Сварка и резка материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

1. Технология сварки печи

1.1 Характеристика сварной конструкции

1.2 Характеристика способов сварки

1.3 Оборудование и сборочно-сварочные приспособления, используемые для сварки конструкции

1.4 Контроль качества сварных швов

1.5 Техника безопасности и противопожарные мероприятия

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Сварка представляет собой прогрессивный метод получения неразъёмных сварных соединений в промышленности и строительстве, поэтому сварочное производство непрерывно развивается, охватывая практически все отрасли народного хозяйства. Сварочное производство постоянно оснащается передовыми технологиями; по уровню автоматизации сварочных работ и по объёму выполняемых работ оно занимает одно из первых мест на производстве.

Разработка новых технологических процессов сварки, сварочных материалов и процессов термической обработки сварных соединений требует основательной теоретической подготовки в области сварочных процессов. Дисциплина "Теория сварочных процессов" - базовая при подготовке по специальности "Оборудование и технология сварочного производства" - служит именно этим целям. Она охватывает широкий круг процессов, происходящих при сварке металлов и определяющих в конечном итоге качество и работоспособность сварных соединений.

Таким образом, теория сварочных процессов - теоретический фундамент науки о сварке в части формирования свойств сварного соединения, которое главным образом зависит от состояния электрода.

В процессе хранения, даже если оно и организовано по правилам, сварочные электроды теряют часть своих свойств. Это вызвано, прежде всего, тем, что они в какой-то степени впитывают влагу. Прокалка (просушка) восстанавливает характеристики изделий и обеспечивает надлежащее качество сварного шва. На практике (в быту) для сушки электродов применяются духовые шкафы (электрические). При этом рекомендуемая температура должна быть в пределах +250 °С, а время на проведение операции - порядка 2 ч (± 30 мин), хотя многое зависит и от вида электродов. На рынке представлены различные модели печей для прокалки электродов, которые отличаются как габаритами, так и весом. Одни предназначены только для стационарного размещения, другие являются переносными.

Проводить дополнительную термическую обработку электродов можно до 3 раз, не более. Если в результате третьей прокалки не удается повысить работоспособность изделия, то оно отбраковывается как непригодное к дальнейшему использованию. Для разных типов электродов выбираются свои, оптимальные режимы просушки. Например, "Э-42Т" выдерживаются в течение 1 часа при 180 °С, а Э 42А-Ф-Э 55-Ф - при 400 °С от 1,5 до 2 часов. Поэтому перед термообработкой изделий необходимо уточнять особенности технологии прокалки конкретной продукции.

1. Технология сварки печи

1.1 Характеристика сварной конструкции

За основу проектируемой печи для сушки электродов берем уже имеющиеся широко распространённые аналог мобильных печей пеналов. На рисунке 1 изображен пенал для сушки сварочных электродов.

1 - сетевой шнур; 2 - металлический корпус; 3 - рукоятка унифицированная; 4 - вилка или зажим; 5 - крышка

Рисунок 1 - Мобильный пинал (печь) для сушки и прокаливания электродов

Данная печь состоит из металлического внешнего корпуса, который представляет собой сварную конструкцию из трубы диаметром 220мм, которая с одной стороны имеет герметичную крышку 5, а с другой стороны приваренную стенку по всей длине окружности.

Для того чтоб исключить возможность самооткрывания крышки и создания герметичности на ней будет установлен замок-фиксатор.

Рукоять унифицированная 3 позволит служит для удобной транспортировки сушильной печи, а также для удобной установки ее на плоскую поверхность под углом для лучшей эргономики.

Прокаливание и сушка сварочных электродов, должна проводиться при температуре 200…300 °С в течение 1-2 часов. Для обеспечения температурного режима внутри печи будет установлен фехралевый нагревательный элемент и реле температуры, позволяющее достигать нужной температуры в короткое время и поддерживать тепло, отключая нагревательный элемент от сети. Проволока фехраль - жаростойкий сплав, который состоит из следующих металлов: алюминий (3,5-5,8%), марганец (0,7%), кремний (1%), хром (12-22%), железо (82,8-71,0%). Данный сплав обладает высоким удельным электрическим сопротивлением - 1,2--1,4 Ом·ммІ/м, плотность около 7,3 г/см 3, температура плавления около 1460 °C. Фехраль очень твёрдый, хрупкий нагреватель, с трудом поддающийся обработке, выпускается обычно в виде проволоки и спиралей. Основное применение нагревателей - в различных электронагревательных устройствах, особенно в электропечах до 1250-1300 градусов °C.

Фихралевый нагревательный элемент, будет защищен от внешнего корпуса и внутреннего пространства печи двумя керамическими трубами.

Изображение компановки внутренних элементов печи приведена на рисунке 2.

1- металлический корпус; 2 - керамический изолятор;

3- нагревательный элемент

Рисунок 2 - Компоновка внутренних элементов печи

Как указывалось выше, монтаж задней стенки будем осуществлять посредством электродуговой сварки. Основные характеристики:

- тип соединения - угловой без скоса и кромок (рисунок 3);

- сварной шов угловой, потому как составные части конструкции присоединяются друг к другу под определенным углом.

Сварной шов

Рисунок 3 - Сварной шов при угловом типе соединения без скоса и кромок печь сварка электрод

1.2 Характеристика способов сварки

Технология сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела механических свойств основного металла. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Однако в большинстве случаев, особенно пpи сварке ответственных конструкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым размерам. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние. В отдельных случаях к сварному соединению предъявляют дополнительные требования (работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках, пониженных температурах и т. д.). Однако во всех случаях технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности и долговечности конструкции. Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки и предыдущей и последующей термической обработки. При сварке рассматриваемой стали состав металла шва незначительно отличается от состава основного металла. В металле шва меньше углерода для предупреждения образования структур закалочного характера при повышенных скоростях охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением содержания углерода, компенсируется легированием металла марганцем и кремнием через проволоку, покрытие или флюс.

Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия.

Сварку стали 3 осуществляют:

- ручной дуговой сваркой покрытыми электродами;

- ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом;

- автоматической сваркой под флюсом;

- механизированной сваркой плавящимся электродом в среде углекислого газа;

- электрошлаковой сваркой.

На рисунке 4 изображена схема электродуговой сварки.



Рисунок 4 - Схема электродуговой сварки

Характеристика металла сварной конструкции

Для изготовления печи будем использовать трубу Ст.3 диаметром 255мм, с толщиной стенки 3мм. Сталь марки Ст 3 предназначена для изготовления горячекатаного проката - сортового, фасонного, толстолистового, тонколистового, а также труб, поковок и штамповок, лент, проволоки, метизов.

Сталь Ст 3 всех марок сваривается без ограничений. Способы сварки: ручная дуговая, автоматическая дуговая под флюсом и газовой защитой, электрошлаковая, контактно-точечная. Для толщины более 36 мм рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Таблица 1 - Химический состав в % материала стали 3 (Ст 3)

C	Si	Mn	Ni	S
0.14-0.22	0.05-0.17	0.4-0.65	до 0.3	до 0.05

P	Cr	Cu	As
до 0.04	до 0.3	до 0.3	до 0.08

Таблица 2 - Температура критических точек стали 3 (СТ 3, СТ 3)

Ac1=735, Ac3(Acm)=850, Ar3(Arcm)=835, Ar1=680

Механические свойства при Т=20oС стали 3 (СТ 3, СТ 3)

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м 2	-
Прокат горячекатан.	до 20		370-480	245	26			Состояние поставки
Прокат горячекатан.	20-40			235	25			Состояние поставки

Таблица 3 - Технологические свойства стали 3 (Ст 3, Ст 3)

Свариваемость:	без ограничений
Флокеночувствительность:	не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

1.3 Оборудование и сборочно-сварочные приспособления, используемые для сварки конструкции

Электродуговая сварка подразумевает наличие сварочного аппарата, свариваемых деталей, электрода или присадочных прутков, а также, при необходимости, оборудования для защиты сварочной зоны.

Главная часть сварочного аппарата - источник тока. Его основой является мощный понижающий трансформатор. Источники тока сварочных аппаратов постоянного тока комплектуются выпрямителями для того, чтобы преобразовывать переменный ток из сети электроснабжения в постоянный.

Помимо этого, широко распространены инверторные источники сварочного тока. Принцип их действия таков: переменный ток из сети электроснабжения подается на выпрямитель и преобразуется в постоянный.

Затем на инверторе постоянный ток преобразуется в высокочастотный переменный, который, в свою очередь, преобразуется на сварочном трансформаторе, снижающем напряжение. Сварочный трансформатор для высокочастотных токов имеет существенно меньшую массу, чем трансформатор для стандартного переменного тока частотой 50 Гц. После этого ток может использоваться для работы сразу же или после выпрямления.

Кроме источника сварочного тока сварочные аппараты оснащены различными дополнительными устройствами - проводами для передачи электричества, держателями для электродов и т.д.

Для нормального проведения процесса сварочных работ сварщику необходимы ряд дополнительного оборудования.

Держатель для электродов. Как правило, используются винтовые или зажимные держатели для электродов. Держатель должен быть удобным, не допускать выскальзывания электродов. Держатели классифицируются по ГОСТ.

Защитная маска - необходима для защиты глаз от излучения сварочной дуги. Материал маски должен обладать низкой теплопроводностью, не воспламеняться от искр, не пропускать ультрафиолетовое излучение. Как правило, маски изготавливают из листовой фибры, на уровне глаз делают специальную прорезь, в которую вставляют стекло светофильтра. Светофильтры, согласно ГОСТ, не должны пропускать ультрафиолетовое излучение, инфракрасное же излучение должно задерживаться как минимум на 96%. Щитки, маски и светофильтры для сварки классифицируются по ГОСТ - для щитков и масок предназначен ГОСТ 1361-69, для светофильтров - ГОСТ 9497-60. Реализуемые защитные приспособления должны соответствовать ГОСТ.

Средства защиты органов дыхания - поскольку продукты сварочного процесса вредны для здоровья, сварщик должен защищать органы дыхания. Средства защиты, как правило, действуют по принципу респирации. В условиях особой токсичности воздуха в рабочей зоне наряду с масками используются системы очистки воздуха.

Для выполнения вспомогательных операций сварщику необходимы:

стальная щетка - для чистки металла;

молоток - для отбивки шлака;

зубило - для того, чтобы вырубать дефектные участки шва;

фартук и рукавицы.

Рисунок 5 - Схема сварочного аппарата для электродуговой сварки

Сварочными приспособлениями называются дополнительные технологические устройства к оборудованию, используемые для выполнения операций сборки под сварку, сварки, термической резки, пайки, наплавки, устранения или уменьшения деформаций и напряжений, контроля. Широко применяются в комплексно-механизированном сварочном производстве загрузочные, разгрузочные, подъемно-транспортные и комбинированные приспособления, чалочные устройства, типовая и специализированная тара, различный инструмент. Учитывая, что сварочное производство комплексное, необходимо проектировать еще и приспособления для заготовительных, подготовительных и заключительных операций, а также специальный инструмент. Отдельные приспособления не входят в состав технологического оборудования, и используется независимо, самостоятельно. Другие становятся неотъемлемой частью оборудования комплексно-механизированных рабочих мест, участков, линий, цехов по производству сварных изделий. Автоматизация сварочного производства также немыслима без разработки и использования специальных приспособлений, механизмов и агрегатов. Сборочно-сварочной оснасткой называют совокупность приспособлений и специального инструмента для выполнения слесарных, сборочных, монтажных и других видов работ. Поэтому термин ?оснастка? чаще применяется в судостроении, монтаже, строительстве. Сварочные приспособления призваны:

-уменьшить трудоемкость работ;

-повысить производительность труда;

-сократить длительность производственного цикла;

- облегчить условие труда;

-повысить качество продукции;

- расширить технологические возможности сварочного оборудования;

- способствовать повышению комплексной механизации и автоматизации производства сварных изделий.

Сварочные приспособления классифицируются по нескольким признакам следующим образом:

1) по выполняемым операциям технологического процесса в сварочном производстве - приспособления для разметки; термической резки; сборки под сварку; сварки; комбинированные (сборочно-сварочные, заготовительно - сборочно - сварочные); для контроля качества; термообработки; правки; механические (для установки, поворота, подачи, передачи, съема изделия или деталей, подъема и перемещения сварщика, установки, поворота и перемещения сварщика, установки, поворота и перемещения сварочного автомата или полуавтомата); подъемно-транспортно-транспортные (в том числе чалочные, тара специальная, бункерные устройства и т.п.);

2) по виду обработки и методу сварки - приспособления для электродуговой сварки (ручной, полуавтоматической и автоматической); электрошлаковой сварки; контактной сварки; наплавки; пайки; термической резки др.;

3) по степени специализации - приспособления специальные, предназначенные для выполнения одной определенной операции при изготовлении конкретных узлов в условиях серийного и массового производства; переналаживаемые (групповые), служащие для выполнения данной операции для группы однотипных изделий, близких по конструктивно - технологическим параметрам в условиях мелкосерийного производства; универсальные, предназначенные для выполнения сборочно - сварочных операций в условиях единичного и мелкосерийного производства;

4) по уровню механизации и автоматизации - приспособления ручные, механизированные, полуавтоматические и автоматические;

5) по виду установки - приспособления стационарные, передвижные и переносные;

6) по необходимости и возможности поворота - приспособления неповоротные и поворотные;

7) по источнику энергии привода вращения, перемещения зажатия деталей - приспособления пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электромеханические, магнитные, вакуумные, центробежно-инерционные, комбинированные (в крупносерийном и массовом производстве применяются специальные приспособления преимущественно с пневматическим приводом).

В условиях серийного производства требуется повышение производительности и облегчение труда рабочих, в связи с чем используются специальные приспособления с быстродействующими механизмами загрузки, установки, зажатия, разгрузки, поворота и т.п. Они часто встраиваются в поточно - механизированные и автоматизированные линии. В единичном производстве и при монтаже применяются простые, универсальные, переносные приспособления с винтовыми, кулачковыми, клиновыми, пружинными и электромагнитными прижимами.

Требования к конструкциям сборочно-сварочных приспособлений:

а) удобство в эксплуатации (предполагает доступность к местам установки деталей, зажимным устройствам и устройствам управления, местам наложения прихваток и сварных швов, удобные позы рабочего, минимум его наклонов и хождений и другие требования научной организации труда);

б) обеспечение заданной последовательности сборки и наложения швов в соответствии с разработанным технологическим процессом;

в) обеспечение заданного качества сварного изделия (приспособление должно быть достаточно жестким и прочным, а закрепляемые детали оставаться в требуемом положении без деформирования их при сварке);

г) возможность использования при конструировании и изготовлении сварочных приспособлений типовых, унифицированных, нормализованных и стандартных деталей, узлов и механизмов (это способствует снижению их себестоимости, сроков их проектирования и изготовления, повышению ремонтоспособности);

д) обеспечение сборки всей конструкции с одной установки, наименьшего числа поворотов при сборке и прихватке (сварке), свободного съема собранного (прихваченного) изделия или монтажного приспособления;

е) обеспечение быстрого отвода тепла из зоны сварки для уменьшения коробления, заданного угла поворота изделия, свободной установки изделия, свободного доступа для осмотра, наладки и контроля;

ж) технологичность деталей и узлов приспособления, а также приспособления в целом;

з) использование механизмов для загрузки, подачи и установки деталей, снятия, выталкивания и выгрузки собранного изделия, применения других средств комплексной механизации.

Материалы, используемые для сварки конструкции

Подбор типов (марок) электродов, сварочной проволоки № флюсов производится в соответствии с проектом производства работ. Электроды и сварочная проволока должны быть той же марки, что и марка стали свариваемых труб. Хранить электроды следует в сухих отапливаемых помещениях при температуре не ниже 15 °С и предохранять от увлажнения.

Для ручной дуговой сварки стальных труб и изделий из них применяю покрытые электроды по ГОСТ 9467--75*. Для Ст 2" СтЗ, Ст 4 групп А, Б, В по ГОСТ 380--88; 10, 15, 20 по ГОСТ 1050--88 используются электроды Э 42, Э 46, Э 42А, Э 46А, Э 50А. Для сталей 16ГС, 17ГС, 09Г 2С, 17Г 1С по ГОСТ 19282--73* применяют электроды Э 50А.

Тип электрода обозначается буквой Э и цифрой, указывающей гарантированный предел прочности при растяжении. Буква А означает, что металл шва, наплавленный этим электродом, обладает повышенными пластическими свойствами.

Каждый тип электродов имеет несколько марок

Для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом и для газовой сварки применяют стальную проволоку марки СВ-08А и СВ-08ГА.

Проволока сварочная изготавливается по ГОСТ 2246--70* следующих диаметров: 0,3; 0,5; 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 2; 2,4; 3; 4; 5; 6; 8 мм. Проволока диаметром 0,3... 1,6 мм предназначена в основном для полуавтоматической и автоматической сварки в инертных газах. При сварке под флюсом используют проволоку диаметром 2...6 мм.

Из проволоки диаметром 1,6...8 мм изготавливают стержни для электродов. Проволока маркируется индексом СВ (сварочная). Буквами обозначают химические элементы, содержащиеся в металле проволоки: А - азот, Г - марганец, С - кремний, Н - никель, Т - тальк и т. д.

Первые две за индексом СВ (сварочная) цифры указывают содержание в стали углерода (в сотых долях процента). Буква А в конце марки указывает на пониженное содержание вредных примесей (серы и фосфора).

Подготовка и сборка металла под сварку

При подготовке деталей под сварку поступающий металл подвергается правке, разметке, наметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке. Металл правят либо вручную, либо на различных листоправильных вальцах. Ручную правку выполняют на чугунных или стальных правильных плитах ударами кувалды или с помощью ручного винтового пресса. Угловая сталь правится на правильных вальцах (прессах), двутавры и швеллеры - на приводных или ручных правильных прессах.

Разметка и наметка - это такие операции, которые определяют конфигурацию будущей детали. Механическая резка применяется для прямолинейного реза листов, а иногда для криволинейного реза листов с использованием для этой цели роликовых ножниц с дисковыми ножами. Углеродистые стали разрезают газокислородной и плазменно-дуговой резкой. Эти способы могут быть ручными и механизированными. Для резки легированных сталей, цветных металлов может применяться газофлюсовая или плазменно-дуговая резка.

Основной металл и присадочный материал перед сваркой должны быть тщательно очищены от ржавчины, масла, влаги, окалины и различного рода неметаллических загрязнений. Наличие указанных загрязнений приводит к образованию в сварных швах пор, трещин, шлаковых включений, что приводит к снижению прочности и плотности сварного соединения.

К элементам геометрической формы подготовки кромок под сварку (рисунок 6) относятся угол разделки кромок б, притупление кромок S, длина скоса листа L при наличии разности толщин металла, смещение кромок относительно друг друга б, зазор между стыкуемыми кромками а.

в - ширина шва, h - высота шва, k - катет шва

Рисунок 6 - Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку (а) и шва (б)

Угол разделки кромок выполняется при толщине металла более 3 мм, поскольку се отсутствие (разделки кромок) может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик должен увеличивать величину сварочного тока. Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает возникновение сварочных напряжений и деформаций.

Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.

Длиной скоса листа регулируется плавный переход от толстой свариваемой детали к более тонкой, устраняются концентраторы напряжений в сварных конструкциях.

Притупление кромок выполняется для обеспечения устойчивого ведения процесса сварки при выполнении корневого слоя шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке.

Смещение кромок создает дополнительные сварочные деформации и напряжения, тем самым ухудшая прочностные свойства сварного соединения. Смещение кромок регламентируется либо ГОСТом, либо техническими условиями. Кроме того, смещение кромок не позволяет получать монолитного сварного шва по сечению свариваемых кромок.

ГОСТ 5264-80 предусматривает для стыковых соединений формы подготовленных кромок, представленные на рисунке 7; для угловых соединений - на рисунке 8; тавровых - на рисунке 9 и нахлесточных - на рисунке 10.



Рисунок 7 - Форма подготовленных кромок под сварку для стыковых соединений

Рисунок 8 - Форма подготовленных кромок под сварку для угловых соединений

Рисунок 9 - Форма подготовленных кромок под сварку для тавровых соединений

Рисунок 10 - Форма подготовленных кромок под сварку для нахлесточных соединений

Подготовку кромок под сварку выполняют на механических станках - токарных (обработка торцов труб), фрезерных, строгальных - обработка листов и т. д., а также применением термической резки. Листы, трубы, изготовленные из углеродистых сталей, обрабатываются газокислородной резкой. В качестве горючих газов могут служить ацетилен, пропан, коксовый газ и т. д. Цветные металлы, а также нержавеющие стали обрабатываются плазменной резкой.

Перед сваркой особо ответственных конструкций торцы труб или листов после газокислородной резки обрабатывают дополнительно механическим путем; это делается для того, чтобы избежать каких-либо включений в металле.

Применяемые сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать доступность к местам установки деталей и прихваток, к рукояткам фиксирующих и зажимных устройств, а также к местам сварки. Эти приспособления должны быть также достаточно прочными и жесткими, обеспечивать точное закрепление деталей в нужном положении и препятствовать их деформированию в процессе сварки. Кроме того, сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать оптимальный порядок сборки и сварки: наименьшее число поворотов при наложении прихваток и сварных швов; свободный доступ для проверки размеров изделий и их легкий съем после изготовления; безопасность сборочно-сварочных работ.

Любая сборочная операция не должна затруднять выполнение следующей операции. Поступающие на сборку детали должны быть тщательно проверены; проверке подлежат все геометрические размеры детали и подготовленная форма кромок под сварку.

Сборка сварных конструкций, как правило, осуществляется либо по разметке, либо с помощью шаблонов, упоров, фиксаторов или специальных приспособлений - кондукторов, облегчающих сборочные операции. Подготовку и сборку изделий под сварку выполняют с соблюдением следующих основных обязательных правил:

- притупление кромок и зазоры между ними должны быть равномерными по всей длине;

- кромки элементов, подлежащих сварке, и прилегающие к ним места шириной 25-30 мм от торца кромки должны быть высушены, очищены от грата после резки, масла, ржавчины и прочих загрязнений;

- во избежание деформаций прихватку следует выполнять качественными электродами через интервал не более 500 мм при длине одной прихватки 50-80 мм;

- для обеспечения нормального и качественного формирования шва нужно в начале и в конце изделия прихватывать планки.

Технология сварки, выбор параметров режима сварки

Положение и перемещение электрода при сварке. В процессе сварки электроду сообщаются следующие движения:

- поступательное по оси электрода в сторону сварочной ванны, при этом для сохранения постоянства длины дуги скорость движения должна соответствовать скорости плавления электрода;

- перемещение вдоль линии свариваемого шва, которое называют скоростью сварки; скорость этого движения устанавливается в зависимости от тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов;

- перемещение электрода поперек шва для получения шва шире, чем ниточный валик, так называемого уширенного валика.

При слишком большой скорости сварки наплавленные валики получаются узкими, с малой выпуклостью, с крупными чешуйками. При слишком медленной скорости перемещения электрода сварной валик имеет слишком большую выпуклость, шов неровный по форме, с наплывами по краям.

Положение электрода при сварке должно соответствовать рис. 2. Сварка осуществляется в направлении как слева направо, так и справа налево, от себя и на себя.



а - в горизонтальной плоскости; б- в вертикальной плоскости

Рисунок 11 - Угол наклона электрода

В конце шва нельзя резко обрывать сварочную дугу и оставлять на поверхности металла кратер, являющийся концентратором напряжений и зоной с повышенным содержанием вредных примесей. Во избежание образования кратера необходимо прекратить перемещение электрода, т. е. произвести задержку на 1-2c, затем сместиться назад на 5 мм и быстрым движением вверх и назад оборвать дугу.

При неправильном завершении сварки в месте окончания шва, где погасла дуга, всегда образуется глубокий кратер. Кратер может служить показателем глубины проплавления, однако в конце сварки и наплавки данные кратеры должны заполняться и завариваться. Это производится путем возбуждения дуги в кратере, установления короткой дуги и выдержки в таком положении электрода, вплоть до заполнения расплавленным металлом кратера. Не рекомендуется заваривать кратер, несколько раз обрывая и возбуждая дугу, ввиду образования оксидных и шлаковых загрязнений металла.

Сварной шов, образованный в результате двух движений торца электрода (поступательного и вдоль линии шва), называют "ниточным". Его ширина при оптимальной скорости сварки составляет (0,8-1,5)dэ. Ниточным швом заполняют корень шва, сваривают тонкие заготовки, выполняют наплавочные работы и производят подварку подрезов.

Для наплавки валика без поперечных колебаний электрода необходимо возбудить дугу, растянуть ее и некоторое время удержать на одном месте для прогрева основного металла. Затем постепенно уменьшать длину дугового промежутка, пока не образуется сварочная ванна соответствующего размера. Она должна хорошо сплавиться с основным металлом до того момента, когда начнется поступательное движение электрода в направлении сварки. При этом рекомендуется выполнять небольшие перемещения электродом вдоль оси шва. Однако большинство сварщиков предпочитают перемещать электрод вдоль оси шва без каких-либо продольных колебаний, определяя скорость сварки по формированию валика.

При наплавке валиков на обратной полярности некоторые электроды имеют склонность к образованию подрезов. Для предотвращения проявления этой тенденции не следует перемещать сварочную дугу, располагающуюся за кратером, пока не будет наплавлено достаточное количество металла, чтобы сварной шов получил требуемый размер и подрез был заполнен наплавленным металлом.

Поперечные колебания электрода по определенной траектории, совершаемые с постоянной частотой и амплитудой и совмещенные с перемещением вдоль шва, позволяют получить сварной шов требуемой ширины. Поперечные колебательные движения конца электрода определяются формой разделки, размерами и положением шва, свойствами свариваемого материала, навыком сварщика. Широкие швы (1,5-5)d3 получают с помощью поперечных колебаний, изображенных на рисунке 12.



Рисунок 12 - Основные способы поперечных движений торца электрода

Для выполнения уширенного валика необходимо установить электрод в положение, показанное на рисунке 13. При этом следует иметь в виду, что поперечные колебания совершаются электрододержателем, положение электрода в любой точке шва строго параллельно его первоначальному положению. Угол наклона электрода в вертикальной и горизонтальной плоскости не должен изменяться при колебательных движениях по поверхности шва.



Рисунок 13 - Положение электрода при наплавке валиков с поперечными колебаниями

Колебания электрода должны производиться с амплитудой, не превышающей три диаметра используемого электрода. Во время процесса формирования валика расплавленный слой должен поддерживаться в расплавленном состоянии. Если перемещать электрод слишком далеко и задерживать его возвращение, то возможны охлаждение и кристаллизация металла сварочной ванны. Это приводит к появлению в металле сварного шва шлаковых включений и ухудшает его внешний вид.

При сварке необходимо внимательно наблюдать за сварочной ванной, следить за ее шириной и глубиной проплавления, при этом не перемещать электрод слишком быстро. В конце каждого перемещения на мгновение останавливать электрод. Амплитуда поперечных колебаний должна быть немного меньше требуемой ширины наплавляемого валика.

При сварке на прямой полярности, как правило, не возникает проблем с подрезами. При сварке на обратной полярности могут возникнуть проблемы с появлением подрезов. Проблему подрезов можно преодолеть путем более длительной выдержки сварочной дуги в крайних точках поперечных перемещений, а также путем выполнения данных перемещений с амплитудой, не превышающей требуемую для получения нужной ширины наплавленного валика.

Сварка должна производиться на короткой дуге. При сварке уделяем внимание тому, чтобы металл сварочной ванны не вытекал вниз или не образовывал наплыв на нижней кромке. Для этого необходимо совершать возвратно-поступательные движения электродом в направлении оси сварного шва. Каждый новый валик должен перекрывать ранее наплавленный соседний с ним валик не менее чем на 45-55%. Для предотвращения образования подрезов необходимо производить колебания электрода в пределах выпуклости сварного валика. В большинстве случаев выполнение сварки в вертикальном положении производится снизу вверх, особенно для ответственных стыков. Данная техника сварки широко используется при строительстве трубопроводов высокого давления, в кораблестроении, при сооружении сосудов высокого давления и при строительных работах.

Под режимом сварки понимают совокупность условий, создающих устойчивое протекание процесса сварки. Параметры режима сварки подразделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам режима сварки при ручной сварке относят величину, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение, скорость сварки и величину поперечного колебания конца электрода, а дополнительным - величину вылета электрода, состав и толщину покрытия электрода, начальную температуру основного металла, положение электрода в пространстве (вертикальное, наклонное) и положение изделия в процессе сварки.

Глубина провара и ширина шва зависят от всех основных параметров режима сварки.

Увеличение сварочного тока вызывает при неизменной скорости рост глубины проплавления (провара), что объясняется изменением величины погонной энергии (теплоты, приходящейся на единицу длины шва) и частично изменением давления, оказываемого столбом дуги на поверхность сварочной ванны.

Род и полярность тока также влияют на форму и размеры шва. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара на 40-50% больше, чем при сварке постоянным током прямой полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на аноде и катоде. При сварке переменным током глубина провара на 15-20% меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности

Для сварки стали 3 выбираем ручную дуговую сварку покрытыми электродами.

Параметры для сварки выбираем исходя из задания курсовой работы и заносим их в таблицу 5.

Таблица 4 - Параметры сварки

Точечный источник постоянной мощности ПТИ
Iсв, А	Uд, В	зU	хсв, м/ч
330	28	0,75	9

1.4 Контроль качества сварных швов

Качество сварки и сварных соединений - это основной показатель, которому должно соответствовать изделие для удовлетворения технических требований изделия.

Стоит отметить, что, в общем, качество сварки и сварных соединений зависит от различных факторов, в том числе и от, собственно, технологического процесса. Общее качество сварки определяется по уровням дефектов при сваривании металлоизделий.

Основные показатели, влияющие на общее качество сварки, представлены на рисунке 14.

Рисунок 14 - Основные показатели, влияющие на общее качество сваркиОсновные технологические факторы, влияющие на качество сваривания:

- режим сварочного процесса - это и сила тока, и напряжение;

- материалы необходимые для сваривания: электроды, флюсы, защитные газы;

- материал свариваемого изделия;

- профессионализм сварщика - это и разряд, и опыт работы;

- условия, в которых производится сваривание.

Контроль качества сварки и сварных соединений состоит из нескольких обязательных этапов, которые позволяют определить дефекты. В ходе контроля осуществляется проверка таких показателей:

- приемлемого внешнего вида (при внешнем осмотре);

- плотности сварного шва;

- физико-химических свойств сварного шва.

Кроме того, контроль качества сварных соединений может быть:

- предварительным - это первичный контроль сварного соединения для определения качества сварки. Такой контроль предупреждает образование дефектов, он заключается в контроле электродов, флюсов, соблюдения режимов работы и т.д.;

- окончательный - это контроль, который оценивает результаты технологического процесса, его суть заключается в определении качества швов и выявлении дефектов.

Предварительный контроль качества сварки и сварных соединений включает в себя следующие этапы:

Контроль подготовки к сварочным работам. На этом этапе проверяется качество используемых в процессе работ сварочных материалов, кромок деталей металлоизделия, подготовленных под сварку, оборудования и оснастки, кроме того контрольную проверку проходит сам свариваемый материал и, конечно, необходимо удостовериться в готовности сварщиков к работе.

Контроль непосредственно над самими сварочными работами. Этот этап заключается в контроле режимов сваривания, проверке соблюдения технологического процесса сваривания, проверке порядка наложения кромок деталей, зачистки кратеров, швов.

Окончательный контроль качества сварки, сварных соединений направлен на определение образовавшихся дефектов и состоит из множества видов проверки:

Визуальный осмотр сварного шва. При внешнем осмотре определяется наружный брак: наличие незаваренных мест, наплывов, подрезов, трещин, а также наличие смещения сваренных деталей, которое могло произойти в процессе сваривания. Обычно, после сварки деталь зачищают от окалин, брызг и шлака. Осмотр сварного соединения производится представителем отдела технического контроля с применением лупы с пяти и даже десятикратным увеличением.

Испытание сварных соединений на проницаемость - это проверка, которой подвергают емкости, которые работают под давлением газовой или жидкой среды. Такая проверка проводится испытанием, но только после визуального осмотра и устранения выявленных дефектов.

Испытания сварочных швов в аппаратах, которые предназначены для работы под давлением:

Давление жидкостей (гидравлическое).

1 способ. Емкость полностью или частично заполняется водой на 2-24 часа. Сварной шов считается качественным, если в течение вышеуказанного времени не дал течи и остался с внешней стороны в сухом виде.

2 способ. Емкость, трубопровод или другого вида конструкция наполняется водой и на пять минут создается внутри сосуда избыточное давление - в два раза выше рабочего. После истечения вышеуказанного времени давление снижается до рабочего, а околошовную зону снаружи обстукивают молотком. Влажные и запотевшие участки - дефекты, отмечаются мелом. Затем вода сливается из сосуда, а некачественные швы завариваются! После устранения дефектов швы опять подвергаются испытаниям.

Давление газа.

В емкость или трубопровод подается газ, воздух или азот под давлением, указанным в технических условиях. Затем сосуд герметизируется, а все сварочные швы промазываются мыльным раствором, состоящим из 100 г мыла и одного литра воды. Если сварной шов с дефектом, то на нем будут появляться мыльные пузыри.

Испытание аммиаком. Перед началом этого испытания предварительно необходимо очистить сварные швы от окалин, масла и ржавчины. Затем на шов накладывают тканевый кусочек или бумажную ленту, которые перед этим пропитывают специальным индикатором. Далее в проверяемую емкость нагнетают воздух с одним процентом аммиака. Если сварное соединение с дефектом - имеются микроскопические трещины или не проваренные места, то бумага или ткань с индикатором окрашиваются в серебристо-черный цвет в течение пяти минут под воздействием аммиака.

Контроль качества сварки и сварных соединений с помощью рентгеновского просвечивания представлен на рисунке 2.



Рисунок 15 - Контроль качества сварки и сварных соединений с помощью рентгеновского просвечивания

Такой вид контроля позволяет выявлять трещины и непровары в изделиях из стали с глубиной залегания до 100 миллиметров, в медных деталях - до 25 мм и в алюминиевых - до 300 мм.

Преимущества рентгеновского метода:

- высокая чувствительность;

- позволяет точно определить размер дефекта;

- точное нахождение места расположения дефекта.

Недостатки рентгеновского метода:

- рентгеновское излучение вредно для человека;

- довольно большие габариты аппарата;

- трудоемкость работ;

- сложность управления аппаратурой.

Рассмотрим, также значение магнитного поля в контроле качества сварки и сварных соединений.

Рисунок 16 - Магнитно-порошковая дефектоскопия

Магнитный порошок - это порошок, получаемый путем шлифовки металла. Порошок наносят в сухом или масляном виде на сварочное соединение, после чего изделие намагничивается. В местах дефекта магнитный порошок скапливается за счет искажения магнитного поля (рисунок 16).

Все виды вышеперечисленных методов контроля высокоэффективны и позволяют выявить даже микроскопические дефекты сварных соединений.

1.5 Техника безопасности и противопожарные мероприятия

Рабочим местом электросварщика является закрепленный за рабочим или бригадой участок производственной площади, оснащенной в соответствии с требованиями осуществляемого технологического процесса определенным оборудованием, инструментом, приспособлениями и т.д.

При обслуживании рабочего места необходимо:

- своевременно получать сменные задания, наряды и чертежи;

- поддерживать оборудование в работоспособном состоянии;

- своевременно доставлять на рабочее место материалы, заготовки, электроды и т.п.;

- контролировать качество изготавливаемой продукции;

- поддерживать надлежащий порядок на рабочем месте.

Рабочие кабины служат для защиты сварщиков от излучения дуги в постоянных местах сварки. Для каждого рабочего устанавливают отдельную кабину размером 2 х 2,5 м. Ее стены могут быть выполнены из тонкого железа, фанеры или брезента. Фанера и брезент должны быть пропитаны огнестойким составом, например раствором алюмокалиевых квасцов. Каркас кабины изготавливают из трубы или угловой стали, пол - из огнестойкого материала (кирпич, бетон или цемент). Стены окрашивают в светло-серый цвет красками, хорошо поглощающими ультрафиолетовое излучение (цинковые или титановые белила, желтый крон). Освещенность кабины должна составлять не менее 80 лк. Кабину оборудуют местной вентиляцией (рисунок 17) с подачей воздуха 40 м 3/ч на каждого рабочего.

1 - воздухопровод; 2 - шибер; 3 - воздухоприемник;

4 - штампованная решетка; 5 - козырек

Рисунок 17 - Схема отсоса газов, выделяющихся при сварке, от сварочного поста

Вентиляционный отсос должен располагаться так, чтобы газы, выделяющиеся при сварке, проходили в стороне от сварщика. Сварку деталей производят на рабочем столе. Крышку стола толщиной 20... 25 мм изготавливают из чугуна. Сварочный пост оснащен генератором, выпрямителем или сварочным трансформатором (рис. 6.2).



1 -- сварочный трансформатор; 2 - ручка регулировки тока;

3 - электродержатель; 4 - заземляющий зажим; 5 - электрод;

6 - сетевой шнур

Рисунок 18 - Электросварочное оборудование

Электродержатели применяют для закрепления электрода и подвода к нему тока при ручной электродуговой сварке. Их основные характеристики приведены в табл. 5.

Таблица 5 - Характеристики электродержателей

Номинальная сила сварочного тока, А	Продолжительность цикла, мин	Отношение продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла, %	Масса, кг	Диаметр электрода, мм	Сечение присоединенного сварочного провода, мм 2
125 313 500	5 " "	60 " "	0,35 0,50 0,70	1,5...3 2...6 4...10	25 50 70

Электродержатели должны обеспечивать возможность захвата электрода не менее чем в двух положениях: перпендикулярно и под углом 115° и более к оси электродержателя. Необходимо, чтобы конструкция электродержателя позволяла производить замену электрода за время, не превышающее 4 с. Токоведущие части электродержателей должны иметь надежную изоляцию сопротивлением не менее 5 МОм для предотвращения их случайного непосредственного контакта со свариваемым изделием или руками сварщика.

Изоляция рукоятки должна выдерживать без пробоя испытательное напряжение 1500 В частотой 50 Гц в течение 1 мин.

Температура наружной поверхности рукоятки при номинальном режиме работы не должна повышаться более чем на 55 °С. Необходимо, чтобы поперечное сечение рукоятки в месте обхвата ладонью сварщика вписывалось в круг диаметром не более 40 мм.

Электродержатели должны обладать достаточной механической прочностью. Схемы некоторых типов электродержателей показаны на рисунке 19.

а - вилочный; б, в - щипцовый; г - с пружинящим кольцом

Рисунок 19 - Типы электродержателей

Таблица 6 - Площади сечения сварочного провода в зависимости от силы сварочного тока

Сила тока, А	Площадь сечения провода, мм 2
	одинарного	двойного
200	25	-
300	50	2x16
400	70	2x25
500	95	2x35

К дополнительному инструменту сварщика относятся винтовые зажимы, проволочные щетки, клейма, зубила и молотки. Для присоединения провода к изделию применяют винтовые зажимы типа струбцин, в которые конец провода впаивают твердым припоем. Зажимы должны обеспечивать плотный контакт со свариваемым изделием.

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

Для клеймения швов, вырубки дефектных мест, удаления брызг и шлака служат клейма, зубила и молотки.

Для хранения электродов при сварке на монтаже применяют брезентовые сумки длиной 300 мм, подвешиваемые к поясу сварщика. В цеховых условиях для этой цели используют стаканы аналогичной длины, изготовленные из отрезка трубы диаметром 50...75 мм, с приваренным донышком-подставкой.

Сварочные провода служат для подвода тока от сварочной машины или трансформатора к электродержателю и свариваемому изделию. Электродержатель снабжают гибким изолированным резиновым проводом, сплетенным из большого числа отожженных и облуженных медных проволок диаметром 0,18...0,2 мм.

Рекомендуемые площади сечения сварочных проводов приведены в таблице 7. Применять провод длиной более 30 м нецелесообразно вследствие значительного падения напряжения в сварочной цепи.

Безопасность электросварочных работ

К выполнению электросварочных работ допускаются лица, достигшие 18-летнего возраста, прошедшие специальное производственное обучение, имеющие удостоверение на право производства работ и получившие вторую квалификационную группу по электробезопасности.

Ежегодно комиссия под руководством главного инженера проводит проверку знаний электросварщиков для продления на год удостоверения, подтверждающего вторую квалификационную группу по электробезопасности. В состав комиссии должен входить энергетик с квалификационной группой по электробезопасности не ниже пятой.

При сварке на объектах, которые курирует Госгортехнадзор России, все сварщики должны быть аттестованы в соответствии с Правилами аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства и Технологическим регламентом проведения аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства, утвержденным Постановлением Госгортехнадзора России от 25 июня 2002 г. № 36.

Все работы по установке, ремонту и наблюдению за электросварочными аппаратами должен выполнять электромонтер, имеющий квалификационную группу по электробезопасности не ниже третьей. Подключать электросварочный аппарат к источнику питания, заменять предохранители и производить какой бы то ни было ремонт электросварочной установки сварщику запрещается.

Все электросварочное оборудование должно быть в защищенном исполнении, а вращающиеся части сварочных генераторов необходимо оборудовать ограждениями.

Передвижные сварочные аппараты с двигателем внутреннего сгорания должен обслуживать моторист, имеющий удостоверение о допуске к этой работе. Указанные аппараты заземляют металлическим штырем, забиваемым в землю и присоединенным к корпусу аппарата. Число штырей, их диаметр и длину определяют расчетным путем, исходя из того, что их сопротивление не должно превышать 4 Ом.

Если не представляется возможным обеспечить защитное заземление, то необходимо пользоваться устройством защитного отключения.

На каждом ящике рубильника включения (ЯРВ), к которому подключают сварочный аппарат, должен быть надежный замок. На ящике необходимо написать несмываемой краской: "Опасно для жизни. Напряжение 380 В. Ответственный….". На внутренней стороне дверцы ящика помещают схему подключения трансформатора, указывают его мощность и допустимую силу тока плавких вставок.

Электросварочные установки регистрирует главный механик организации. У него находятся их паспорта и инструкции по эксплуатации. На всех сварочных трансформаторах, аппаратах и преобразователях должны быть заводские и инвентарные номера, под которыми они зарегистрированы в журнале главного механика.

Каждый электросварочный аппарат подключают к индивидуальному рубильнику проводом соответствующего сечения, при этом расстояние между аппаратом и стеной составляет не менее 0,5 м.

Категорически запрещается подключать сварочный аппарат непосредственно (без рубильника) к силовой или осветительной электросети, а также аппарат, находящийся под напряжением.

Присоединять аппарат к сети следует в соответствии с маркировкой выводов на зажимах.

Органы управления электросварочными аппаратами (рубильники, пакетные выключатели, кнопки, пускатели и др.) должны иметь надежные фиксаторы или ограждения, предотвращающие их самопроизвольное или случайное включение (отключение).

При одновременном использовании нескольких сварочных трансформаторов их необходимо размещать таким образом, чтобы расстояние между ними составляло не менее 0,35 м, а ширина проходов - не менее 0,8 м.

Производство электросварочных работ допускается при выполнении требований инструкции по противопожарной безопасности и с обязательным согласованием вида работ с представителем Государственного пожарного надзора. При работе в пожароопасных помещениях электросварщики проходят обучение правилам пожарной безопасности, по завершении которого органы пожарной инспекции выдают контрольный талон.

Запрещается производство электросварочных работ в местах, где имеются воспламеняющиеся вещества и материалы. Места огневых работ и размещения электрогенераторов должны быть очищены от горючих материалов в радиусе не менее 5 м. Электросварочные работы в строящихся холодильниках можно вести только в камерах и отсеках, освобожденных от сгораемых материалов.

Сварочные аппараты должны иметь защитные устройства со стороны питающей сети.

Напряжение холостого хода сварочного трансформатора на низкой стороне не должно превышать 75... 110 В.

Корпус электросварочного аппарата, вторичную обмотку трансформатора и свариваемый предмет следует надежно заземлить до подключения их к сети, и это заземление не должно нарушиться до отключения аппарата от сети.

Для присоединения заземляющего провода на корпусе электросварочного аппарата, в доступном месте, необходимо установить болт диаметром 5... 8 мм, и снабдить его надписью: "Земля". Над клеммами сварочных трансформаторов должны быть козырьки и надписи: "Высокая сторона" и "Низкая сторона".

Запрещается использовать технологическое оборудование, металлические конструкции зданий, коммуникации, сети заземления и зануления, железную арматуру, конструкции электроустановок, водопроводные, отопительные и канализационные стояки в качестве обратного нулевого провода.

Обратным проводом может служить стальная шина любого профиля, сварочная плита, стеллаж или сама сварочная конструкция в том случае, если их сечение обеспечивает безопасное, с точки зрения возможного нагрева, протекание сварочного тока.

...