной с частотой 300 Гц. Выпрямленный ток имеет жёсткую внешнюю характеристику. При увеличении индуктивного сопротивления характеристика получается падающей.

Техническое обслуживание и эксплуатацию выпрямителей следует производить только после тщательного изучения паспортов, входящих в комплект их поставки, в которых содержатся сведения об устройстве выпрямителей, порядке работы, правилах безопасности, правилах проверки (измерения) характеристик и т.п.

Перед началом эксплуатации выпрямитель должен быть очищен от пыли и проверен в соответствии с паспортной инструкцией. Затем необходимо заземлить корпус выпрямителя и зажим вторичной цепи, идущей к изделию, и после устранения всех неисправностей можно включить выпрямитель в сеть и проверить работу вентилятора. Установку, подключения к сети и регулировку выпрямителя может выполнять только квалифицированный электро-монтажник, имеющий группу по электробезопасности не ниже третьей. Работа по сварке может быть поручена только электросварщику, прошедшему обучение по работе с выпрямителем и имеющему удостоверение на право производства работ, а также группу по электробезопасности не ниже второй.

Выпрямитель необходимо предохранять от атмосферных осадков, сырости, пыли и грязи. Установка его на строительной площадке допускается только в специальном передвижном машинном помещении. В цехе он должен быть установлен в специально отведённом месте и отгорожен от посторонних лиц, а также от возможных ударов при передвижении конструкций. При эксплуатации необходимо очищать выпрямитель раз в три месяца от пыли и грязи, продувая сжатым воздухом, и заполнять тугоплавкой смазкой трущиеся поверхности, а также проверять исправность контактов, вентилятора, тепловой защиты и других деталей.

В процессе работы могут возникнуть следующие неисправности, характерные для всех выпрямителей:

выпрямитель не даёт напряжения, причинами этого могут быть неисправность ветрового реле, неправильная работа вентилятора (засасывание воздуха не со стороны жалюзи), выход из строя одного или нескольких вентилей выпрямительного блока;

электродвигатель вентилятора не работает. Причиной этому может быть обрыв цепи питания или выход из строя предохранителя сети.

Трёхфазная мостовая схема выпрямления применена для однопостовых выпрямителей с падающей характеристикой ВД - 306 на токи 200, 315 и 400 А. Они изготавливаются с механическим трансформаторным регулированием и благодаря простоте конструкции, надёжности и лёгкости обслуживания широко применяются на стройках. Изменение диапазонов в этих выпрямителях обеспечивается переключением первичных, а также вторичных обмоток трансформаторов с “треугольника” на “звезду”. Плавное регулирование в пределах диапазона осуществляется путём перемещения катушек вторичной обмотки ходовым винтом. Выпрямительный мост состоит из шести кремниевых вентилей В200. Вентиляция для охлаждения вентилей - воздушная, принудительная. Нормальная работа вентиляции контролируется ветровым реле. Выпрямитель ВД-306 имеет защиту при аварийных ситуациях путём отключения аппарата от сети. Структурная схема и внешние характеристики выпрямителей типа ВД даны на рис. 7.

Инструменты и принадлежности электросварщика.

К инструментам и принадлежностям электросварщика относятся электрододержатель, щиток или маска, специальный молоток с зубилом, стальная щётка, металлические клейма для маркировки сварных швов и ящик или сумка для хранения и переноски электродов и инструмента.

Электрододержатель - один из основных инструментов электросварщика, от которого во многом зависят производительность и безопасные условия труда. Электрододержатель должен удовлетворять следующим требованиям: быть лёгким (не более 0,5 кг) и удобным в обращении; иметь надёжную изоляцию; не нагреваться при работе и обеспечивать наиболее полное расплавление электрода; обеспечивать быстрое и надёжное закрепление электрода в удобном для сварки положении; его зажимное устройство должно действовать без больших усилий как при закрепление электрода, так и при его смене; присоединение сварочного провода к стержню держателя должно быть прочным и обеспечивать надёжный контакт. Для ручной дуговой сварки существует несколько типов электрододержателей. В некоторых из них для безопасной работы сварщика предусмотрено либо ручное, либо автоматическое отключение тока в момент прекращения процесса сварки. Один из таких электрододержателей показан на рисунке 8.

При ввинчивании стержня 9 в трубку до соприкосновения его с контактом, электрическая цепь от провода до цилиндрического контакта 4 замыкается. При одном-двух поворотах цилиндрической рукоятки стержень 6 вывинчивается из трубки 3 и образует зазор между ним и контактом 10, в результате чего электрическая цепь размыкается.

Щитки и маски (рис.9) применяются для предохранения глаз и кожи лица сварщика от вредного влияния ультрафиолетовых лучей и брызг расплавленного металла. Их изготовляют из лёгкого токонепроводящего материала (фибра, спецфанера). Масса щитка или маски не должна превышать 0,6 кг. За процессом сварки наблюдают через специальные стёкла. Тёмные стёкла - светофильтры марки Э-1 применяют при величине тока до 70А, Э-2 - при величине тока до 200А, Э-3 - при величине тока 400А и Э-4 - при величине тока больше 400А. Для предохранения от брызг металла светофильтры марки ТС-3 закрывают прозрачным стеклом. Для работы в монтажных условиях лучше применять каску-маску, которая также надёжно защищает голову и удобна в эксплуатации как в летнее, так и зимнее время.

Сварочные провода. Ток от силовой сети подводится к сварочным аппаратам по проводам марки КРПТ. От сварочных аппаратов к рабочим местам сварочный ток поступает по гибкому проводу марки ПРГ, АПР, или ПРГД с резиновой изоляцией. К электрододержателю должен быть подключен гибкий медный провод марки ПРГД длиной не менее 3 м.

В таблице 2 приведены данные по выбору сечения гибких сварочных проводов. Длина проводов от сварочных аппаратов к рабочему месту не должна быть более 30-

40м, так как при большей длине проводов напряжение в них значительно упадёт, что приведёт к уменьшению напряжения дуги. Для соединения сварочных проводов применяют специальные муфты (рис.10).

Сечение сварочного кабеля, присоединяющего источник питания к электрододержателю, подбирают в зависимости от наибольшей величины сварочного тока: при токе до 240А - 25 мм²; до 300А - 35 мм², до 400А - 50 мм², до 500А - 70 мм². Гибкий (медный) кабель используют на напряжение до 220 В. В случае использования негибкого кабеля конец его, подсоединяемый к электрододержателю, длиной не менее 1,5-3м должен быть обязательно гибким. Общая длина сварочного кабеля должна быть не более 30-40м, так как при более длинном кабеле ухудшается процесс сварки из-за падения напряжения в сварочной цепи.

Для подсоединения сварочного кабеля к источнику питания используют специальный концевой соединитель заводского изготовления или приваренную к кабелю клемму. Сращивание коротких кусков кабеля осуществляют соединителями заводского изготовления (рис.10) МС-2, предназначенными для соединения кабелей сечением 35, 50 и 70 мм². Соединитель МС-2 состоит из двух частей, которые соединяются вставками и закрепляются поворотом одной из частей. Разъединение совершается аналогично закреплению поворотом в обратную сторону. Перед соединением к каждой половине соединителя прикрепляется сварочный кабель путём заклинивания жил его оголённой части между корпусом гайки, вставками и конусом. Соединитель покрыт резиновой изоляцией. Существуют другие типы соединителей, имеющих конструктивные особенности, принципиально не отличающиеся от МС-2.

Вспомогательный инструмент - в процессе работы сварщик пользуется инструментами для зачистки кромок от ржавчины и других загрязнений, а также для вырубки дефектов и зачистки швов от шлака. Для этого применяют металлическую проволочную щётку, зубило, молоток, комбинированное зубило с рукояткой, имеющее один заострённый конец, а другой конец в виде обычного зубила. Такая форма зубила удобна для очистки от шлака отдельных слоёв многослойного шва. Иногда применяют комбинированное зубило-щётку, но оно менее удобно, так как не имеет заострённого конца. У сварщика должно быть личное клеймо для клеймения выполненных швов.

Для измерения разделки кромок, зазора между стыками и сварных швов используют набор шаблонов ШС-2. Шаблоны позволяют контролировать угол скоса кромок, размер притупления, качество сборки под сварку, размер деплонации (превышение одной кромки над другой) стыковых швов и величину зазора в стыковых и тавровых соединениях. В готовых сварных швах могут быть проверены высота выпуклости стыкового и углового шва, ширина шва, величина катета углового шва.

Для работы сварщику необходимо иметь набор инструментов, включающий инструмент для зачистки (проволочную щётку, зубило, молоток), разводной ключ, шаблоны и д.р. Имеются наборы инструмента ЭНИ-300, КИ-315 и КИ-500, куда входят кроме перечисленного инструмента электрододержатель, приспособления для соединения кусков сварочного кабеля и для заземления, пассатижи и другие инструменты и приспособления. Весь этот комплект размещён в инструментальном ящике с ручкой и переносится по мере необходимости с одного поста на другой. Такой комплект каждому сварщику желательно иметь, однако есть инструменты, без которых сварщик вообще не должен работать: стальная проволочная щётка, зубило, молоток, зубило с рукояткой, имеющие один заострённый конец и другой, заточенный как зубило, пассатижи.

Спецодежда электросварщика. Спецодежда (куртка и брюки или комбинезон, а также рукавицы) изготовляются из плотного брезента, сукна, асбестовой ткани и других материалов. Спецодежда выдаётся бесплатно в соответствии с нормами и сроками носки. Брюки носят навыпуск, а куртку - не заправляют в брюки. Чтобы избежать попадания расплавленного металла, карманы куртки должны закрываться клапанами, куртка должна застёгиваться на все пуговицы. В резиновой спецодежде, обуви и перчатках, за исключением особенно сложных условий, работать нельзя, так как брызги металла прожигают резину. Головной убор должен быть без козырька, а обувь - на резиновой подошве. В холодное время года разрешается надевать валенки.

Повышение производительности ручной дуговой сварки является весьма актуальной задачей в связи с тем, что в промышленности, строительстве и других отраслях народного хозяйства ручной сваркой занимаются ещё десятки тысяч рабочих - электросварщиков.

К чисто организационным мероприятиям повышения производительности труда сварщиков относятся: своевременное обеспечение сварщиков исправным, подключённым к сети сварочным оборудованием, сварочными материалами (электродами, защитным газом), сварочным инструментом, шлангами, кабелем, спецодеждой, средствами индивидуальной защиты; предоставление сварщику оборудованного рабочего места и обеспечение безопасных подходов к нему; своевременное предоставление сварщику подготовленных для сварки деталей, конструкций и технологической документации (инструктивных указаний) по технологии сварки; обеспечение сварщика необходимыми производственно - бытовыми условиями.

К организационно - техническим мероприятиям относятся: своевременное и быстрое обслуживание сварщика квалифицированным электромонтером для подключения оборудования и устранения неисправностей; обеспечение наиболее рациональным инструментом (электрододержателем, инструментом для зачистки швов и др.); обеспечение приспособлениями для быстрого поворота изделий или их кантовки; изготовление наиболее эффективных конструкций с минимальным количеством наплавленного металла в готовом изделии. Чёткое выполнение организационных и организационно - технических мероприятий наряду с внедрением прогрес-сивных форм организации труда (бригадный подряд, внедрение оплаты с учётом КТУ и др.) обеспечит повышение производительности труда не менее чем на 15 - 20.

Большое значения имеют технические мероприятия, внедрение которых в последнее время замедлилось из-за отсутствия инициативы и стремления к их осуществлению, неправильной организации труда.

Важным техническим мероприятием является внедрение электродов с повышенным коэффициентом наплавки н. Нам известно что масса наплавленного металла Мн, кг, зависит от н и Iсв

Мн = н·Iсв·t0,

где t0 = время горения дуги.

У применяемых электродов н = 8-9 г/(Ач). Между тем уже давно созданы электроды АНО-1 с н = 15 г/(Ач), ОЗС-3 - 15 г/(Ач), ЗРС-1 - 14 г/(Ач) и др. Их изготовление несколько затруднено ввиду наличия в покрытии железного порошка, однако эти трудности безусловно окупятся резким повышением производительности труда сварщиков примерно на 30 - 40.

Ещё в пятидесятые годы широко применялась сварка способом опирания (рис.11) (погружённой дугой, ультракороткой дугой - УКД). При сварке этим способом электрод опирался на деталь чехольчиком покрытия и затем под лёгким нажимом сварщика самостоятельно плавился полузакрытой дугой, наплавляя валик металла в стыковое или угловое соединение. Электроды для этой сварки применялись с повышенной толщиной покрытия (отношение D/d1,8), сила сварочного тока допускалась на 20 - 40 выше обычной по формуле Iсв = (60-70)dэ. В результате возрастала скорость сварки и увеличивалась глубина провара, разбрызгивание было минимальным. Этот способ успешно применялся, особенно для сварки однопроходных угловых и стыковых швов.