Участок сборки и сварки сосуда

Рисунок 6. Вольтмперная зарактеристика источника питания для ручной дуговой сварки

Так как способ сварки - ручная дуговая, а производство - мелкосерийное, то по способу производства энергии выбираем источник, получающий электроэнергию из силовой сети питания, т.к. оборудование с генератором более громоздкое, чем получающее энергию из сети.

По роду тока выбираем переменный ток, так как питание дугового разряда переменным током гораздо удобнее и проще. Недостатком переменного тока является то что снижается устойчивость горения дуги на переменном токе, так как за период колебания напряжения дуга должна возбуждаться дважды, меняя свою полярность. Для возбуждения дугового разряда требуется определенное напряжение -- пик зажигания, а обрывается дуговой разряд при достижении некоторого минимального напряжения. Время горения дуги составляет лишь часть общего времени сварки, однако питание дуги переменным током гораздо удобнее технически и поэтому широко используется в производстве.

По способу преобразования электрической энергии выбираем использование трансформаторов, которые преобразуют относительно высокое напряжение силовой сети в более низкое напряжение для сварки переменным током, т.к. главным достоинством трансформаторов является низкая стоимость их изготовления, они в 2-4 раза дешевле выпрямителей и в 6-10 раз дешевле агрегатов одинаковой мощности. Они дешевле и в эксплуатации, имеют сравнительно высокий коэффициент полезного действия (около 0.7-0.9) и низкий удельный расход электроэнергии (около 2-4 кВт*ч на 1кг расплавленного электродного металла). Трансформаторы проще в эксплуатации, легко поддаются ремонту.

По третьему признаку выбираем зависимый источник питания, получающий питание от электрической сети.

По четвертому признаку в соответствии со способом регулирования параметров сварки выбираем регулирование с помощью подвижных катушек, подвижных магнитных шунтов. Суть этих способов регулирования следующая:

При введении магнитного шунта в магнитопровод трансформатора, часть магнитного потока создаваемого первичной обмоткой отводится магнитным шунтом и поэтому эта часть магнитного потока минует вторичную обмотку (рисунок 7а). При этом эффективность передачи энергии от первичной обмотки на вторичную снижается и, в результате, ток сварки уменьшается. При втором способе, когда обмотки разводятся, ухудшается их магнитная связь и снижается эффективность передачи энергии от первичной обмотки на вторичную (рисунок 7 б). В результате чего ток сварки снижается.

а) б) в)

Рисунок 7. Способы регулирования параметров сварки:

а) введением магнитного шунта; б) использование подвижных обмоток.

в) вольтамперная характеристика при данных способах регулирования

Оба эти способа обеспечивают плавное регулирование тока сварки. Причем, благодаря постоянству количества витков обмоток, напряжение холостого хода трансформатора остается неизменным. Сварочные трансформаторы этого типа обеспечивают ВВАХ падающего типа, и, таким образом, подходят для ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

Как было сказано выше, в соответствии с формой внешней (статической) вольтамперной характеристики (ВВАХ) выбираем источник питания с падающей вольтамперной характеристикой.

Источники питания с падающей ВВАХ характеризуется следующими основными свойствами:

1) имеют высокое напряжение холостого хода (? 2 … 2,5 раза выше рабочего напряжения дуги);

2) напряжение на клеммах источника питания падает существенно при повышении тока сварки;

3) имеют ограниченный ток короткого замыкания (не выше, чем 1.1 … 1.3 от номинального тока сварки).

Всем этим требованиям удовлетворяет сварочный трансформатор. Способ регулирования параметров сварки - с помощью подвижных обмоток.

Принцип действия такого трансформатора иллюстрирует рисунок 8. Наибольшее распространение получила конструктивная схема трансформатора со стержневым магнитопроводом 3, цилиндрическими первичной 1 и вторичной 2 обмотками, разбитыми каждая на две катушки. Подвижная обмотка (обычно вторичная) перемещается винтовым приводом 4. Основной поток трансформатора Фт замыкается по магнитопроводу, а потоки рассеяния Ф1р и Ф2р - по воздуху в пространстве между первичной и вторичной обмотками.

Рисунок 8. Расчетная схема трансформатора с подвижными обмотками

Падающая внешняя характеристика у трансформатора с подвижными обмотками получается благодаря увеличенному магнитному рассеянию, вызванному размещением первичной и вторичной обмоток на значительном расстоянии друг от друга. Плавное регулирование режима, как уже отмечалось, производится благодаря перемещению подвижных обмоток. Ступенчатое увеличение тока осуществляется переключением катушек первичных и вторичных обмоток с последовательного на параллельное соединение. Регулирование тока у трансформатора с подвижными обмотками осуществляется за счёт изменения его индуктивного сопротивления: плавно- перемещение обмоток, ступенчато- переключением соединения катушек параллельно или последовательно

Трансформатор типа ТДМ-317 У2 является типичным примером серийной конструкции с подвижными обмотками (рис.9). Он имеет стержневой магнитопровод 2, первичную 6 и вторичную 4 обмотки, переключатель диапазонов тока 12, регулятор тока 1, раму 8, колеса 7 и не показанный на рисунке кожух. Магнитопровод набран из холоднокатаных лакированных пластин высококремнистой трансформаторной стали марки 3414 толщиной 0,35 мм. Первичная и вторичная обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на стержнях магнитопровода [10]..

Рисунок 9. Конструкция трансформатора ТДМ-317 У2

2.4.3 Сварочные установки и вспомогательное сварочное оборудование

При ручной дуговой сварке основным сварочным оборудованием является источник питания, а вспомогательным сварочным оборудованием - электрододержатель.

В предыдущем подразделе был выбран сварочный трансформатор типа ТДМ - 317 У2 (ТД - трансформатор для дуговой сварки, М - механическое регулирование сварочного тока, 31 - условное обозначение номинального тока, кратное 10А, в данном случае максимальный ток сварки 310 А, У2 - климатическое исполнение и категория размещения). Этот трансформатор обладает средними размерами, что позволяет переносить его, или перекатывать, что при весе в 130 кг является боле удобным способом. Трансформатор сварочный ТДМ-317 относится к место нужно подбирать хорошо продуваемое помещение, так как для такой однокорпусным моделям. Здесь используется только естественная вентиляция, так что при выборе мощности оно должно быть достаточно большим. Данный аппарат обладает целым рядом преимуществ:

1) Сварочный трансформатор ТДМ 317 1У2 обладает дополнительными средствами для транспортировки;Благодаря своей простоте принципа действия и конструкции ремонт и обслуживание сварочных трансформаторов такой модели не составляет большого труда для профессионалов;

2) Рабочий диапазон относится к самым востребованным процедурам, которые встречаются в сварочном деле, тем более что параметры позволяют осуществлять резку;

3) Плавная регулировка параметров.

Также у трансформатора есть и недостатки:

1) При скачках напряжения, а также при повышенных или пониженных его значениях, трансформатор будет выдавать некорректные показатели выходных значений;

2) Эта модель работает только на переменном токе, хотя он значительно уступает по качеству тем швам, которые создаются при помощи постоянного;

3) Несмотря на возможность передвижения, при такой массе он больше применяется как стационарное устройство;

4) Могут возникнуть проблемы с охлаждением, так как тут присутствует только естественная вентиляция, чего может оказаться недостаточным.

Трансформатор сварочный ТДМ-317 требует для подключения достаточно мощные сварочные кабели, которые бы смогли выдержать 300 ампер и выше, на которые рассчитана работа трансформатора. В случае подбора более тонких кабелей может случиться, что они перегреются на максимальном режиме и это приведет к их расплавлению, вследствие перегрева, или короткому замыканию. Если они окажутся слишком толстыми, то их применение будет экономически невыгодным из-за слишком больших потерь напряжения, а также устройство будет выдавать более низкие рабочие значения, не соответствующие номинальным [10].

Его технические характеристики даны в таблице 16.

Таблица 16. Технические характеристики сварочного трансформатора ТДМ - 317

Параметр	Значение
Сварочный ток номинальный, А	315
Рабочее напряжение номинальное, В	32,6
Сварочный ток минимальный, А	60
Рабочее напряжение минимальное, В	22,4
Сварочный ток максимальный, А	360
Рабочее напряжение максимальное, В	34,4
Режим работы номинальный,ПН,%	60
КПД,%	86
Коэффициент мощности	0,56
Категория размещения	У2
Класс изоляции	Н
ДлинаЧширинаЧвысота,м	0,555Ч0,585Ч0,818
Масса, кг	130

Категория размещения У2 означает, что данный трансформатор предназначен для макроклиматического района с умеренным климатом и для эксплуатации под навесом или в помещениях (объемах), где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, например, в палатках, кузовах, прицепах, металлических помещениях без теплоизоляции, а также в оболочке комплектного изделия категории 1 (отсутствие прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков).

Класс изоляции Н - это класс по нагревостойкости изоляции., который допускает предельно допустимое превышение температуры до 150°С.

В соответствии со стандартом ДСТУ IEC 60974-1 на табличке с техническими данными должны указываться: номинальный ток сварки напряжение дуги, ПР (ПН), а также напряжение холостого хода, требования к сети питания, форма ВВАХ, класс изоляции и другие технические сведения об источнике питания.

При соблюдении всех условий эксплуатации, правильном размещении и учетом климатической зоны трансформатор сварочный ТДМ 317 является достаточно надежной и безопасной техникой. Для большей безопасности перед каждым запуском стоит убедиться в надежности подключения и плотности соединения кабелей к клеммам, особенно, перед длительной работой. Если соединение болтается, то его нужно плотно затянуть, так как при уменьшении площади контакта, которое получается в данном случае, металл кабеля может расплавиться. Не стоит забывать об элементарных правилах электробезопасности и индивидуальной защите. Если требуется что-то сделать внутри аппарата, то его обязательно нужно отключить от сети. Если эксплуатация проводилась недавно, то можно дать остыть технике, так как определенные детали могут быть раскаленными до высокой температуры, что приведет к ожогам.

В качестве вспомогательного оборудования необходимо будет выбрать электрододержатель. Электродержатели применяют для закрепления электрода и подвода к нему тока при ручной электродуговой сварке. 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.

Для ручной дуговой сварки существует несколько типов электрододержателей. В некоторых из них для безопасной работы сварщика предусмотрено либо ручное, либо автоматическое отключение тока в момент прекращения процесса сварки. Один из таких электрододержателей показан на рисунке 10.

Рисунок 10.

В электрододержателе щипцового типа ЭД - 300 при ввинчивании стержня 9 в трубку до соприкосновения его с контактом, электрическая цепь от провода до цилиндрического контакта 4 замыкается. При одном-двух поворотах цилиндрической рукоятки стержень 6 вывинчивается из трубки 3 и образует зазор между ним и контактом 10, в результате чего электрическая цепь размыкается [10].

Технические характеристики электрододержателя типа ЭД - 300 - в таблице 17.

Таблица 17. Технические данные электрододержателя типа ЭД - 300

Параметр	Значение
Максимальный диаметр электрода, мм	5
Сечение сварочного кабеля, мм2	до 35
Усилие, которым прижимается электрод, кг	от 8
Наибольший сварочный ток, А	300
Масса, кг	До 0,3

Конструкция электрододержателей ЭД-300 состоит из верхней и нижней губок, фиксирующих электрод, рукоятки, рычага для облегчения использования приспособления, теплоизоляционных кожухов и пружины с защитным колпачком.

Особенности электрододержателя ЭД-300:

1) универсальность применения -- он может использоваться для электродов любого типа;

2) термостойкая изолированная ручка с рифленой поверхностью, которая предотвращает проскальзывание ладони;

3) надежное крепление кабеля;

4) стойкость к высоким механическим и тепловым нагрузкам;

5) обеспечение жесткой фиксации электродов в 4 положениях.

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.

Для силы сварочного тока 105 А рекомендуемое сечение сварочного кабеля - 16 мм². Применять провод длиной более 30 м нецелесообразно вследствие значительного падения напряжения в сварочной цепи [10].

2.4.4 Механизация процесса производства

Сварочное производство включает основные операции, вспомогательные и операции обслуживания. Трудоемкость несварочных операций достигает 70% общей трудоемкости. Отсюда следует необходимость комплексной механизации сварочного производства, так как механизация только самого процесса сварки не может обеспечить высокую производительность труда в сборочно-сварочных цехах. Под механизацией производственного процесса понимают оснащение его техническими средствами, обеспечивающими замену в нем ручного труда работой машин и механизмов. При механизированном исполнении технологических операций человек выполняет лишь некоторые вспомогательные действия и управляет средствами механизации. Высшей степенью механизации является автоматизация производственного процесса. Автоматизация предусматривает освобождение человека от ручного выполнения любых действий в технологическом процессе и непосредственного его управления автоматическими средствами оснащения. В этом случае обслуживающий персонал выполняет функции наладки и наблюдения за правильностью работы технических средств оснащения.

Механизация и автоматизация существенно различаются по своему содержанию, но в то же время имеют тесную взаимосвязь. Автоматизировать можно только высокомеханизированный процесс. Поэтому автоматизация и рассматривается как высшая степень механизации.

Механизация и автоматизация может быть частичной и комплексной. Частичная механизация и автоматизация охватывает часть производственного процесса, т. е. в этом случае речь идет об отдельных операциях. При комплексном решении весь производственный процесс выполняется с помощью машин и механизмов, установленных в порядке последовательности выполнения операций в соответствии с технологическим маршрутом. В сварочном производстве механизация и автоматизация достигаются за счет применения различных приспособлений, специальных сварочных установок, использования робототехники, создания поточных механизированных и автоматизированных линий, на которых механизированными способами осуществляются работы по заготовке сборке, сварке и транспортировке сварных изделий, а в ряде случаев -- и их отделке.

При решении вопросов механизации и автоматизации в сварочном производстве в первую очередь внимание уделяется сборочно- сварочным работам, которые во многом определяют качество изготовления изделий.

Определим степень механизации (См) работ по изготовлению заданной сварной конструкции (узла) и уровень механизации (Ум) производственного процесса:



где Т_М - трудоёмкость (в нормо-часах) сварочных работ, выполняемых механизированным способом,

Т_НМ - трудоёмкость (в нормо-часах) сварочных работ, выполняемых немеханизированным способом (вручную),

k - коэффициент повышения производительности труда на данном рабочем месте.

Уровень механизации производственного процесса определяем по формуле:

Использование автоматического оборудования сварочного производства повышает производительность труда сборочно-сварочных операций и повышает качество сборки и сварки, снижает требования к персоналу [3].

2.4.5 Сборочные и сборочно-сварочные приспособления

Огромное значение для комплексной механизации процесса сварки имеет наличие в составе сварочной установки механического и вспомогательного сварочного оборудования, так как продолжительность процесса сборки и сварки составляет соответственно около 30% и 33%.

Для уменьшения трудоемкости и продолжительности работы, повышения качества и снижения себестоимости изделия применяют механизированные приспособления для сборки свариваемой конструкции и перемещения ее в процессе сварки. К этому оборудованию относятся: приспособления и механизмы для укладки, наклона и вращения свариваемых изделий (стенды, стеллажи, кондукторы, кантователи, манипуляторы); для крепления и перемещения сварочных аппаратов (колонны, тележки, порталы); для обслуживания зоны сварки (площадки, балконы, люльки). Механическое сварочное оборудование можно с успехом использовать при изготовлении сварных узлов и конструкций на строительно-монтажной площадке, в мастерских, на базах строительно-монтажных управлений, в трубозаготовительных цехах и в цехах металлоконструкций.

Для сборки, прихватки и сварки продольного шва обечайки применяется специальное приспособление (рисунок 11). Приспособление для сварки продольного шва обечайки состоит из поворотной стойки (2) с консолью (10) на которой установлена медная подкладка (11). Поворотная консоль в рабочем положении опирается на стационарную стойку (12). Поворот стойки происходит при помощи оси (1), а ее фиксация происходит благодаря упору(3) и байонетному зажиму (12), который приводится в действие рычагом (11).Прижим медной подложки происходит благодаря кулачковому механизму, который приводится в действие винтом (4), с помощью колеса (6).

Принцип работы установки для сборки продольных швов на поворотную консоль устанавливается предварительно cвальцованый лист (заготовка обечайки). После чего консоль возвращается в рабочее положение и фиксируется. В зазор устанавливается чем с помощью которого будет выставлен необходимый зазор. После чего пневмоприжимы кромки листа поджимаются к медной подложке.



Рисунок 11. Приспособление для сборки и сварки обечайки

Технические данные приспособления приведены в таблице 18.

Таблица 18. Технические характеристики приспособления для сборки обечайки

Параметр	Значение
Давление воздуха в сети, кг/см2	4 - 6
Давление воздуха в шланге, кг/см2	1 - 2
Длина свариваемых швов, мм	До 500
Диаметр свариваемых обечаек, мм	60-250
Толщина свариваемых обечаек, мм	2-10
Габаритные размеры - ДхШхВ, мм	165Ч71Ч134
Вес, кг	3,5

Для сборки, прихватки и сварки остальных деталей сосуда применим сборочно-сварочный стол Demmeler (D16-01102-001) 2000х1000х850 мм с 4-мя стандартными опорами, чтобы обеспечить удобство сборки конструкции и проведение сварочных работ. Конструкция сборочно-сварочного стола Demmeler (D16-01102-001) представлена на рисунке 12.



Рисунок 12.Конструкция сборочно-сварочного стола Demmeler (D16-01102-001)

Сварочный стол Demmeler - это универсальный сварочный стол. Существует несколько разновидностей сварочных столов Demmeler: системы D16, D28 и другие. Универсальный стол для сварочных работ Demmeler - это трехмерная система, предназначенная для сборки и дальнейшей сварки изделий различного размера и сложности. Подобные сварочные столы незаменимы при изготовлении стеллажей, стендов, рам, дверей, стоек, шкафов управления и т.п. Использование универсального стола для сварки Demmeler актуально в любой области промышленности, например, в металлообработке, машиностроении, приборостроении и т.д. Сварочные столы Demmeler построены по единому принципу, основными различиями являются диаметр отверстия (в системе D16 - 16 мм, D28 - 28 мм), размер сетки (50 мм на 50 мм и 100 мм на 100 мм соответственно), а также диаметр болта (16 мм и 28 мм соответственно). Столы для сварочных работ Demmeler обладают прекрасными эксплуатационными характеристиками.

Основным материалом изготовления сборочно - монтажных сварочных столов Demmeler является высококачественная сталь, которая обеспечивает высокую устойчивость и прочность конструкции. Столы для сварки Demmeler выдерживают вес до 5 тонн. Трехмерная система Demmeler D16 с координатной сеткой 50Ч50 мм имеет возможность увеличивать свой размер во всю длину, ширину и высоту. Регулируемые поворотные опоры позволяют компенсировать разные высоты и неровности поверхности. Многосторонняя обработка при производстве сварочных столов Demmeler обеспечивает высокое качество и прочность продукции. Благодаря специальной разметке сварочного стола, включающей координатные линии и координатные отверстия, крепежные элементы быстро и легко устанавливаются Дополнительные удобства в работе обеспечивает специально разработанная конструкция и комплектующие, например, такие как компенсаторы уровня, переходники для винтовых и колесных пар [11].

2.4.6 Технологический процесс сборки и сварки

Таблица 19. Последовательность сборки и сварки изделия «сосуд»

№ операции	Содержание операции	Инструмент, приспособления оборудование, материалы
01	Собрать обечайку (1). Соединение стыковое С2 ГОСТ 5264 - 80	Приспособление для сборки и сварки обечайки
02	Контролировать взаимное расположение кромок и зазор 1±0,5
03	Прихватить кромки обечайки. Выполнить 4 прихватки L=15 мм.
04	Контролировать качество прихваток
05	Сварить продольный шов обечайки (1)
06	Зачистить сварной шов и зону термического влияния от цветов побежалости и шлаковой корки до металлического блеска. Выполняется после каждой операции сварки.	Шлифовальная машинка USM1050A
07	Контролировать визуально качество сварки. Выполняется после каждой операции сварки.
08	При наличии дефектов произвести их устранение согласно операциям 09-12
09	Сделать выборку дефектных мест шарошкой на величину, превышающую размер дефектов.
10	Заварить дефектное место ручной дуговой сваркой
11	Зачистить места подварки до металлического блеска.
12	Произвести повторный контроль подваренного участка.
13	Зафиксировать положение крышки (3) относительно обечайки (1). Соединение тавровое Т1 по ГОСТ 5264 - 80 катет 8.	Сборочно - сварочный стол Demmeler (D16-01102-001)
14	Контролировать взаимное расположение деталей
15	Прихватить крышку(3) к обечайке(1). 4 прихватки L=15мм.
16	Зафиксировать положение днища (2) относительно обечайки (1). Соединение тавровое Т1 по ГОСТ 5264 - 80 катет 8.
17	Контролировать взаимное расположение деталей
18	Прихватить днище (2) к обечайке(1). 4прихватки L=15мм.
19	Сварить кольцевые швы.
20	Зафиксировать положение штуцера (4) относительно крышки (3). Соединение тавровое Т1 по ГОСТ 5264 - 80 катет 8.
21	Контролировать взаимное расположение деталей
22	Прихватить штуцер (4) к крышке (3). 3 прихватки L=10мм.
23	Сварить кольцевой шов.

Детали, поступающие на сварку, должны быть приняты ОТК.

Перед сваркой необходимо проверить:

а) качество изготовленных конструкций (путем тщательного внешнего осмотра);

б) соответствие металла требованиям рабочих чертежей (по сертификатам и маркировке на металле);

в) правильность подготовки кромок под сварку.

Необходимо стремиться к выполнению прихваток и швов в нижнем положении.

Угол наклона электрода по отношению к свариваемому изделию составляет 45°. Кольцевой шов выполняется сваркой «углом вперед» (рисунок 13).

Завершать выполнение сварного шва необходимо заполнение кратера металлом. После этого останавливают подачу электрода и прекращают подачу тока

После сварки и остывания конструкции швы зашлифовывают шлифовальной машинкой [9].

Рисунок 13. Выполнение кольцевого шва «углом вперед»

Рисунок 14 Последовательность наложения кольцевых швов

2.4.7 Сварочные напряжения и деформации и меры борьбы с ними

Для борьбы с остаточными деформациями и напряжениями соблюдаются следующие правила:

1) При сборке конструкции применяются сборочные приспособления (стяжные планки, клинья и т.п.), обеспечивающие свободное перемещение свариваемых конструкций от усадки швов. Применяются прихватки для стыков деталей из тонкого металла (3--5 мм). Строго соблюдаются размеры притуплений, зазоров и соосность элементов.

2) Выполняется необходимая последовательность сварки швов; строго выполняется последовательность и порядок сварки швов, указанные в типовой технологии или проекте производства сварочных работ. Последовательность наложения кольцевого шва такова: вначале 1/3 диаметра накладывается один шов (рисунок 14), затем от начала прохождения первого шва, но в противоположную сторону выполняется второй шов. Затем от конца второго шва до начала второго накладывается третий шов. Такая последовательность предотвращает коробление конструкции. Днище необходимо варить в обратной последовательности по той же самой причине.

3) Использовать жесткое закрепление деталей перед сваркой для уменьшения их деформаций (если это предусмотрено технологической запиской или инструкцией) с помощью прихваток или приспособлений; использовать вибрацию конструкций в процессе сварки для уменьшения деформаций и напряжений.

4) Не допускать превышения величины тепловложения в шов (увеличения силы сварочного тока по сравнению с рекомендуемой для электродов применяемого типа и диаметра).

5) Использовать предварительный обратный выгиб листовых деталей (стенок и полок балок, листов корпуса резервуаров и др.) для предупреждения угловой деформации (рис. 15).

Рисунок 15.Предварительный обратный выгиб для предупреждения угловой деформации

6) При сварке листовых резервуарных конструкций (днищ и корпусов) сперва сваривали стыки между кромками обечайки, а потом стыки между днищем и обечайкой, при обратном порядке не исключены появление трещин в местах пересечений швов, а также увеличение коробления конструкций.

7) Правка деформированных после сварки конструкций широко применяется на заводах и мастерских при недопустимом искажении формы и размеров конструкций. Различают три метода правки: механическую, термическую и термомеханическую. Механическая правка основана на образовании пластических удлинений в зоне сварных соединений, вследствие чего устраняются деформации.

Механическую правку можно применить при исправлении «грибовидности» крышки или днища после сварки (рисунок 16)



Рисунок 16. Механическое исправление деформации «грибовидности» крышки

После сварки для снятия сварочных напряжений изделие подвергают низкому отпуску. Отпуск - заключительная термическая операция, состоящая в нагреве закаленного сплава ниже температуры фазового превращения (для углеродистой стали это ниже температуры Ас₁), выдержке и охлаждении на воздухе. Целью отпуска является получение более равновесной структуры, снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и пластичности, создание требуемого комплекса эксплуатационных свойств стали. Низкий отпуск углеродистой стали проводят при температуре 150-200⁰С. При этом из мартенсита выделяется часть избыточного углерода с образованием мельчайших карбидных частиц. Но поскольку скорость диффузии здесь еще мала, некоторая часть углерода в мартенсите остается. Целью низкого отпуска является снижение внутренних напряжений и некоторое уменьшение хрупкости при сохранении высокой твердости, прочности и износостойкости изделий. Структура стали в результате низкого отпуска представляет собой мартенсит отпуска или мартенсит отпуска и вторичный цементит. Закалке и низкому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент, а так же изделия, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью (например, штампы для холодной штамповки или валки прокатных станов). Закалке и низкому отпуску подвергают стали с 0,7 - 1,3 %С[9].

2.4.8 Выбор и обоснование методов контроля качества сварной конструкции и исправлении дефектов

Качество продукции - это совокупность свойств продукции, обуславливающих её пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с её назначением. Показатели качества сварных соединений определяются той или иной совокупностью следующих свойств: прочностью, надежностью, отсутствием дефектов, структурой металла шва и околошовной зоны, коррозионной стойкостью и. т. п.

Контроль качества изготовления продукции включает в себя:

1) Предварительный контроль, проводимый до начала работ;

2) Контроль в процессе сборки и сварки (пооперационный);

3) Контроль качества готовых сварных соединений.

- Предварительный контроль включает в себя: проверку квалификации сварщиков, дефектоскопистов, руководящих работами по сборке, сварке и контролю.

- В процессе изготовления (пооперационной контроль) проверяют качество подготовки кромок и сборки, Режимы сварки, порядок выполнении швов, внешний вид шва, его геометрические размеры, за исправностью сварочной аппаратуры.

- Последнее контрольная операция - проверка качества сварки в готовом изделии: внешний осмотр и измерения сварных соединений, испытания на плотность, контроль ультразвуком, магнитные методы контроля.

- Проверка квалификации сварщика: квалификация сварщиков проверяют при установлении разряда. Разряд присваивают согласно требованиям, предусмотренным тарифно - квалификационными справочниками, испытания сварщиков перед допускам к ответственным работам производят по правилам аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства.

Контроль качества основного металла. Качество основного металла должно соответствовать требованиям сертификата, который посылают заводы - поставщики вместе с партией металла необходимо произвести наружный осмотр установить механические свойства и химический состав металла.

При наружном осмотре проверяют отсутствие на металле окалины, ржавчины, трещин и прочих дефектов.

Предварительная проверка металла с целью обнаружения дефектов поверхности - необходимое и обязательная операция, благодаря которой можно предупредить применение некачественного металла при сварке изделия.

Механические свойства основного металла определяют испытаниями стандартных образцов на машинах для растяжения, прессах и копрах в соответствии с ГОСТ 1497 - 73 металла методы испытания на растяжения.

Контроль качества сварочной проволоки: на проволоку стальную наплавочную устанавливают марку и диаметр сварочной проволоки, химический состав, проверяют требования к упаковке, маркировки, транспортированию и хранению.

Каждая бухта сварочной проволоки должна иметь металлическую бирку на которой указано наименование и товарный знак предприятия - изготовителя сварочную проволоку, на которой нет документации подвергают тщательному контролю.

Контроль заготовок. Перед поступлением заготовок на сборку проверяют чистоту поверхности металла, и габариты качества подготовки кромок.

Контроль сборки. При сборке контролируют: зазор между кромками, притупление и угол раскрытия для стыковых соединений.

Контроль качества сварочного оборудования и приборов. Проверяют исправность контрольно - измерительных приборов, надежность контактов и изоляции правильность подключения сварочной дуги, исправность замкнутых устройств, электрододержателя, редукторов, проводов.

Контроль технологического процесса сварки: перед тем как приступить к сварке, сварщик знакомится с технологическими картами, в которых указаны последовательность операций, диаметр и марка применяемых электродов, режимы сварки и требуемые размеры сварных швов. Несоблюдение порядка наложение швов может вызвать значительную деформацию.

Основными дефектами при изготовлении данного изделия могут быть дефекты сборки: несоблюдение технологии может привести к перекосу деталей сборки, несоблюдению величины зазоров между деталями.

К основным дефектам сварки относятся дефекты сварного шва (непровары, поры, нарушение герметичности шва).

Также при несоблюдении технологии изготовления могут быть различные послесварочные деформации (перекос, коробление изделия, «грибовидность»).Это приводит к нарушению геометрических размеров готового изделия.

При обнаружении дефектов сборки их исправляют путем приведения зазоров между свариваемыми стенками к нужному размеру. Если дефекты обнаружены при сварке изделия (не выдержан катет шва, при визуальном контроле видны поры), необходимо данный участок вырубить с помощью зубила и молотка, наложить новый участок шва. Затем исправленный участок шлифуется заподлицо, чтобы он был неотличим от остального шва.

При несоблюдении технологии сварки изделия и значительной деформации изделия все швы срезают шлифовальной машинкой, шлифуют кромки и выполняют сварку вновь.

Исправление дефектов от деформаций после сварки были описаны в предыдущем разделе.

Существует множество методов контроля качества изделия.

В сварочном производстве для контроля готовой продукции используют 2 группы методов контроля: разрушающие и неразрушающие методы контроля.

К разрушающим методам относится метод вырезания части сварного шва и основного металла и его испытание механических свойств: растяжение, сжатие. Данный вид контроля применяется на особо ответственных швах, работающих на растяжение.

К неразрушающим методам контроля относятся: контроль внешним осмотром, радиационный, акустический, магнитный, электромагнитный, ультразвуковой контроль, капиллярные методы контроля, а также воздушно - пузырьковый метод контроля и другие.

Согласно ТУ на изготовление данного изделия основными методами являются визуально - измерительный и воздушно - пузырьковый методы.

Визуально - измерительный метод заключается в осмотре и измерении геометрических размеров данного изделия, размеров сварочного шва, визуальное определение дефектов изделия и шва. Для этого применяют различные инструменты: рулетка, штангенциркуль, угольник, штангерейсмас, различные контрольные шаблоны и приспособления, шаблоны для проверки катета шва, щупы для определения зазоров и т.д.

Воздушно - пузырьковый метод контроля герметичности предназначен для специалистов лабораторий, выполняющих неразрушающий контроль и испытания металлов, сплавов и сварных соединений.

Методы контроля герметичности соединений назначают в зависимости от условий эксплуатации изделий, типа конструкции и других факторов. Контроль, осуществляемый после внешнего осмотра, основан на способности газов и жидкостей проникать через несплошности. Для проведения испытаний используют керосин, аммиак, воздух, воду, гелий и др.

Существует несколько видов контроля воздушно - пузырьковым методом:

1) Испытание керосином;

2) Пневматическое испытание;

3) Гидравлическое испытание

Последние два метода используются для контроля герметичности швов, работающих в сосудах под давлением.

Для контроля данного изделия будем применять метод испытания керосином.

При испытании керосином поверхность, доступную для осмотра, покрывают водной суспензией мела или каолина и подсушивают. Противоположную сторону шва два-три раза смачивают керосином. Дефекты в шве обнаруживаются по появлению жирных желтых пятен на окрашенной поверхности. Таким методом испытывают сосуды, работающие без внутреннего давления с толщиной стенки до 16 мм и размером дефекта свыше 0,1 мм. Продолжительность испытания должна составлять не менее 12 ч при положительной температуре и не менее 26 ч -- при отрицательной [8].

2.4.9 Маршрутная технология изготовления изделия

Маршрутно - операционная технология-это такой технологический процесс, который составлен в виде укрупненного описания видов обработки (сборка - сварка), охватывает все виды работ где указывается способ (вид) операции, оборудования, время операции и т. д. [12].

Описание технологического процесса оформляют на специальных бланках или технологических картах.

Маршрутно - операционная технология на специальных бланках представлена ниже в приложении А.

2.5 Экология, безопасность жизнедеятельности

Процессы сварки требуют соблюдения определенного комплекса правил техники безопасности и охраны труда, которые должны находить отражение в технологических картах и строго соблюдаться при проведении сварочных работ. Для всех видов сварки плавлением в той или иной степени существует возможность опасных воздействий следующих факторов:

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

Электрический ток воздействие на нервную систему. Такое воздействие выражается очень резко, так как при прохождении через организм электрический ток поражает огромное количество чувствительных нервов. Существенное влияние оказывает действие электрического тока на скелетную мускулатуру, вызывая судорогу, и особенно на сердце, вызывая фибрилляцию его (отдельные некоординированные “подёргивания” волокон сердечной мышцы). При этом насосная функция сердца прекращается и может наступить смерть.

Причиной смерти, кроме фибрилляции, может быть остановка дыхания или ожог.

Степень тяжести поражения человека электрическим током зависит от следующих факторов: сопротивления тела, величины, длительности действия, рода и частоты тока; пути тока в организме, состояния организма и условий внешней среды.

- поражение лучами электрической дуги глаз и открытой поверхности кожи;

- ожоги от капель металла и шлака при сварке;

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

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

- пожары от расплавленного металла и шлака в процессе сварки;

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

Для предотвращения вредных воздействий на сварщика следует придерживаться следующих правил:

- в мокрых и сырых местах работать в резиновых калошах; иметь резиновые или брезентовые перчатки; производственная одежда должна быть сухой и исправной;

- не прикасаться голыми руками к токоведущим частям сварочной установки;

- для защиты от излучения дуги на глаза и кожу сварщика использовать защитные шлемы и щитки, а также брезентовые рукавицы;

- для предотвращения отравлений газами и парами в местах проведения сварочных работ должна устраиваться вентиляция, обеспечивающая отвод вредных газов.

- Концентрация вредных веществ не должна превышать предельно допустимой концентрации ядовитых газов, паров и пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений согласно санитарным нормам, приведенным в таблице 20.

Для предупреждения загрязнения воздуха примесями необходимо предусмотреть тщательную вентиляцию помещений, где установлены посты ручной электродуговой сварки. Вентиляция может быть общей и местной. Общая вентиляция должна быть проточно-вытяжной. Чистый воздух необходимо подавать непосредственно к местам сварки. В зимний период времени этот воздух должен подогреваться калориферами.

Согласно данным Академии Медицинских Наук при сварке металлическими электродами с покрытиями ОЗС и УОНИИ количество чистого воздуха, подаваемого в цех, должно быть около 4000--5000 м³ на 1 кг расплавленных электродов.

Приточно-вытяжную вентиляцию необходимо иметь во всех помещениях ручной дуговой сварки. Местная вентиляция устанавливается в случае, когда сварочные посты размещены на определенных местах. При этом над сварочными столами устанавливаются вытяжные зонты. Местной приточно-вытяжной вентиляцией должны снабжаться сосуды, когда в них производится сварка. В этих случаях хорошие результаты дает подача воздуха непосредственно под щиток или маску. При этом количество воздуха должно составлять около 25 м³/час.

Подачу воздуха непосредственно под щиток или маску сварщика следует применять также в случае сварки цветного металла: меди, латуней, бронз, свинца, алюминия и его сплавов. Необходимость подачи чистого воздуха связана с тем, что при сварке цветных металлов выделяется значительное количество вредных окислов металлов, а также вредных газов.

Места, где производятся сварочные работы, должны быть достаточно хорошо освещены дневным или искусственным светом. Хорошее освещение рабочих мест снижает утомляемость глаз работающих и является одним из условий повышения производительности труда. Освещенность рабочих мест должна быть не менее 50--100 люксов. Чтобы уменьшить поглощение света стенками кабин, их окрашивают в светлые матовые тона. Рекомендуется применять цинковые белила, желтый крон, титановые белила. Перечисленные красители хорошо поглощают ультрафиолетовые лучи.

- для предупреждения ожогов служат спецодежда из плотного брезента и защитные очки;

- для предупреждения взрывов при проведении сварочных работ необходимо

соблюдать правила техники безопасности при работе со сжатыми газами.

Кроме того, все сварочные установки должны находиться под наблюдением наладчика-монтера. Исправлять дефекты электросварочного оборудования имеет право только монтер-наладчик.

Таблица 20. ПДК вредных веществ

Наименование веществ	ПДК, мг/л
Марганец и его соединения	0,0003
Мышьяковистый водород	0,003
Оксиды азота	0,005
Окись цинка	0,005
Окись углерода	0,03
Свинец и его неорганические соединения	0,00001
Сернистый ангидрид	0,02
Фтористый водород	0,02
Неядовитая пыль	0,001

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

Сварочные кабели нельзя располагать рядом с газосварочными шлангами и трубопроводами, находящимися под давлением, или по участкам с высокой температурой, а также вблизи кислородных баллонов.

Не должны производиться сварка и резка внутри сосудов с закрытыми люками или невывернутыми пробками, у неограждённых или незакрытых люков, проёмов, колодцев и т.п.

При электродуговой ручной сварке зона сварки (сварочная дуга, расплавляемый металл) является источником возможного травмирования электросварщика излучением и теплом сварочной дуги и брызгами расплавленного металла. Для защиты глаз, лица, кожного покрова головы и шеи сварщика от излучений и брызг металла, а также частичной защиты органов дыхания от непосредственного воздействия выделяемых при сварке паров металла, шлака и аэрозолей предназначены защитные щитки. Щитки изготавливаются двух основных видов: наголовные и ручные. Наголовный щиток более удобен, так как освобождает руку сварщика от необходимости удерживать ручной щиток. Щитки изготавливают углублённой формы для того, чтобы они хорошо защищали все открытые части головы и шеи сварщика. При пользовании щитком для обзора конструкции не обязательно открывать щиток назад на голову, достаточно поднять крышу рамки со светофильтром и осмотреть конструкцию через прозрачное защитное стекло, а также подготовить стык к сварке, зачистить кромки, удалить шлак и выполнить другие операции, требующие хорошей видимости.

Для защиты от вредного излучения дуги в щитки вставляют стеклянные светофильтры тёмно - зелёного цвета, которые не пропускают вредного излучения, но позволяют видеть дугу, расплавленный металл и манипулировать электродом для лучшего формирования шва. Применяют 13 классов светофильтров типа C для сварки на токах от 13 до 900 А. Необходимо иметь в виду, излучение сварочной дуги может травмировать глаза рабочих, находившихся поблизости от работающего сварщика. Поэтому рабочих, находящихся в зоне сварки, следует снабдить очками и светофильтрами, предназначенными для подсобных рабочих. Излучение дуги опасно для зрения на расстоянии до 20 м.

Сварщики, работающие на строительных площадках, обязаны носить каски, предохраняющие голову рабочего от возможного травмирования падающими предметами и защищающие от ударов поражения электрическим током и атмосферных воздействий. Под каску должен одеваться головной убор - подшлемник. Важными средствами индивидуальной защиты сварщика являются спецодежда и спецобувь. Спецодежда (куртки и брюки) изготавляется из материала, предохраняющего сварщика от излучений и имеющего противоискровые нашивки. Для работы в стационарных постах сварщик использует фартук, предохраняющий от брызг, особенно опасных при дуговой резке. Обувь сварщика, работающего на монтажной площадке, должна быть с нескользящей подмёткой.

К средствам индивидуальной защиты относятся также резиновый коврик, резиновые перчатки и галоши, применяемые при работе в особо опасных местах. Во время работы сварщик должен застёгивать куртку, не допуская оголения и поражения лучами дуги открытых мест тела. Клапаны куртки должны быть закрыты, брюки носятся на выпуск так, чтобы они закрывали ботинки во избежание попадания брызг металла на ноги.

При проведении сварочных работ на открытом воздухе в холодное время года спецодежда должна комплектоваться теплозащитными подстёжками в соответствии с климатическими зонами.

При использовании материалов, выделяющих повышенное количество сварочных аэрозолей (цветных металлов и сталей с цинком и цинковым покрытием и д.р.), применяют усиленную вентиляцию, обеспечивающую подачу чистого воздуха к сварщику. Однако общая вентиляция не всегда достигает нужного эффекта, поэтому прибегают к средствам индивидуальной защиты. Для этого в основном используют фильтрующие противопылевые респираторы и реже - изолирующие шланговые и автономные дыхательные аппараты

Основными причинами поражения электрическим током являются: воздействие электрического тока, проходящего в сварочной цепи; соприкосновение с открытыми токоведущими частями и проводами (случайное, не вызванное производственной необходимостью, или вследствие ошибочной подачи напряжения во время ремонтов и осмотров); прикосновение к токоведущим частям, изоляции которых повреждена; касание токоведущих частей через предметы с низким сопротивлением изоляции; прикосновение к металлическим частям оборудования, случайно оказавшимся под напряжением (в результате отсутствия или повреждения защитных устройств); соприкосновение со строительными деталями конструкций, случайно оказавшимися под напряжением, и др.

Опасность поражения электрическим током создают источники сварочного тока, электрический привод (включая пускорегулирующую аппаратуру), электрооборудование подъёмно-транспортных устройств, электрифицированный транспорт, высокочастотные и осветительные установки, электрические ручные машины и т.д.

В процессе эксплуатации электросварочных установок требуется применение специальных средств защиты, которые делятся на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.

Изолирующие средства защиты делятся на основные и дополнительные.

Основные изолирующие средства способны длительное время выдерживать рабочее напряжение электроустановки, поэтому ими разрешается касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением. К таким средствам относятся: диэлектрические резиновые перчатки, инструмент с изолированными рукоятками и токоискателями.

Дополнительные изолирующие средства обладают недостаточной электрической прочностью и поэтому не могут самостоятельно защитить человека от напряжения током. К таким средствам относятся: резиновая обувь, коврики и изолирующие подставки.

Резиновую обувь и коврики как дополнительные средства защиты применяют при операциях выполняемых с помощью основных защитных средств.

Ограждающие средства защиты предназначены: для временного ограждения токоведущих частей (временные переносные ограждения - щиты, ограждения - клетки, изолирующие накладки, изолирующие колпаки); для предупреждения ошибочных операций (предупредительные плакаты); для временного заземления отключенных токоведущих частей с целью устранения опасности поражения работающих током при случайном появлении напряжения (временные защитные заземления).

Вспомогательные средства защиты предназначены для индивидуальной защиты работающего от световых, тепловых и механических воздействий (защитные очки, специальные рукавицы и т.п.).

Защитное заземление, зануление и отключение электросварочных установок и постов. Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при замыкании на корпус.

Область применения защитного заземления - трёхфазные трёхпроводные сети напряжением до 1000В изолированной нейтралью.

В качестве искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 3 - 5 см и угловую сталь размером 40x40 до 60x60 мм длиной 2,5 - 3 мм, стальные прутки диаметром 10 - 12 мм.

В качестве естественных заземлителей применяют проложенные в земле металлические трубы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии.

Опасными факторами пожара являются: открытый огонь (сварочная дуга, пламя газовой сварки и резки); искры и частицы расплавленного металла, которые возникают при электросварке и резке; повышенная температура изделий, которые подвергаются сварке и резке.

...