Методы ручной электродуговой сварки

Кислые шлаки обычно бывают очень вязкими и длинными, при этом, чем выше кислотность шлаков, тем больше их вязкость. Основные шлаки - короткие. Шлаки должны обладать небольшим удельным весом, чтобы легко всплывать на поверхность сварочной ванны. Слой шлака, покрывающий шов, в жидком виде и процессе затвердевания должен легко пропускать газы, выделяющиеся из металла шва.

Затвердевшие шлаки должны иметь небольшое сцепление с металлом, коэффициенты линейного расширения шлака и металла должны быть различными для более легкого удаления шлака со шва.

2.3.7 Конструкции соединений

При ручной дуговой сварке форма подготовки кромок определяется типом сварного соединения и толщиной свариваемого металла. По типу сварного соединения различают:

- стыковым соединением называют соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями;

- угловым соединением называют соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев;

- тавровым соединением называют сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен угловыми швами к боковой поверхности другого элемента;

- нахлесточным соединением называют сварное соединение, в котором сваренные угловыми швами элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.

С ростом толщины свариваемого металла подготовку кромок выполняют: либо без разделки, либо с V - образной разделкой, либо с X - образной разделкой, либо с U - образ ной разделкой (V - образная разделка имеет в 1,6 ... 1,7 раза больший объём наплавленного металла, чем X - образная разделка или U - образная разделка). Требования к подготовке кромок при ручной дуговой сварке регламентируют ГОСТ 5264-80, ГОСТ 11534-75, ГОСТ 16037-80, ГОСТ 16098-70.

2.3.8 Положения сварки

Следуя по пути гармонизации национальных и межгосударственных стандартов с соответствующими международными и европейскими стандартами ДСТУ 2092-92 и ГОСТ 11969-93 устанавливают следующие положения при сварке (рис. 3).

Рис.3 Классификация положений при сварке

Характеристика положений при сварке труб приведена в последовательности: название положения + подвижность трубы + наклон оси трубы + направление сварки (f).

2.3.9 Классификация электродов (стандарты)

В основу ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация, размеры и общие технические требования», распространяющегося на электроды, изготовляемые способом опрессовки, положены требования ISO 2560. По назначению электроды подразделяются:

У - для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм²;

Л - для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 60 кгс/мм;

Т - для сварки легированных теплоустойчивых сталей;

В - для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами;

Н - для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

Кроме этого назначение определяет тип электрода.

Электроды подразделяют по толщияе покрытия в зависимости от отношения D/d: М - с тонким покрытием (D/d < 1,20); С - со средним покрытием (1,20 < D/d < 1,45); Д - с толстым покрытием (1,45 < D/d < 1,80); Г - с особо толстым покрытием (D/d > 1,80).

Классификационные признаки, которые характеризуют электроды (рис. 4).

Рис.4 Классификация электродов по признакам

2.3.10 Применение и типичные проблемы

Во время ведения процесса сварщик обычно перемещает электрод не менее чем в двух направлениях. Во-первых, он подает электрод вдоль его оси в дугу, поддерживая необходимую в зависимости от скорости плавления электрода длину дуги. Во-вторых, перемещает электрод в направлении наплавки или сварки для образования шва. В этом случае об разуется узкий валик, ширина которого при наплавке равна примерно (0,8 - 1,5) (дэпизависит от силы сварочного тока и скорости перемещения дуги по поверхности изделия. Узкие валики обычно накладывают при проваре корня шва, сварке тонких листов и тому подобных случаях.

При правильно выбранном диаметре электрода и силе сварочного тока скорость перемещения дуги имеет большое значение для качества шва. При повышенной скорости дуга расплавляет основной металл на малую глубину и возможно образование непроваров. При малой скорости вследствие чрезмерно большого ввода теплоты дуги в основной металл часто образуется прожог, и расплавленный металл вытекает из сварочной ванны. В некоторых случаях, например при сварке на спуск, образование под дугой жидкой прослойки из расплавленного электродного металла повышенной толщины, наоборот, может привести к образованию непроваров.

Иногда сварщику приходится перемещать электрод поперек шва, регулируя тем самым распределение теплоты дуги поперек шва для получения требуемых глубины проплавления основного металла и ширины шва. Глубина проплавления основного металла и формирование шва главным образом зависят от вида поперечных колебаний электрода, которые обычно совершают с постоянными частотой и амплитудой относительно оси шва. Траектория движения конца электрода зависит от пространственного положения сварки, разделки кромок и навыков сварщика. При сварке с поперечными колебаниями получают уширенный валик, ширина которого обычно составляет (2 - 4) Oэл, а форма проплавления зависит от траектории поперечных колебаний конца электрода, т. е. от условий ввода теплоты дуги в основ ной металл.

При окончании сварки - обрыве дуги следует правильно заварить кратер. Кратер является зоной с наибольшим количеством вредных примесей ввиду повышенной скорости кристаллизации металла, поэтому в нем наиболее вероятно образование трещин. По окончании сварки не следует обрывать дугу, резко отводя электрод от изделия. Необходимо прекратить все перемещения электрода и медленно удлинять дугу до обрыва; расплавляющийся при этом электродный металл заполнит кратер. При сварке низкоуглеродистой стали кратер иногда выводят в сторону от шва - на основной металл. При случайных обрывах дуги или при смене электродов дугу возбуждают на еще не расплавленном основном металле перед кратером и затем проплавляют металл в кратере.

Положение электрода относительно поверхности изделия и пространственное положение сварки оказывают большое влияние на форму шва и проплавление основного металла. При сварке углом назад улучшаются условия оттеснения из-под дуги жидкого металла, толщина прослойки которого уменьшается. При этом улучшаются условия теплопередачи от дуги к основному металлу, и растет глубина его проплавления. То же наблюдается при сварке шва на подъем на наклонной или вертикальной плоскости. При сварке углом вперед или на спуск расплавленный металл сварочной ванны, подтекая под дугу, ухудшает теплопередачу от нее к основному металлу - глубина проплавления уменьшается, а ширина шва воз растает.

При прочих равных условиях количество расплавляемого электродного металла, приходящегося на единицу длины шва, остается постоянным, но распределяется на большую ширину шва и поэтому высота его усиления уменьшается. При наплавке или сварке тонколистового металла (толщина до 3 мм) для уменьшения глубины провара и предупреждения прожогов рекомендуется сварку выполнять на спуск (наклон до 15°) или углом вперед без поперечных колебаний электрода.

Для сборки изделия под сварку (обеспечения заданного зазора в стыке, положения изделий и др.) можно применять специальные приспособления или короткие швы - прихватки. Длина прихваток обычно составляет 20 - 120 мм (больше при более толстом металле) и расстояние между ними 200 - 1200 мм (меньше при большей толщине металла для увеличения жесткости). Сечение прихваток не должно превышать 1/3 сечения швов. При сварке прихватки необходимо полностью переплавлять.

2.4 Характеристика стали

Сталями называют сплав железа с углеродом (от 0,01 до 2,14). Практически выпускают стали с содержанием углерода до 1,5%. Кроме углерода в сталях является марганец, кремний, сера и фосфор.

В зависимости от содержания углерода стали делятся на низко- (до 0,25%), средне- (0,25-0,6) и высокоуглеродистые (0,6-1,5%).

Для изготовления сварных конструкций используют углеродистую сталь обыкновенного качества, которую согласно ГОСТу 380-88 выпускают марок: Ст0, Ст1кп, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5Гсп, Ст6пс, Ст6сп .

Цифры в отметках марок означают порядковый номер, индекс кп, пс и сп степень раскисления, Г - повышенное содержание марганца (около 1%).

В конструкции Патрубок используют сталь Ст5Гсп - конструкционная, углеродистая, обычного качества.

По содержанию углерода среднеуглеродистая (от 0,22 - до 0,30); содержание марганца (от 0,80 - до 1,20); содержание кремния (< 0, 15)

2.5 Сварка среднеуглеродистой стали

Повышенное содержание углерода (от 0,25 до 0,55) предопределяет значительные трудности сварки этих сталей. К ним относятся низкая стойкость металла шва против кристаллизационных трещин, возможность образования малопластичных закалочных структур и трещин в околошовной зоне и трудность обеспечения равнопрочности металла шва с основным металлом.

Для преодоления этих трудностей и в первую очередь для повышения стойкости металла шва против кристаллизационных трещин при всех видах сварки плавлением стремятся снизить содержание углерода в металле шва. Это обычно достигается за счет применения электродных стержней и электродной проволоки с пониженным содержанием углерода и уменьшения доли основного металла в металле шва. Стремятся также обеспечить получение швов с большим значением коэффициента формы и применяют предварительный и сопутствующий подогрев, двухдуговую сварку в раздельные ванны и модифицирование металла шва.

Для сварки среднеуглеродистых сталей чаще всего применяют предварительный подогрев до температуры 250--300° С. За счет предварительного подогрева удается повысить на 0,01--0,02% допускаемое содержание углерода в металле шва, при котором еще не образуются трещины, и предупредить образование закалочных структур в околошовной зоне. Однако сварка с подогревом обладает серьезными эксплуатационными недостатками. Кроме того, чрезмерный подогрев может вызвать образование трещин вследствие увеличения провара основного металла и связанного с этим повышения содержания углерода в металле шва.

Для снижения доли основного металла в металле шва дуговую сварку среднеуглеродистых сталей, как правило, ведут с разделкой кромок на режимах, обеспечивающих минимальное проплавление основного металла и максимальное значение коэффициента формы шва.

2.6 Технологическая последовательность сваривания конструкции Патрубок

В данном случае сталь требует термической обработки, предварительный подогрев а также для обеспечения надежной работы сварной конструкции после сварки рекомендуется выполнить отжиг и высокий отпуск. Для этого необходимо сразу же после сварки поместить конструкцию в печь, нагретую до температуры 675-700 0С и после выдерживания медленно охладить вместе с печью до 150 - 100 0С с последующим охлаждением на воздухе.

Для выполнение работ понадобится выпрямитель ВД-301

Сварочный выпрямитель ВД-301 выпускается как изделие широкого назначения. ВД-301 обладает падающей внешней характеристикой и предназначен для дуговой сварки стальных конструкций различного назначения плавящимся электродом от 2 до 5 мм. Изделие может использоваться как для сварки тонких металлических покрытий (1 мм), так и для сварки мощных строительных металлоконструкций (12 мм) с высокими техническими характеристиками сварного шва. Сварочный выпрямитель может быть использован также для сварки специальными электродами цветных металлов и изделий из чугуна и нержавеющей стали. От изделия ВД-251 его отличают повышенные мощностные характеристики в режиме кратковременной сварки. Комплектация изделия жестким силовым источником тока и системой возбуждения дуги дополнительным напряжением позволяет, получит глубокий сварной шов с высокими показателями расплава металла, высокими прочностными характеристиками сварного шва и высокой его стойкостью против коррозии. Применение принудительной проточной вентиляции дает высокие показатели ПВ при относительно низких габаритных и весовых характеристиках изделия. Выпрямитель предназначен для работы, как в закрытых помещениях, так и на открытых площадках. Сварочный выпрямитель серии ВД-301 обладающий низкой ценой и высокими техническими характеристиками профессионального апарата является идеальным изделием, удовлетворяющим условиям любителей и профессионалов сварочного дела.

Напряжение питающей сети 220В

Номинальная частота, Гц. 50 Гц

Диаметр электрода 2-5мм.

ПВ при 200А 40%

Диапазон регулирования сварочного тока 80- 300А

Напряжение холостого хода 90В

Потребляемая мощность 7 кВт

Ток защиты по первичной сети 40А

Ток холостого хода не более 1.6А.

Длина сетевого шнура 3 м

Габаритные размеры 410х140х400 мм

Масса 40кг.

Электроды УОНИ 13/45 диаметр 5 мм

Предназначены для сварки особо ответственных конструкций из углеродистых низкоуглеродистых сталей. Для постоянного тока обратной полярности.

- длина электрода 450 мм

- предел прочности 42 кг/ммІ

- относительное удлинение 22%

- ударная вязкость 15 кгс/смІ

- угол изгиба 180%

Выполняем предварительный подогрев деталей до температуры 100 -150.

Делаем прихватку цилиндра к основанию, также выполняем прихватки ребра к основанию и цилиндра, делаем прихватку планки к цилиндру. Начинаем обваривать цилиндр до основания, затем обваривают ребро к основе и цилиндра потом приваривают планки к цилиндру.

После сварки выполняем термическую обработку отжиг и высокий отпуск. Для этого необходимо конструкцию в печь, нагретую до температуры 675-700 0С и после выдерживания медленно охладить вместе с печью до 150 - 100 0С с последующим охлаждением на воздухе.

2.7 Контроль качества

Часть дефектов сварных возникает в результате применения недостаточно качественных материалов, нарушения требований относительно сборки под сварку, технологии его выполнения. Предотвратить появление таких дефектов помогает предыдущий и пооперационный контроль.

В зависимости от характера воздействия на материал изделия все разнообразные методы контроля качества сварных соединений могут быть разделены на две основные группы: методы контроля без разрушения образца или изделия - не разрушающий контроль и методы контроля с разрушением образцов, а потому производственных стыков - разрушающий контроль. Все виды неразрушающего контроля классифицируются по следующим признакам:

- По характеру физических полей, а потому излучений;

- По характеру взаимодействия физических полей, а потому веществ с контрольным объектом;

- По способу представления конечной информации;

К не разрушающих методов контроля следует отнести контроль внешним осмотром и обмером, акустический, радиационный, радиоволновой, электромагнитный.

К разрушающим методам контроля относятся механические испытания сварных соединений. Механические испытания сварных соединений применяют в тех случаях, когда требуется определить качество свариваемых материалов, разработать оптимальные технологические режимы.

Для данной конструкции используем не разрушающий метод контроля, путем внешнего осмотра и обмером.

Внешним осмотром устанавливают наличие раковин, расслоений, трещин.

Собранные под сварку детали проверяют на соответствие требованиям технологии и проекта. С помощью специальных шаблонов и линеек проверяют качество срезов кромок, наличие и величину притупления, величину и равенство зазора. Особое внимание уделяется, проверке чистоте поверхности кромок и зоны, прилегающей, зачистки прихваток.

При сваривании сталей толщиной более 20 мм поверхности прихваток старательно проверяют на наличие трещин.

3. Заключение

3.1 Охрана труда

Рассмотренные методы сварки требуют соблюдения определенного комплекса правил техники безопасности и охраны труда, которые должны находить отражение в технологических картах и строго соблюдаться при выполнении сварочных работ. Для всех указанных методов сварки плавлением в той или иной степени существует возможность опасных воздействий на сварщика в связи со следующими факторами:

1) поражение электрическим током при прикосновении человека к токоведущим частям электрической цепи;

2) поражение лучами электрической дуги глаз и открытой поверхности кожи;

3) ожоги от капель металла и шлака при сварке;

4) отравление вредными газами, выделяющимися при сварке и при загрязнении помещений пылью и испарениями различных веществ;

5) взрывы из-за неправильного обращения с баллонами сжатого газа либо из-за производства сварки в емкостях из-под горючих веществ, либо выполнения сварки вблизи легковоспламеняющихся и взрывоопасных веществ;

6) пожары от расплавленного металла и шлака в процессе сварки;

7) травмы различного рода механического характера при подготовке тяжелых изделий к сварке и в процессе сварки.

Как показывают статистические данные, 80% травм сварщиков связано с транспортными операциями тяжелых металлических изделий.

Предотвращение опасности поражения электрическим током. При сварке плавлением используют источники тока с напряжением холостого хода UKX = 45 - 80 В при постоянном токе Uхх = 55 - 75 В при переменном токе, Uxx = 180 - 200 В при плазменной резке. Поэтому источники питания должны иметь автоматические устройства, отключающие их в течение не более 0,5 при обрыве дуги. Учитывая непостоянную величину электрического сопротивления человеческого тела (так, при сухой коже, например, сопротивление составляет 8000-20 000 Ом, а при влажных руках, повреждениях кожи сопротивление снижается до 400-1000 Ом), безопасным считают напряжение не выше 12 В (переносное освещение). Если сварщик работает в тесном помещении, может иметь большую площадь контакта с металлической поверхностью, с целью уменьшения опасности поражения электрическим током необходимо соблюдение следующих мероприятий:

1. Надежная изоляция всех, проводов, связанных с питанием источника тока и сварочной дуги, устройство геометрически закрытых включающих устройств, заземление корпусов сварочных аппаратов. Заземлению подлежат: корпуса источников питания, аппаратного ящика, вспомогательное электрическое оборудование. Сечение заземляющих проводов должно быть не менее 25 мм2. Подключением, отключением и ремонтом сварочного оборудования занимается только дежурный электромонтер. Сварщикам запрещается производить эти работы.

2. Применение в источниках питания автоматических выключателей высокого напряжения, которые в момент холостого хода разрывают сварочную цепь и подают на держатель напряжение 12 В.

3. Надежное устройство электрододержателя с хорошей изоляцией, которая гарантирует, что не будет случайного контакта токоведущих частей электрододержателя со свариваемым изделием или руками сварщика (ГОСТ 14651-69).

4.Работа в исправной сухой спецодежде и рукавицах. При работе в тесных отсеках и замкнутых пространствах обязательно использование резиновых галош и ковриков, источников освещения с напряжением не свыше 6-12 В.

5. При работе на электронно-лучевых установках предотвращение опасности поражения лучами жесткого рентгеновского (почти полное) поглощение вредных излучении, связанных с горением дуги. Особую опасность в смысле поражения глаз представляет световой луч квантовых генераторов (лазеров) так как даже отраженные лучи лазера могут вызвать тяжелое повреждение глаз и кожи. Поэтому лазеры имеют автоматические устройства, предотвращающие такие поражения, но при условии строгого соблюдения производственной инструкции операторами-сварщиками, работающими на этих установках. Защитные стекла, вставленные в щитки и маски, снаружи закрывают простым стеклом для предохранения их от брызг расплавленного металла. Щитки изготовляют из изоляционного металла - фибры, фанеры и по форме и размерам они должны полностью защищать лицо и голову сварщика (ГОСТ 1361-69). Для ослабления резкого контраста между яркостью дуги и малой яркостью темных стен (кабины) последние должны быть окрашены в светлые тона (серый, голубой, желтый) с добавлением в краску окиси цинка с целью уменьшения отражения ультрафиолетовых лучей дуги, падающих на стены. При работе вне кабины для защиты зрения окружающих, работающих сварщиков и вспомогательных рабочих должны применяться переносные щиты и ширмы. Предотвращение опасности поражения брызгами расплавленного металла и шлака. Образующиеся при дуговой сварке брызги расплавленного металла имеют температуру до 1800 град. С., при которой одежда из любой ткани разрушается. Для защиты от таких брызг обычно используют спецодежду (брюки, куртку и рукавицы) из брезентовой или специальной ткани. Куртки при работе не следует вправлять в брюки, а обувь должна иметь гладкий верх, чтобы брызги расплавленного металла не попадали внутрь одежды, так как в этом случае возможны тяжелые ожоги. Для защиты от соприкосновения с влажной, холодной землей и снегом, а также с холодным металлом при наружных работах и в помещении сварщики должны обеспечиваться теплыми подстилками, матами, подколенниками и подлокотниками из огнестойких материалов с эластичной прослойкой. Предотвращение отравления вредными газами и аэрозолями, выделяющимися при сварке. Высокая температура дуги (6000- 8000° С) неизбежно приводит к тому, что часть сварочной проволоки, покрытий, флюсов переходит в парообразное состояние. Эти пары, попадая в атмосферу цеха, конденсируются и превращаются в аэрозоль конденсации, частицы которой по дисперсности приближаются к дымам и легко попадают в дыхательную систему сварщиков. Эти аэрозоли представляют главную профессиональную опасность труда сварщиков. Количество пыли в зоне дыхания сварщика зависит главным образом от способа сварки и свариваемых материалов, но в известной степени определяется и типом конструкций. Химический состав электросварочной пыли зависит от способов сварки и видов основных и сварочных материалов. Наряду с пылью при дуговой сварке также образуются и выделяются газообразные продукты - окислы азота, окись углерода; при сварке электродом с покрытием "Б" и под флюсами - фтористые соединения. Излучения в связи с использованием ускоряющего напряжения 20-22 кВ и выше. Наряду с соблюдением указанных в п. 1-5 требований, с целью предотвращения поражения электрическим током, запрещается притрагиваться к клеммам и зажимным болтам цепи высокого напряжения; снимать крышки клеммников электродвигателей подающего и ходового механизмов автоматов и полуавтоматов; открывать дверцы аппаратного ящика и трансформаторов и регулировать их и т. п. Рабочее место сварщика во многих случаях выполняют в виде манипулятора, позволяющего сварщику легко поворачивать изделие в удобное для сварки положение. Кабина должна иметь местную вентиляцию. В кабине должен быть комплект инструмента сварщика и запас электродов. Корпус сварочного аппарата заземляется, все провода тщательно изолируются и защищаются от механических повреждений. Сварщик должен работать в спецодежде и рукавицах и пользоваться защитной маской.

Размещено на Allbest.ru