История развития полуавтоматической сварки

Курсовая работа

История Развития полуавтоматической сварки

План

Введение

1 Пост сварки

2 Сварочные материалы

3 Оборудование для сварки

4 Технология сварки

5 Деформации при сварке , причины способы предотвращения

6 Виды дефектов сварочных швов контроль качества

7 Техника безопасности при сварке

Введение

Развитие полуавтоматической сварки происходило в несколько этапов по мере появления новых разработок в области сварочных источников. Самым первым источником был выпрямитель (трансформатор+диодная сборка). Данный источник используется и в настоящее время. Следующим шагом в развитии источников для полуавтоматической сварки стал так называемый тиристор (трансформатор+управляемый диод). Самой последней разработкой в области сварочных источников является инвертор (импульсный источник).

Развитие получают и использующиеся в полуавтоматической сварке защитные газы. Первым из них был (используется и в настоящее время) углекислый газ. В настоящее время в качестве защитного газа используются двух- и трехкомпонентные газы.

Метод полуавтоматической сварки позволяет качественно и быстро сваривать изделия из большого спектра металлов и их сплавов в различных отраслях промышленности от пищевой до космической.

Первоначально шланговые полуавтоматы предназначались для сварки открытой дугой голой электродной проволокой диаметром 4-5 мм. Работа велась на малых сварочных токах. Вследствие значительного диаметра проволоки шланг был тяжелым, недостаточно гибким, неудобным в работе. Малые токи не позво-ляли значительно повысить производительность сварки по сравнению с ручной сваркой, поэтому шланговые полуавтоматы, хотя и были известны, не находили применения.

Созданию практически пригодного шлангового полуавтомата способствовал переход к способу сварки под флюсом электродной проволокой малых диаметров, не превышающих 2-2,5 мм. Применение флюса позволило увеличить сварочный ток, что улучшило устойчивость дуги и резко повысило производительность сварки. С уменьшением диаметра проволоки снизился вес шланга и увеличилась его гибкость. Схема установки для шланговой полуавтоматической сварки типа ПШ-5, разработанной в Институте электросварки им. Е. О. Патона, показана на рисунке выше.

Электродная проволока диаметром 1,6-2 мм, смотанная в бухту, находящуюся в коробке или кассете 1, проталкивается подающим механизмом 2 через гибкий шланг 3 в держатель 4, находящийся в руке сварщика. Сварочный ток подводится к держателю через гибкий шланг от сварочного трансформатора 5 с дроссельной катушкой. Включающая аппаратура и электроизмерительные приборы смонтированы в аппаратном ящике 6.

Подающий механизм работает по принципу постоянной скорости подачи электродной проволоки.

Подача производится асинхронным электродвигателем переменного трехфазного тока мощностью 0,1 кет через червячную и две цилиндрические пары зубчатых колес. Скорость подачи проволоки изменяется перестановкой зубчатых колес в пределах 80-600 м/ч. Через гибкий шланг сварочный ток подводится к держателю и электродная проволока подается в зону дуги.

Для пропуска электродной проволоки внутри специального гибкого шланга находится гибкая стальная проволочная спираль, отделенная от токоведущей части шланга сдоем изоляции. Поверх спирали расположены гибкие медные провода, по которым поступает сварочный ток. В провода заложены два изолированных проводника для цепи управления. Токоведущая часть защищена хлопчатобумажной оплеткой и прочной резиновой изоляцией 6. Нормальная длина шланга 3,5 м. Шланг заканчивается держателем-наконечником. На держателе смонтирована воронка-бункер для флюса и кнопка для включения механизма полуавтомата и сварочного тока. Электродная проволока, пройдя гибкий шланг, поступает в наконечник и направляется в зону дуги.

Сварочный ток по проводникам гибкого шланга поступает в держатель и по трущемуся о металл мундштука концу электродной проволоки направляется в зону дуги. Универсальный держатель ДШ-5 к шланговому полуавтомату (рис.) состоит из изолированного от других частей криволинейного трубчатого мундштука 1, воронки для флюса 2 с заслонкой 3 и ручки 4, внутри которой смонтированы пусковая кнопка и присоединение шланга к держателю. Опорный костыль 5 или специальная насадка фиксируют расстояниемежду мундштуком и изделием и позволяют копировать конфигурацию шва. Существует целый набор специальных держателей к полуавтомату для сварки в труднодоступных местах, обварки труб и фланцев и пр. Флюс для сварки засыпается вручную в воронку держателя.

Сварка полуавтоматом нормально производится на переменном токе, но иногда и на постоянном токе, например при работе в полевых условиях, при сварке тонкого металла и т. п. Полуавтомат рассчитан на проволоку диаметром 2 мм, ток 200-650 а и скорость сварки (перемещение дуги по шву) 15-40 м/ч. Может применяться проволока диаметром 1,6 мм при токах 150-450 а и проволока диаметром 1,2 мм при токах 100-170 А. Несмотря на сравнительно малые сварочные токи, при шланговой полуавтоматической сварке получается глубокое расплавление основного металла (до 10- 12 мм), что обеспечивает возможность сварки металла не только малых, но и больших толщин. Значительная глубина расплавления объясняется большой плотностью тока.

Шланговые полуавтоматы часто оказываются выгоднее автоматической и ручной сварки. Они пригодны для сварки металла толщиной от 2-3 мм до самых больших толщин, встречающихся на практике, для сварки всех видов стыковых швов - одно- и двусторонних, со скосом и без скоса кромок, угловых швов в тавровом и нахлесточном соединениях, а также и прорезных швов. Шланговыми полуавтоматами можно выполнять не только сплошные, но и прерывистые швы; они успешно применяются как в заводских, так и в полевых условиях на открытом воздухе, например при сварке стыков трубопроводов, при сооружении строительных металлоконструкций, каркасов высотных зданий и т. д.

Различие между автоматами и шланговыми полуавтоматами довольно условно. Установив неподвижно держатель полуавтомата и перемещая под ним изделие прямолинейно или вращая его, получают дуговой автомат. Существуют шланговые автоматы; в них проволока из шланга поступает не в ручной держатель, а в компактную самоходную сварочную головку, перемещающуюся по линии сварки.

1 Пост Сварки

В состав сварочного оборудования входят источник сварочного тока и сварочный аппарат. Составные части сварочного оборудования и их функции определяются уровнем механизации и автоматизации процесса, параметрами режима сварки, необходимостью их установки и регулировки в режиме наладки и сварки. Основными параметрами автоматизированной дуговой сварки плавящимся электродом в СО2, Аг, Не и смесях газов (MAG, MIG) являются :

1. Сварочный ток lc (~40.,.600 А);

2. Напряжение сварки Uc(~16...4O В);

3. Скорость сварки Vc (~4...2О мм/с), (-14.4...72 м/ч);

4. Диаметр электродной проволоки dn (~0.8...2.5 мм);

5. Длина вылета электродной проволоки Lв (~8...25 мм);

6. Скорость подачи электродной проволоки Vп (~35...25О мм/с), (-126...960 м/ч);

7. Расход защитного газа qг (~3...60 л/мин).

Принцип дуговой сварки в защитных газах определяет основные функции оборудования: - подвод к дуге электрической энергии и её регулирование (lc, Uc);

- перемещение горелки со скоростью сварки (Vc) и её регулирование;

- подача электродной проволоки (Vn) в зону сварки и регулирование её скорости;

- подача защитного газа (qг) в зону сварки и регулирование его расхода;

- установка вылета электродной проволоки (Ц) и корректирующие перемещения горелки;

- возбуждение дуги и заварка кратера;

- автоматическое слежение по линии сварки и др.

При пуске сварочного аппарата схема управления должна обеспечивать такую после довательность включения частей и механизмов оборудования:

1) подачу защитного газа (q г ), предварительную продувку системы подачи газа;

2) включение источника питания дуги (U);

3) подачу электродной проволоки (Vэ п);

4) возбуждение дуги ( l c, U c);

5) перемещение аппарата со скоростью сварки (Vc), тoесть:

qг ->U->Vп->lcUc->Vc.

При окончании сварки последовательность выключения механизмов должна обеспечи вать заварку кратера и защиту остывающего шва:

Vc->Vn->lc->Uc->U->qг

Сварка в защитных газах плавящимся электродом выполняется как в производственном помещении на специально оборудованных рабочих местах (сварочный пост, установка, станок, РТК) так и вне его (строительная площадка, трасса трубопровода и др.). Сварочные посты имеют местную вентиляцию и ограждены щитами или экранами для защиты окружающих от излучения дуги и брызг электродного металла. По назначению сварочное оборудование разделяют на универсальное, специальное и специализированное. Рассмотрим кратко принципы компоновки универсального сварочного оборудования общего назначения, которое выпускается серийно.

Установка для механизированной дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах обычно включает:

- источник постоянного тока (выпрямитель);

- механизм подачи электродной проволоки с кассетой для проволоки;

- комплект специальных гибких шлангов с горелкой;

- встроенный в источник блок управления или отдельный шкаф управления;

- систему подачи защитного газа (баллон, подогреватель газа (для СО2), газовый редуктор, смеситель газов, газовые шланги, электроклапан);

- кабели цепей управления;

- сварочные кабели с зажимами;

- приспособление для сборки и кантовки сварного узла (механическое оборудование).

Компоновка установки без механического оборудования, которую традиционно называют сварочным полуавтоматом, показанана (рис. 6).

Установка для дуговой механизированной сварки в СО2: 1 - изделие; 2 - кнопка "Пуск"-"Стоп"; 3 - горелка; 4 - гибкий шланг; 5 - механизм подачи электродной проволоки; 6 - пульт управления; 7 - катушка; 8 - кабель цепей управления; 9 - блок управления по луавтоматом; 10 - шланг для подачи защитного газа; 11 - газовый редуктор; 12 - подогреватель СО2; 13 - баллон с СО2; 14 - сварочный выпрямитель.Сварочные полуавтоматы находят самое широкое применение, имеют различное на значение и конструктивное исполнение. Основным исполнением полуавтоматов является по способу защиты зоны дуги: -для сварки в активных газах (Г); -для сварки в инертных газах (И); -для сварки в активных и инертных газах (У); -для сварки открытой дугой (О); -для сварки под флюсом (Ф). Различают три основные системы подачи электродной проволоки: толкающего, тянуще-толкающего и тянущего типов. Наиболее распространенной является система подачи толкающего типа, которая ограничивает длину шланга (до 3 м), но отличается простотой и небольшой массой горелки. Другие системы позволяют увеличить длину шлангов до 10-20 м и использовать тонкую проволоку диаметром меньше 1 мм, но механизм подачи в горелке увеличивает её массу. Регулировка скорости подачи проволоки чаще применяется плавная, но возможна плавно-ступенчатая и ступенчатая. В случае порошковой проволоки применяют две пары подающих роликов, чтобы предупредить её сплющивание. По радиусу рабочей зоны различают полуавтоматы стационарные (механизм подачи закрепляется на источнике сварочного тока, радиус определяется длиной шланга), пере движные (механизм подачи можно перемещать относительно источника до 10 м) и перенос ные (ранцевые с длиной кабелей до 40-50 м). Токоподвод (наконечник) является сменной быстро изнашиваемой деталью. От надеж ности контакта в нем зависит стабильность процесса сварки. К сменным деталям также относится сопло, которое нагревается от излучения дуги и забрызгивается.

Установки для автоматизированной дуговой сварки плавящимся электродом в за щитных газах СО2, Аг, Не и смесях (MAG, MIG) общего назначения обычно включают: - источник постоянного или импульсного тока; - сварочный аппарат (трактор, подвесную или самоходную головку) с механизмами подачи электродной проволоки, перемещения сварочного аппарата со скоростью сварки и подъё ма-опускания горелки; - катушку или кассету со сварочной проволокой; - горелку с механизмом наклона и корректирующих перемещения её по высоте и поперек шва; - пульт управления на сварочном аппарате; - блок управления, встроенный в сварочный аппарат или размещенный отдельно шкаф управления; - систему подачи защитного газа; - система охлаждения водой.

"Инструкция по эксплуатации сварочных полуавтоматов для электросварщиков. " Сварочные материалыПри MIG/MAG-сварке используют защитные газы и электродные проволоки. В табл. 2 приведены типы газов по классификации МИС.

Как видно из таблицы, применяются чистые газы инертные и активные, смеси газов в различных сочетаниях: инертные + инертные, инертные + активные и активные + активные. Водород при сварке плавящимся электродом не применяется из-за высокого разбрызгива ния. Активный газ двуокись углерода регламентируется по ГОСТ 8050-85, кислород газообразный по стандарту ГОСТ 5583-78.

Применяется метод расчета расхода защитного газа Нг в литрах или кубических метрах на 1 м шва определяется в основном для малого производства по следующей формуле:

Нг = (Нуг х Т + Ндг)

где Нг -- удельный расход защитного газа, приведенный в табл. 3, м3/с (л/мин); Т -- основное время сварки n-го прохода, с (мин); Ндг -- дополнительный расход защитного газа на выполнение подготовительно-заключительных операций при сварке n-го прохода.

По ГОСТ 2246-70 предусматривается изготовление 75 марок сварочных проволок, в том числе и для сварки в защитных газах. Средне- и сильноокислительные газы группы М2 и МЗ (Аг + СО2, Аг + О2, Аг + СО2 + О) и С (СО, СО2 + О2) применяются в сочетании с проволо ками, содержащими раскислители Mn, Si, Al, Ti и др. (например СВ-08Г2С, СВ-08ГСМТ, СВ-08ХГ2С). Более точные рекомендации по выбору электродных проволок целесообразно да вать при изучении сварки конкретных групп конструкционных материалов. Порошковые проволоки применяются для сварки без защиты и с дополнительной за щитой зоны сварки углекислым газом (самозащитные и газозащитные проволоки). По типу сердечника порошковые проволоки можно разделить на:

1) самозащитные: рутил-органические, карбонатно-флюоритные, флюоритные;

2) газозащитные: рутиловые, рутил-флюоритные. Применение порошковых проволок вместо сплошных позволяет легировать шов в ши роких пределах и повышать стойкость его против пор и горячих трещин, обеспечивать за данные механические свойства. Кроме того, наличие шлака снижает разбрызгивание, набрызгивание и улучшает форму шва.

2 Сварочные материалы

Сварочные электроды

Сварочный электрод - изделие из электропроводного материала, служащее для подведения электрического тока к месту сварки. Различают плавящиеся и неплавящиеся электроды.

К плавящимся электродам относятся сварочные проволоки, прутки, пластины и ленты сплошного сечения, порошковые проволоки и ленты, а также, покрытые и комбинированные электроды (плавящиеся мундштуки).

В зависимости от назначения плавящиеся электроды могут быть изготовлены из стали, алюминия, титана, меди или других металлов и сплавов.

Плавящиеся электроды одновременно служат для введения присадочного металла при сварке плавлением. Применяя плавящиеся электроды соответствующего химического состава, можно изменять в желаемом направлении состав металла шва, легировать его нужными элементами, снижать содержание вредных примесей.

При сварке плавящимся электродом образуется сварной шов, который получается за счет основного металла и металла электрода.

К неплавящимся электродам относятся электродные стержни и электроды для контактной электросварки - угольные, графитовые и вольфрамовые. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка.

Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенной на его поверхность обмазкой. Для покрытия электрода используют смесь веществ, которые усиливают ионизацию атмосферы сварочной дуги, защищают от вредного воздействия среды и служат для металлургической обработки сварочной ванны. Защита металла от воздействия атмосферных газов осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия (обмазки).

Сварочные проволоки

Порошковые проволоки и ленты состоят из металлической оболочки, заполненной порошкообразными веществами - газообразующими и шлакообразующими материалами, ферросплавами и металлами.

Стальная сварочная проволока, предназначенная для сварки и наплавки. Она классифицируется по группам и маркам стали. Выделяют три группы сварочной проволоки: низкоуглеродистую - 6 марок, легированную - 30 марок и высоколегированную - 39 марок.

Стальная омедненная проволока предназначена для полуавтоматической сварки в среде защитных газов (углекислота или смеси аргона).

Сварочные флюсы

Сварочные флюсы - неметаллические материалы, которые при различных способах сварки осуществляют разные функции:

при электрической сварке плавлением, обеспечивают надежную защиту зоны сварки от атмосферных газов, создают условия устойчивого горения дуги, обеспечивают хорошее формирование шва

при дуговой сварке защищают дугу и сварочную ванну от воздействия окружающей среды, предупреждают разбрызгивание металла, осуществляют физико-химическую обработку металла сварочной ванны

при электрошлаковой сварке образуют электропроводный расплав с заданными технологическими свойствами

при газовой сварке очищают поверхность металла

Швы получаются плотными и несклонными к кристаллизационным трещинам. После остывания шва шлаковая корка легко удаляется. Флюсы обеспечивают наименьшее выделение пыли и газов вредных для здоровья сварщика.

При сварке под флюсом состав флюса полностью определяет состав шлака и атмосферу дуги. Взаимодействие жидкого шлака с расплавленным металлом оказывает существенное влияние на химический состав, структуру и свойства наплавленного металла.

Сварка под слоем флюса применяется для соединения средних и больших толщин металла на полуавтоматах и автоматах. Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от воздействия атмосферных газов и значительно улучшает качество металла шва.

При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновременно подаются в зону горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного металла, электродная проволока и часть флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса, расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак.

Для дуговой электросварки и электрошлакового переплава применяются гранулированные зернистые флюсы, для газовой сварки - флюсы в виде порошка или пасты.

3 Оборудование для сварки

Полуавтоматическая сварка широко применяется когда приходится сваривать изделия с криволинейными швами, швами небольшой протяженности. Полуавтоматическую сварку применяют в серийном и мелкосерийном производстве. Автоматическую сварку применяют при массовом и серийном производстве изделий с достаточно длинными, прямолинейными и круговыми швами.Для полуавтоматической сварки под флюсом используют шланговый полуавтомат типа ПШ-5 с универсальным держателем ДШ-6. Полуавтоматической сваркой металл толщиной 2--30 мм, а иногда и более сваривают со скосом или без скоса кромок, одно- и двусторонними стыковыми, одно- или многопроходными угловыми швами. Полуавтоматической сваркой можно осуществлять сварку прорезных швов, швов в нахлесточных соединениях со сквозным проплавлением верхнего листа и электрозаклепок.

Как правило, для полуавтоматической сварки используют переменный ток, но процесс возможен и на постоянном токе. Перед началом сварки открывают заслонку флюсового бункера и место сварки засыпают флюсом. Дугу возбуждают при включении подачи электрода или при включенной подаче электрода и засыпанном флюсе скользящим движением электрода по поверхности кромок. При последующих возбуждениях дуги с конца электрода следует сбивать застывший шлак. В процессе полуавтоматической сварки держатель перемещается вдоль шва сварщиком вручную. Держатель может перемещаться на весу или опираться специальным костылем на изделие.Небольшие изменения расстояния от держателя до поверхности изделия не нарушают процесса полуавтоматической сварки и незначительно влияют на форму и размеры шва. Однако для получения качественных швов требуются практические навыки для точного направления электрода по оси шва и поддержания требуемой скорости перемещения держателя. Невозможность наблюдения за формированием шва -- существенный недостаток этого способа полуавтоматической сварки. При сварке угловых швов держатель упирается в угол стыка свариваемых элементов копирующей насадкой. Сварку стыковых швов ведут на себя или сбоку. Сочетание перемещения держателя вдоль оси шва с поперечными колебаниями позволяет получить уширенные швы, что важно при сварке стыковых швов с повышенными зазорами. Точность сборки кромок под сварку и приемы удержания расплавленного металла от вытекания в зазор между кромками те же, что при автоматической сварке. Удобно использовать полуавтоматическую сварку для сварки прерывистых швов.

В состав полуавтомата входят: механизм подачи проволоки, блок управления, комплект сварочных горелок, источник сварочного тока, газовая аппаратура, соединительные провода и шланги. Некоторые полуавтоматы комплектуются автономными системами водяного охлаждения и дымоотсасывающими устройствами.

В механизм подачи проволоки входят: двигатель с редуктором, роликовое устройство, кассета с тормозным устройством. На некоторых механизмах подачи размещают блок управления или отдельные элементы системы управления полуавтомата. Механизм подачи проволоки диаметром 0,8--1,4 мм рассчитывается из условия получения проталкивающего усилия 100 Н, механизмы для проволок диаметром 1,6--3,5 мм рассчитываются на усилие 200 Н. В большинстве полуавтоматов отечественного и зарубежного производства применяются двигатели мощностью 40--180 Вт.

Роликовые устройства для подачи электродной проволоки наиболее часто содержат один приводной и один прижимной ролик. Для стальной проволоки диаметром 1,6--2,5 мм, а также для порошковой или алюминиевой проволок применяют две пары приводных и прижимных роликов. Форма рабочей поверхности роликов: цилиндрическая гладкая, цилиндрическая с насечкой, коническая. Ролики изготовляют из термообработанной до HRC 50--60 стали ХВГ, 40Х или ШХ15.

Кассеты или кассетные устройства с унифицированными размерами выбираются в зависимости от исполнения полуавтомата. Некоторые полуавтоматы снабжены кассетными устройствами для установки больших мотков.

Блок управления сварочными полуавтоматами с плавным регулированием скорости подачи электродной проволоки БУСП-2 обеспечивает ручную установку скорости подачи электродной проволоки и ее автоматическую стабилизацию; автоматическое включение и выключение исполнительных органов полуавтомата (электродвигатель, газовый клапан, контактор сварочного выпрямителя), автоматический отсчет длительности горения дуги при сварке электрозаклепками; ручное управление электродвигателем и газовым клапаном при наладке; динамическое торможение электродвигателя и его защиту от перегрузок. Управление блоком при сварке осуществляется кнопкой, расположенной на сварочной горелке. Возможны три режима работы блока: для длинных швов, коротких швов и режим сварки электрозаклепками. Режим работы блока устанавливают переключателями на его лицевой панели.

Системы управления полуавтоматами с питанием от напряжения дуги (полуавтоматы типа А-547 и А-1230) или полуавтоматами с асинхронными двигателями более компактны и просты.

Горелки для полуавтоматической сварки выпускаются на токи 125, 160, 200, 315, 400, 500 и 630 А. Для сварки в С02 на токах до 500 А они выполняются с естественным воздушным охлаждением. Для тяжелых условий работы на токах 500 и (130 А, а также при сварке в аргоне на токах >315 А горелки имеют водяное охлаждение.

По характеру взаимного расположения корпуса и рукоятки различают горелки молоткового и пистолетного типа. Последние часто применяются для «мягких» проволок, порошковой проволоки большого диаметра, они удобны при сварке в вертикальном положении.

Для ряда горелок, выпускаемых заводом «Электрик», применяют кабель КПЭС, который содержит в резиновой оболочке спираль, оплетенную медными токоподводящими жилами и тремя проводами управления. В зависимости от номинального сварочного тока медный кабель имеет сечение 25, 35, 50 и 70 мм2. Внутрь полого кабеля вставляется сменная спираль с внутренним диаметром, соответствующим диаметру электродной проволоки. Сменную спираль необходимо периодически очищать от загрязнений, которые вызывают рост усилий сопротивления подаче электродной проволоки. В большинстве горелок длина кабеля 2,0--3,0 м. Токоподвод к электродной проволоке обычно осуществляется через трубчатые наконечники.

4 Технология сварки

Техника выполнения швов шланговыми полуавтоматами обладает рядом особенностей. Сварщик в течение всего процесса сварки должен равномерно перемещать держатель по оси шва. Для обеспечения устойчивого процесса сварки необходимо поддерживать вылет проволоки из мундштука держателя в пределах 15--25 мм, что достигается использованием опорного костыля. Сварку рекомендуется вести «на себя» или справа налево.

При сварке втавр наклонным электродом шов может быть выполнен качественно за один проход с катетами не более 8 мм. При необходимости выполнения угловых швов больших размеров следует производить многослойную сварку.

Прерывистые (шпоночные) швы сваривают, останавливая держатель в конце каждого шва для заплавления кратера с последующим быстрым передвижением (рывком) к началу следующего шпоночного шва.

При выборе режима полуавтоматической сварки принимают коэффициент формы шва, равный двум. Для сохранения ? при форсировании сварочного режима необходимо одновременно с увеличением силы тока повышать напряжение дуги.

Полуавтоматическая сварка может осуществляться как переменным, так и постоянным током. При использовании проволоки диаметром меньше 2 мм и сварке тонкого металла лучшие результаты обеспечиваются применением постоянного тока обратной полярности. это так называемый механизм переноса капли с помощью сил поверхностного натяжения. Он представляет собой один из разновидностей процесса переноса короткими замыканиями, который реализуется при дуговой сварки в среде защитных газов с одним важным отличием - расплавленный металл переносится за счет сил поверхностного натяжения (относительно больших) сварочной ванны, которая втягивает в себя жидкую каплю (относительно низкие силы поверхностного натяжения) на конце проволоки. Электромагнитное сжимающее давление при Пинч-эффекте дополнительно помогает капле отделиться, но не является основным механизмом переноса, как это наблюдаетс яприобычной сварке короткими замыканиями. Этот вид переноса позволяет значительно сократить разбрызгивание и дымообразование в отличие от традиционных методов. Процесс прост в использовании, обеспечивает хороший контроль сварочной ванны и позволяет значительно снизить вероятность образования несплавлений. Он не требует от сварщика высокой квалификации для того, чтобы выполнить качественное сварное соединение. Кроме этого, простота процесса STT сокращает время обучения сварщиков.

Компанией Lincoln Electric специально для этого процесса разработан 225-ти амперный инверторный источник питания Invertec STT II, реализующий технологию управления формой сварочного тока. При сварке за счет регулирования определенным способом формы выходного тока (что-то вроде импульснодуговой сварки) добиваются выше указанных преимуществ. Invertec STT II отличается от обычных сварочных источников. Он не является ни источником с жесткой характеристикой, ни источником с крутопадающей характеристикой. Аппарат имеет обратную связь, которая отслеживает основные этапы переноса капли и мгновенно реагирует на процессы, происходящие между электродом и сварочной ванной, изменяя величину и форму сварочного тока.

Invertec STT II во многом отличается от обычных машин. Основными параметрами сварки STT являются: 1) Скорость подачи сварочной проволоки; 2) Пиковый ток; 3) Базовый ток; 4) Длительность заднего фронта импульса. Источник не осуществляет регулировку напряжения дуги. Напряжение, требуемое дугой, автоматически устанавливается самой машиной. Это приводит к тому, что величина тепла, вводимого в сварочную ванну, не зависит от скорости подачи проволоки. Помимо этого, улучшаются условия контроля за формированием сварочной ванны. Этап Пинч-эффекта также автоматически контролируется источником.

Процесс STT особо рекомендуется для выполнения корневых швов при сварке труб с зазором, а также для сварки тонколистового металла. Он позволяет сваривать все стали, начиная с простой углеродистой стали, кончая сплавами с высоким содержанием никеля.

5 Деформации при сварке , причины способы предотвращения

При сварке в каждой точке сварного соединения или конструкции возникают напряжения и деформации. В начальный период сварки, когда происходит нагрев металла, и в процессе последующего охлаждения они существенно изменяются по величине, знаку, характеру распределения в том или ином сечении и их принято называть временными. Временные напряжения и деформации по мере охлаждения постепенно переходят в остаточные, которые для большинства конструкционных материалов существуют в металле в течение всего дальнейшего периода эксплуатации.В результате образования в каждой точке металла деформаций, формируются перемещения свариваемых элементов и за счет этого возникает формоизменение свариваемых изделий. Можно выделить несколько наиболее типичных видов формоизменения, которые проявляются отдельно или в определенных комбинациях друг с другом. Принято различать перемещения в плоскости свариваемых листов - продольное укорочение от продольной усадки металла, поперечное укорочение от поперечной усадки, изгиб в плоскости. Далее следует указать на перемещения из плоскости свариваемых листов - угловые деформации при сварке как стыковых, так и тавровых соединений. Важное место занимают деформации балочных конструкций - изгиб и укорочение от сварки как продольных, так и поперечных швов, а также в ряде случаев деформации закручивания балок. При сварке тонкостенных элементов могут возникать деформации в виде бухтиноватости от потери устойчивой формы равновесия при действии сжимающих остаточных напряжений в одном или двух направлениях.

Последовательность сварки отдельных элементов конструкции может оказывать существенное влияние напряженно-деформированное состояние в связи с изменением условий закрепления свариваемых элементов. В качестве примера можно привести случай сварки двутавровой балки со стенкой, составленной из нескольких листов, которые должны быть сварены вертикальными стыковыми швами. Если сначала сварить продольные поясные швы, а затем варить поперечные стыковые на стенке, то в них возникнут высокого уровня поперечные напряжения по причине жесткого закрепления отдельных листов стенки за счет сварки поясных швов. При иной последовательности сварки, когда вначале завариваются стыковые швы на стенке, а затем поясные, в стыковых швах на стенке поперечные напряжения будут незначительными из-за возможности поперечных перемещений листов стенки при сварке стыковых швов. По этим же

соображениям при изготовлении днища вертикальных цилиндрических резервуаров из отдельных листов сначала сваривают все поперечные швы, а затем варят продольные швы. Подобных примеров можно привести достаточное количество. Последовательность сварки имеет значение и с точки зрения возникающих деформаций коробления. Не случайно широко известно правило сварки полотнищ от середины к периферии с целью уменьшения коробления. Если последовательность сварки оказывает влияние на распределение остаточных продольных пластических деформаций укорочения, то значит она влияет и на остаточное напряженное состояние в сварном соединении. Примером этому является обратноступенчатый способ сварки, при котором, как известно, остаточные напряжения в соединении уменьшаются по причине изменения характера распределения остаточных продольных пластических деформаций укорочения.

Влияние остаточных напряжений на поведение конструкции при эксплуатации в наибольшей степени проявляется в случае хрупких разрушений. Остаточные напряжения являются силовым фактором, действие которого может в полной мере проявиться при хрупком состоянии металла сварной конструкции. Можно указать на три аспекта влияния остаточных напряжений на хрупкое разрушение сварных конструкций. Во-первых, они могут суммироваться с напряжениями от внешних нагрузок на конструкцию и таким образом уменьшать величину внешней нагрузки, необходимой для разрушения. Вовторых, они могут в отдельных объемах металла создавать объемное напряженное состояние, которое затрудняет пластическое деформирование металла и способствует переходу его в хрупкое состояние со всеми вытекающими из этого последствиями. Наконец, в-третьих, имея сложный характер распределения в различных сечения сварного изделия, остаточные напряжения могут влиять на устойчивость процесса хрупкого разрушения, что очень важно с точки зрения разработки мероприятий по его предотвращению. Изучение влияния остаточных напряжений на хрупкое разрушения сварных конструкций является крупной научно-технической проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение и которой занимаются исследователи во многих странах в течение многих лет. Остаточные напряжения и деформации в сварных изделиях необходимо уменьшать. Анализ их образования показывает, что существуют следующие факторы, вызывающие напряженно-деформированное состояние сварной конструкции:

а) остаточное продольное пластическое укорочение в пластической зоне;

б) пластическая деформация укорочения поперечного по отношению к шву направления;

в) несовпадение центра тяжести поперечного сечения зоны пластических деформаций укорочения с центром тяжести поперечного сечения свариваемых элементов (внецентренное приложение усадочной силы);

г) структурные изменения, вызванные сварочным нагревом.

Для уменьшения влияния теплоты и нагрева на сварные конструкции сварку желательно вести по схемам наложения швов применяемых при необходимости соблюдения правельных размеров и форм сварных изделий.

6 Виды дефектов сварочных швов, контроль качества

Дефекты сварных соединений подразделяют на наружные и внутренние.

Нарушение размеров и формы шва; подрезы; наплывы; кратер -- углубление в конце шва; прожоги. Поры; шлаковые включения; непровары; несплавления; трещины; дефекты структуры.

Пористость металла шва иногда частично выступает наружу, в виде углублений различного продольного расположения. Подрезы, наплывы -- от завышенного или заниженного тока, а также недостаточных навыков сварщика.

Кратер -- из-за небрежности сварщика.

Нарушение размеров и формы шва, которые определены ГОСТ на конкретный вид сварки, -- из-за невнимательности сварщика, либо неправильных режимов сварки, либо от недостаточной квалификации. Эти нарушения выражаются в несоблюдении ширины шва, усилении шва, изменении размера катета шва (разнокатетность), а также вогнутости углового шва.

Подрезы, кратеры исправляют сваркой, наплывы удаляют.

Поры (полости, заполненные газом) бывают от загрязненности свариваемых кромок, влажности электродов, флюса, недостаточной защиты шва защитным газом, завышенной длины дуги, увеличенной скорости сварки.

На всех сварных конструкциях, в том числе и ответственных, существуют нормы допустимых внутренних, наружных пор, их размеров, расстояний между ними и их количества. Эти нормы-допуски пор отражены в технических условиях на изделие и в конкретных конструкциях. Эти нормы разные. Недопустимую пористость в зоне шва удаляют, затем исправляют дефект сваркой.

Шлаковые включения -- это небольшие объемы металла шва, заполненные неметалическими веществами (шлаками, окислами). Шлаковые включения образуются от недостаточной величины сварочного тока, из-за неопытности сварщика, неправильного направления электрода, а иногда и от низкого качества электродов, или очень толстой обмазки, когда весь шлак не успевает всплыть.

Обычно шлаковые включения удаляют и зону дефекта исправляют сваркой.

Непровары, несплавления -- это, как правило, местный дефект по причине плохой зачистки, блуждания или отклонения сварочной дуги под влиянием магнитных полей, при легкоплавких электродах -- когда неправильные режимы сварки, нестабильная работа источника питания дуги, недостаточный угол скоса кромок, недостаточный зазор в соединении, не полностью удален шлак. Причина непроваров -- недостаточная тепловая мощность дуги, слишком длинная дуга, небрежность либо неподготовленность сварщика. Непровары удаляют и повторно заваривают.

Трещины -- самый опасный и недопустимый дефект. Трещины бывают наружные и внутренние. Они образуются от многих причин, например, от содержания углерода и легирующих элементов в стали, от жесткого закрепления элементов, от высокой скорости охлаждения, от содержания углерода в сварочных материалах, от неблагоприятного конструктивного расположения сварных швов, от повышенных плотностей тока, от сварки при низкой температуре и других причин.

Поскольку действует иногда целый комплекс причин и однозначно виновника назвать невозможно, то нужно коллективно устранять причины.

Трещины, как наиболее опасные дефекты на любых сварных конструкциях, не допускаются.

Исправление участка шва с трещиной выполняется путем засверливания сверлом диаметром 8--10 мм отверстий на глубину трещины, отступив от конца трещины на «здоровый» участок металла по 10 мм. Затем трещину разделывают вручную инструментом или на станке с последующей заваркой.

Дефекты структуры сварных соединений -- это пережог -- грубое нарушение режимов сварки в сторону увеличения нагрева. Этот дефект не исправляется последующей термообработкой, он подлежит удалению.

Перегрев -- устраняется термообработкой, а также выбором рациональных режимов сварки (в том числе многослойная сварка).

Изменение структуры и твердости ЗТВ исправляется термообработкой и правильными режимами.Дефекты структуры обнаруживают на макро- и микрошлифах при проверке структуры, если этого требуют технические условия на изделие.Всегда исправление дефектов производится тем же видом и способом сварки и теми же сварочными материалами.

Показатели качества сварных соединений разделяют на количественные и качественные. При определении количественных показателей используют измерительный метод, основанный на прямых измерениях контролируемых характеристик (например, измерение ширины шва). Количественные показатели могут быть определены и расчётным путём. Этот метод основан на определении по теоретическим или экспериментальным зависимостям показателей качества от основных измеряемых характеристик. Например, определение предела прочности сварного соединения по измеряемым прямыми методами предельной нагрузке и площади поперечного сечения шва.При оценке качества сварных соединений используют и качественные показатели. Например, степень окисленности поверхности сварного шва (по наличию цветов побежалости на поверхности сварного шва). В этом случае используют регистрационный метод, основанный на наблюдении и анализе зрительного восприятия информации. Точность определения качественных показателей зависит от накопленного опыта, квалификации и способности специалиста, производящего оценку.

При регистрационном методе обычно используют эталоны или специальные стандартные шкалы с бальным способом (номером) выражения показателя качества. Например, при оценке загрязненности стали неметаллическими включениями. Просматривают нетравленный щлиф сварного соединения в микроскоп и визуально сравнивают обнаруженные включения со стандартной шкалой, которая является пятибальной. С увеличением номера (балла) возрастает загрязненность стали неметаллическими включениями.

При оценке окисленности сварного шва используют эталоны сварных соединений с недопустимой степенью окисления.

При определении номенклатуры показателей качества и разработке шкал оценок, используют экспертный метод основанный на учёте мнений группы экспертов-специалистов. Чтобы получить экспертным методом достаточно точные результаты необходимо применять меры на уменьшение их субъективности, присущей этому методу. Поэтому при обработке мнений экспертов используют методы математической статистики, занимающейся вопросами сбора, обработки и анализа результатов наблюдений.

Оценку качества промышленной продукции производят путём её контроля, т.е. проверки соответствия контролируемых показателей заданным требованиям или нормам, установленным нормативно-технической документацией (НТД). НТД включает стандарты, технические условия, чертежи изделий, технологические карты и производственные инструкции.

Контроль необходим, т.к. при изготовлении продукции возникают производственные погрешности, обусловленные действием различных факторов.

Получаемые и фиксируемые при контроле отклонения от норм и требований позволяют руководителям производства принимать решения о необходимости изменения технологических процессов, путём использования управляющих воздействий. С помощью управляющих воздействий обеспечивают требуемые показатели качества и их стабильность.

Нормирование требований к контролируемым характеристикам является необходимым условием обеспечения требуемого уровня качества промышленной продукции. Принимая за (i контролируемую характеристику, нормирование производят, либо по наименьшему значению (min , либо наибольшему (max , либо одновременно по наименьшему и наибольшему значениям.

xi ( xi max; xi ( xi min; xi min(xi(xi max

Например, в первом случае глубина отпечатка при точечной контактной сварке должна быть меньше установленного наибольшего значения. Во втором случае в качестве примера можно привести шаг (расстояние) между сварочными точками, который должен быть больше установленного наименьшего значения. В третьем случае примером является диаметр литого ядра. При диаметрах ядра меньше минимального имеет место непровар, а при диаметрах ядра больше максимального фиксируют выплеск. Непровар и выплеск являются недопустимыми дефектами контактной сварки.

Таким образом, нормирование устанавливает допустимые пределы изменения контролируемой характеристики. Эти значения отражают конкретные требования к сварным соединениям, которые устанавливают на основе экспериментальных исследований и испытаний, применения методов статистического анализа и обработки экспериментальных данных и построения статических закономерностей контролируемых показателей.

В производственной практике, например, при испытаниях для оценки качества сварных соединений используют как абсолютные, так и относительные показатели. К относительным показателям качества можно отнести, например, коэффициент прочности сварного соединения:

K(=(В св.соед./(В осн. соед. где, (В св.соед. - предел прочности сварного соединения,

(В осн. соед. - предел прочности основного металла.

Относительные характеристики также нормируют. Так коэффициент прочности сварного соединения не должен быть меньше установленного значения. Такие ограничения задаются в зависимости от конкретных технических требований.

Выход за установленные ограничения считается как несоответствия предъявляемым требованиям.

В связи с тем, что реальное число контролируемых показателей велико, то при оценке качества продукции вводится такое понятие как уровень качества.

Под уровнем качества понимают характеристику качества продукции, основанную на сравнении совокупности ее единичных показателей качества с соответствующей совокупностью нормативных (базовых) показателей.

Сопоставляя единичные и нормативные показатели качества, принимают решение об уровне качества продукции.

Выбор необходимой и достаточной номенклатуры показателей качества сварных изделий и формирование требований к их качеству зависит от специфики и условий эксплуатации сварных изделий и устанавливается соответствующими отраслевыми стандартами и производственными методиками и инструкциями.

Разработкой общих теоретических основ и методов количественной оценки показателей качества продукции занимается наука, называемая квалиметрией.

7 Техника безопасности при сварке

Газопламенная обработка связана с использованием горючих взрывоопасных газов. Это требует строгого соблюдения следующих правил техники безопасности:

Запрещается производить работы в непосредственной близости от легковоспламеняющихся, горючих материалов, таких как бензин, керо син, стружка и др.

Сварку внутри резервуаров и в плохо вентилируемых помещениях и емкостях следует вести с применением систем принудительной венти ляции и с перерывами в работе. Снаружи должен находиться второй че ловек, который способен оказать помощь в случае необходимости.

При резке металлов больших толщин следует применять резаки с удлиненными трубками для уменьшения влияния высокой температуры на рабочего.

Выполнение газопламенных работ и применение открытого огня допускается на расстоянии не менее 10м от перепускных рам и пере движных ацетиленовых генераторов и 5м от отдельно стоящих баллонов с горючими газами.

При сварке можно применять только редукторы с исправными ма нометрами.

Кислородные редукторы следует предохранять от попадания на них смазочных материалов.

При пуске газа в редуктор нельзя стоять перед редуктором.

Все соединения редуктора должны быть герметичны.

Запрещается использование переходников, тройников для одновременного питания нескольких горелок.

Во время транспортировки баллонов с газом на них необходимо навернуть защитные колпачки для предотвращения от случайных повреждений и загрязнения. Переносить или передвигать их следует на специальных устройствах (тележках, носилках), во избежание их падения либо ударов друг о друга. Можно перемещать баллоны кантовкой, слегка наклоняя, но только на короткие расстояния.

На месте сварки хранить кислородные баллоны можно только при непосредственном проведении сварочных работ. На рабочем посту разрешается хранить 2 баллона: 1-й рабочий, 2-ой запасной. Неполные баллоны следует хранить только в вертикальном положении и закрытыми, чтобы избежать возможности их падения и механического повреждения. Пустые же баллоны разрешается хранить штабелями, но высотой не более 4 рядов. Баллоны, хранящиеся на строительных площадках, должны храниться во временном складе из огнеупорного материала.

Вентили кислородных баллонов следует предохранять от попадания на них масел, пленки которых могут самовоспламеняться при контакте со сжатым кислородом. Запрещается работать с баллонами, давление в которых ниже рабочего, установленного редуктором данного баллона.

Баллоны для газов-заменителей окрашивают в красный цвет и эксплуатируют в соответствии с правилами обращения с баллонами со сжатым или сжиженным газом. В процессе хранения и эксплуатации нельзяподвергать баллоны с газами нагреву, так как это приводит к повышению давления в них и может привести к взрыву.

Техника безопасности при дуговой сварке

Поражение электрическим током. При дуговой сварке используют источники тока с напряжением холостого хода от 45 до 80 В, при постоянном токе от 55 до 75 В, при переменном токе от 180 до 200 В при плазменной резке и сварке. Поэтому источники питания оборудуются автоматическими системами отключения тока в течение 0,5 ... 0,9 с при обрыве дуги. Человеческое тело обладает собственным сопротивлением и поэтому безопасным напряжением считают напряжение не выше 12 В.

При работе в непосредственном контакте с металлическими поверхностями следует соблюдать следующие правила техники безопасности:

Надежная изоляция всех токоподводящих проводов от источника тока и сварочной дуги. Применение автоматических систем прерывания подачи высокого напряжения при холостом ходе.

Надежная изоляция электрододержателя для предотвращения случай ного контакта с токоведущими частями электрододержателя с изделием.

При работе в замкнутых помещениях (сосудах) кроме спецодежды следует применять резиновые коврики (калоши) и источники дополни тельного освещения. Не допускается контакт рабочего с клеммами и зажимами цепи высокого напряжения. Каждый сварочный пост должен быть огорожен негорючими ма териалами по бокам, а вход - асбестовой или другой негорючей тканью во избежание случайных повреждений других рабочих.

Краска, применяемая для окрашивания стен и потолков постовых кабин, должна быть матовой, чтобы уменьшить эффект отражения светового луча от них.

Поражение лучами электрической дуги. Сварочная дуга является источником световых лучей, яркость которых может вызывать ожоги незащищенных глаз при облучении их всего в течение 10 ... 15 с. Более длительное воздействие излучения дуги может привести к повреждению хрусталика глаза и полной потере зрения. Ультрафиолетовое излучение вызывает ожоги глаз и кожи (подобно воздействию прямых солнечных лучей), инфракрасное излучение может вызвать помутнение хрусталика глаза. Стены кабины должны быть окрашены в светлые тона для ослабления контраста с яркостью дуги. При работе вне кабины применяются специальные ширмы и защитные щиты.

Техника безопасности при сварке электронным лучом При использовании сварочных аппаратов с применением электронного луча техника безопасности указывается в сопровождающей документации на это оборудование.Пожаробезопасность при проведении сварочных работ

При дуговой электросварке и особенно резке брызги расплавленного металла разлетаются на значительные расстояния, что вызывает опасность пожара. Поэтому сварочные цеха (посты) должны сооружаться из негорючих материалов, в местах проведения сварочных работ не допускается скопление смазочных материалов, ветоши и других легковоспламеняющихся материалов.При газовой сварке и резке возможность взрывов и пожаров обусловлена применением горючих газов и паров горючих жидкостей, которые в смеси с воздухом могут взрываться при повышении температуры или давления. Ацетилен образует соединения с медью, серебром и ртутью, которые могут взрываться при температуре выше 120 °С от ударов и толчков.

При воспламенении карбида при хранении или транспортировке и ацетиленового генератора для тушения необходимо использовать сжатый азот или углекислотный огнетушитель. Для быстрой ликвидации очагов пожаров вблизи места сварки всегда должны быть емкости с водой или песком, лопата, а также ручной огнетушитель.

Пожарные рукава, краны, стволы, огнетушители должны находиться в легкодоступном месте.

Пожар может начаться не сразу, поэтому по окончании сварки следует внимательно осмотреть место проведения работ, не тлеет ли что-нибудь, не пахнет ли дымом и гарью.