Система автономного газоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В условиях научно-технического прогресса особенно важно развитие определяющих его областей науки, техники и производства. Практически нет ни одной отрасли машиностроения, приборостроения и строительства, в которой не применялись бы сварка и резка металлов. С помощью сварки получают неразъемные соединения почти всех металлов и сплавов различной толщины - от сотых долей миллиметра до нескольких метров.

В 1802 г. русский академик В.В. Петров впервые в мире открыл и описал явление электрической дуги, а также указал на возможность использования ее теплоты для расплавления металлов. В 1882 г. русский академик Н.Н. Бенардос изобрел способ дуговой сварки с применением угольного электрода. В 1888 г. русский инженер-металлург Н.Г. Славянов разработал металлургические основы дуговой сварки, создал первый автоматический регулятор длины сварочной дуги и изготовил первый в мире сварочный генератор.

По уровню развития сварочного производства Россия является ведущей страной в мире. В 1969 г. на борту космического корабля «Союз-6» Валерий Кубасов с помощью установки «Вулкан» провел автоматическую электронно-лучевую и дуговую сварку и резку металлов в космосе; в 1984 г. на борту космического корабля «Салют-7» Светланой Савицкой и Владимиром Джанибековым выполнены ручная сварка, резка, пайка и напыление металлов в открытом космосе. Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого (ГОСТ 2601-84). Различают два вида сварки: сварку плавлением и сварку давлением. Сущность сварки состоит в том, что металл по кромкам свариваемых частей оплавляется под действием теплоты источника нагрева. Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании металла по кромкам свариваемых частей путем их сжатия под нагрузкой при температуре ниже температуры плавления. К сварке плавлением относится также газовая сварка, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки (ГОСТ 2601-84). Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда началось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. Газовая сварка применяется во многих отраслях промышленности при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали, сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни и других цветных металлов и их сплавов. Разновидностью газопламенной обработки является газотермическая резка, которая широко применяется при выполнении заготовительных операций при раскрое металла. Контактная сварка занимает ведущее место среди механизированных способов сварки. Особенность контактной сварки - высокая скорость нагрева и получение сварного шва, это создает условия применения высокопроизводительных поточных и автоматических линий сборки узлов автомобилей, отопительных радиаторов, элементов приборов и радиосистем. Сварку плавлением в зависимости от различных способов, характера источников нагрева и расплавления свариваемых кромок деталей можно условно разделить на следующие основные виды:

- электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга;

- электрическая сварка, где источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток;

- электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление металла производится потоком электронов;

- лазерная, при которой нагрев и расплавление металла происходит сфокусированным мощным лучом микрочастиц - фотонов;

- газовая, при которой нагрев и расплавление металла происходит за счет тепла пламени газовой горелки.



1. ОПИСАНИЕ И НАЗНАЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Что же представляет из себя современная система автономного газоснабжения? Теоретически все достаточно просто, в качестве топлива применяется сжиженный газ, подающейся по трубопроводам к основным потребителям. Хранится топливо в специальном для этого резервуаре, который закапывается в землю на любом удобном для клиента месте. Единственная видимая из земли часть резервуара - крышка, под которой находится система управления. При определении места для размещения емкости, важно будет предусмотреть возможность удобного въезда для газовоза, который будет иногда наполнять систему. Периодичность заправки резервуара зависит как от его объема, так и интенсивности использования топлива. Как показывает практика, оптимальная частота заправки такой системы - 1-2 раза в год. Применение оборудования для автономной газификации доступно почти в любых климатических условиях, т.к. основные элементы системы закапываются на глубину промерзания грунта в каждом отдельно взятом регионе. Обычно система трубопроводов помещается на глубину 1.5 м, что гарантирует стабильную работу оборудования даже во время суровых зим (рабочий диапазон t - от - 40 до + 50 C). Обслуживание требуется достаточно редко и, во многих случаях, ограничивается периодическим наблюдением за состоянием системы и заправкой. Автономная газификация - это лучшее решение для сооружений, находящихся в удалении от центрального газопровода. Кроме того, большое преимущество такой технологии - экономия денежных средств на приобретении сжиженного газа - смеси пропана и бутана. Сегодня он дороже, чем природный газ, но, согласно плану правительства их стоимость сравняется к 2014 году.

Резервуар, в котором хранится сжиженный газ, носит название "газгольдер" (от англ. gas-holder). Об этом оборудовании и пойдет речь далее. В тех случаях, когда требуется газоснабжение группы зданий от одного газгольдера, его производительности может не хватить и в таком случае используют специальный испаритель. Производительность газгольдера - это количество газообразной фракции газа, образующееся за счет испарения жидкой фракции, или сжиженного газа.

Производительность газгольдера зависит от t сосуда, в котором располагается сжиженный газ, и от площади поверхности жидкости, или, как его называют - зеркала. Чем выше t и больше S - тем выше производительность газгольдера. Температура газгольдера всегда примерно одна и та же. Это достигается тем, что он закапывается на глубину ниже, нежели глубина промерзания грунта. Для средней полосы Украины это примерно 1,7 метра. На такой оптимальной глубине ни понижение, ни повышение t воздуха газгольдеру не страшны, так как температура там постоянная в любое время года.

Многих потребителей интересует вопрос безопасности использования газгольдеров. Первое, на что нужно обратить особое внимание, сжиженный газ пропан-бутан, при отсутствии повышенного давления в такой системе и взаимодействия с кислородом не взрывоопасен. Второе, все газовое оборудование полностью заземлено, поэтому при попадания молнии электрический разряд уходит в землю. Третье, такая система оборудуется чувствительными датчиками, контролирующие оборудование на возможность утечки топлива. Если обнаруживается выход газа, владелец сразу же оповещается о неполадках в системе.

Два основных типа подземного монтажа газгольдера: вертикальное и горизонтальное. Горизонтальное расположение газгольдера практично тем, что оно, при средней наполненности резервуара сжиженным газом, помогает добиться максимальной производительности газгольдера. По сути - это расположенная на боку цистерна, которая наполнена сжиженным газом. Недостаток такой системы в том, что производительность достаточно сильно изменяется в зависимости от заправки газгольдера, так как изменяется площадь поверхности жидкости.

Чешские изготовители делают одно стенные горизонтальные емкости, после чего помещают их в пластиковый корпус, что защищает емкость от коррозии, но при этом изолирует ее от земли, что ухудшает теплопередачу, а значит и работу газгольдера. Такая система нуждается в дополнительном электрическом подогреве колбы.

Наибольшее распространение в Европе приобрели итальянские системы автономного газоснабжения. У них вертикальное расположение и поэтому газгольдеры всегда обеспечивают стабильную производительность. Вертикальное расположение газгольдера, при всех равных условиях дает меньшую производительность, но она не изменяется и остается постоянной вне зависимости от уровня наполненности резервуара, содержащего газ.

Ещё одно весомое преимущество итальянских газгольдеров - специальные защитные кожухи, устойчивые к нахождению в земле, что продлевает срок их службы до многих десятков лет. Кожух итальянских систем автономного газоснабжения не полностью прилегает к баллону, а только в некоторых местах, оставляя пустоты, между корпусом газгольдера и его кожухом, создающие эффект термоса. Это удобно при неидеальной установке газгольдера относительно уровня промерзания.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛА КОНСТРУКЦИИ

Масса приблизительно составляет около 10 тон. Следовательно, газгольдер представляет собой крупно - габаритное изделие, что следует учитывать при организации сварных работ. Условия эксплуатации: работа при температурах от - 20 до 20 - 25 С под давлением, в условиях умеренного климата.

Сварные соединения:

Газгольдер имеет четыре сварных соединения. Все соединения являются стыковыми. Протяженность швов: 1 - 1800 мм, 2 и 4 - 8500 мм, 3 - 2500 мм . Доступность всех швов без ограничений, при условии возможности кантовки изделия. Конфигурация соединений является: 1,2,4- кольцевой, 3-прямолинейной. Толщина материала: 1 - 110/80 мм, 2,3,4 - 80 мм.

Организация сварочных работ:

Общая схема сварки и сборки задана конструкцией газгольдера. Предлагается проводить сварку всех соединений в заводских условиях. Из марочника сталей находим механические свойства и химический состав стали 09Г2С.

Таблица 2.1 - Назначение:

Назначение
различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от -70 до +425С.

Таблица 2.2 - Химический состав:

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.5-0.8
Медь (Cu), не более	0.30
Мышьяк (As), не более	0.08
Марганец (Mn)	1.3-1.7
Никель (Ni), не более	0.30
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr), не более	0.30
Азот (N), не более	0.008
Сера (S), не более	0.040

Таблица 2.3 - Механические свойства:

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	0,2, МПа	B, МПа	5, %	4, %
Сортовой и фасонный прокат	<10	345	490	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	10-20	325	470	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	20-32	305	460	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	32-60	285	450	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	60-80	275	440	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	80-160	265	430	21
Листы после закалки, отпуска (образцы поперечные)	10-32	365	490	19
Листы после закалки, отпуска (образцы поперечные)	32-60	315	450	21
Листы горячекатаные	2-3,9		490		17

Таблица 2.4 - Технологические свойства:

Температура ковки - Начала 1250, конца 850
Свариваемость - сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.
Склонность к отпускной способности - не склонна
Чувствительность - не чувствительна

Рассчитаем склонность к образованию горячих трещин:

HCS=C(S+P+0.04Si+0.01Ni)/(3Mn+Cr+Mo+V)=0.09(0.04+0.035+0.04*0.8+0.01*0.3)/(1.3*3+0.3+0)=0.024

Так как HCS<0.004 металл не склонен к образованию горячих трещин. Рассчитаем склонность к образованию холодных трещин:

Cэкв=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.09+1.7/6+(0.3+0)/5+(0.3+ 0.3)/15=0.47

Так как Cэкв<0.4…0.45 металл несколько склонен к образованию холодных трещин. Можно сделать логический вывод, что металл обладает хорошей свариваемостью.

3. ОБОСНОВАННЫЙ ВЫБОР СПОСОБА СВАРКИ С УЧЕТОМ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Выбор способа сварки зависит от многих факторов, заполним таблицу 3.1 в соответствии с приведенными ниже рисунками.



Рисунок 3.1:

Рисунок 3.2:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 3.1 - Выбор способа сварки:

Факторы

Способы

РДЗ

АП

ИП

АФ

Ш

Г

ИН

П

ЭЛ

Л

Материал

+

+

++

++

++

+

(+)

(+)

(+)

(+)

Толщина -80/80 мм и 110/80

-

+

+

++

++

-

-

-

+

+

Положение шва

+

+

++

++

++

++

++

+

+

+

« - » - не рекомендуется,

« + » - рекомендуется ограниченно,

« (+) » - рекомендуется,

« ++ » - рекомендуется предпочтительно.

Выходя из таблиц выбираем Ш и АФ.

4. ВЫБОР СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТОВ

Выбираем установку для электрошлаковой сварки:

Рисунок 4.1:



Наиболее распространенным и широко используемым аппаратом для сварки кольцевых швов является А - 535, он удовлетворяет всем энергетическим и технологическим параметрам сварки.

Характеристика аппарата:

- Рабочее напряжение: 36-60В.

- Номинальный сварочный ток: 1000А.

- Электродная проволока: 3 мм.

- Скорость подачи: 65-480 м/ч.

- Кол-во проволок: 3 шт.

- Скорость сварки: 0.4-9 м/ч.

- Тип ИП: ТШС -1000-3.

- Габариты: 1600*820*1070 мм.

- Масса: 380 кг.

Выбираем установки для сварки под флюсом и источники питания к ним:

Рисунок 4.2 и рисунок 4.3:

Наиболее распространенным и широко используемым аппаратами для сварки под флюсом является А - 1416 и ТС - 17 М, они удовлетворяют всем энергетическим и технологическим параметрам сварки.

Характеристика аппарата А-1416:

- Напряжение сети: 380В.

- Номинальный сварочный ток: 2000А.

- Электродная проволока: 2-5 мм.

- Скорость подачи: 50-509 м/ч.

- Скорость сварки: 12-120 м/ч.

- Тип ИП: ТДФ -1601.

- Габариты: 1660*870*1160 мм.

- Масса: 320 кг.

Характеристика аппарата ТС-17М:

- Напряжение сети: 220,380В.

- Номинальный сварочный ток: 2000А.

- Электродная проволока: 1.6-5 мм.

- Скорость подачи: 52-400 м/ч.

- Скорость сварки: 16-126 м/ч.

- Тип ИП: ТДФ -1601.

- Габариты: 640*300*570 мм.

- Масса: 42 кг.

5. ВЫБОР СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Выбор сварочной проволоки:

Для сварки Стали 09Г2С рекомендуется использовать сварочную проволоку для способов сварки АФ и Ш близкую по хим. составу к основному металлу и содержащую меньшее количество углерода. Такой проволокой являются СВ - 08Г2С более высокое легирование проволоки будет являться залогом равной прочности шва основному металлу.

Проволока стальная сварочная (гост 22-64-80).

По виду поверхности проволока производится не омеднённой и омеднённой. Медное покрытие - 6 мкм. Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, забоин, окалины, ржавчины, масла и др. загрязнений. Допускаются отдельные риски, царапины, местная рябизна, вмятины глубиной не более предельного отклонения по диаметру.

Таблица 5.1 - Химический состав сварочной проволоки:

	C	Mn	Si max	P max	S max	Cr max	Ni max	Cu max
Св-08Г2С	0.03	1.80 - 2.10	0.7 - 0.95	0.03	0.025	0.20	0.25	0.20

Применение.

Сварка под флюсом низколегированных сталей повышенного уровня прочности и холодостойкости металлоконструкций ответственного назначения (конструкций мостов, опор, котлов, труб и трубопроводов работающих при высоких давлениях и температурах).

Выбор сварочного флюса:

Для сварки Стали 90Г2С рекомендуется использовать активный высоко марганцовый сварочный флюс, желательно чтобы он был подходящим как для способов сварки АФ так и Ш . Такой сварочный флюс АН - 348А, предназначенный для механизированной и автоматизированной сварки и наплавки, а также электрошлаковой сварки широкой номенклатуры углеродистых и низколегированных сталей.

Сварочно технологические свойства: стойкость дуги - хорошая; разрывная длина дуги до 13мм; формировка шва - удовлетворительная; склонность металла шва к образованию пор и трещин - удовлетворительная; отрыв шлаковой корки - удовлетворительный.

Таблица 5.2 - Химический состав сварочного флюса:

Флюс	SiO2	MnO	TiO2	Al2O3	CaO	MgO	CaF2	FeO
АН-348А	43	36	-	4	6	6	5	-



Данные по применению: род и значение допустимого тока - ~,= 1000 А; допустимая скорость сварки - 120 м/ч; температура сушки - 400єС ( около 2ч).

6. ВЫБОР РЕЖИМА СВАРКИ

В ГОСТах - 15164-78, 8713 - 79, для стыкового соединения находим следующие стандартные подготовки кромок:

Рисунок 6.1 - Таблица разработки кромок:

Из следующего списка для АФ выбираем разработку кромок С26, потому как она удовлетворяет технико - экономическим требованиям, которые поставило перед нами задание. Выберем интересующие нас размеры:

b = 0+1mm,

с = 10+1,

e = 51+-8 mm,

g = 5,5+1.5,2 mm,

б = 10+2,2°,

R=8+1,1.

Рисунок 6.2 - Подбор размеров кромок:

Для Ш выбираем разработку кромок С1, потому как она является единой стандартной для электрошлаковой сварки деталей одинаковой толщины. Находим его размеры:



Выберем интересующие нас размеры:

b = 26mm,

е = 30+-2 mm,

g = 2.5+-1mm,

б=45°.

В ГОСТах - 15164-78, для таврового соединения находим следующие стандартные подготовки кромок:

Рисунок 6.3 - Таблица подготовки кромок:

Из следующего списка для АФ выбираем разработку кромок Т5, потому как она удовлетворяет технико - экономическим требованиям, которые поставило перед нами задание. Выберем интересующие нас размеры:

b = 0+1, mm,

с = 4+1,-1,

e = 28+-2 mm,

g=8+-2 mm,

б=20+2,-2°,

R=6+1,-1.

Расчет режима электрошлаковой сварки:

Диаметр электрода:

d = 4 vS = 4 v80=3 мм

Где:

S - толщина металла. Принимаем d=3 мм, из-за ограничений по плавлению проволоки и выбора серийного оборудования.

Количество электродов:

- без колебаний:

n = S / 50 = 80 / 50 = 1.6

- с колебаниями:

n = S / 150 = 80 / 150 = 0.54

Принимаем n=1 с колебаниями.

Расстояние между электродами:

Д=(S+Дэ - (n-1)*Дп )/n= (80+17.5-(1-1)*4.5)/2=97.5 мм

Дэ - недоход между электродами,

Дп - недоход до ползуна.

Скорость сварки:

Vc=(565*n)/(S*b+137.5)=(565*1)/(80*26+137.5)=0.26 мм/с (0.94м/ч)



b - растояние между кромками.

Скорость подачи эл. проволоки:

Vп=(4* Vc *F)/(п* d2*n)= 4*0.26*2080/(3.14*32*1) =76.5 мм/с (275 м/ч)

F- площадь шва.

F = b * S = 26 * 80 = 2080 мм

Сварочный ток на один электрод:

Рассчитываем по формуле:

Iс = (7,2…8,2) * Vп = (7,2…8,2) * 76.5 = 550…630 А

Принимаем Iс =600 А на один электрод, общий - Iс =600 А.

Напряжение сварки:

Uc=vS+35=v80+35=44 В

Принимаем Uс =45 В.

Сухой вылет:

lс = (20…30) * d = 60…90 мм

Без расчетов принимаем:

- hв =35-70 мм, глубина шлаковой ванны;

- Vп=8-11 мм/с (около 40 м/ч), скорость колебаний электрода;

- tз=5 с, время задержки у ползуна.

Расчет режима дуговой сварки под флюсом по площади наплавленного металла.

Так как шов многопроходный определяем диаметр для корневого шва и заполняющих проходов. Расчет ведем по площади наплавленного металла:

Чтобы найти точную площадь заполняющего прохода рассчитаем режимы сварки по размерам шва, приняв притупление равное толщине материала.

Глубина проплавления:

h = S - 0.5 * b = 10 - 0,5 * 1 = 9,5 мм

Где:

b-зазор.

Диаметр проволоки для корневого шва:

dкор = (0.29…1.1) * h = 2.8…10.5 мм

Для автоматической сварки принимаем из стандартного ряда диаметров принимаем dкор = 5 мм.

Скорость сварки:

Vcк = 695 * dкор / е2 = 695 * 5 / 152 = 15 мм/с (55 м/ч)

Скорости попали в диапазон рекомендованных для выбранного флюса и способа 4…16 мм/с.

Сварочный ток:

Рассчитываем по формуле:



Iск= (85.4*h*v(dкор* Vck))/(4+0.0285*h*v(dкор* Vck))= (85.4*9.5*v(5* 15))/ (4+0.0285*9.5*v(5*15))=1100 А

Сварочный ток не выходит из рекомендованных значений 550…1150 А.

Напряжение сварки:

Рассчитываем по формуле:

Ucк = 22 + 0.02 * Iск = 44 В

Вылет электрода:

lв = (8...12) * d = 50 + -10 мм.

Скорость подачи эл. проволоки на переменном токе:

Vпк=0.32* Iск/d2 +2.22*10-3 * Iск 2/d3 =0.32*1100/25 +2.22*10-3 *11002/53 =35.6 мм/с (128 м/ч).

Уточняем площадь корневого шва:

Fк = п*d2* Vпк /4* Vcк =3.14*25*35.6/4*15=47 мм2

Fно =2*(Fуc+Fk+Fз)=2*0.7*е*g+Fk+(S/2-5)*40=2(0.7*51*5.5+47+(80/2-5)*40)=3288мм2

- общая площадь наплавленного металла.

Найдем количество проходов:

n= (Fно - Fк*nk-Fп*nп)/Fнз+ nk+ nп=(3288-2*47-0*0)/100+2+0=33.9



Принимаем количество проходов n=34 штук.

Уточняем площадь заполняющего шва:

Fз=(Fно - Fк - Fп )/( n - nk-nп )=(3288-47-0)/(34-2-0)=101 мм2

Найдем диаметр электрода для заполняющего шва:

dз = Кд * Fз = (0.036…0.16) * 101 = 3.6…16 мм

Кд - коэф. учитывающий положение шва.

Принимаем dз= 5 мм.

Скорость сварки:

Vcз= 110*(dз / Fз )=110*5/101=5.4 мм/с (19.6 м/ч)

Скорости попали в диапазон рекомендованных 4…16 мм/с.

Скорость подачи эл. проволоки:

Vпз=(4* Vcз *Fз)/(п* dз 2)= 4*5.4*101/(3.14*52) =28 мм/с (100 м/ч)

Сварочный ток:

Рассчитываем по формуле:

Iсз(~)= dзап ((v450* dз* Vпз+5185)-72)= 945 А

Сварочный ток не выходит из рекомендованных значений 1150 А.

Напряжение сварки, рассчитываем по формуле:

Ucк=22+ 0.02* Iск=41 В



Вылет электрода:

lв = (8...12) * d = 50 + -10 мм

7. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ

Техника электрошлаковой сварки (труба горизонтально, стык вертикальный):

Сварная обечайка и днище устанавливаются на стенд с вращающимися роликами, центрируются и фиксируются, затем приваривается карман для начала процесса сварки. Ролики вращают изделия со скоростью сварки, при окончании процесса ставится выводная планка по которой автомат завершает сварку шва. Выводная планка срезается после сварки.

Техника сварки под флюсом (труба горизонтально, стык вертикальный):

Сварная обечайка и днище устанавливаются на стенд с вращающимися роликами, центрируется и фиксируется, затем подвесной автомат подводится под стык и выполняет сварку корневого шва. Ролики вращают изделия со скоростью сварки, одновременно с этим удаляется шлаковая корка с уже сформированного и остывшего шва. Аналогично выполняются заполняющие швы. После завершения процесса сварки наружной стороны шва трактор-автомат ставится во внутрь и процесс происходит аналогично.

VIII. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ

По ГОСТ 15467-79 качество продукции есть совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Качество сварных изделий зависит от соответствия материала техническим условиям, состояния оборудования и оснастки, правильности и уровня отработки технологической документации, соблюдения технологической дисциплины, а также квалификации работающих.

Обеспечить высокие технические и эксплуатационные свойства изделий можно только при условии точного выполнения технологических процессов и их стабильности. Особую роль здесь играют различные способы объективного контроля, как производственных процессов, так и готовых изделий. При правильной организации технологического процесса контроль должен быть его неотъемлемой частью. Обнаружение дефектов служит сигналом не только к отбраковке продукции, но и оперативной корректировке технологии.

В процессе образования сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния могут возникать различные отклонения от установленных норм и технических требований, приводящие к ухудшению работоспособности сварных конструкций, снижению их эксплуатационной надежности, ухудшению внешнего вида изделия.

Такие отклонения называют дефектами. Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения (наружные и внутренние). В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы.

К первой группе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения (горячие и холодные трещины в металле шва и около шовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния).

Ко второй группе дефектов, которые называют дефектами формирования швов, относят дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, недостаточной квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствия швов расчетным размерам, не провары, подрезы, прожоги, наплывы, не заваренные кратеры и др.

Дефектами формы и размеров сварных швов являются их неполно мерность, неравномерные ширина и высота, бугристость, седловины, перетяжки и т.п. Эти дефекты снижают прочность и ухудшают внешний вид шва. Причины их возникновения при механизированных способах сварки - колебания напряжения в сети, проскальзывание проволоки в подающих роликах, неравномерная скорость сварки из-за люфтов в механизме, перемещения сварочного автомата, неправильный угол наклона электрода, протекание жидкого металла в зазоры, их неравномерность по длине стыка и т.п. Дефекты формы и размеров швов косвенно указывают на возможность образования внутренних дефектов в шве.

Методы неразрушающего контроля сварных соединений.

К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений относят внешний осмотр, контроль на непроницаемость (или герметичность) конструкций, контроль для обнаружения дефектов, выходящих на поверхность, контроль скрытых и внутренних дефектов.

Внешний осмотр и обмеры сварных швов - наиболее просты и широко распространенные способы контроля их качества. Oни являются первыми контрольными операциями по приемке готового сварного узла или изделия. Этим видам контроля подвергают все сварные швы независимо от того, как они будут испытаны в дальнейшем.

Внешним осмотром сварных швов выявляют наружные дефекты, не провары, наплывы, подрезы, наружные трещины и поры, смещение свариваемых кромок деталей и т.п. Визуальный осмотр производят как невооруженным глазом, так и с применением лупы; с увеличением до 10 раз.

Обмеры сварных швов позволяют судить о качестве сварного соединения: недостаточное сечение шва уменьшает его прочность, слишком большое - увеличивает внутренние напряжения и деформации.

Размеры сечения готового шва проверяют по его параметрам в зависимости от типа соединения. У стыкового шва проверяют его ширину, высоту, размер выпуклости со стороны корня шва, в угловом - измеряют катет. Замеренные параметры должны соответствовать ТУ или ГОСТ. Размеры сварных швов контролируют обычно измерительными инструментами или специальными шаблонами.

Внешний осмотр и обмеры сварных швов не дают возможности окончательно судить о качестве сварки. Они устанавливают только внешние дефекты шва и позволяют определить их сомнительные участки, которые могут быть проверены более точными способами.

Контроль непроницаемости сварных швов и соединений. Сварные швы и соединения ряда изделий и сооружений должны отвечать требованиям непроницаемости (герметичности) для различных жидкостей и газов. Учитывая это, во многих сварных конструкциях (емкости, трубопроводы, химическая аппаратура и т.д.) сварные швы подвергают контролю на непроницаемость. Этот вид контроля производится после окончания монтажа или изготовления конструкции.

Дефекты, выявленные внешним осмотром, устраняются до начала испытаний. Непроницаемость сварных швов контролируют следующими методами, капиллярным (керосином), химическим (аммиаком), пузырьковым (воздушным или гидравлическим давлением), вакуумированием или газоэлектрическими течи искателями.

Контроль керосином основан на физическом явлении капиллярности, которое заключается в способности керосина подниматься по капиллярным ходам - сквозным порам и трещинам. В процессе испытания сварные швы покрываются водным раствором мела с той стороны, которая более доступна для осмотра и выявления дефектов. После высушивания окрашенной поверхности с обратной стороны шов обильно смачивают керосином. Не плотности швов выявляют по наличию на меловом покрытии следов проникшего керосина. Появление отдельных пятен указывает на поры и свищи, полос - сквозных трещин и непроваров в шве. Благодаря высокой проникающей способности керосина обнаруживаются дефекты с поперечным размером 0,1 мм и менее.

Контроль аммиаком основан на изменении окраски некоторых индикаторов (раствор фенолфталеина, азотнокислой ртути) под воздействием щелочей. В качестве контролирующего реагента применяется газ аммиак. При испытании на одну сторону шва укладывают бумажную ленту, смоченную 5%-ным раствором индикатора, а с другой стороны шов обрабатывают смесью аммиака с воздухом. Аммиак, проникая через не плотности сварного шва, окрашивает индикатор в местах залегания дефектов).

Контроль воздушным давлением (сжатым воздухом или другими газами) подвергают сосуды и трубопроводы, работающие под давлением, а также резервуары, цистерны и т.п. Это испытание проводят с целью проверки общей герметичности сварного изделия.

Малогабаритные изделия полностью погружают в ванну с водой, после чего в него подают сжатый воздух под давлением, на 10-20% превышающим рабочее. Крупногабаритные конструкции после подачи внутреннего давления по сварным швам покрывают пенным индикатором (обычно раствор мыла). О наличии не плотностей в швах судят по появлению пузырьков воздуха. При испытании сжатым воздухом (газами) следует соблюдать правила безопасности.

Контроль гидравлическим давлением применяют при проверке прочности и плотности различных сосудов, котлов, паро-, водо- и газопроводов и других сварных конструкций, работающих под избыточным давлением. Перед испытанием сварное изделие полностью герметизируют водонепроницаемыми заглушками. Сварные швы с наружной поверхности тщательно просушивают обдувом воздухом.

Затем изделие заполняют водой под избыточным давлением, в 1,5-2 раза превышающим рабочее, и выдерживают в течение заданного времени. Дефектные места определяют по проявлению течи, капель или увлажнению поверхности швов.

Вакуумному контролю подвергают сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой и доступ к которым возможен только с одной стороны. Его широко применяют при проверке сварных швов днищ резервуаров, газгольдеров и других листовых конструкций. Сущность метода заключается в создании вакуума на одной стороне контролируемого участка сварного шва и регистрации на этой же стороне шва проникновения воздуха через имеющиеся не плотности. Контроль ведется с помощью переносной вакуум-камеры, которую устанавливают на наиболее доступную сторону сварного соединения, предварительно смоченную мыльным раствором. В зависимости от формы контролируемого изделия и типа соединения могут применяться плоские, угловые и сферические вакуум-камеры. Для создания вакуума в них применяют специальные вакуум-насосы.

IX. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА СВАРЩИКА

При выполнении производственных операций за рабочим или бригадой рабочих закрепляется рабочее место в виде определенного участка производственной площади, оснащенной, согласно требованиям технологического процесса, соответствующим оборудованием и необходимыми принадлежностями. Рабочее место электросварщика называют сварочным постом, оборудованным всем необходимым для выполнения сварочных работ. Сварочные посты могут быть стационарными или передвижными. От правильной организации рабочего места в значительной степени зависят как обеспечение высокой производительности труда сварщиков, так и стабильное качество сварных швов и соединений.

Рабочие места сварщиков в зависимости от выполняемой работы и габаритов свариваемых конструкций могут располагаться в специальных сварочных кабинах или непосредственно у этих изделий. При сварке небольших изделий рабочие места оборудуются сварочными кабинами размером 2000x2000 или 2000х3000 мм. Каркас кабины изготовляется металлическим из стальных труб или профильного проката. Стены кабин делают высотой 1800-2000 мм, для лучшей вентиляции не доводя их до пола на 200-300 мм. В качестве материала для стен используют тонколистовую сталь, асбоцементные плиты или другие несгораемые материалы. Стены окрашивают в светлые тона огнестойкой краской - цинковыми или титановыми белилами, желтым кроном и др., хорошо поглощающими ультрафиолетовые лучи сварочной дуги. Окраска стен в более темные тона не рекомендуется, так как ухудшается освещенность во время перерывов в горении сварочной дуги. Дверной проем в кабине закрывают брезентовым занавесом на кольцах, пропитанным огнестойким составом.

Полы в кабинах настилают из огнеупорного материала: кирпича, цемента или бетона. Кабины должны хорошо освещаться дневным или искусственным светом и хорошо вентилироваться. С этой целью кроме общей вентиляции устраивают местные отсосы, поглощающие вредные газы и сварочную пыль непосредственно из зоны их образования. Для сборки и сварки деталей внутри кабины устанавливают сварочный стол высотой 500-600 мм для работы сидя и около 900 мм для работы стоя.

Крышку стола площадью около 1 м2 изготовляют или из листовой стали толщиной 15-20 мм, или из чугунной плиты толщиной 20-25 мм, что лучше, так как чугунная крышка не деформируется от нагревания. К нижней части крышки или к ножке стола приваривают стальной болт, служащий для крепления токоподводящего провода от источника сварочного тока и для провода заземления стола.

Сбоку стола имеются гнезда для хранения электродов или присадочной проволоки. В выдвижном ящике стола хранится инструмент, а также технологическая 311 документация. Для удобства работы в кабине устанавливают металлический стул с подъемным винтовым сиденьем, изготовленным из неэлектропроводного материала (дерево, пластмасса и др.). Под ногами у сварщика должен находиться резиновый коврик.

При механизированной или автоматической сварке в кабине дополнительно устанавливают аппаратный ящик. Один из основных видов оборудования сварочных постов - источники питания дуги. Они могут быть однопостовыми или многопостовыми. На рабочем месте обычно размещают однопостовые источники питания. При питании сварочных постов от многопостовых источников сварочный ток разводят по кабинам с помощью токоподводящих проводов или шин. В кабине устанавливается рубильник или магнитный пускатель для включения сварочного тока.

Кроме того, важным видом оборудования для механизированной и автоматической сварки являются полуавтоматы и автоматы для дуговой сварки, устанавливаемые совместно с необходимым для их успешной работы вспомогательным сварочным оборудованием и приспособлениями.

Для выполнения сварочных работ сварщик должен иметь определенный набор инструментов и принадлежностей.

Для крепления покрытого электрода и подвода к нему сварочного тока используют электродвигатели. Предусмотрены три типа электродо-держателей в зависимости от силы сварочного тока: до 125 А, на 125-315 и на 315-500 А.

Для защиты глаз и лица электросварщика от прямых излучений сварочной дуги, брызг расплавленного металла и искр применяют защитные щитки. Предусмотрены два типа защитных щитков: ручные с непрозрачным корпусом (тип РН) и с непрозрачным корпусом (тип НН). Корпус щитков изготовляют из тока непроводящего и невоспламеняющегося материала, стойкого к брызгам расплавленного металла. Обычно применяют черную фибру. В зависимости от силы сварочного тока щитки комплектуют защитными стеклами - светофильтрами. Светофильтры темно-зеленого цвета обеспечивают защиту глаз и кожи лица от излучений в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра дуги при сварке на токах 20-1000 А.316. Они изготовляются 13 классов (C1, C2, С3 и т.д.). Класс светофильтра выбирается в зависимости от силы сварочного тока. Размер светофильтра 52x102 мм. Светофильтр вставляется в рамку щитка. Для защиты его от брызг снаружи дополнительно вставляют прозрачное стекло, которое сменяется по мере загрязнения и набрызгивания.

Для подвода сварочного тока от источника питания дуги к электродов держателю и детали применяют сварочные провода.

Электродов держатели присоединяются к гибкому с медными жилами проводу ПРГД или ПРГДО. При отсутствии значительных механических воздействий можно использовать провод АПРГДО с алюминиевыми жилами. Медный провод ПРГД может противостоять воздействию ударных нагрузок, а также трению о металлические конструкции, абразивные материалы. Длина гибкого провода, к которому присоединяется электродов держатель, обычно равна 2-3 м, остальная часть его может быть заменена проводами марок КРПТ, КРПТН, КРПГ и другими с медными жилами и АКРПТ, АКРПТН с алюминиевыми жилами. Соединение проводов разных марок выполняется муфтами, пайкой или медными кабельными наконечниками и болтами. Провод, соединяющий свариваемое изделие с источником питания, может быть менее гибким и более дешевым. В этом случае применяют провод марки ПРГ.

Для соединения при дуговой сварке горелок, автоматических или полуавтоматических сварочных установок с источниками питания дуги применяют гибкие силовые кабели с алюминиевыми или медными жилами с резиновой изоляцией и оболочкой. Сечение кабелей и проводов выбирают в зависимости от силы сварочного тока в пределах установленных нормативов для электротехнических установок.

Помимо отмеченных принадлежностей сварщику приходится пользоваться набором инструментов:

- стальными щетками для зачистки кромок перед сваркой и удаления с поверхности швов остатков шлака;

- молотком-шлакоотделителем для удаления шлаковой корки; зубилом;

- набором шаблонов для проверки размеров швов и формы подготовки кромок; стальным клеймом, метром, угольником, чертилкой, ящиком для хранения и переноски инструмента.

Спецодежда сварщиков (куртка, брюки, рукавицы) шьется из плотной и трудновоспламеняемой ткани (брезент, сукно и др.).

10. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

Охрана труда представляется комплексом технических и организационных мероприятий, направленных на создание безопасных и здоровых условий труда работающих. Охрана труда, прежде всего, предусматривает предотвращение производственного травматизма.

Главной материальной основой улучшения условий труда являются новые методы производства, новая техника, комплексная механизация и автоматизация производства. Трудовым законодательством предусмотрен ряд льгот для рабочих-сварщиков. К сварочным работам допускаются лица не моложе 18 лет после сдачи техминимума по правилам техники безопасности. Продолжительность рабочего дня сварщика, работающего внутри замкнутых сосудов, - 6 часов.

Сварщикам ежегодно предоставляется дополнительный оплачиваемый отпуск в зависимости от условий работы. Им выдаются спецодежда, защитные щитки и маски. При тяжелых и вредных работах сварщики получают специальное питание. Обязанность создания нормальных условий труда сварщикам непосредственно на производственных участках и рабочих местах возлагается на мастеров и начальников участков. Организация каждого рабочего места должна обеспечивать безопасное выполнение работ. Рабочие места должны быть оборудованы различного рода ограждениями, защитными и предохранительными устройствами и приспособлениями. При правильно организованном производстве, обеспечении условий охраны труда и соблюдении правил техники безопасности и производственной санитарии сварка не представляет собой особо вредного и опасного технологического процесса. Однако для создания безопасных условий работы сварщиков необходимо учитывать кроме общих положений техники безопасности на производстве также и особенности выполнения различных сварочных работ. Такими особенностями являются возможные поражения электрическим током, отравления вредными газами и парами, ожоги излучением сварочной дуги и расплавленным металлом, поражения от взрывов баллонов со сжатыми и сжиженными газами.

Электробезопасность. Поражение электрическим током происходит при соприкосновении человека с токоведущими частями оборудования.

Сопротивление человеческого организма в зависимости от его состояния (утомленность, влажность кожи) меняется в широких пределах от 1000 до 20 000 Ом. Напряжение холостого хода источников питания дуги достигает 90 В, а сжатой дуги - 200 В. В соответствии с законом Ома при неблагоприятном состоянии сварщика через него может пройти ток, близкий к предельному: I = 0,09А. Для предупреждения возможного поражения электрическим током при выполнении электросварочных работ необходимо соблюдать основные правила.

1. Корпуса оборудования и аппаратуры, к которым подведен электрический ток, должны быть надежно заземлены.

2. Все электрические провода, идущие от распределительных щитов и на рабочие места должны быть надежно изолированы и защищены от механических повреждений.

3. Запрещается использовать контур заземления, металлоконструкций зданий, а также трубы водяной и отопительной систем в качестве обратного провода сварочной цепи.

4. При выполнении сварочных работ внутри замкнутых сосудов (котлов, емкостей, резервуаров и т.п.) следует применять деревянные щиты, резиновые коврики, перчатки, галоши. Сварку необходимо проводить с подручным, находящимся вне сосуда. Следует помнить, что для осветительных целей внутри сосудов, а также в сырых помещениях применяют электрический ток напряжением не выше 12 В, а в сухих помещениях не выше 36 В. В сосудах без вентиляции сварщик должен работать не более 30 мин с перерывами для отдыха на свежем воздухе.

5. Монтаж, ремонт электрооборудования и наблюдение за ним должны выполнять электромонтеры. Сварщикам категорически запрещается исправлять силовые электрические цепи.

При поражении электрическим током необходимо немедленно выключить ток первичной цепи или освободить от его воздействия пострадавшего, обеспечить к нему доступ свежего воздуха, вызвать врача, а при необходимости до прихода врача сделать искусственное дыхание.

Защита зрения и открытой поверхности кожи. Электрическая сварочная дуга излучает яркие видимые световые лучи и невидимые - ультрафиолетовые и инфракрасные. Световые лучи оказывают ослепляющее действие, так как их яркость значительно превышает норму, допускаемую для человеческого глаза (до 10000 раз).

Ультрафиолетовые лучи даже при кратковременном воздействии в течение нескольких секунд вызывают заболевание глаз, называемое 320 электро- офтальмией. Оно сопровождается острой болью, резью в глазах, слезоточением, спазмами век. Продолжительное действие ультрафиолетовых лучей приводит к ожогам кожи. Инфракрасные лучи при длительном воздействии вызывают помутнение хрусталиков глаз (катаракта), что может привести к ослаблению и потере зрения, тепловое действие этих лучей вызывает ожоги кожи. Защита зрения и кожи лица при дуговой сварке обеспечивается применением щитков, масок или шлемов, в смотровые отверстия которых вставляют светофильтры, задерживающие и поглощающие излучение дуги. В зависимости от мощности дуги применяют различные светофильтры.

Для защиты окружающих от изучения дуги в стационарных условиях устанавливают закрытые кабины, а при строительных и монтажных работах применяют переносные щиты и ширмы. Для предохранения рук сварщиков от ожогов от излучения дуги, а также брызг расплавленного металла необходимо надевать защитные рукавицы, а тело прикрывать специальной одеждой (обычно брезентовые куртки и брюки). При выполнении вертикальных, горизонтальных и потолочных швов рекомендуется надевать брезентовые нарукавники.

Защита от вредного влияния выделяющихся газов и пыли. В процессе сварки выделяется значительное количество аэрозоля, состоящего в основном из оксидов железа (до 70%), марганца, диоксида кремния и фтористых соединения, способных отравить работающего.

Наряду с кратковременным отравлением, проявляющимся в виде головокружения, головной боли, тошноты, рвоты, слабости, отравляющие примеси могут откладываться в тканях организма человека и вызывать хронические заболевания. Особое внимание обращается на концентрацию марганца, так как его наличие в воздухе, в количестве 0,3 мг/м3 и выше может вызывать тяжелые заболевания нервной системы.

Наиболее вредной является ручная дуговая сварка покрытыми электродами. При автоматических способах сварки количество выделений значительно меньше.

Под воздействием ультрафиолетового излучения дуги в зоне ее горения образуется озон, а при попадании в зону сварки воздуха - оксиды азота. Сварка под флюсом, содержащим плавиковый шпат, сопровождается выделением фтористых соединений. Все эти продукты являются весьма вредными для дыхательных путей человека.

Подаваемый в зону сварки углекислый газ не ядовит, но под действием высокой температуры дуги он разлагается на кислород и оксид углерода, который, выходя из области высоких температур, вновь окисляется кислородом воздуха, снова превращаясь в углекислый газ.

Последний более тяжелый, чем воздух, и скапливается в нижних частях помещения, вытесняя воздух. Это может привести к нехватке кислорода для дыхания сварщика. Поэтому там, где ведется сварка в углекислом газе, а также в аргоне, необходимо устраивать отсосы из нижних частей помещений.

Из зоны сварки выделяется также и пыль - мелкие (до 1 мкм) частицы сконденсировавшихся паров. Состав пыли и ее количество зависят от состава защитного газа, свариваемого металла, применяемой электродной проволоки и режима сварки. Токсичность пыли зависит от ее состава и строения частиц. Наиболее высока концентрация пыли и вредных газов в облаке дыма, поднимающегося из зоны сварки, поэтому сварщик должен следить за тем, чтобы этот поток не попадал за щиток.

Для удаления вредных газов и пыли из зоны сварки необходимо устройство местной вентиляции, вытяжной и обще объемной приточно-вытяжной цеховой. Приточно-вытяжная вентиляция должна обеспечивать обмен воздуха на 1 кг расплавленного металла в следующих объемах (м3): при сварке углеродистых и низколегированных сталей в углекислом газе - 3000, при сварке под флюсом - 2000, при сварке меди и ее сплавов - до 7000. В зимнее время приточная вентиляция должна подавать в помещение подогретый воздух. Отсосы местной вытяжной вентиляции на стационарных сварочных постах располагают в нижней задней части сварочного стола, а на подвижных сварочных постах рекомендуется использовать переносные отсосы. Успешно применяются также местные отсосы газа, устанавливаемые непосредственно на сварочных горелках и держателях при механизированной сварке.

При отравлении пострадавшего необходимо вынеси на свежий воздух, освободить от стесненной одежды и предоставить ему покой до прибытия врача, а при необходимости следует применить искусственное дыхание.

Правила обращения с баллонами для сжатых и сжиженных газов.

Электросварщику в процессе работы приходится пользоваться баллонами для сжатых (аргон, гелий и др.) и сжиженных (углекислый газ) газов. При работе с ними необходимо соблюдение следующих мер безопасности:

- хранить баллоны следует в вертикальном положении с плотно навинченными предохранительными колпаками в специальных гнездах или клетках с барьерами;

- не следует допускать падения баллонов, а также ударов.



ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Гуменюк І.В. «Технологія електродугового зварювання», Київ: «Грамота», 2006. межатомный сварка оборудование

2. Думов С.И. - «Технология электрической сварки плавлением» - М: Машиностроение, 1987.

3. Китаев А.М. «Сварочная книга сварщика » - М: Машиностроение, 1985.

4. Козьяков А.Ф., Морозова Л.Л. «Охрана труда в машиностроении» - М: Машиностроение, 1990.

5. Куркин А.С. «Сварочные конструкции» - М: Машиностроение, 1991.

6. Методическое пособие по курсовому проектированию, НМТ,2003.

7. Николаев Г. А., Винокуров В. А., Сварные конструкции. Справочник технолога: Учебн. для вузов / Под ред. Г. А. Николаева. - М: Высш. шк., 2000. - 446с.: ил.

8. Нормативы на полуавтоматическую сварку в среде защитных газов - М: Экономика, 1989.

9. Ольшанский Н.А., Николаев Г.А. Специальные методы сварки. М.: Машиностроение, 1995. - 232 с.

10. Рыморов К.С. «Механизация и автоматизация сварочного производства» - М: Машиностроение, 1990.

Размещено на Allbest.ru

...