Высокопроизводительный способы сварки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ТАЛДЫКОРГАНСКИЙ КОЛЛЕДЖ ПРОМЫШЛЕННОЙ ИНДУСТРИИ И НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

УТВЕРЖДАЮ

Зам директора по учебно-производственной работе

Долаев Т.Е

«____»__________2020 г

Цикловая комиссия «Промышленно-комунальных услуг»

Писменно-квалификационная работа

на тему: «Высокопроизводителный способы сварки»

Специальность:1114000 -Сварочное дело

Квалификация: 1114012 - Сварщик всех наименований

Выполнил(а):учащися 34 группы___________________?скербек Жалынбек

Консултант: мастер п/о ___________________________Байболатов О.Е.

Руководитель: ____________________________ Байболатов О.Е.

Заведущий цикловой комиссии_____________________Г.С. Дауыдова

Допушен к защите:

Заместитель директора по учебной работе _______ Ш.Е.Жабыкбаева «___»_________2020г

Талдыкорган 2020



Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА

1.1 Описание процесса электродуговой сварки

1.2 Сварные соединения и швы

2. ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВИДЫ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ

2.1 Сварка высокопроизводительными покрытыми электродами

2.2 Сварка сдвоенным электродом, гребёнкой электродов, трёхфазной дугой

2.3 Сварка глубоким проплавлением

2.4 Сварка лежачим электродом

2.5 Сварка наклонным электродом

2.6 Ванная сварка

2.7 Оборудование и инструменты

2.8 Техника безопасности и противопожарная безопасность при сварке

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА



ВВЕДЕНИЕ

Как известно, роль металла в жизни человека переоценить сложно. Металл характеризуется высокой твёрдостью, долговечностью и технологичностью в обработке. Он способен выдерживать такие нагрузки, которые выводят из строя большинство других материалов. Поэтому вопросы обработки металлов, их резка и сварка интересуют человечество очень давно. Технологические приёмы сварки издавна использовались кузнецами, которые ударным методом высокой прочности соединяли две заготовки. Открытая в начале 19 столетия возможность плавить металл при помощи дугового разряда, предоставила в этой области практически неограниченные возможности. Научный процесс внёс в технологию сварки новые направления, и металлические детали стали соединять при помощи электродуговой и газовой сварки.

Сварка позволила создать принципиально новые конструкции машин, внести коренные изменения в технологические процессы, связанные с обработкой металлов. Резко возрос диапазон свариваемых толщин материалов (от нескольких микрон до десятков метров), видов сварки (от кузнечной до плазменной). Сварка в среде защитных газов позволила выполнять эту операцию с металлами, которые обычным способом сваривать невозможно. Автоматизация процессов сварки резко повысила производительность труда и качество сварных соединений.

Однако ручная сварка не собирается сдавать свои позиции, особенно в строительных и ремонтно-строительных работах, а так же в условиях малых мастерских. И сейчас практически невозможно найти дом или усадьбу, в которой бы в той или иной степени не применялись сварочные работы. Поэтому технология сварочных работ, резки металлов интересует достаточно широкий круг читателей.

Возросший интерес к сварке объясняется появлением малых различных и больших фирм, в мастерских, которых выполняют достаточно большой объём сварочных работ. Примерами использования сварочного оборудования могут служить многочисленные мастерские по ремонту автомобилей, цеха по изготовлению бронированных дверей, окон из алюминия и металлопластика и т.д., в основу которых заложены сварные соединения.

Технологию сварки стали применять не только для металлов. Сваркой соединяют полимерные материалы, добиваясь при этом высокой прочности и надёжности соединений. Качественную и надёжную сварку можно выполнить, понимая физические и химические процессы, происходящие при температурном воздействии на свариваемые детали.



1. ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА

1.1 Описание процесса электродуговой сварки

Электродуговая сварка - наиболее широко применяемая группа процессов сварочной технологии.

При электродуговой сварке кромки соединяемых деталей расплавляются электрическим дуговым разрядом. Для сварки необходим сильноточный источник питания низкого напряжения, к одному зажиму которого присоединяется свариваемая деталь, а к другому - сварочный электрод. Электрическая дуга представляет собой устойчивый длительный электрический разряд между двумя электродами в ионизированной газовой среде. Дуга состоит из анодной области, катодной области и столба.

Главная роль дугового разряда - преобразование электрической энергии в теплоту. Температура дуги на оси газового столба достигает 6000...7500°С, что позволяет расплавить практически все металлы и сплавы. На поверхностях анода и катода температура дуги снижается до 3500 - 4000 0 С. Столб дуги окружен пламенем (ореолом). Из-за большого концентрации тепла и высоких температур при сварке тонкого или легкоплавкого металла, а также чувствительных к перегреву высокоуглеродистых, нержавеющих и легированных сталей электрическую дугу питают током обратной полярности. То есть минус источника тока подключают к изделию.

В результате очень высоких температур дуги возникают опасные факторы: интенсивное излучение сварочной дуги в оптическом диапазоне (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное) и интенсивное тепловое (инфракрасное) излучение свариваемых изделий и сварочной ванны.

Интенсивность излучения и его спектральный состав зависят от мощности дуги, применяемых сварочных материалов, защитных и плазмообразующих газов и т.п. При отсутствии защиты возможно поражение органов зрения (электроофтальмия, катаракта и т.п.) и кожных покровов (эритемы, ожоги и т.п.). А интенсивность инфракрасного (теплового) излучения зависит от температуры предварительного подогрева изделий, их габаритов и конструкций, а также от температуры и размеров сварочной ванны. При отсутствии средств индивидуальной защиты воздействие теплового излучения может приводить к нарушениям терморегуляции вплоть

В дуговом промежутке образуются положительно и отрицательно заряженные частицы - ионы. Положительные ионы - это атомы, потерявшие электроны; отрицательные ионы - это частицы, присоединившие электроны. В образовании дуги главную роль играют положительные ионы. Процесс образования ионов называют ионизацией; газ в дуговом промежутке, содержащий ионы, становится ионизированным, а дуговой промежуток - электропроводным.

Длина дуги. При горении дуги на поверхности свариваемого изделия образуется ванна расплавленного металла (сварочная ванна) с углублением - кратером. Расстояние от конца электрода до поверхности сварочной ванны называется длиной дуги. Длина дуги при ручной дуговой сварке металлическим электродом составляет от 2 до 6 мм. Практически можно считать нормальной дугу, длина которой приблизительно равна диаметру электродного стержня. Длинной называется дуга, длина которой более 1-1,5 диаметра электрода.

Сварку обычно выполняют короткой дугой. При сварке длинной дугой происходит сильное разбрызгивание, окисление капель расплавленного металла, что ведет к пористости шва и плохому сплавлению наплавленного и основного металлов. Так же искры, брызги и выбросы расплавленного металла и шлака могут явиться причиной ожогов.

При сварке угольным электродом длина дуги может достигать 15-20 мм. Напряжение дугового разряда связано прямой зависимостью с длиной дуги: чем длиннее дуга, тем выше напряжение разряда. Точная форма этой зависимости определяется условиями разряда - наличием или отсутствием защитной газовой атмосферы, свойствами покрытого электрода, наличием и свойствами флюса и т.д.

Производительность сварки характеризуют количеством расплавленного электродного металла в единицу времени.

Под действием высокой температуры в зоне сварки молекулы кислорода и азота, попадающие из воздуха, частично распадаются на атомы. Кислород образует оксиды железа и способствует выгоранию ценных легирующих элементов (марганца, кремния и др.), тем самым резко ухудшая свойства наплавленного слоя. Азот образует нитриды, которые увеличивают твердость, снижают пластичность и способствуют образованию коробления и трещин. Водород, попадающий в зону сварки из влаги и ржавчины, способствует образованию пор и трещин. Чтобы уменьшить вредное воздействие этих элементов, место сварки зачищают, а зону сварки защищают нейтральными газами и шлаками. После сварки используются для зачистки швов ручные пневматические инструменты. Они являются источником локальной вибрации, что может привести к развитию вибрационной болезни у сварщика. Выделение сварочного аэрозоля, газов, пыли также является опасным фактором, т. к. наносит вред дыхательной системе рабочих.

Краткая характеристика некоторых способов дуговой сварки

Способ сварки	Наиболее часто свариваемые металлы	Тип сварных соединений
Ручная металлическим электродом	Сталь Чугун	Стык, тавр и пр. Стык, наплавка
Под флюсом автоматическая, полуавтоматическая	Сталь Алюминий и его сплавы Медь Титан	Стык, нахлестка и пр. Стык -//- -//-
Ручная вольфрамовым электродом в защитной среде аргона	Коррозионно-стойкие и жаропрочные стали и сплавы Алюминий и его сплавы Титан и его сплавы	Стык, нахлестка и пр. Стык, по отбортовке Стык и пр.
Механизированная неплавящимся электродом в защитной среде аргона	Коррозионно-стойкие и жаропрочные стали и сплавы Титан и его сплавы	Стык -//-
Автоматическая плавящимся электродом в защитной среде аргона	Коррозионно-стойкие и жаропрочные стали и сплавы Титан и его сплавы	Стык, тавр и пр. Стык, тавр
Автоматическая плавящимся электродом в среде углекислого газа	Сталь	-//-

Источники питания тока. Выпускаемые источники питания электрической сварочной дуги разделяют по следующим признакам:

1) по роду тока - на источники постоянного тока (преобразователи, агрегаты и выпрямители) и переменного тока (сварочные трансформаторы);

2) по количеству одновременно подключаемых сварочных постов - на однопостовые и многопостовые;

3) по назначению -- на источники для ручной сварки покрытыми электродами; для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом; для сварки в защитных газах; для электрошлаковой сварки; для плазменной резки и источники тока специального назначения (сварка трехфазной дугой, многодуговая сварка и пр.);

4) по принципу действия и конструктивному выполнению -- на сварочные трансформаторы: с нормальным магнитным рассеянием и отдельным дросселем (реактивной катушкой) на отдельном или общем сердечнике; с искусственно увеличенный магнитным рассеянием - с подвижным магнитным шунтом и подвижными обмотками; преобразователи: с независимой намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками; с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками; с расщепленными полюсами; с жёсткой характеристикой; универсальные; агрегаты -- генераторы с двигателями внутреннего сгорания; сварочные выпрямители: с селеновыми и кремниевыми вентилями; многопостовые; однопостовые; с падающими характеристиками; с жесткими характеристиками; универсальные;

5) по характеру привода - на источники с электрическим и независимым приводом (от двигателя внутреннего сгорания);

6) по способу установки и монтажа - на стационарный и передвижные.

При использовании электроприборов и различных источников питания всегда есть вероятность поражения электрическим током. Опасность поражения возникает при соприкосновении с токоведущими частями электрических установок и при соприкосновении с металлическими частями, случайно оказавшимися под напряжением. В этом случае через тело человека проходит ток, сила которого зависит от величины напряжения и электрического сопротивления организма, которое меняется в зависимости от того, в каком состоянии человек находится (утомленность, расслабленность и др.). Величина напряжения, под которым может оказаться человек, зависит от величины напряжения холостого хода источника питания сварочной дуги.

Напряжение источников питания нормальной сварочной дуги обычно достигает 90 В, а сжатой дуги -200 В.

Таким образом, в нормальных условиях электрическая безопасность сварщика обеспечивается, но при изменении условий (повышенная влажность, ослабленный организм и т.д.) эти условия могут резко измениться и сила тока станет опасной. Поэтому следует предусмотреть дополнительные меры, способствующие снижению силы тока, проходящей через тело сварщика.

Основные виды поражений: ожоги электрической дугой, разрыв тканей, электрический удар, сопровождающийся появлением у человека судорог, сильной слабостью, прекращением деятельности органов дыхания и кровообращения.

Материалы. Сварка чугунных деталей . Восстановление чугунных деталей сваркой -- трудный процесс, обусловливаемый химическим составом чугуна, его структурой и особыми механическими свойствами. По химическому составу чугун -- сплав железа с углеродом (2...3,6%), содержащий некоторое количество кремния, марганца, фосфора, серы и других примесей.

Разработано и применяется много способов сварки чугуна, но рекомендовать какой-либо из них для восстановления конкретной детали весьма затруднительно, так как даже у одной корпусной детали со стенками разной толщины может быть различная структура чугуна и потребуются различные способы их сварки. Приближенно все способы сварки чугунных деталей делят на два вида: горячую (деталь перед сваркой подогревают, а после -- медленно охлаждают) и холодную (выполняют без предварительного подогрева детали различными способами и с применением специальных электродов).

Сварка цветных металлов и сплавов, особенно алюминиевых, достаточно широко применяется при ремонте, так как в современных тракторах и автомобилях многие детали изготовлены из цветных металлов.

Медь, бронза и латунь обычной дугой и плавящимся электродом свариваются плохо. Это объясняется тем, что в расплавленном состоянии медь и сплавы на ее основе обладают большой жидкотекучестью, хорошо растворяют газы, особенно кислород, легко окисляются. У них большой коэффициент линейного расширения и они подвержены значительным структурным изменениям в зоне сварки.

Медь и ее сплавы удовлетворительно свариваются электродами марок «Комсомолец-100», МН-5 и ОЗБ-1, а также угольным электродом на постоянном токе прямой полярности и достаточно хорошо свариваются аргонно-дуговой сваркой вольфрамовым электродом. Присадочным материалом служат круглые или прямоугольные прутки примерно такого же химического состава, что и свариваемый металл. При сварке угольным электродом в качестве флюса используют прокаленную до 500...550°С буру. Наплавленный шов проковывают при температуре не выше 500°С, чтобы улучшить его механические свойства.

При сварке латуни и других медно-цинковых сплавов применяют прутки с повышенным содержанием цинка. При сварке выделяются ядовитые пары цинка, поэтому необходимы хорошая вентиляция рабочего места сварщика и применение респираторов.

Алюминий и его сплавы легко окисляются на воздухе, и поверхности деталей всегда покрыты плотной пленкой оксида алюминия Al2 O3 , температура плавления которого 2050°С (в то время как температура плавления чистого алюминия 660°С). Тугоплавкая и механически прочная пленка оксида алюминия создает основные трудности при его сварке. Кроме того, при нагревании алюминий и сплавы не изменяют цвета, а в расплавленном состоянии характеризуются большой жидкотекучестью, что также затрудняет сварку. В качестве электродов или присадочного материала при сварке чистого алюминия и его сплавов используют прутки или проволоку, по химическому составу близкие к свариваемому металлу. В покрытия электродов или во флюс вводят хлористые и фтористые соли лития, калия, энергично растворяющиеся и ошлаковывающие оксид алюминия. Сварку ведут постоянным током обратной полярности, при которой в результате катодного распыления улучшаются условия разрушения оксидной пленки. При диаметре электрода 4...6 мм используют ток 120... 150 А. После сварки во избежание разъедания металла шлак со шва удаляют, промывая горячей или подкисленной водой и тщательно протирая стальными щетками. Перед сваркой поверхность детали обезжиривают бензином или ацетоном и подвергают очистке механическим или ручным способом (стальной щеткой).

Для сварки чистого алюминия используют электроды ОЗА-1. Алюминиево-кремнистые сплавы ( силумин) сваривают электродами ОЗА-2.

Чтобы избежать коробления, образования трещин и улучшить качество сварки, детали из алюминия и его сплавов перед сваркой подогревают до температуры 200...350°С (крупные детали до более высокой температуры). Температуру подогрева определяют термопарами или специальными карандашами. Концы трещин в деталях засверливают, а кромки разделывают под углом 60...90°. Расплавленный металл удерживают от растекания стальными или глиняными подкладками. Для получения мелкозернистой структуры металла шва деталь после сварки медленно охлаждают, а шив слеша проковывают. Внутренние напряжения снимают нагревом до температуры 300...350°С с последующим медленным охлаждением.

Аргонно-дуговая сварка вольфрамовым электродом дает возможность получать хорошие результаты сварки алюминия и его сплавов без применения флюса. Однако оксидную пленку и загрязнения с поверхности детали перед сваркой требуется удалять более тщательно, чем при использовании флюса.

Цех по сварке алюминиевых радиусных колен

Сварочный цех 6х9х2,81 м общей площадью 54 кв. м.

Рис. 1



Электроснабжение здания - от сети 380/220В, разводка в металлорукавах, расчетная мощность - в соответствии с устанавливаемым оборудованием.

Освещение - люминесцентное, накладные светильники

Вентиляция - естественная, принудительная: зонт вытяжной

Отопление - автономное, электрические настенные панели

Внутренние помещения: стены, потолок - оцинкованный металлический лист, пол - рифленый металлический лист

Окна - в деревянной раме

наружная дверь - металлическая с замком и ключами

степень огнестойкости - III

Теплостойкость здания: +18 град С при внешней температуре -45 град С.

Сварочный цех представляет собой прямоугольное помещение площадью 54 м2 с тремя сварочными кабинами, в каждой из которых находится специальный стол, табурет, сварочный преобразователь, электрододержатель, горелка. Преобразователь состоит из генератора постоянного тока и электродвигателя. Он соединен с электрододержателем посредством сварочных проводов (преобразователь является источником повышенного напряжения, электромагнитного поля, ультразвука.) Вентиляция осуществляется с помощью вытяжных зонтов, трех местных и одного общего. Во входной части цеха располагаются вешалки и обеденный стол.

Заготовки для сварки поставляются из других цехов на специальных тележках. Для сварки алюминиевых радиусных колен используем ручную дуговую сварку металлическим электродом с подогревом изделия. При использовании ручной сварки на рабочем месте уровень шума не превышает допустимых норм. Прежде, чем приступить к сварке алюминия, сварщик должен знать особенности материала и технологию сварки.

Чистый алюминий проводит электрический ток в четыре раза лучше, чем сталь, поэтому процесс его сварки имеет свои технологические особенности. Способность проводить тепло у алюминия также значительно выше, чем у стали. Поэтому при работе с алюминием опасность поражения электрическим током и опасность получения ожогов от нагретой поверхности материала возрастает. То, что алюминий лучше проводит тепло, делает нежелательным увеличение скорости сварки - уменьшается глубина провара. Для кристаллизации сварочной ванны требуется меньше времени, поэтому происходит неполное газовыделение, что может привести к образованию пор в сварном шве. Чтобы избежать этого, необходимо устанавливать большее значение силы сварочного тока, чем при сварке стали; предварительно нагреть свариваемые детали, и использовать инертный защитный газ, желательно гелий. В начале сварки возможно уменьшение прочности сварного шва из-за отсутствия полного провара по причине недостаточного прогрева кромок свариваемых деталей.

Для ручной дуговой сварки технического алюминия применяются отечественные электроды ОЗА-1 и ОЗАНА-1 В этих электродах в обмазке находятся хлоридные и фторидные соли, разрушающие оксидную пленку и способствующие устойчивому горению дуги. С другой стороны, при высоких температурах идет окисление и выделение ионов хлора и фтора, что является негативной стороной этих добавок, т к они могут вызвать профессиональные заболевания.

Работа сварщика начинается с зачистки кромки свариваемого изделия и прилегающая к ним зон (20-30 мм) от ржавчины, шлака и обезвреживания поверхности бензином или ацетоном. Зачистка проводится при помощи стальных щеток или специального пневматического оборудования. Оно является источником локальной вибрации. Комплект слесарного инструмента, который необходим сварщику, состоит из стальных щеток, зубила и молотка (для очистки швов от шлака и брызг металла), шаблонов (для проверки размеров шва), стального клейма, метра, стальной линейки и др. Слесарный инструмент должен быть уложен в переносном инструментальном ящике. Свариваемые детали до начала сварки должны быть надежно закреплены.

1.2 Сварные соединения и швы

Сварные соединения. При ручной дуговой сварке выполняют соединения встык, втавр, внахлестку, угловые; в отдельных случаях -- прорезные, торцовые с накладками, пробочные (рис. 2). Сварным называют неразъемное соединение, выполненное сваркой. В ГОСТ 2601 -- 74 установлены термины на стыковое, угловое, нахле-сточное и тавровое соединения.

Рис. 2 - Классификация сварных соединений а -- стыковые; б -- тавровые; в -- угловые; г -- нахлесточные; д-- прорезные; е -- торцовые; ж -- с накладками; з -- пробочные

Стыковые соединения. Такой вид соединения по сравнению с другими обеспечивает наименьшие собственные напряжения и деформации при сварке, расход основного и наплавленного металла, времени на сварку, что обусловило наибольшее его применение в сварочном производстве. Собираться встык могут листы одинаковой или разной толщины. Во втором случае на листе большей толщины делается скос с одной или двух сторон-- до толщины меньшего листа.

Разновидностью стыкового является соединение с отбортовкой и втавр. Соединения с отбортовкой применяют при тйлщине листов до 3 мм. Листы толщиной 3--8 мм собирают без скоса кромок и с зазором 0,5--2 мм. Элементы толщиной до 6 мм сваривают с одной стороны, толщиной более 6 мм с двух сторон. У листов толщиной 3--8 мм кромки также можно скашивать. При толщине металла 3--26 мм выполняется односторонний скос кромок, называемый F-образной разделкой. Для металла толщиной 12--40 мм кромки скашивают с двух сторон (Х-образная разделка); при скосе одной кромки разделка называется К-образной. При Х-образной разделке количество наплавленного металла почти в 2 раза меньше, чем при У-образной, что приводит к уменьшению расхода электродов, электроэнергии,

остаточных напряжений и деформаций и увеличению производительности. Для металла толщиной 20--60 мм рекомендуется U-образная разделка кромок, имеющая те же преимущества перед Х-образной, как последняя перед У-образной.

Тавровые соединения (рис. 2,6). Этот вид соединения получается при сопряжении торца одного элемента с поверхностью другого. Вертикальный элемент может быть без скоса кромок, со скосом одной или двух кромок.

Угловые соединения (рис. 2,в). В таком соединении торец одного собираемого элемента прихватывается к концу плоскости другого элемента, образуя прямой, тупой или острый угол. Угловое соединение является частным случаем таврового.

Нахлесточные соединения. При наложении плоскости одного собираемого элемента на плоскость другого (рис. 2,г) образуются нахлесточные соединения. Они рекомендуются для металла толщиной не более 10 -- 12 мм. Сварку следует вести с двух сторон, чтобы в зазор между касающимися элементами не попала влага.

Прорезные соединения (рис. 2,<3). Разновидностью нахлесточных соединений являются прорезные, выполняемые, когда длина нормального шва нахлесточного не обеспечивает необходимой прочности.

Торцовые соединения (рис. 2,е). Сварной шов у торцовых соединений накладывается на расположенные на одном уровне торцы собираемых листов.

Соединения с накладками (рис. 2,ж). Такой вид соединений осуществляется, когда их нельзя заменить стыковыми или нахлесточными, по сравнению с которыми требуек:я дополнительный расход металла на накладки.

Соединения пробочные (рис. 2,з). В указанном соединении свариваемые элементы располагаются внахлестку, верхний лист просверливается по линии сварного шва в отдельных точках. Отверстия завариваются. При этом с нижним листом образуется прочная связь. Пробочные соединения имеют хорошую прочность при небольшой плотности шва.

Сварные швы. Сварочный или сварной шов - это место соединения деталей, которое образовалось за счет кристаллизации расплавленного материала. Сварным соединением называют неразъемное соединение деталей, которое выполнено сваркой. Оно включает в себя сварное соединение и зону материала, которая изменилась после нагрева и пластической деформации. Участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации металла сварочной ванны, называется сварным швом.

По размещению в пространстве швы делятся на нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные (рис. 3). Нижним называется шов, расположенный на горизонтальной плоскости или на плоскости, наклонной к горизонту под углом до 60° (1,02 рад). Вертикальными и горизонтальными называются швы, расположенные на вертикальной

плоскости или на плоскости, отклоненной от вертикали на угол 30° (0,51 рад). Потолочными называют швы, расположенные на «потолке».

Рис. 3 - Классификация сварных швов по расположению их в пространстве а -- нижние; б -- горизонтальные; в -- вертикальные; г -- потолочные

Рис. 4 - Прерывистые швы

По протяженности различают непрерывные и прерывистые швы (рис. 4). Длина отдельного отрезка прерывистого шва лежит в пределах 50--150 мм, а расстояние между ними равняется 1,5--2,5 длины отрезка.

Количество наплавленного металла также является одним из факторов, определяющих вид сварного шва.



Рис. 5 - Швы нормальные



2. ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВИДЫ РУЧНОЙДУГОВОЙ СВАРКИ

2.1 Сварка высокопроизводительными покрытыми электродами

Сварка высокопроизводительными электродами. Одним из эффективных способов повышения производительности сварки покрытыми электродами и наиболее простым для внедрения в производство является сварка высокопроизводительными электродами. Высокая производительность достигается введением в покрытие электрода железного порошка. Введение 5--20 % порошка при нормальной массе покрытия на 30--40 %-улучшает формирование шва, устойчивость горения дуги и характер переноса металла, уменьшает потери металла на разбрызгивание и угар. Однако железный порошок в количестве 50--60 % массы покрытия при одинаковом с обычными электродами диаметре стержня резко увеличивает производительность сварки, так как в образовании шва принимает участие не только металл электродного стержня, но и металл, вводимый в состав покрытия в виде железного порошка. Существенную роль в увеличении производительности процесса играет и более высокая мощность сварочной дуги.



Рис. 6 - Сварка покрытыми электродами

Плавление высокопроизводительных электродов сопровождается образованием на торце электрода глубокой втулочки из неоплавившегося покрытия, которая, экранируя столб дуги, увеличивает его мощность и длину. Коэффициент покрытия у таких электродов составляет 140--180%, а масса наплавленного металла у электродов некоторых марок в 1,5--2 раза превышает массу электродного стержня. Коэффициент потерь у высокопроизводительных электродов имеет положительную величину, так как при определении значения коэффициента расплавления учитывается только металл, полученный от расплавления стержня, а при определении коэффициента наплавки учитывается также и металл, перешедший из покрытия. Для обычных электродов большинства марок коэффициент наплавки равен 7,2-- 10 г/А-ч, а для высокопроизводительных электродов в зависимости от диаметра электродного стержня, режима сварки и коэффициента веса покрытия--12--20 г/А-ч. Высокопроизводительные электроды рекомендуются для сварки ответственных конструкций- из низкоуглеродистых и низколегированных сталей преимущественно в нижнем положении. Сварку выполняют на переменном и постоянном токе прямой полярности, с использованием источников питания сварочной дуги с повышенным напряжением холостого хода.

2.2 Сварка сдвоенным электродом, гребёнкой электродов, трёхфазной дугой

При сварке сдвоенным электродом процесс ведут двумя стержнями, соединенными между собой контактной точечной сваркой. Дуга переходит с одного стержня на другой, попеременно оплавляя их. Производительность сварки повышается на 20--40% по сравнению со сваркой одностержневым электродом. Повышение производительности сварки достигается попеременным подогревом каждого из стержней дугой, горящей между соседним стержнем и изделием, увеличением времени горения дуги, уменьшением времени на смену электродов.

Электроды располагают так, чтобы их общая ось совпадала с осью шва или при большом угле разделки кромок была перпендикулярна этой оси. Сила сварочного тока составляет от 100-- 180 А при диаметре электродов 3+3 мм до 300--400 А при диаметре 6+6 мм.

Сдвоенными электродами можно сваривать за один проход металл толщиной до 12 мм,

Например, в источниках питания для полуавтоматической сварки в защитных газах напряжение холостого хода должно практически равняться напряжению дуги; регулируется не сварочный ток, а напряжение.

Выбор источника питания зависит от вида вольт-амперной характеристики сварочной дуги.



Рис. 7 - Виды внешних вольт-амперных характеристик источников питания дуги: 1 -- крутопадающая, 2 -- пологопа-дающая, 3 -- жесткая, 4 -- возрастающая

Внешней вольт-амперной характеристикой источника питания называется зависимость напряжения на клеммах источника от величины сварочного тока.

Источники питания могут иметь следующие виды внешних характеристик: крутопадающую (1), пологопадающую (2), жесткую (3) и возрастающую (4) (рис. 7). Крутопадающая характеристика применима для ручной дуговой сварки, пологопадающая -- для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, жесткая и возрастающая -- для сварки в защитных газах.

Для устойчивого горения дуги, имеющей возрастающую статическую характеристику, требуется жесткая характеристика источника питания.

Динамическая характеристика источника питания. Источник питания дуги должен быстро реагировать на изменение тока и напряжения в дуге, происходящее в процессе плавления электрода; это выражается временем восстановления напряжения от нулевого значения в момент короткого замыкания до напряжения повторного зажигания дуги (до 25 В). Это время и есть динамическая характеристика источника, оно не должно превышать 0,05 с. Динамические свойства источника питания в основном определяются взаимной индуктивностью обмоток возбуждения, качеством сердечника и обмоток трансформатора.

Повышенные динамические свойства источника питания обеспечивают спокойный перенос электродного металла, уменьшение разбрызгивания металла и шлака при сварке и улучшение качества шва.Производительность ручной дуговой сварки можно повысить еще на большую величину, если использовать трехфазный ток. При сварке трехфазной дугой применяют два электрода, к которым подводятся две фазы от источника питания, а третья фаза - к свариваемому изделию. В каждый данный момент в процессе изменения синусоидального тока могут гореть одна или две дуги; при этом

выделяется большое количество тепла, скорость плавления металла возрастает и производительность сварки увеличивается в 2 - 3 раза по сравнению со сваркой однофазной дугой.

Рис. 8 - Сварка трехфазной дугой

Дуга возбуждается на электроде, находящемся на более близком расстоянии от свариваемого изделия. При плавлении электрода дуга переходит с одного на другой стержень и т.д.

Электродная гребёнка позволяет глубоко опускаться в разделку кромок. Производительность сварки повышается вдвое по сравнению со сваркой обычным электродом. Производительность ручной дуговой сварки можно повысить ещё на большую величину, если использовать трёхфазный ток.

При сварке трёхфазной дугой применяют два электрода, к которым подводятся две фазы от источника питания, а третья фаза - к свариваемому изделию. В каждый данный момент в процессе изменения синусоидального тока могут гореть одна или две дуги. При этом выделяется большое количество теплоты, скорость плавления металла возрастает, и производительность сварки увеличивается на 50-60% по сравнению со сваркой однофазной дуги. Однако при сварке трёхфазной дугой сильно утяжелён электрододержатель, что ведёт к утомляемости сварщика. Поэтому такую сварку лучше выполнять механизированными способами

2.3 Сварка глубоким проплавлением

Метод сварки с глубоким проплавлением за последние годы нашел широкое применение. Метод сварки с глубоким проплавлением успешно применяется как для валиковых, так и стыковых швов. При этом повышается

производительность труда сварщиков, а также достигается экономия электродов и электроэнергии.Повышение производительности, экономия электродов и электроэнергии при сварке валиковых и стыковых швов достигается в результате сокращения количества наплавленного металла, что возможно вследствие лучшего проплавления корня шва.

Рис. 9 - Сварка глубоким проплавлением

При сварке стыковых швов количество наплавленного металла может быть сокращено благодаря рациональной подготовке кромок. Методом сварки с глубоким проплавлением можно сваривать металл толщиной до 18 мм двусторонними швами без скоса кромок.

Скос кромок при этом методе сварки осуществляется согласно рис 8а, б.

Для сварки с глубоким проплавлением может быть применено большинство отечественных толстопокрытых электродов.

При сварке необходимо соблюдать следующие условия:

Рис 10 - Подготовка кромок стыковых швов при сварке с глубоким проплавлением

1) конец электрода должен опираться на кромки соединяемых листов;

2) электрод должен располагаться под углом 70--85° к линии шва;

3) сварка должна осуществляться на наибольшей допустимой для данной марки электрода силе тока.

4) скорость сварки должна быть наибольшей, так как при этом обеспечивается лучшее проплавление основного металла и отсутствуют дефекты в виде подрезов;

5) валиковые швы должны свариваться по возможности «в лодочку».

Техника метода сварки с глубоким проплавлением проста и может быть быстро освоена сварщиками.

1.4 Сварка лежачим электродом

За последние годы в зарубежных странах нашла широкое применение, а в нашей стране начинает использоваться сварка наклонным и лежачим электродами.

Возможность обслуживания одним рабочим нескольких сварочных постов, простота, компактность сварочных приспособлений и протекание процесса без участия сварщика позволяют этим способом сварки приблизительно но производительности к автематической сварке под флюсом и превзойти полуавтоматическую сварку в углекислом газе.

При сварке наклонным покрытым электродом последний устанавливается в специальном приспособлении под углом 5-8° к изделию с опиранием конца в разделку или угол сварного соединения. Конец электрода по мере его плавления поджимается пружиной приспособления.

Длина электродов 600 мм, диаметр 5-6 мм. Разработаны приспособления для сварки стыковых, тавровых и нахлесточных соединений. На рабочем месте приспособления крепятся с помощью магнитов, что позволяет их быстро устанавливать на новом месте после сгорания электрода.

При сварке наклонным электродом роль рабочего сводится к перестановке приспособлений и креплению в них очередных электродов. Производительность сварки определяется числом приспособлений, которые может одновременно обслуживать один рабочий. Кроме того, существуют приспособления, в которых для перемещения электрода используется сила тяжести. В основном применяются приспособления трех видов.

Приспособление первого вида удерживается в рабочем положении двумя опорами и одной направляющей штангой, упирающейся своим концом в угол соединения. Приспособление второго вида выполнено в виде трубчатой треугольной рамы, одна из сторон рамы служит направляющей. Приспособление устанавливается непосредственно на изделие, а электрододержатель перед сваркой выставляется в одном и том же положении.



Рис. 11 - Сварка лежачим электродом: 1-электрод с обмазкой; 2-место зажигание дуги; 3-деталь; 4-электродержатель

2.5 Сварка наклонным электродом

В последние годы нашла применение сварка наклонным штучным электродом, сущность которой состоит в том, что удлиненные покоытые электроды прижимают к сварному соединению и направляют по нему с помощью простейших приспособлений. За время плавления одного электрода сварщик успевает установить несколько приспособлений, что позволяет вести сварку одновременно несколькими электродами. Это значительно повышает производительность сварки покрытыми электродами.

В приспособлении ПН-7А (рис. 12) опора состоит из корпуса и постоянного магнита.

Магнит с выключателем является основным элементом, обеспечивающим фиксацию приспособления на свариваемой поверхности. Направляющую штангу можно устанавливать под определенным углом к свариваемой поверхности с последующей фиксацией. Ее можно закреплять на левой или правой стороне опоры, что обеспечивает левую или правую сварку. Каретка имеет корпус, в котором на осях закреплены шарикоподшипники, обеспечивающие плавность хода по штанге. Электрододержатель крепится к каретке на рычаге шарнирно и имеет отключающее устройство, дающее возможность разорвать дугу в конце сварки. Положение электрододержателя можно фиксировать на рычаге, что позволяет устанавливать электрод под разными углами к свариваемой поверхности. Перемещение каретки по штанге происходит под собственным весом по мере сгорания электрода.

Рубильник служит для обесточивания сварочной цепи на период установки приспособления на свариваемое изделие. Он состоит из корпуса и контактной группы. Приспособление присоединяют к сварочному кабелю с помощью быстросъемной муфты. Приспособление работает следующим образом. Направляющую штангу устанавливают под необходимым углом к нижней плоскости на левой или правой стороне опоры. Изменение угла дает возможность получать при сварке электродом одного диаметра катеты различной величины. Электрододержатель фиксируют под определенным углом к нижней плоскости. Каретку заводят на штанге в верхнее положение. В электрододержатель вставляют электрод.

Рис. 12 - Приспособление для сварки наклонным электродом
1 -- опора с магнитом; 2-- рубильник; 3 -- направляющая штанга: 4 -- каретка с электрододержателем соединений металлоконструкций в нижнем положении

Приспособление устанавливают на свариваемом изделии в рабочее положение, т. е. боковая грань опоры совпадает с линией шва, а конец электрода опирается о металл в начале шва. В этом положении приспособление фиксируют включением магнита. Включают рубильник и начинается процесс сварки. Каретка плавно опускается под собственным весом по штанге по мере сгорания электрода. Когда огарок электрода достигнет 25--30 мм, срабатывает отключающее устройство и происходит разрыв сварочной дуги. Применяемые электроды имеют диаметр 6 и длину не более 700 мм. Максимальный сварочный ток 350 А. Минимальная ширина листа в месте сварки 200 мм. Опорная площадь приспособления 0,04 м2, а габарит 1X0,5X0,5 м. Масса (без кабеля) 6 кг. Приспособление предназначено для сварки угловых, тавровых и нахлесточных.

Основной особенностью электродов является образование при сварке на его конце козырька из покрытия, которым он опирается на свариваемое изделие, поддерживая, таким образом, постоянной длину дуги при сварке. Козырек с верхней стороны несколько удлинен, что способствует отклонению дуги в сторону свариваемого изделия. Постоянство расположения козырька в процессе сварки обеспечивается нанесением покрытия с высокой степенью концентричности. С целью увеличения времени плавления электроды изготовляют длиной 550--900 мм. Для обеспечения легкого возбуждения дуги на конец электродов наносят ионизирующее покрытие, а пчя предотвращения наплывов в местах стыковки швов используют электроды с углублением в концах стержней.

Техника сварки наклонным электродом сравнительно проста и для ее освоения не требуется капитальных затрат и длительного обучения операторов-сварщиков. Для овладения этим способом сварки достаточно 4--5 дней. Этим способом сварки можно изготовлять сплошностенчатые фермы, двутавровые балки, колонны, башмаки и другие строительные конструкции. При сварке поясных швов двутавровых балок и колонн один сварщик, применяя 3--4 приспособления, заваривает за 1 ч около 40 м шва. По сравнению с обычной электродуговой сваркой покрытыми электродами при сварке наклонным опирающимся электродом производительность труда повышается в 2--2,5 раза. Благодаря маневренности, простоте оборудования и его обслуживания сварка наклонным электродом в нижнем положении может быть с большой эффективностью применена на заводах строительных металлоконструкций для изготовления несерийной продукции, индивидуальных заказов, а в некоторых случаях и при серийном производстве. В настоящее время сваркой наклонным электродом начинают выполнять вертикальные тавровые сварные соединения металлоконструкций. Сварочное устройство несложно по конструкции, удобно в работе, на свариваемую конструкцию устанавливается с помощью постоянных магнитов, применяется для сварки конструкций из металла толщиной 4--10 мм. Угол наклона электрода к оси шва 45°. Масса движущейся части устройства 900 г. Устройство обеспечивает надежный и стабильный процесс сварки, увеличивая в 1,5--2 раза производительность труда по сравнению с обычной ручной сваркой.

2.6 Ванная сварка

Ванная сварка широко применяется при соединении стержней арматуры железобетонных конструкций, железнодорожных рельсов и т. д. Ее выполняют одним или несколькими электродами.

Чаще всего применяют электроды УОНИ-13/55У и УОНИ-13/85У при повышенной величине тока, что обеспечивает разогрев свариваемых элементов для создания большой ванны жидкого металла. Ванну жидкого металла удерживают специальной формой. Сварку начинают в нижней части формы в зазоре между торцами стержней, передвигая электрод вдоль этого зазора.

В процессе сварки наплавляемый металл все время должен находиться в жидком состоянии, поэтому электроды следует менять как можно быстрее. Когда уровень жидкого металла будет находиться выше середины сечения стержней, тепловое действие дуги уменьшают, для чего ее направляют в среднюю часть ванны. Для получения прочного сварного шва его выполняют с усилением; уровень шва должен быть выше поверхности стержней.

В конце процесса сварки для ускорения охлаждения ванны периодически прерывают дугу. Для экономии металла применяют разъемные формы, изготовленные из меди или керамики

Рис. 13 - Ваннодуговая сварка: а) сварка одним электродом; б) сварка несколькими электродами

электродуговой сварка шов проплавление

Сварку можно выполнять одним или несколькими электродами одновременно. Рекомендуется применять электроды марки УОНИ-13/55 (типа Э50А). Ванный способ значительно уменьшает расход электродов и электроэнергии и снижает трудоемкость и себестоимость сварочных работ.

2.7 Оборудование и инструменты

Сварочные преобразователи подразделяют на следующие группы:

По числу питаемых постов (однопостовые, предназначенные для питания одной сварочной дуги, многопостовые, питающие одновременно несколько сварочных дуг).

По способу установки (стационарные, устанавливаемые неподвижно на фундаментах, передвижные, монтируемые на тележках).

По роду двигателей, приводящих генератор во вращение и по способу выполнения (однокорпусные, раздельные).

Однопостовые сварочные преобразователи состоят из генератора и электродвигателя. Наибольшее распространение в строительстве получили однопостовые генераторы с расщепленными полюсами и генераторы с размагничивающей последовательной обмоткой.

Генераторы с расщепленными полюсами обеспечивают падающую внешнюю характеристику, используя размагничивающее действие магнитного потока якоря.

Для сварки в защитных газах применяют генераторы с жесткой или возрастающей внешней характеристикой. Такие генераторы имеют обмотки независимого возбуждения и подмагничивающую последовательную обмотку. При холостом ходе э.д.с. генератора наводится магнитным потоком, который создается обмоткой независимого возбуждения. При рабочем режиме сварочный ток, проходя через последовательную обмотку, создает магнитный поток, совпадающий по направлению с магнитным потоком обмотки независимого возбуждения. Тем самым обеспечивается жесткая или возрастающая вольт-амперная характеристика.

Многопостовой сварочный преобразователь имеет жесткую внешнюю характеристику, т.е. независимо от количества работающих постов напряжение генератора должно быть постоянным. Для получения постоянного напряжения многопостовой генератор имеет параллельную обмотку возбуждения, создающую магнитный поток и последовательную обмотку, создающую магнитный поток того же направления.

Применение многопостовых сварочных преобразователей уменьшает площади, занимаемые сварочным оборудованием, сокращает расходы на ремонт, уход и обслуживание.

Сварочные аппараты переменного тока подразделяют на четыре основные группы: сварочные аппараты с отдельным дросселем, сварочные аппараты со встроенным дросселем, сварочные аппараты с подвижным магнитным шунтом и сварочные аппараты с увеличенным магнитным рассеянием и подвижной обмоткой.

Сварочный пост - это рабочее место сварщика.

Пост ручной дуговой сварки (РДС)

Стационарный сварочный пост комплектуется:

1. Система вентиляции,

2. освещение,

3. заземление,

4. источник питания сварочной дуги (ИПД),

5. сварочные кабели - прямой и обратный,

6. электрододержатель,

7. стол и стул сварщика,

8. стакан для электродов,

9. ёмкость для металлоотходов и огарков,

10. инструменты: (металлическая щётка, щётка смётка, напильник, молотки, линейка, угольник, чертилка, шаблон мел, ножовка, ножницы, зубило, молоток для шлака, клеймо).

11. сборочно-сварочные приспособления,

12. спецодежда,

13. маска (щиток),

14. медицинская аптечка,

15. средства пожаротушения

Сварочными выпрямителями называют электрические аппараты, преобразующие переменный ток трёхфазной сети в постоянный при помощи полупроводниковых приборов. Полупроводниковыми называют кристаллические вещества (например, легированные кристаллы кремния, германия и т.п), которые используют для изготовления полупроводниковых электрических приборов - диодов, тиристоров и транзисторов. Диод обладает свойством односторонней проводимости положительного тока (анода) и задержки отрицательного тока (катода). Аналогично диоду работает тиристор, который имеет управляющий электрод УЭ, через который подаётся электрический сигнал тиристору для открывания и пропуска тока. Его называют управляемым диодом. Свойство этих приборов пропускать ток в одном направлении и закрывать проход тока в другом аналогично свойству вентилей открывать и закрывать прохождение воды или газа, поэтому их называют полупроводниковыми вентилями. Третий прибор - транзистор обладает свойством усиления тока, напряжения и мощности.

Сварочные выпрямители имеют значительные преимущества по сравнению со сварочными преобразователями. Они повышают стабильность дуги и уменьшают разбрызгивание при сварке. КПД выпрямителей значительно выше, а потери холостого хода ниже, чем у преобразователей. Пределы регулирования сварочного тока и напряжения расширены, увеличена возможность автоматизации сварочного процесса. Выпрямители имеют меньшую массу и габариты, что упрощает их размещение на строительной площадке и в цехах. Наибольшее количество выпрямителей выпускается с питанием от трёхфазной сети с применением трёхфазных и шестифазных схем выпрямления.

Техническое обслуживание и эксплуатацию выпрямителей следует производить только после тщательного изучения паспортов, входящих в комплект их поставки, в которых содержатся сведения об устройстве выпрямителей, порядке работы, правилах безопасности, правилах проверки (измерения) характеристик и т.п.

Перед началом эксплуатации выпрямитель должен быть очищен от пыли и проверен в соответствии с паспортной инструкцией. Затем необходимо заземлить корпус выпрямителя и зажим вторичной цепи, идущей к изделию, и после устранения всех неисправностей можно включить выпрямитель в сеть и проверить работу вентилятора. Установку, подключения к сети и регулировку выпрямителя может выполнять только квалифицированный электромонтажник, имеющий группу по электробезопасности не ниже третьей.

К инструментам и принадлежностям электросварщика относятся электрододержатель, щиток или маска, специальный молоток с зубилом, стальная щётка, металлические клейма для маркировки сварных швов и ящик или сумка для хранения и переноски электродов и инструмента.

Электрододержатель - один из основных инструментов электросварщика, от которого во многом зависят производительность и безопасные условия труда. Электрододержатель должен удовлетворять следующим требованиям: быть лёгким (не более 0,5 кг) и удобным в обращении; иметь надёжную изоляцию; не нагреваться при работе и обеспечивать наиболее полное расплавление электрода; обеспечивать быстрое и надёжное закрепление электрода в удобном для сварки положении; его зажимное устройство должно действовать без больших усилий как при закрепление электрода, так и при его смене; присоединение сварочного провода к стержню держателя должно быть прочным и обеспечивать надёжный контакт. 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. 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.

Щитки и маски (рис.15) применяются для предохранения глаз и кожи лица сварщика от вредного влияния ультрафиолетовых лучей и брызг расплавленного металла. Их изготовляют из лёгкого токонепроводящего материала (фибра, спецфанера).



Рис. 15 - Маска сварщика

Масса щитка или маски не должна превышать 0,6 кг. За процессом сварки наблюдают через специальные стёкла. Тёмные стёкла - светофильтры марки Э-1 применяют при величине тока до 70А, Э-2 - при величине тока до 200А, Э-3 - при величине тока 400А и Э-4 - при величине тока больше 400А. Для предохранения от брызг металла светофильтры марки ТС-3 закрывают прозрачным стеклом. Для работы в монтажных условиях лучше применять каску-маску, которая также надёжно защищает голову и удобна в эксплуатации как в летнее, так и зимнее время.

...