Технологический процесс ручной дуговой сварки

Вертикальное расположение

В этом случае электрод также располагается горизонтально, а конструкции -- вертикально, но шов будет также вертикальным.

И опять же под действием уже известной силы тяжести капли расплава будут стремиться вниз, и если не соблюдать определенной технологии, то брака в работе избежать будет невозможно.

Что следует знать, если сварка необходима именно в вертикальном положении:

· Работа выполняется только на короткой дуге. Только так можно добиться того, чтобы под действием силы поверхностного натяжения металл проникал в кратер сварного шва.

· Следует применять специальные электроды, которые за счет своего покрытия будут увеличивать вязкость сварочной ванны. Это очень важно для уменьшения стекания металлического расплава.

· Сваривание выполняется снизу вверх или сверху вниз. В первом случае достигается максимально полное проплавление, но производительность труда будет очень малой. Но если выполнять сварку сверху вниз, то производительность работы повысится, а качество соединения -- ухудшится.

Потолочное расположение

Такой вид расположения шва -- самый трудновыполнимый, требующий высокой квалификации работника его выполняющего. В этом случае свариваемые элементы располагаются горизонтально, электрод -- вертикально, но сам шов будет располагаться снизу свариваемых кромок. То есть, говоря для наглядности, такая сварка -- это сварка, выполненная в нижнем положении, но повернутая на 180 градусов. Основной риск -- стекание расплава вниз без попадания в сварочную ванну.

Условия, которые должны быть соблюдены, при проведении сварки в потолочном положении:

· Минимально короткая дуга и малый ток.

· Применение электродов малого диаметра с тугоплавким покрытием для удержания капель расплава за счет силы поверхностного натяжения.

· Необходимость изменения дистанции между швом и электродом (сближение -- отодвигание).

Такое положение не применяется при сварке элементов малой толщины, так как шов будет не самым прочным из-за микроскопических пузырьков газа, неизбежно появляющихся в процессе работы. Поэтому использовать потолочное сваривание целесообразно, если другие виды технически не осуществимы.

Квалификация работника должна позволять выполнить потолочное сваривание без брака в работе.

2.7 Дефекты сварных швов

В силу разных причин сварные соединения могут иметь дефекты, влияющие на их прочность. Все виды дефектов швов подразделяют на три группы:

наружные, к основным из которых относятся: трещины, подрезы, наплывы, кратеры;

внутренние, среди которых чаще всего встречаются: пористость, непровары и посторонние включения;

сквозные - трещины, прожоги.

2.8 Причины появления дефектов

Причинами возникновения дефектов могут быть различные обстоятельства: низкое качество свариваемого металла, неисправное или некачественное оборудование, неверный выбор сварочных материалов, нарушение технологии сварки или неправильный выбор режима, недостаточная квалификация сварщика.

2.9 Что такое инструкционно-технологическая карта сварщика?

Для правильной организации сварочного процесса на производстве, в обязательном порядке составляется технологическая карта сварки, включающая в свой состав все необходимые параметры и используемые материалы, а также требования, предъявляемые к качеству работ. Пример типичной карты технологического процесса сварки приведен ниже, рассмотрим подробнее как и какие пункты заполняются

Рассмотрим поля технологической карты сварки подробнее:

Первая колонка содержит название объекта, где производятся сварочные работы. Во второй обязательно вписывается название организации, производящей работы. Причем вписывается именно организация, производящая сварочные работы, поскольку остальные работы могут производиться и другими компаниями.

Правее расположены колонки, описывающие способ сварки -- электродуговая, газовая и так далее, по необходимости, а также тип свариваемых деталей, например труба+труба, а также диаметр. Для плоских свариваемых материалов технологическая карта сварки указывает площадь. В обязательном порядке проставляется шифр карты, который в дальнейшем фигурирует в технической документации проекта.

Ниже заполняются графы, содержащие характеристики свариваемых материалов. Указываются марка стали из которой изготовлены трубы, их диаметры, толщина стенок, требования к качеству исполнения. Эти параметры заполнять необходимо со всей точностью, поскольку именно они формируют дальнейшие требования по материалам, применяемым в процессе работы. Здесь же указываются схемы, параметры и некоторые необходимые дополнительные данные.

Обязательная графа -- нормативные параметры сварки. Именно она содержит все нормы и рекомендации технологического процесса. Процесс сварки здесь расписан подробно -- начиная от того на какую высоту допускается прихваточный шов и какие марки электродов при этом используются, до таких факторов каким током необходимо варить данные материалы. То есть опыт сварщика здесь играет роль только в выполнении именно заданных технологической картой параметров. Графа эта очень важна и отступать от рекомендаций крайне не рекомендуется, поскольку в обратном случае возможны некачественные работы, обусловленные специфическими характеристиками некоторых материалов.

Далее идет раздел описывающий пошаговые действия сварщика. Описываются подробно все этапы, начиная от подготовки. Например, очистить детали труб, произвести замер смещения кромок и их максимальные допуски. При несоответствии этих данных работа сварщика может быть приостановлена. Вторая часть содержит подробные описания сборочного процесса. Способ центровки, указаны все необходимые условия и даны ссылки на чертежи, в соответствии с которыми необходимо производить сборку конструкции. Обязательно имеется небольшой раздел, описывающий условия сварки.

Наиболее большим и подробным является раздел, посвященный именно сварочному процессу. Здесь указываются количество прихваток, количество швов, представлены образцы или ссылки на образцы сварочных швов.

Последние графы содержат инструкцию о контроле качества и контроле за произведенными работами. Внизу технологической карты сварки ставится подпись разработчика. В качестве дополнений указываются приборы и инструменты, необходимые для производства тех или иных работ.

Все работы, указанные в технологической карте на сварочные работы выполняются с использованием аттестованных технологий, причем производитель работ должен гарантировать, что технология исполнения каждого шва гарантируется.



3. Электроды для РДС

3.1 Маркировка, тип электродов, работа с каталогом

Основные характеристики электродов:

· удлинение

· ударная вязкость

· угол изгиба

· повременное сопротивление изгибу

Согласно этих характеристик и ГОСТа 9467-75, строится следующая классификация типов электродов:

К первому типу относятся электроды э38,э42, э46, э50. Все эти электроды применяются в процессе сварки стали, временное сопротивление которой способно достигать 490 Дж/кв. см.

Ко второму типу относятся электроды э42, э4б, э50 А. Данные электроды используются в сварке тех же сталей с повышенными требованиями к металлу, связанные с удлинением и вязкостью.

К третьему типу относят электроды э55,э60. Они необходимы для сваривания сталей, временное сопротивление который превышает 490 Дж/кв. см. При этом способно достигать 590 Дж/кв. см. Все эти электроды именуются под общегрупповым названием «Электроды для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей».

В зависимости от вида покрытия все типы электродов различаются своими сварочно-технологическими свойствами. Вид покрытия влияет на проведение самой сварки во всех положениях.

Электроды для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности

Эту группу составляют сварочные электроды для легированных сталей, временное сопротивление которых по отношению к разрыву составляет 590 Мпа. Различают два варианта сварки с использованием данных типов сталей: с термической обработкой и без термической обработки.

Электроды для наплавки

Данную группу составляют электроды, которые предназначены для дуговой сварки и наплавки поверхностных слоев, характеризуемых особенными свойствами. Все электроды при изготовлении должны соответствовать ГОСТу 9466-75, ГОСТу 10051-75. В соответствии с наплавкой поверхностных слоев, в зависимости от химического состава металла и его твердости в условиях оптимальной температуры, различают целых 44 типа в соответствии с ГОСТом. Регламент, основой которого являются технические условия металла, определяет 6 типов электродов.

Электроды, предназначенные для холодной сварки и наплавления чугуна

Эту группу составляют, сварочные электроды, необходимые для того, чтобы удалять все дефекты в чугунных отливах. Кроме того, применяются электроды, которые необходимы в ремонте давно вышедшего из эксплуатации специального оборудования, а также в целях восстановления потрепанных деталей механизма.



3.2 Основные требования к электродам

Разнообразие свариваемых веществ и способов сварки предполагает широкий спектр используемых электродов.

Но все они должны отвечать общим требованиям:

1. обеспечивать стабильность горения дуги, небольшой радиус разбрызгивания стержня, покрытия, высокую производительность сварочных работ;

2. создать условия для формирования качественного сварочного шва;

3. делать равномерным протекание процесса сварки;

4. сохранять физические, химические, технологические свойства во время конкретной сварки.

Особое место в требованиях -- токсичность. Электроды должны выделять минимальное количество токсичных веществ во время работы.

3.3 Виды покрытий, состав

Для того чтобы сварочный шов имел высокую прочность и надежность, был пластичным, в нем должно быть минимальное количество продуктов раскисления и кислорода. Чтобы этого достичь, применяются раскислители, они помогают снизить количество кислорода в расплавленном металле перед тем, как он начнет кристаллизоваться.



Данный вид покрытий в своем составе имеет оксиды железа, марганца и разные силикаты, в которых много диоксида кремния, благодаря чему они имеют большой окислительный потенциал. Кроме перечисленных компонентов в состав покрытий таких электродов может входить концентрат титана или ильменит, в качестве раскислителя чаще всего применяется ферромарганец, а для обеспечения газовой защиты добавляют целлюлозу.

Во время плавления электродов в шлаке содержится много оксидов Fe, кислород переходит из шлака и атмосферы сварочной дуги, начинает окисляться металл. В покрытии начинает плавиться марганец, но в расплавленный металл его переходит очень мало.

Кремний и марганец, которые были в покрытии, пребывая в сварочной ванне, начинают реагировать с кислородом, вследствие чего происходит образование мелкодисперсных включений. Эти включения могут укрупняться, в результате наплавленный металл получается загрязненным.

То, что в сварочном шве присутствуют мелкие включения, приводит к ухудшению его характеристик при низких температурах, значительно уменьшается вязкость шва.

Данные электроды имеют высокую скорость плавления, что позволяет проводить работу в форсированном режиме, они имеют высокую проплавляющую способность. Лучше всего их использовать для работы в нижнем положении, но можно применять и при выполнении горизонтальных и вертикальных швов.

РУТИЛОВОЕ ПОКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОДОВ

Такое покрытие состоит из рутила, в нем содержится около 95% TiO2, в него входят алюмосиликаты и карбонаты. Для раскисления, как и в предыдущем покрытии, используется ферромарганец, газовая защита выполняется за счет того, что в составе есть около 4-5% целлюлозы. Как связующий элемент используют жидкое стекло. Кислород начинает образовываться, когда разлагается целлюлоза и происходит диссоциация карбонатов, атмосфера дуги получается слабо окислительной.

Кроме того, что расплавленный металл окисляется кислородом, процесс окисления идет еще и во время кремниево-восстановительного процесса. За счет того, что температура очень высокая и в покрытии электродов есть марганец, происходит восстановление кремния, восстанавливается он и железом. Образовавшиеся оксиды железа перемещаются в шлак, после чего они растворяются в металле.

ЭЛЕКТРОДЫ С ЦЕЛЛЮЛОЗНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Они характеризуются большим количеством целлюлозы, ее количество доходит до 45%. Шлакообразующими составляющими являются тальк, гематит, марганцевая руда и рутил. Как связующий элемент применяется жидкое стекло, а в качестве раскислителя используется ферромарганец.

То, что в оболочке много целлюлозы, дает возможность обеспечить хорошую газовую защиту. В газах много водорода и оксида углерода, но мало кислорода, что позволяет создать слабоокислительную атмосферу сварочной дуги.

ОСНОВНОЕ ЭЛЕКТРОДНОЕ ПОКРЫТИЕ

Основу такой оболочки составляют карбонат и фторид кальция, газовая защита выполняется за счет струи углекислого газа, которая образуется во время нагрева и плавления покрытия, когда происходит диссоциация карбоната кальция. Для раскисления в состав оболочки могут добавляться ферромарганец, феррокремний, ферротитан или алюминий.

Этими электродами работают при постоянном токе, при этом он должен быть обратной полярности. Можно варить и переменным током, но придется применять дополнительные меры, такие как использование электродов с двухслойным покрытием, добавление в состав покрытия ионизаторов и др. Проводить работу можно в любом положении, но при работе сверху шлаку необходимо придавать определенные свойства. Корневой шов, выполненный таким электродом, имеет худшие характеристики, чем тот, что выполнен инструментом с целлюлозным покрытием.

ЭЛЕКТРОДЫ, ИМЕЮЩИЕ СПЕЦИАЛЬНОЕ ПОКРЫТИЕ

Такие инструменты нужны для проведения работ в особо сложных условиях, например, при высокой влажности или под водой, данное покрытие называется гидрофобным.

Для его создания в жидкое стекло вводят до 10% гидрофобных полимеров, это могут быть смолы, лаки. Вместе с отвердителем это позволяет получить смолу, она заполняет поры между частичками оболочки, и извне в них не проникает влага. Силикатное связующее может быть заменено на специальные составы, которые имеют необходимые физико-химические характеристики.

Такое решение позволит свести к минимуму содержание влаги в покрытии электродов, при этом сохраняется высокая прочность шва даже во время проведения работ под водой.

Данное покрытие применяется для электродов, имеющих специальное назначение, они должны обладать такими характеристиками, как жаропрочность, хладостойкость, высокая стойкость против коррозии и др.



4. Сварочное оборудование

4.1 Устройство и эксплуатация инверторов, достоинства и недостатки

Принцип работы инверторного сварочного аппарата базируется на возможности сдвига фазы напряжения, с увеличением силы тока и частоты.

Сдвиг по фазе происходит сугубо каскадным способом и для начала процесса достаточно напряжения сети в 200 Вт и частоты в 50 герц. Инвертор преобразовывает переменный ток в постоянный.

Затем второй преобразователь вновь ток делает переменным, но значительно понижает его напряжение, увеличивая силу тока и его частоту.

Устройство сварочного инвертора:

· Источник постоянного тока, его мощную защиту от перегрева;

· Преобразователь тока;

· Ключи преобразователя;

· Регулятор тока;

· Реле.

· хороший КПД - в пределах от 85 до 95%;

· идеальное значение коэффициента мощности -- 0,99;

· дефицитные электротехнические материалы расходуются значительно долее медленно;

· параметры режима регулируются в широком диапазоне -- от значения в несколько ампер до значения в сотни и тысячи;

· сварочный процесс осуществляется при помощи покрытых электродов любой марки, с использованием постоянного и переменного тока;

· внешняя статическая характеристика универсальна. Обеспечивается возможность ручной дуговой сварки при помощи покрытого неплавящегося электрода в аргоновой среде, а также механизированной сварки с использованием плавящегося электрода в защитном газе;

· стабильное зажигание дуги;

· использование короткой дуги, для уменьшения энергопотерь и улучшения качества сварных соединений за счет уменьшения зоны высокотемпературного воздействия;

· формируется качественный шов в любом пространственном положении;

· эффект разбрызгивания во время сварки сведен к минимуму;

· возможность исключения магнитного дутья во время сварки, с использованием постоянного тока;

· возможность сваривать трудносвариваемые стали и сплавы;

· устойчивая обратная связь между такими параметрами как ток и напряжение дуги, и параметры выхода, за счет микропроцессорного управления сварочным инвертором;

· возможность сваривать сложные металлоконструкции, не обладая высокой квалификацией.

· Цена инверторного сварочного аппарата в 2-3 раза больше чем у прибора трансформаторного типа.

· Традиционные сварочные аппараты дешевле ремонтировать. Если сломается одна из ключевых деталей -- модуль I.G.B.T., то это будит стоить треть цены сварочной установки. Это может произойти, если рабочий попытается побыстрее справиться с очень толстым и прочным металлом (к примеру, с рельсом), или питающая сеть пропустит большой скачек напряжения. Если такое случается, то для срабатывания защиты в виде теплового реле просто не будет времени.

· Для инвертора больше, чем для других сварочных аппаратов страшна пыль. Особенно, на производстве и строительстве. Чистка и продувка инвертора должна производиться более часто, чем для остальных сварочных аппаратов.

· Электрические схемы данных приборов «не любят» минусовых температур. Хранить сварочный инвертор в гаражном помещении также небезопасно (воздействие резких температурных перепадов может привести к образованию конденсата, а это губительно для отдельных узлов прибора).

4.2 Устройство и эксплуатация выпрямителей, достоинства и недостатки

По мере совершенствования и увеличения мощности полупроводниковых вентилей все более увеличивается выпуск и применение в качестве источников питания сварочной дуги постоянного тока сварочных выпрямителей. Перед преобразователями выпрямители имеют следующие преимущества:

· более высокий к. п. д. и меньшие потери на холостом ходу

· лучшие динамические свойства

· меньшую массу

· большую надежность и простоту обслуживания при эксплуатации

· бесшумность при работе

· большую экономичность при изготовлении

Основной недостаток сварочных выпрямителей - их большая чувствительность к колебаниям напряжения сети, чем у сварочных преобразователей. Сварочный выпрямитель состоит из двух основных узлов: понижающего трансформатора с регулирующим устройством и блока вентилей. В общий комплект источника питания часто также включается секционированный дроссель, обеспечивающий необходимые динамические характеристики для нормального переноса электродного металла в шов. Этот дроссель предназначен для снижения скорости нарастания тока короткого замыкания и соединен последовательно с дугой в цепи выпрямленного тока, индуктивность его обычно составляет несколько миллигенри.

Конструкция сварочного выпрямителя

В конструкциях отечественных сварочных выпрямителей (ВД) находят применение селеновые вентили с пластинами размером 100 X 400 мм, собираемые в блоки необходимых мощности или напряжения. Обычно блоки вентилей принудительно охлаждаются потоком воздуха от специального вентилятора. В кремниевых выпрямителях силовые блоки собирают из отдельных вентилей на силу тока 50 или 200 А (ВК-50 или ВК-200-3) с допустимым обратным напряжением 150 В. Кремниевые вентили также требуют интенсивного принудительного охлаждения, для чего их укрепляют на радиаторах, охлаждаемых потоком воздуха от вентилятора. Разрабатывают сварочные выпрямители с использованием в выпрямляющих силовых обмотках управляемых вентилей-тиристоров. Схема управления тиристорами обеспечивает необходимый вид внешней характеристики, широкий диапазон регулирования силы сварочного тока и стабильность его при колебаниях напряжения питающей сети (выпрямитель сварочный ВД - 304).

4.3 Устройство и недостатки трансформаторов, достоинства и недостатки

Сварочный трансформатор - это устройство, преобразующее переменное напряжение входной сети в переменное напряжение для электросварки. Основным его узлом является силовой трансформатор, с помощью которого сетевое напряжение снижается до напряжения холостого хода (вторичное напряжение), составляющего обычно 50-60В.

Простая для понимания схема сварочного трансформатора имеет следующий вид:



Для ограничения тока короткого замыкания и устойчивого горения дуги трансформатор должен иметь круто падающую внешнюю вольт-амперную характеристику (про вольт-амперную характеристику читайте в конце статьи). Для этого либо используют трансформаторы с увеличенным рассеянием, вследствие чего сопротивление при коротком замыкании оказывается у них в несколько раз больше, чем у обычных силовых трансформаторов. Либо в цепь с трансформатором с нормальным рассеянием включают реактивную катушку с большим индуктивным сопротивлением - дроссель (дроссель может быть включен не в цепь вторичной обмотки, а в цепь первичной, где меньше ток). Если у дросселя можно изменять индуктивность, регулируя её, изменяют форму внешней вольт-амперной характеристики трансформатора и ток дуги I21 или I22, соответствующий напряжению дуги Uд.

Регулирование сварочного тока. Сила тока в сварочных трансформаторах может регулироваться изменением индуктивного сопротивления цепи (амплитудное регулирование с нормальным или увеличенным магнитным рассеянием) или с помощью тиристоров (фазное регулирование).В трансформаторах амплитудного регулирования, необходимые параметры сварочного тока обеспечиваются перемещением подвижных катушек, магнитных шунтов или с помощью отдельной реактивной катушки как на рисунке выше. При этом синусоидальная форма переменного тока не изменяется.

Может быть простое переключение количества используемых витков обмотки трансформатора, для уменьшения напряжения холостого хода и следовательно тока сварки.

Трансформаторы с тиристорным (фазовым) регулированием состоят из силового трансформатора и тиристорного фазорегулятора с двумя встречно-параллельными тиристорами и системой управления. Принцип фазового регулирования состоит в преобразовании синусоидальной формы тока в знакопеременные импульсы, амплитуда и длительность которых определяются углом (фазой) включения тиристоров.

Достоинства и недостатки сварочных трансформаторов.

К достоинствам сварочных трансформаторов относятся сравнительно высокий КПД (70-90%), простота эксплуатации и ремонта, надежность и дешевизна.

Список недостатков более обширен. Прежде всего, это низкая стабильность горения дуги, обусловленная свойствами самого переменного тока (наличие безтоковых пауз при переходе электрического сигнала через ноль). Для качественной сварки необходимо использовать специальные электроды, предназначенные для работы при переменном токе. Отрицательно сказываются на стабильности горения дуги и колебания входного напряжения.

Сварочным трансформатором нельзя варить нержавеющую сталь, которая требует постоянного тока, и цветные металлы.

Если мощность сварочного аппарата переменного тока достаточно велика, его вес может доставлять определенные трудности при переносе трансформатора с места на место.

И, тем не менее, недорогой, надежный и неприхотливый сварочный трансформатор - не такой уж плохой выбор для дома. Особенно в том случае, если варить приходится редко, а средств на покупку более функциональной модели не хватает.

4.4 Балластный реостат, его назначение

Балластные реостаты предназначены для регулирования электрической сварочной дуги при выполнении электросварочных работ. Балластный реостат формирует падающую вольтамперную характеристику источника питания. Регулирует режим сварки ступенчато. Балластный реостат состоит из набора нихромовых проволок различного сопротивления, соединенных параллельно. Он является как дополнительное оборудование. Соединяется последовательно после трансформатора.

Балластные реостаты различных марок регулируют сварочный ток в пределах от 10 до 500 А.

Размещено на Аllbest.ru