Характеристика сварочного производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. История развития сварки

Сварочное производство берет свое начало с древних времен, оно стало зарождаться, как только появились первые металлы, и началась их эксплуатация.



Еще при раскопке первых Египетских пирамид были обнаружены сварные изделия, это были украшения из золота которые представляли собой различные фрагменты, соединенные между собой при помощи пайки оловом. Во время раскопок древнего итальянского города Помпеи были найдены остатки труб первого трубопровода при производстве, которого также использовалась пайка. Считается, что для получения первых металлов также использовалась сварка, которая была необходима чтобы сваривать маленькие кусочки металла в большой посредством их нагрева и деформации.

Кованая сварка использовалась для получения наконечников стрел, копий, для изготовления различных орудий труда. Сварка очень активно применялась во всех аспектах жизнедеятельности, кроме как возведения крупных конструкций. С появлением литейного производства возникла так называемая литейная сварка, которая осуществлялась методом промежуточного литья. Метод представлял из себя соединение двух заготовок и заливки место стыка расплавленным металлом.

Сварка кузнечным способом и пайка были актуальны и активно развивались вплоть до начала девятнадцатого века. Яркими примерами проявления сварки тех времен в архитектуре могут служить купол Храма Рокк находящегося в Иерусалиме, аркады Дворца Дожей в итальянской Венеции

С наступлением девятнадцатого века началась эпоха индустриализации. Стремительные темпы развития индустрии повлекли за собой усовершенствование технологических процессов во всех отраслях производства, строительства и т.д. Естественно потребность в применении металлов сильно возросла, так как используемые материалы не удовлетворяли возросшим требованиям. Как следствие потребовались новые методы сварки, началось активное развитие сварочного производства. Изучались новые способы нагрева металла.

Огромный вклад в этой области принадлежит профессору медико-хирургической академии в Санкт-Петербурге Василию Владимировичу Петрову(1761-1834). Он первым открыл и наблюдал электрическую дугу, также он первым предложил использовать ее для освещения и мгновенного расплавления металла. Так была открыта электродуговая сварка! Первые она была применена в 1881 году, электроды для электродуговой сварки были неплавящиеся угольные. Однако спустя небольшое время через шесть лет в 1888 году Николай Гаврилович. Славянов сменил угольные электроды на голые металлические(прутки), так была впервые открыта дуговая сварка с применением плавящегося электрода.. В 1902 году Кельберг изобрел флюс для открытых электродов, тем самым сделал процесс гораздо эффективнее и благоприятнее, дуга стала более стабилизированной.

Газопламенная сварка была открыта в 1903 году французскими инженерами Эдмоном Фуше и Шарлем Пикаром которые разработали первую ацетиленовую горелку и запатентовали ее в Германии. С тех пор спустя столько лет принцип горелки при газопламенной сварке практически не изменился.

Началась эпоха развития газопламенной сварки, предпосылки к этому были еще в 1895 году когда французский ученый Aнpи Лyи Лe Шeтельe получил высокотемпературное пламя (выше 3000 градусов) при сгорании ацетилена и кислорода. Однако в то время ацетилен не был столь доступным а его использование достаточно безопасным. В 1906 году появились достаточно надежные ацетилено-кислородные горелки и газопламенная сварка и резка металла стали широко применятся во всех отраслях промышленности и заняли доминирующее положение в сварочном производстве. Поскольку на тот период времени газопламенная сварка обеспечивала лучшие свойства и характеристики сварного шва, все нефте-газовые магистрали и другие крупные трубопроводы в Советском Союзе в 1926-1935 годах были построены с применением газопламенной сварки.

Параллельно этому электродуговая сварка в свою очередь не стояла на месте и так же интенсивно развивалась, с 1912 года на электроды стали наносить толстое покрытие которое по своей сути представляло из себя оболочку из синего асбеста насыщенного жидким стеклом. Такая оболочка не только обеспечивала защиту от атмосферного загрязнения, но и образовывала легко ионизируемые компоненты, делавшие устойчивым горение дуги. Это компенсировало недостаток мастерства сварщика и увеличивало вероятность получения шва без дефектов. Наконец то прочность сварного шва и прочность основного металла сравнялись.

Как известно ХХ век стал веком сверх стремительного развития промышленности, всех видов производств и технологических процессов. Сварочное производство при этом постоянно принимало участие в этой гонке.

К началу 1940 года был разработан новый способ электродуговой сварки - сварка под флюсом , преимуществом этого способа была защита дуги и расплавленного металла оболочкой из расплавленного флюса и прослойкой гранулированных частиц нерасплавленного флюса.

Постепенно электродуговая сварка начала вытеснять газопламенную , этому также способствовал дефицит карбида кальция. К началу 50-х годов были разработаны и внедрены в производство методы кислородно-флюсовой резки.

На протяжении следующих 30-ти годов разработка и внедрение новых модификаций электродуговой сварки стремительно развивались. Были разработаны такие метода как :сварка вольфрамовым электродом в гелии, дуговая сварка с применением плавящегося электрода в атмосфере защитного газа (аргона, углекислого газа), сварка под флюсом несколькими электродами, электродуговая сварка с использованием порошковой проволоки в защитном газе и без него , и т.д.

С наступлением 80-х годов активно началось изучение газолазерной сварки, в тот период времени этот метод считался наиболее перспективным.

В заключении следует отметить что сварочное производство активно развивается и по сей день, бурный технологический прогресс влечет за собой совершенствование методик монтажа, создания неразъемных соединений, увеличение требований к характеристикам сварных швов и соединений, приходится проводить сварочные работы в местах тяжелой технической доступности и агрессивной внешне.



2. Передовые технологии сварки

Мерилом мастерства древних зодчих считалось умение построить здание без единого гвоздя. Тогда в ходу были дерево и топор, а как поступают современные умельцы в наш "железный" век? Без болта и заклепки они возводят небоскребы, мосты, плотины, туннели и трубопроводы. Одним из самых надежных и долговечных способов крепления является электросварка. Быстрота, экономичность и прочность - вот главные преимущества, которые позволили ему получить широкое распространение не только в промышленности, но и в быту. Электросварка - это ведущий вид сварки в нашей промышленности. Сваркой называется неразъемное соединение двух или более деталей, с помощью электрического тока присадочного материала (электрод). Первым кто применил сварочную дугу для сварки металла, был русский изобретатель Н.Н.Бенардос. На протяжении многих десятилетий сварку улучшали и совершенствовали, пока, наконец, она прочно не вошла в нашу промышленность. И вот уже целый век нам служит сварочное оборудование.

Современные технологии позволяют соединять стали различного уровня легирования и многие цветные сплавы. При этом тип решаемых задач определяет и методы, выбор которых влияет не только на качество, но и на стоимость работ.

В нашей стране используются очень много видов сварки: автоматическая сварка под флюсом, электрошлаковая сварка, газовая сварка, световая сварка, термическая сварка, контактная сварка, диффузионная сварка, газопрессовая сварка и многие другие виды.

В зависимости от характера и интенсивности сварочных работ и размеров свариваемых деталей выпускают большой ассортимент оборудования с различными техническими характеристиками, однако две из них обязательны для аппаратов бытового потребления. Первая - это максимальный сварочный ток, вторая - время, на протяжении которого в 10-минутном рабочем цикле этот ток вырабатывается. Например, аппарат, рассчитанный на 120-амперный ток при 60 %-ном рабочем цикле, должен обеспечивать 120 А в течение не более 6 минут из каждых 10 минут эксплуатации. Остальные 4 минуты отведены на режим холостого тока, при котором аппарат отдыхает.

Сварка применяется практически во всех отраслях - в промышленности, строительстве, на транспорте. О современных масштабах ее использования свидетельствует тот факт, что более половины валового национального продукта страны получают с привлечением сварочных и родственных им технологий. Всего разработано более 100 видов сварки. С помощью сварки удается соединять любые металлы и сплавы, пластмассы, керамику, стекло. Столь широкая популярность сварочных процессов предопределила большой интерес к мероприятиям по этой тематике, таким как специализированные выставки.

Сварка в промышленных условиях. Завод "Электрик" (г. Санкт-Петербург) -российский производитель сварочного оборудования. Накопленный предприятием многолетний опыт помог его специалистам создать новый сварочный трактор ТС-80 для автоматической дуговой сварки и наплавки стальной электрической проволоки с применением флюса на протяженные швы разных типов. За счет новых технических решений агрегат поддерживает стабильность сварочных режимов в процессе работы при любых условиях эксплуатации.

В нем применены усовершенствованная система управления, новые мощные электродвигатели (180 Вт) с тахогенераторами и токоподвод, обеспечивающий надежный контакт с электродной проволокой. Схема управления трактором позволяет предварительно выставлять необходимые режимы и плавно их корректировать во время сварки. Трактор может работать автоматически с зависимой или независимой от напряжения на дуге скоростью подачи проволоки.

В новой модели увеличен размах настроечных перемещений сварочной головки: по высоте - до 300 мм, по горизонтали - до 150 мм. Разворот головки под разными углами позволяет вести сварку в любых положениях: в колее, вне колеи, в "лодочку", в угол и т. д. Прозрачная труба флюсоподвода очень удобна для визуального контроля наличия флюса. Каретка трактора - полноприводная, поэтому перемещение трактора по изделию происходит без пробуксовок. Сцепление и расцепление колес с приводом оперативно осуществляется с помощью зубчатой муфты.

На тракторе предусмотрены места для крепления копиров (регулируемых направляющих устройств) и флюсоотсоса. Ток сварки при постоянном включении нагрузки (продолжительность включения нагрузки ПН - 100%) достигает 1250 А. Для сварного шва можно использовать электродную проволоку диаметром 2-5 мм. Скорость ее подачи - 4-6 м/мин., скорость сварки - 0,1-2 м/мин. Масса трактора - не более 85 кг.

Предприятие выпустило новую модификацию известного источника ВДУ-505-1 - универсальный сварочный выпрямитель ВДУ-505-2 с более широкими технологическими возможностями. Это устройство можно применять для автоматической и полуавтоматической сварки, для ручной сварки штучным электродом и сварки в среде аргона неплавящимся электродом. ВДУ-505-2 оснащен новым блоком управления с возможностью регулирования угла наклона внешней вольтамперной характеристики (ВАХ). В зависимости от ожидаемых параметров дуги электрода в заданном режиме (ручном, полуавтоматическом, аргоновой дугой) выбирается один из пяти вариантов, различаемых углами наклона ВАХ.

Таким образом, при колебаниях сварочного тока дуговое напряжение изменяется в допустимых пределах. Процесс протекает стабильно, обеспечивая мелкокапельный перенос электродного металла. При этом значительно снижается процент разбрызгивания: коэффициент потерь не превышает 4%. ВДУ-505-2 обеспечивает сварочный ток 500 А при ПН 60% и 385 А при ПН 100%. Диапазон его регулирования составляет от 60 до 500 А на жесткой и от 50 до 500 А на падающей ВАХ. Диаметр штучных электродов может быть от 2 до 6 мм. Масса агрегата - не более 290 кг при габаритах 760_700_900 мм.

Еще одна новинка завода - универсальная установка УДГУ-2510, предназначенная для ручной сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов. Она позволяет производить сварку алюминия и его сплавов с использованием переменного тока, а с использованием постоянного - изделий из нержавеющих сталей, титановых и медно-никелевых сплавов.

Установка состоит из силового блока, возбудителя-стабилизатора сварочной дуги, сварочных горелок, пульта дистанционного управления. К ней прилагается комплект принадлежностей. Компактный и удобный в переноске блок возбуждения дуги, к которому подключается горелка, дает возможность работать на расстоянии до 50 м от источника. С помощью дистанционного пульта управления осуществляется регулирование сварочного тока на месте сварки.

Система управления позволяет предварительно устанавливать сварочный ток по цифровому индикатору и плавно его регулировать в процессе работы. Аппарат может работать в постоянном и импульсном режимах. Токи импульса и паузы регулируются по отдельности. В УДГУ-2510, разработанной для промышленных условий эксплуатации и рассчитанной на длительную непрерывную работу, предусмотрена схема защиты от перегрузки.

Установка обеспечивает мягкую устойчивую дугу, хорошо регулируемую во всем диапазоне токов. Пределы подстройки сварочного тока - от 5 до 250 А на постоянном токе и от 10 до 250 А - на переменном. Благодаря такому широкому диапазону удается сваривать материалы толщиной от 0,3 до 8 мм. Установка обеспечивает сварочный ток 250 А при ПВ 60% и продолжительности цикла 10 минут.

Электродуговая сварка

Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга, которая горит между электродом и заготовкой. В зависимости от материала и числа электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие способы дуговой сварки:

а) Сварка неплавящимся (графитным или вольфрамовым) электродом, дугой прямого действия, при которой соединение выполняется путем расплавления только основного металла, либо с применением присадочного металла.

б) Сварка плавящимся (металлическим) электродом, дугой прямого действия, с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сварочную ванну жидким металлом.

в) Сварка косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, неплавящимися электродами. При этом основной металл нагревается и расплавляется теплотой столба дуги.

г) Сварка трехфазной дугой, при которой дуга горит между электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.

Питание дуги осуществляется постоянным или переменным током. При применение постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярностях. В первом случае электрод подключают к отрицательному полюсу (катод), во втором - к положительному (анод).

Автоматическая дуговая сварка под флюсом

Для автоматической дуговой сварки под флюсом используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Подача и перемещение электродной проволоки механизированы. Автоматизированы процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва.

В процессе автоматической сварки под флюсом дуга горит между проволокой и основным металлом. Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла со всех сторон плотно закрыты слоем флюса толщиной 30 - 35 мм. Часть флюса расплавляется, в результате чего вокруг дуги образуется газовая полость, а на поверхности расплавленного металла - ванна жидкого шлака. Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Действие мощной дуги и весьма быстрое движение электрода вдоль заготовки обусловливают оттеснение расплавленного металла в сторону, противоположную направлению сварки. По мере поступательного движения электрода происходит затвердевание металлической и шлаковой ванн с образованием сварного шва, покрытого твердой шлаковой коркой. Проволоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва с помощью механизмов подачи и перемещения. Ток к электроду поступает через токопровод.

Дуговую сварку под флюсом выполняют сварочными автоматами, сварочными головками или самоходными тракторами, перемещающимися непосредственно по изделию. Назначение сварочных автоматов - подача электродной проволоки в дугу и поддержание постоянного режима сварки в течение всего процесса. Автоматическую сварку под флюсом применяют в серийном и массовом производстве для выполнения длинных прямолинейных и кольцевых швов в нижнем положении на металле толщиной 2 - 100 мм. Под флюсом сваривают металлы различных классов. Автоматическую сварку широко применяют при изготовлении котлов, резервуаров для хранения жидкостей и газов, корпусов судов, мостовых балок и других изделий. Она является одним из основных звеньев автоматической линий для изготовления сварных автомобильных колес и станов для производства сварных прямошовных и спиральных труб.

Электрошлаковая сварка и приплав

При электрошлаковой сварке основной и электродный металл расплавляются теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через шлаковую ванну. Процесс электрошлаковой сварки начинается с образования шлаковой ванны в пространстве между кромками основного металла и формирующими устройствами (ползунами), охлаждаемые водой, подаваемой по трубам, путем расплавления флюса электрической дугой, возбуждаемой между сварочной проволокой и вводной планкой.

После накопления определенного количества жидкого шлака дуга шунтируется шлаком и гаснет, а подача проволоки и подвод тока продолжаются. При прохождении тока через расплавленный шлак, являющийся электропроводящим электролитом, в нем выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой температуры шлака (до 2000 градусов по Цельсию) и расплавления кромок основного металла и электродной проволоки. Проволока вводится в зазор и подается в шлаковую ванну с помощью мундштука. Проволока служит для подвода тока и пополнения сварочной ванны расплавленным металлом.

Как правило, электрошлаковую сварку выполняют при вертикальном положении свариваемых заготовок. По мере заполнения зазора между ними мундштук для подачи проволоки и формирующие ползуны передвигаются в вертикальном направлении, оставляя после себя затвердевший сварной шов.

В начальном и конечном участках шва образуются дефекты. В начале шва - непровар кромок, в конце шва - усадочная раковина и неметаллические включения. Поэтому сварку начинают на вводной, а заканчивают на выходной планках, которые затем удаляют газовой резкой.

Шлаковая ванна - более распределенный источник теплоты, чем электрическая дуга. Основной металл расплавляется одновременно по всему периметру шлаковой ванны, что позволяет вести сварку металла большой толщины за один проход.

Заготовки толщиной до 150 мм можно сваривать одним электродом, совершающим поперечные колебания в зазоре для обеспечения равномерного разогрева шлаковой ванны по всей толщине. Металл толщиной более 150 мм сваривают тремя проволоками, а иногда и большим числом проволок, исходя из использования одного электрода на 45 - 60 мм толщины металла. Специальные автоматы обеспечивают подачу электродных проволок и их поперечной перемещение в зазоре.

Электрошлаковая сварка имеет ряд преимуществ по сравнению с автоматической сваркой под флюсом: повышенную производительность, лучшую макроструктуру шва и меньшие затраты на выполнение 1 м сварного шва.

К недостаткам электрошлаковой сварки следует отнести образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. После сварки необходима термическая обработка (отжиг или нормализация) для измельчения зерна в металле сварного соединения.

Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления ковано - сварных и лито - сварных конструкций, таких, как станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых дизелей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т. п. Толщина свариваемого металла составляет 50 - 2000 мм.2.



3. Характеристика материала изделия

Сталь ст3 - свойства, применение В качестве заменителя стали ст3 применяют сталь ВСт3сп. Конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества Ст3 применяют для изготовления несущих и ненесущих элементов для сварных и несварных конструкций, а также деталей, работающих при положительных температурах. Листовой и фасонный прокат 5 категории (до 10мм) - для несущих элементов сварных конструкций предназначенных для эксплуатации в диапазоне от --40 до +425 °С при переменных нагрузках.

Сплав Ст3 содержит: углерода - 0,14-0,22%, кремния - 0,05-0,17%, марганца - 0,4-0,65%, никеля, меди, хрома - до 0,3% , мышьяка до 0,08%, серы и фосфора - до 0,05 и 0,04% соответственно.

Технологические свойства стали марки ст3

Сталь ст3 не склонна к отпускной хрупкости, нефлокеночувствительна. свариваемость без ограничений.

Качество конструкционной стали определяется коррозионной стойкостью, механическими свойствами и свариваемостью. По своим механическим характеристикам стали делят на группы: сталь обычной, повышенной и высокой прочности.

Основные свойства стали непосредственно зависят от химического элементов, входящих в состав сплава и технологических особенностей производства.

Основой структуры стали является феррит. Он является малопрочным и пластичным, цементит напротив, хрупок и тверд, а перлит обладает промежуточными свойствами. Свойства феррита не позволяют применять его в строительных конструкциях в чистом виде. Для повышения прочности феррита сталь насыщают углеродом (стали обычной прочности, малоуглеродистые), легируют добавками хрома, никеля, кремния, марганца и других элементов (низколегированные стали с высоким коэффициентом прочности) и легируют с дополнительным термическим упрочнением ( высокопрочные стали)

К вредным примесям относятся фосфор и сера. Фосфор образует раствор с ферритом, таким образом снижает пластичность металла при высоких температурах и повышает хрупкость при низких. Образование сернистого железа при избытке серы приводит к красноломкости металла. В составе стали ст3 допускается не более 0,05% серы и 0,04 % фосфора.

При температурах, недостаточных для образования ферритной структуры возможно выделение углерода и его скопления между зернами и возле дефектов кристаллической решетки. Такие изменения в структуре стали понижают сопротивление хрупкому разрушению, повышают предел текучести и временного сопротивления. Это явление называют старением, в связи с длительностью процесса структурных изменений. Старение ускоряется при наличии колебаний температуры и механических воздействиях. Насыщенные газами и загрязненные стали подвержены старению в наибольшей степени.

Конструкционные стали производят мартеновским и конвертерным способами. Качество и механические свойства сталей кислородно-конвертерного и мартеновского производства практически не отличаются, но кислородно-конвертерный способ проще и дешевле.

По степени раскисления различают спокойные, полуспокойные и кипящие стали. Кипящие стали - нераскисленные. При разливке в изложницы они кипят и насыщаются газами. Для повышения качества малоуглеродистых сталей используют раскислители - добавки кремния (0,12 - 0,3%) или алюминия (до 0,1 %). Раскислители связывают свободный кислород, а образующиеся при этом алюминаты и силикаты увеличивают количество очагов кристаллизации, способствуя образованию мелкозернистой структуры. Раскисленные стали называют спокойными, т.к. они не кипят при разливке. Спокойные стали более однородны, менее хрупкие, лучше свариваются и хорошо противостоят динамическим нагрузкам. Их применяют при изготовлении ответственных конструкций. Ограничивает применение спокойной стали высокая стоимость и по технико-экономическим соображениям наиболее распространенным конструкционным материалом является полуспокойная сталь. Для раскисления полуспокойной стали используется меньшее количество раскислителя, преимущественно кремния. По качеству и цене полуспокойные стали занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными.

Из группы малоуглеродистых сталей обычной мощности (ГОСТ 380-71, с изм.) для строительных конструкций применяют сталь марок Ст3 и Ст3Гпс. Сталь ст3 производится спокойной, полуспокойной и кипящей.

В зависимости от эксплуатационных требований и вида конструкций, сталь должна отвечать требованиям ГОСТ 380-71. Углеродистая сталь подразделяется на 6 категорий. При поставке стали марок ВСт3Гпс и ВСт3 всех категорий требуется гарантированный химический состав, относительное удлинение, предел текучести, временное сопротивление, изгиб в холодном состоянии.

Требования ударной вязкости различаются по категориям.

При маркировке стали согласно ГОСТ 380-71 (с изм.) вначале ставят обозначение группы поставки, далее марки, степени раскисления и категории.

По ГОСТ 23570-79 устанавливаются более строгий контроль качества стали и ограничения содержания мышьяка и азота. Обозначение марки включает процентное содержание углерода (в сотых долях процента), степень раскисления и буква Г для марганцовистых сталей.

3.1 Оборудование

Для автоматической сварки применяют аппараты различных типов. Для сварки крупногабаритных изделий используют неподвижные подвесные сварочные головки. Дуга относительно свариваемого шва перемещается при вращательном или поступательном движении изделия с помощью манипулятора. Самоходные сварочные головки перемещаются по специальному рельсу, задающему конфигурацию и направление свариваемого шва. Аппараты для автоматической сварки могут иметь один электродвигатель (например, САГ-4), от которого движение передается через один редуктор на электрод, а через другой -- на привод сварочной тележки. Скорость сварочной тележки устанавливается, как правило, набором шестерен. Постоянные тепловые параметры дуги поддерживаются в режиме саморегулирования. Более сложные подвесные сварочные головки (типа АБС) имеют два электродвигателя: один для подачи электрода, другой -- для перемещения головки вдоль шва.

Наибольшее распространение из всех аппаратов для автоматической сварки получили сварочные тракторы, т. е. такие сварочные аппараты, которые могут перемещаться по изделию. Сварочные тракторы типа ТС ("Трактор сварочный") подают электродную проволоку с постоянной скоростью, рассчитаны на поддержание горения дуги в режиме саморегулирования. Сварочные тракторы типа АДС снабжены автоматическим регулятором напряжения дуги с воздействием на скорость подачи электрода, обладают возможностью плавно изменять скорость сварки. Это обеспечивает легкое регулирование и изменение режимов сварки в широких пределах. Существуют и конструкции облегченных сварочных автоматов, например: АДФ-500 - для сварки под флюсом, АДПГ-500 и АДНГ-500 - для сварки в среде защитных газов, первый -- плавящимся электродом, второй -- неплавящимся.



3.2 Принадлежности и инструменты сварщика

Электрододержатели служат для закрепления электрода и подвода к нему тока при ручной дуговой сварке. В зависимости от способа закрепления различают вилочные, пассатижные, винтовые, пружинные, эксцентриковые и другие электрододержатели. Наибольшее распространение в практике получили пассатижные (рис. 6.3, а) и вилочные (рис. 6.3, б) электрододержатели, но последние в настоящее время промышленностью не выпускаются.

Рис. 6.3. Электрододержатели для ручной дуговой сварки

а -- пассатижный (ЭД-3104У1), б -- вилочный; 1 -- вивт, 2, 10 -- верхняя и нижняя накладки, 3 -- рычаг, 4, 9 -- пружины, 5 -- гайка, б, 8 -- втулки, 7 -- ось, 11 -- токопровод, 12 -- рукоятка

Дополнительный инструмент сварщика. Для зачистки кромок перед сваркой и удаления с поверхности швов остатков шлака применяют стальные щетки -- ручные и с электроприводом. Остывший шлак с поверхности шва удаляют молотком-шлакоотделителем. Для подсоединения «массы» к заготовке служат винтовые или пружинные зажимы, в которые токопроводящий провод впаивают высокотемпературным припоем или закрепляют механически.

Для клеймения швов, вырубки дефектных мест, удаления брызг я шлака применяют соответственно клейма, зубила и молотки. Сборочные операции перед сваркой выполняют с помощью шаблонов, отвесов, линеек, угольников, чертилок и специальных приспособлений. При монтажных сварочных работах сварщики пользуются надеваемыми через плечо брезентовыми сумками, в которых помещаются электроды.

Инструмент сварщика - это совокупность орудий, употребляемых им в "производстве, а именно: сварочный инструмент (электрододержатели, горелки и др.), инструмент для зачистки шва и свариваемых кромок, для подгонки соединяемых деталей, инструмент для наладки сварочного оборудования и приспособлений и мерительный инструмент.

Для зачистки шва и свариваемых кромок в сварочном производстве применяются: молоток - шлакоотделитель (рис. 2, а), представляющий собой инструмент с острыми и узкими рабочими поверхностями. Он предназначен для удаления шлаковой корки, особенно с угловых швов или швов, расположенных в узкой, глубокой разделке между кромками;

проволочные щетки (рис. 2,б) используются для зачистки кромок перед сваркой и для удаления с поверхности шва остатков шлака. Щетки могут быть плоскими (широкими или узкими) или цилиндрическими (в виде кисти) для зачистки швов, расположенных в узком зазоре.



Рис. 2. Инструмент для зачистки шва и свариваемых кромок

а - молоток - шлакоотделитель, б - щетка

Наряду с ручным для зачистки применяется и механизированный инструмент.

Ручные шлифовальные машинки с пневматическим или электроприводом. Зачистка кромок перед сваркой выполняется шлифовальным кругом, закрепленным на шпинделе двигателя или в ручном приспособлении. В последнем случае шлифовальный круг вращается при помощи гибкого вала, что облегчает условия работы сварщика.

Для удаления с металлических поверхностей непрочно сцепленной окалины, брызг, краски и для других работ применяются также проволочные щетки (дисковые или торцовые).

Пневматические молотки предназначены для зачистки сварных швов от шлака и брызг, для удаления дефектных участков шва и т. п.

К инструменту сварщика относят слесарный инструмент для подгонки соединяемых деталей (вилки, струбцины, кувалды), для кантовки горячих деталей, а также инструмент для наладки сварочного и технологического оборудования.

Электрододержатели применяются при ручной дуговой сварке для зажима электрода и подвода к нему тока. Конструкция электрододержателя позволяет быстро заменить электрод без прикосновения к токоведущим частям и дает наименьшую длину остающегося огарка.

Электрододержатель должен быть легким, удобным в обращении, не стеснять движений и не утомлять руку сварщика. На смену электрода должно затрачиваться минимальное время.

Для зажатия электрода в электрододержателях применяются различные устройства: специальные пружины, плоские пружинящие губки, устройства вилочного типа (пружинящие стержни), винтовые зажимы, зажимные устройства типа клещей и др. Способ закрепления конца кабеля в электрододержателе должен быть простым, надежным и обеспечивать хороший контакт в месте зажима кабеля. Наилучшим является способ зажатия конца кабеля специальным

конусом. Контактные губки электрододержателя, между которыми зажимается электрод, выполнены из меди.

Наилучшими являются электрододержатели с плоскими губками, в которых зажатие электрода обеспечивается упругостью самих губок или усилием специальной пружины. Электрододержатели с винтовым зажимом менее пригодны: они быстро выходят из строя вследствие нагрева и заклинивания винтового устройства. Ручка электрододержателя должна иметь надежную электроизоляцию из резины или пластмассы.

В зависимости от величины сварочного тока электрододержатели делятся на две группы: нормальные для тока до 350 а и усиленные для тока до 500 а. Для обеспечения безопасности работ применяются также электрододержатели с устройством для выключения напряжения во время смены электрода. На рис. 8 показаны некоторые конструкции электрододержателей.

В электрододержателе с винтовым зажимом конструкции Б. Г. Филиппова (рис. 8, е) электрод 1 вставляется в медную головку 2 и с помощью текстолитового маховичка 3 и рукоятки 4 зажимается винтом 5, в который впаян провод 6.

В электрододержателе для безогарковых электродов (рис. 8, ж) конец электрода приваривается в стык к торцу стержня электрододержателя. Электрод расплавляется полностью. Этот способ снижает расход электродов на 15--20%. Для приварки электродов сварщик должен пользоваться дополнительным несложным приспособлением -- кассетой.

Щитки и шлемы (рис. 9) служат для защиты лица сварщика от лучей сварочной дуги и брызг расплавленного металла. Они изготовляются из фибры черного матового цвета. В щиток вставляется специальное темное защитное стекло -- светофильтр. Нельзя пользоваться случайными цветными стеклами, так как они не могут хорошо защитить глаза от невидимых лучей сварочной дуги, вызывающих хроническое заболевание глаз.

Защитные стекла (светофильтры) для электросварщиков имеют различную прозрачность. Согласно ГОСТ 9497--60 при электросварке рекомендуется применять следующие защитные стекла:

при сварочном токе от 30 до 75 а………………… Э-1

» » » от 75 до 200 а………………………………… Э-2

» » » от 200 до 400 а………………………………. Э-3



Снаружи стекло для защиты от брызг металла прикрыто обычным прозрачным стеклом, которое нужно два-три раза в месяц заменять новым, так как оно портится от брызг металла. Вес щитка или шлема не должен превышать 0,6 кг.

Одежда сварщика должна быть сшита из плотной и трудно загорающейся ткани -- брезента, асбестовой ткани и других материалов. При работе сварщик пользуется брезентовыми рукавицами. В резиновых одежде, обуви и перчатках работать нельзя, так как они легко прожигаются брызгами расплавленного металла. Одежда и обувь не должны иметь складок, открытых карманов, обшлагов, куда могут попадать капли расплавленного металла. Брюки должны быть выпущены наружу, а не заправлены в сапоги.

Прочий инструмент сварщика. Сюда относятся винтовые зажимы типа струбцин, в которые конец провода впаивается на твердом припое. Зажимы должны обеспечивать плотный контакт со свариваемым изделием.

Для зачистки швов и удаления шлака используют проволочные щетки -- ручные и с электроприводом.

Для клеймения швов и обрубки шлака служат клейма, зубила и молотки.

При выполнении монтажных работ для хранения электродов применяют брезентовые сумки длиной 300 мм, подвешиваемые к поясу. В цеховых условиях для этой цели пользуются стаканами, изготовленными из отрезка трубы диаметром 50--75 мм, длиной 300 мм, с приваренным к нему донышком-подставкой.

Сварочные провода служат для подвода тока от сварочной машины или трансформатора к электрододержателю и свариваемому изделию. Электрододержатели снабжаются гибким изолированным проводом ПРГ или ПРГН, сплетенным из большого количества медных, отожженных и облуженных проволок диаметром 0,18--0,2 мм.

Применять провод длиной более 30 м не рекомендуется, так как это вызывает значительное падение напряжения в сварочной цепи.

В зависимости от тока берется следующее сечение сварочных проводов:

Сварочные трансформатор

Сварочные трансформаторы предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они должны иметь требуемую внешнюю характеристику. Как правило, это падающая характеристика, так как сварочные трансформаторы используются для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом.

Промышленный переменный ток на территории России имеет частоту 50 периодов в секунду (50 Гц). Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги. Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60--75 В. При сварке на малых токах (60--100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 -- 80 В.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. На рис. 1 приводится принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем. Комплект источников питания состоит из понижающего трансформатора и дросселя (регулятора реактивной катушки).

Рис. 1. Принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем (сварочный ток регулируется изменением воздушного зазора)

Понижающий трансформатор, основой которого является магнитопровод 3 (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе 3 имеются первичная 1 и вторичная 2 (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода.

Дроссель состоит из магнитопровода 4, набранного из листов трансформаторной стали, на котором расположены витки медного или алюминиевого провода 5, рассчитанного на прохождение сварочного тока максимальной величины. На магнитопроводе 4 имеется подвижная часть б, которую можно перемещать с помощью винта, вращаемого рукояткой 7.

Первичная обмотка 1 трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220 или 380 В. Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке 1, создаст действующее вдоль магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке 2 индуктируется переменный ток низкого напряжения. Обмотку дросселя 5 включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой трансформатора.

Величину сварочного тока регулируют путем изменения воздушного зазора а между подвижной и неподвижной частями магнитопровода 4 (рис. 1). При увеличении воздушного зазора а магнитное сопротивление магнитопровода увеличивается, магнитный поток соответственно уменьшается, а следовательно, уменьшается индуктивное сопротивление катушки и увеличивается сварочный ток. При полном отсутствии воздушного зазора а дроссель можно рассматривать как катушку на железном сердечнике; в этом случае величина тока будет минимальной. Следовательно, для получения большей величины тока воздушный зазор нужно увеличить (рукоятку на дросселе вращать по часовой стрелке), а для получения меньшей величины тока -- зазор уменьшить (рукоятку вращать против часовой стрелки). Регулирование сварочного тока рассмотренным способом позволяет настраивать режим сварки плавно и с достаточной точностью. передовой технология сварка инструмент

Современные сварочные трансформаторы типа ТД, ТС, ТСК, СТШ и другие выпускаются в однокорпусном исполнении.

Рис. 2. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформатора типа СТН в однокорпусном исполнении

(а) и его магнитная схема (б). 1 -- первичная обмотка; 2 -- вторичная обмотка; 3 -- реактивная обмотка; 4 -- подвижной пакет магнитопровода; 5 -- винтовой механизм с рукояткой; 6 -- магнитопровод регулятора; 7 -- магнитопровод трансформатора; 8 -- электродержатель; 9 -- свариваемое изделие



3.3 Порядок сборки и сварки

1.Подготовка металла под сварку: очистить от грязи, окалины, ржавчины, выполнить разметку согласно размерам чертежа, нарубить металл или нарезать, подготовить кромки под сварку.

2. В первую очередь необходимо выполнить сборку и сварку балки (поз.1). Сварка выполняется в нижнем положении, на ровной поверхности желательно по шаблону или кондуктору, чтобы выдержать углы в 90є. Наложение швов выполняют в противоположных направлениях, чтобы избежать деформации.

3.4 Выбор режима сварки

Режим дуговой сварки -- совокупность факторов, обеспечивающих получение сварочного шва хорошего качества и заданных размеров. К таким факторам относятся род и полярность сварочного тока, его величина, тип и марка электрода, его диаметр, напряжение на дуге, положение шва в пространстве, скорость сварки.

Род сварочного тока -- постоянный или переменный -- и его полярность зависит от марки и толщины свариваемого металла; эти данные приводятся в таблицах с характеристиками различных марок электродов. Тип и марку электрода можно также выбрать по этим таблицам

Диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемых деталей можно выбрать по табл. 2.

Таблица 2. Величина диаметра электрода в зависимости от толщины свариваемого металлаТолщина металла, мм 1...2 3...5 4...10 12...24 30...60

Диаметр электрода, мм 2...3 3...4 4...5 5...6 6...8

При сварке многослойных швов первый шов сваривают электродом диаметром не более 4 мм, а при диаметре электрода большем этого может быть непровар корня шва.

Диаметр электрода при сварке вертикальных швов не более 5 мм, потолочных -- не более 4 мм независимо от толщины свариваемого металла. При выборе диаметра электрода для сварки угловых и тавровых соединений принимается во внимание катет шва. Диаметр электрода при катете шва -- 3...5-3...4 мм, при катете 6...8-4...5 мм.

Величина сварочного тока в зависимости от диаметра электрода печатается на упаковке электродов.

Для сварки в нижнем положении величину сварочного тока можно определить по формуле:

Iсв = (40...60)d,

где Iсв -- величина сварочного тока, А; 40...60 -- коэффициент, зависящий от типа и диаметра электрода; d -- диаметр электрода, мм.

При сварке конструкционных сталей:

для электродов диаметром 3...6 мм величина сварочного тока: Iсв = (20 + 6d)d;

для электродов диаметром менее 3 мм: Iсв = 30d,

где Iсв -- величина сварочного тока, A; d -- диаметр электрода, мм.

Величина сварочного тока зависит как от диаметра электрода, так и от длины его рабочей части, состава покрытия, его положения в пространстве сварки.

Количество наплавленного при сварке металла зависит от величины сварочного тока:

Q = бнIсвt,

где Q -- количество наплавленного металла, г; бн -- коэффициент наплавки, г/(А*ч); Iсв -- сварочный ток, А; г -- время сварки, ч.

Но при сварочном токе, недопустимом для данного диаметра электрода, электрод быстро перегревается, что приводит к снижению качества шва и разбрызгиванию металла.

При недостаточной величине сварочного тока дуга неустойчива, в шве могут быть непровары.

Напряжение дуги изменяется в интервале 16...30 В.

3.5 Контроль сварного соединения

Внешним осмотром (невооруженным глазом или с помощью лупы) обычно осматривают все сварные соединения независимо от применения других видов контроля. Это наиболее дешевый и оперативный метод контроля.

Внешний осмотр и измерения выполняют после обязательной очистки швов и околошовной зоны от шлаков, брызг металла и других загрязнений.

Внешним осмотром выявляют прежде всего все наружные дефекты: трещины, подрезы, прожоги, поры, свищи, наплывы, неравномерные кратеры, непровары в нижней части швов (Рис. 12). Многие из этих дефектов, как правило, не допустимы и подлежат исправлению.

Рис. Шаблоны для измерения сварных соединений



а -- дли измерения зазоров в нахлесточных и стыковых соединениях; б -- для измерения углов разделки кромок; в -- для измерения гипотенузы углового шва, величины выпуклости в превышения кромок и зазоров.

Только после внешнего осмотра и исправления недопустимых дефектов, сварные изделия подвергают контролю другими физическими методами для выявления внутренних дефектов.

Пузырьковый метод дефектоскопии на выявлении несплошностей шва по появлению пузырьков газа. Его применяют двумя способами - вакуумным и пневматическим.

Пневматический метод пузырьковой дефектоскопии применяют для контроля герметичности, т.е. способности сосудов не пропускать находящиеся в них газы. Испытываемую конструкцию наполняют сжатым воздухом либо обдувают швы струей сжатого воздуха. С обратной стороны смазывают швы пенообразующей жидкостью, и по появлению пузырьков воздуха судят о наличии дефектов. Ввиду опасности пневматического испытания (возможности разрыва конструкции давлением воздуха) его проводят по специально разработанному проекту, предусматриваемому меры безопасности.

Испытание наливом или давлением воды обычно проводят как заключительный этап контроля резервуара или другой подобной конструкции.

В процессе испытания обнаруживают дефекты швов по их отпотеванию с внешней стороны.

1. На соответствие требованиям должен производится технический осмотр.

2. В части выявления внешних дефектов должны производиться осмотр; неразрушающий контроль методом просвечивания в соответствии с требованиям ГОСТ 7512 или методом ультразвуковой дефектоскопии согласно требованиям ГОСТ 14782. Сварные соединения, недоступные для контроля вышеуказанными методами, должны проходить послойный контроль внешним осмотром с записью результатов осмотра в специальном журнале.

3. Гидравлическое испытание не является обязательным ,если все сварные швы подвергались 100% контролю ультразвуком или иным равноценным методом неразрушающей дефектоскопии.



4. Требования НОТ к рабочему месту сварщика

Непрерывное совершенствование научной организации труда - одна из важнейших предпосылок ускоренного роста экономической эффективности общественного производства.

Научная организация труда на предприятии есть совокупность организационных, технических и санитарно гигиенических мероприятий, обеспечивающих наиболее целесообразное использование рабочего времени, производственных навыков и творческих способностей каждого члена коллектива, устранение тяжелого ручного труда и неблагоприятных воздействий окружающей среды. НОТ базируется на научно обоснованных нормах труда, новейших достижениях науки и техники. Основной задачей НОТ является сокращение затрат труда на единицу выпускаемой продукции, благодаря более полному использованию новейших достижений техники, широкому обобщению и распространению передового опыта, достижения высшей производительности труда.

Внедрение научной организации труда должно осуществляться, прежде всего, на рабочих местах.

Рабочим местом называют закреплённый за рабочим или бригадой рабочих участок производительной площади, оснащённой в соответствии с требованиями определённого технологического процесса оборудованием, инструментами, приспособлениями.

При обслуживании рабочего места необходимо обращать внимание на определённый круг вопросов: своевременность получения сменных заданий, нарядов, чертежей, поддержание оборудования в рабочем состоянии; своевременность и способы доставки на рабочее место материалов, заготовок, электродов; контроль качества изготовляемой продукции ; поддержание на рабочем месте надлежащего порядка.

Сварочный пост - это рабочее место сварщика, оснащенное комплектом технологически связанного между собой оборудования, необходимыми приспособлениями и инструментом. Сварочные посты могут быть стационарными или передвижными.

Сварочные посты в зависимости от рода применяемого тока и типа источника питания дуги делят на виды: постоянного тока с питанием от сварочного выпрямителя или сварочного преобразователя; переменного тока с питанием от сварочного трансформатора.

Стационарный пост представляет собой открытую сверху кабину размером 2000 Х 2500х 2000 мм. Её стенки изготовляют из тонкой стали, фанеры или брезента ( причем фанера, а брезент должны быть пропитаны огнестойким составом, например раствором алюмокалиевых квасцов) и окрашивают светло -серой краской, хорошо поглощающей ультрафиолетовое излучение. Пол выполняют из огнестойкого материала. Освещенность кабины должна составлять не менее 80 лк. Кабину оборудуют местной вентиляцией, обеспечивающей воздухообмен 40 м /ч. Вентиляционный отсос должен быть расположен так, чтобы выделяющиеся при сварке газы отводились от сварщика. Сварку выполняют на рабочем столе высотой 500-700 мм с чугунной крышкой толщиной 30-25 мм.

Для включения источника сварочного тока в кабинете устанавливают рубильник или магнитный пускатель.

Сварочный пост дуговой сварки - место производства сварочных работ - оснащается в зависимости от вида сварочных работ и выбранной технологии сварки.

Основное оборудование сварочного поста состоит из источника питания дуги, сварочных проводов, инструментов сварщика и сварочного стола.



Рис. Сварочный пост для ручной электросварки

Передвижной пост применяют при сварке крупногабаритных изделий в зоне выполнения сварочных работ. Пост, расположенный на открытой площадке, оборудуют навесом. Для защиты от светового излучения используют складные щиты

Для защиты работающих от ультрафиолетовых лучей сварочной дуги устанавливают переносные щиты, ширмы высотой 1,2-1,5м из несгораемых материалов. Передвижные посты, как правило, применяют при монтаже или ремонтных работах. При этом часто используют переносные сварочные трансформаторы, сварочные агрегаты и выпрямители, устанавливаемые на специальные прицепы или закрытые автомобили. Такие прицепы и автомобили оборудованы специальными рубильниками, к которым подключены установки. При работе на высоте электроды и необходимый инструмент сварщика находятся в брезентовых сумках, подвышаемых к поясу сварщика, либо в специальных пеналах или ящиках. Для обеспечения удобства и безопасности работы делают подмостки с перилами или подвешивают люльки. При работе на высоте и значительном удалении от источника питания применяют дистанционные регуляторы сварочного тока. А при сварке в сосудах закрытого типа для обеспечения безопасных условий труда используют отключатели ограничители холостого хода.



4.1 Техника безопасности при выполнении сварочных работ

Рабочее место сварщика должно содержаться в чистоте и порядке, не допуская ничего лишнего, мешающего работе на рабочем месте, а также в проходах и проездах. Детали и заготовления следует держать в устойчивом положении на подкладках и стеллажах. Высота штабелей не должна превышать полторы ширины диаметра основания. Штабеля во всех случаях не должны быть более 1м.

Сварочный кабель нельзя располагать рядом с газосварочными шлангами и трубопроводами, находящимися под давлением или по участкам с высокой температурой, а также вблизи кислородных баллонов и ацетиленовых генераторов. Не должны производиться сварка и резка внутри сосудов с закрытыми люками или не вывернутыми пробками, у не огражденных или не закрытых люков, проемов, колодцев и т.д.

Средства индивидуальной защиты.

При ручной электродуговой сварке зона сварки является источником возможного травмирования электрогазосварщика излучением и теплом сварочной дуги и брызгами расплавленного металла. Для защиты глаз и лица каждого покрова головы и шеи сварщика от излучения и брызг металла, а также частичной защиты органов дыхания от непосредственного воздействия выделяемых при сварке паров металла, шлака и аэрозолей предназначены защитные щитки. Щитки изготавливают двух основных видов: наголовные и ручные. Щитки изготавливают углубленной формы, для того, чтобы они хорошо защищали все открытые части головы и шеи сварщика. Для защиты от вредного излучения дуги в щитки вставляют стеклянные светофильтры темно-зеленого цвета, которые не пропускают вредного излучения, но позволяют видеть дугу, расплавляемый металл и манипулировать электродом, для лучшего формирования шва. Применяют 13 классов светофильтров типа. Для сварки током от 13 до 900А. Разнообразие светофильтров помогает сварщику подобрать подходящий для его зрения. Важными средствами индивидуальной защиты является спец. одежда и спец. обувь. Специальная одежда изготавливается из материала, предохраняющего сварщика от излучений, и имеющего противоискровые нашивки. Для работы в стационарных постах сварщик использует фартук, предохраняющий от брызг. Обувь сварщика работающего на монтажной работе должна быть из нескользящей подметки.