Электродуговая сварка напраляющей
Введение:
В 1802 году впервые в мире профессор физики Санкт-Петербургской
медико-хирургической академии В.В. Петров (1761-1834) открыл электрическую дугу
и описал явление, происходящее в ней, а также указал на возможность ее
практического применения.
В 1881 году русский изобретатель Н.Н. Бенардос (1842-1905) применяя
электродную дугу для соединения и разъединения сталей. Дуга Н.Н. Бенардоса
горела между угольным электродом и свариваемым металлом. Присадочным прутком
для образования шва служила стальная проволока. В качестве источника
электрической энергии использовались аккумуляторные батареи. Сварка,
продолженная Бенардом, применялась в России мастерских Риго-Орловской железной
дороги при ремонте подвижного состава. Н.Н. Бенардом были открыты и другие виды
сварки: контактная точечная сварка, дуговая сварка несколькими электродами в
защитном газе, а также механизированная подача электрода в дугу.
В 1888 году русский инженер Н.Г. Славянов (1854-1897) предложил дуговую
сварку плавящемся металлическим электродом. Он разработал научные основы
дуговой сварки, применение флюс для защиты металла сварочной ванны от
воздействия воздуха, предложил на плавку и сварку чугуна Н.Г. Славянов
изготовил сварочный генератор своей конструкции и организовал 1-ый в мире
электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897
года.
Однако в условиях царской России их изобретения не нашли большого
применения. Только после Великой Октябрьской социалистической революции сварка
получает распространение в нашей стране. Уже в начале 20-х годов под
руководством профессора В.П. Воладина на Дальнем востоке производили ремонт
судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлов, а несколько позже –
сварку судов и ответственных судов.
1938 году ученый Д.А. Дульчевский изобрел автоматическую сварку под
флюсом.
Новый этап в развитии сварки относительному 30-х годов, когда
коллективам института электросварки АНУССР под руководством академика АНУССР
Е.О. Патона был разработан промышленный способ автоматической сварки под
флюсом. Внедрение его в производство началось с 1940 года. Сварка под флюсом
сыграла огромную роль в годы Великой Отечественной войны при производстве
танков, самоходных орудий и автомобилей. Позднее был разработан способ
полуавтоматической сварки под флюсом.
В конце 40-х годов получило промышленное применение сварки в защитном
газе.
Огромным достижением советской сварочной техники являлось разработка
коллективом ИЭС в 1949 году электрошлаковой сварки, позволяющей сваривать
металлы практически любой толщины.
В последующие годы в стране стали применяться: Сварка ультразвуком,
электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением и
др.
Большой вклад в развитии сварки внесли ученые нашей страны В.П. Володин,
В.П. Никитин, Ю.А. Дульчевский, Е.О. Патон, а также коллективы института
электросварки имени Е.О. Патона, Центрального научно-исследовательского,
проектно-конструкторского и технологического института электросварочного
оборудования (ВНИИЭСО), Всесоюзного научно-исследовательского и
конструкторского института автогенного машиностроения (ВНИИ автоинмаш),
Ленинградского завода «Электрик», института металлургии (ИНЕТ) имени А.А.
Байлова и др.
Сварка во многих случаях заменила такие трудоемкие процессы изготовления
конструкции, как пленка и литье, соединение на резьбе и ловка.
Преимущество сварки перед этими процессами следующие:
1. Экономия
металла – 10…30% и более зависимости от сложности конструкции.
2. Уменьшение
трудоемкости работ, а соответственно сокращение сроков работ и уменьшение их
стоимости.
3. Удешевление
оборудования.
4. Возможность
использования наплавки для восстановления изношенных деталей.
5. Герметичность
сварных соединений выше, чем клепаных и резьбовых.
6. Уменьшения
производственного шума и улучшение условий труда рабочих.
Характеристика
изделия и применяемый материал.
ВСт3 – конструкционная сталь, обыкновенного качества, среднеуглеродистая
(от 0,25% до 0,6% углерода), группа В – содержание углерода десятых долях,
химические и механические свойства – стали этой группы более дорогостоящие и
применяются для ответственных конструкций.
В стали содержатся добавки кремния и марганца, а также вредные примеси-
серы и фосфора, содержание которого ограничено.
Предел прочности δв= 380…490 МПа, предел текучести
δт=250 МПа, относительное удлинение δ=26%.
ВСт3 – спокойная сталь по механическим свойствам. Эта сталь обладает
более стабильными свойствами.
ВСт3 – хорошо свариваемая сталь. Варится без ограничений, широком
диапазоне режимов сварки, независимо от толщены металла, жесткости конструкции,
температуры окружающий среды.
Сталь получают главным образом из смеси чугуна, выплавляемого доменных
печах, со стальным ломом.
Сталь плавят в конвекторах, мартеновских и электрических печах. Хорошее
качество конверторной стали обеспечиваются продувкой кислорода.
Быстрое охлаждение нагретого образца из стали ВСт3 в воде и отпуск
увеличивают δт на 25%, δв на 20%.
Малоуглеродистые стали даже при небольшом содержании углерода иногда
подвергаются термической обработке, как сталь ВСт3 (ГОСТ 380-71) при содержании
С=0,09…0,22%, Si=0,05…0,15%, Mn=0,4…0,65% имеет δв≥440
МПа, δт≥300 МПа, δ≥16%.
Сварочные трансформаторы
- предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они
должны иметь требуемую внешнюю
характеристику. Как правило, это падающая
характеристика, так как сварочные
трансформаторы используются для ручной дуговой
сварки и сварки под флюсом. Устройство и
принципиальную схему сварочного трансформатора рассмотрим на модели
ТСК-500, которую довольно часто можно увидеть на строительных площадках.
Состоит такой трансформатор из сердечника - магнитопровода, выполненного из
трансформаторной стали, на котором размещены первичная и вторичная обмотки.
Подключается трансформатор к сети переменного тока с напряжением 380 В. Первичная
обмотка закреплена неподвижно, а вторая передвигается по сердечнику, регулируя
величину сварочного тока. Принцип действия такого аппарата довольно прост.
Переменный ток, проходя через первичную обмотку
трансформатора, намагничивает сердечник, создавая в нем переменный магнитный
поток. Магнитный поток, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней
переменный ток пониженного напряжения, величина которого зависит от числа
витков вторичной обмотки. Чем меньше витков на вторичной обмотке, тем напряжение
индуктируемого тока будет меньше и, наоборот, чем больше витков, тем напряжение
выше. Для регулировки величины сварочного тока и создания внешней
характеристики в схеме предусмотрено дополнительное индуктивное сопротивление,
которое обеспечивает изменение потока магнитного рассеивания.
Существует две принципиальные схемы
магнитного рассеивания. К первой группе относятся трансформаторы с повышенным
магнитным рассеиванием, принцип действия которых основан на использовании
магнитных шунтов, подвижных катушек или ступенчатого (виткового) регулирования.
Ко второй группе относят трансформаторы с нормальным магнитным
рассеиванием и дополнительной реактивной катушкой.
Сварочные трансформаторы промышленного
использования, как правило, подключают к трехфазной сети 380 В, что в бытовых
условиях не всегда удобно. Как правило, подключение индивидуального участка к
трехфазной сети хлопотно и дорого, и без особой нужды это не делают. Для таких
потребителей промышленность выпускает сварочные трансформаторы, рассчитанные на
работу от однофазной сети с напряжением 220 - 240 В. Пример такого портативного
сварочного аппарата приведен на этот аппарат, обеспечивающий разогрев дуги до
4000°С, уменьшает обычное сетевое напряжение, одновременно повышая сварочный
ток. Ток в установленном диапазоне регулируется с помощью ручки, смонтированной
на передней панели аппарата. В комплект аппарата входит сетевой кабель и два
сварочных провода, один из которых соединен с электрододержателем, а второй - с
заземляющим зажимом.
Обычно для домашних работ вполне
подходят аппараты, вырабатывающие сварочный ток в 140 ампер при 20-процентном
рабочем цикле. При выборе аппарата следует обращать внимание на то, чтобы
регулировка сварочного тока была плавной.
Сварочный выпрямитель -
представляет собой источник питания, состоящий из трансформатора с регулирующим
устройством и блока полупроводниковых выпрямителей. Принцип действия его
основан на питании сварочной дуги постоянным током, протекающим по цепи
вторичной обмотки и выпрямленным блоком селеновых или кремниевых выпрямителей.
Для получения падающей внешней характеристики эти устройства часто обеспечивают
дополнительным дросселем, включенным в цепь постоянного тока. Как правило,
сварочные выпрямители изготавливают по трехфазной схеме, преимущества которой
заключаются в большом числе пульсаций напряжения, что обеспечивает равномерную
нагрузку трехфазной цепи. Однако на практике часто можно встретить и однофазные
сварочные выпрямители (в том числе и самодельные) с достаточно хорошими
характеристиками. Достоинство сварочных выпрямителей заключается в отсутствии
вращающихся узлов, что обеспечивает их достаточно надежную работу.
Сварочные выпрямители могут использоваться как для ручной
дуговой сварки, так и для импульсно-дуговой сварки плавящимися электродами в
среде защитных газов. Для удобства пользования сварочные выпрямители,
применяемые для механизированной сварки, могут обеспечиваться дистанционным
переключателем режимов.
Сварочные генераторы - представляют
собой генераторы постоянного тока с характеристиками, обеспечивающими
устойчивое горение сварочной дуги. Состоит аппарат из статора с магнитными
полюсами и якоря с обмоткой и коллекторами. При вращении якоря в магнитном
поле, создаваемом полюсами статора, в его обмотках возникает переменный ток,
который с помощью коллектора преобразуется в постоянный. Снятие тока с
коллектора обеспечивают угольные щетки, через которые ток подводится к выходным
зажимам. Сварочные генераторы могут быть двух типов.
В первом типе вращение якоря
обеспечивается электрическим двигателем", расположенным с ним на одном
валу. Такие устройства называют сварочным преобразователем. В сварочных агрегатах
вращающим устройством является двигатель внутреннего сгорания. Достоинство
их заключается в возможности выполнения сварочных работ без внешнего источника
электрического питания.
Существует несколько электрических схем
сварочных генераторов, отличающихся внешней характеристикой. Наибольшее
применение получили сварочные генераторы с падающими внешними характеристиками.
Сварочные приспособления:
Электрододержатель – для зажатие
электрода и подвода тока.
Требования: Выдержать
8000 зажиманий, 4 секунды на замену и хорошо изолированы.
Виды: пружинные, вилочные,
пластинчивые,
винтовые,
безогарковые.
Кабели и сварочные провода – должны
быть многожильными, рассчитанными на плотность тока до 5 а/мм2 при
токах до 300А. Их сплетают из большого числа отожженных медных проволочек
диаметром 0,18 - 0,20мм.
Принадлежности: щиток,
маска, молоток (секач), стальная щетка.
Технология
изготовления.
При выполнении сварочных работ по
изготовлению и ремонту технологического оборудования должны соблюдаться
общезаводские и цеховые инструкции по ТБ.
Подготовка кромок под сварку должны
производиться по рабочим чертежам и технологическим процессам, разработанному
заводом – изготовителем, согласно их требованиям ГОСТов, ОСТов и другой НТД,
утвержденной и установленном порядке. Обработку кромок производят механическим
способом (шлифовальным инструментом или термической резкой с припуском для
механической обработки). Припуск должен быть достаточным для полного удаления
всех неровностей и отклонений геометрической формы, а также зон с недопустимыми
структурными изменениями. При обеспечение заданных форм и размеров припуск на механическую
обработку после термической резки углеродистых и низкоуглеродистых сталей не
является обязательным.
Кромки и прилегающие к ним поверхности
должны быть зачищены с двух сторон, на ширину не менее 20мм.до полного удаления
ржавчины, грота и брызг после термической резки, краски, масел и др.
загрязнений. Зачистку кромок произвести механическим способом (стальной щеткой,
абразивным кругом).
Для углеродистых и низкоуглеродистых
сталей допускается удаление масел газопламенными горелками (без применения
растворителей).
Сборку свариваемых инструментов
производят в соответствии с технологическим процессом на стеллажах и сборочных
стендах с помощью приспособлений, обеспечивающих требуемое взаимное
расположение деталей. Закрепление деталей производить прихватками, выполняемыми
электродами или проволокой соответствующих марок, предназначенных для сварки
данного металла. Перед прихваткой необходимо проверить правильность
установленного зазором между кромками (согласно приведенным эскизам).
Все сварные швы заварить электродами типа
Э46 ГОСТ 9467-75 марки МР-3. Электроды МР-3 перед сваркой прокалить в течении
1-го часа при температуре 180О-210О.
Сварку производить короткой или средней
дугой, основной шов ǿ 3-4 мм., ряд тока – постоянный, обратной
полярностью.
Контроль сварных швов: все сварные швы
проконтролировать внешним осмотром и измерениями.
Сборка направляющей:
К направляющей (позиции 1)
прихватывается опорой (позиции 2), к (позиции 2) прихватывается пята (позиция
4). К укосу (позиции 5) приваривается опорный лист (позиция 6), к направляющей
(позиции 1) привариваются кронштейны (позиция 7).
Техника безопасности.
Сварка относится к работам с повышенной опасностью,
что влечет за собой ряд требований, выполнение которых обязательно. Основными
опасными факторами при сварочных работах являются:
-опасность поражения электрическим током
при выполнении сварочных работ дуговой сваркой;
-ожоги кожного покрова и органов зрения излучающие
энергией электрической дуги и брызгами расплавленного металла;
-отрицательное воздействие на организм
человека газов, паров ч пыли, выделяющихся в процессе сварочных работ;
-механический травматизм в процессе
сборочных работ и подготовке деталей к сварке;
-взрывоопасность баллонов с горючим
газом и ацетиленовых генераторов;
-пожарная опасность при всех огневых
работах;
-радиационное поражение при радиационном
методе контроля сварных соединений.
-при монтажных работах появляется
опасность, связанная с работой на высоте.
Поэтому к сварочным работам допускаются
только лица, достигшие 48-летнего возраста и прошедшие специальную подготовку и
медицинское обследование.
Электрическая безопасность
сварщика.
Под электрической безопасностью сварщика
подразумевают комплекс мер, предупреждающих поражение электрическим током.
Особенности организма человека таковы, что электрический ток силой от 0,05 А и
более при частоте 50 Гц оказывается опасным и может вызвать смертельный исход.
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.
Исходя из этих величин нетрудно
подсчитать силу тока, которая может пройти через тело сварщика, если он
окажется под напряжением.
Из приведенного расчета видно, что 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.
Самым первым и наиболее эффективным
средством защиты от поражения электрическим током является заземление
оборудования и свариваемых деталей и обеспечение надежной изоляции.
В целях электрической безопасности
напряжение холостого хода сварочного оборудования ограничивают до следующих
величин:
-генераторы постоянного тока — до 80 А;
-трансформаторы - до 90 А.
Каждый сварочный аппарат обеспечивают
отдельным заземляющим проводом, подсоединяемым непосредственно к заземляющей
магистрали. Заземление источников питания выполняется до включения их в силовую
сеть, а снятие их должно осуществляться только после отключения от силовой
сети. Кроме этого применяют защитные ограждения, автоблокировки, индивидуальные
средства защиты. Запрещается использование технологического оборудования,
конструкций электроустановок и контура заземления в качестве обратного
сварочного провода.
Электросварочное оборудование должно
регулярно (не реже одного раза в месяц) подвергаться проверке на:
-отсутствие замыкания на корпус;
-целостность заземляющего провода;
-отсутствие оголенных токоведущих
частей;
-отсутствие замыкания между обмотками
высокого и низкого напряжения;
-исправность блокировок.
Подсоединение сварочных трансформаторов
к электрической сети должно осуществляться:
-однофазных трансформаторов- при помощи
трехжильного гибкого шлангового кабеля, третья жила которого должна быть
подсоединена к заземляющему болту корпуса сварочного аппарата и к
заземлительной шине источника питания вне коммутационного аппарата;
-трехфазных трансформаторов — при помощи
четырехжильного кабеля, четвертая жила которого используется для заземления.
Провода, которые подключаются к сварочному
аппарату, должны быть надежно заизолированы и защищены от воздействия высокой
температуры и механических повреждений.
Все электросварочные установки должны
быть надежно заземлены.
Осматривать и чистить сварочную
установку и ее пусковую аппаратуру следует ежемесячно. Сопротивление изоляции
обмоток сварочных трансформаторов и преобразователей тока должно проверяться
после окончания всех видов ремонтов, но не реже одного раза в год.
Сопротивление изоляции обмоток трансформатора относительно корпуса и между обмотками
должно быть не менее 0,5 МОм.
При вводе в эксплуатацию и после
капитального ремонта изоляция сварочных трансформаторов должна в течение 1
минуты испытываться повышенным напряжением частотой 50 Гц, которое должно
отвечать значениям, приведенным в таблице 64.
При наружных сварочных работах
оборудование должно быть надежно защищено от дождя и снега. Наружные сварочные
работы во время непогоды запрещены.
Сварку в зимних условиях и во время
дождя выполняют под специальным навесом или другим укрытием, следя за тем,
чтобы рабочее место сварщика было сухим.
Во время выполнения сварочных работ
сварщик должен соблюдать следующие требования:
-проверка (внешним осмотром) исправности
изоляции сварочных проводов и электрододержателей, а также надежность соединения
всех контактов — перед началом сварочных работ;
-предупреждать окружающих об ожидаемом
зажигании дуги — при выполнении работ с подручным или в составе бригады;
-отсоединять от электрической сети
передвижные сварочные аппараты — во время их перемещения;
-выключать сварочный аппарат - во время
перерыва в работе и во время отсутствия сварщика на рабочем месте;
-устранять замеченные неполадки в
сварочной установке - после снятия напряжения;
- пользоваться вместе с подручным
средствами индивидуальной защиты: защитная каска, защитный щиток и очки (во
время зачистки сварных швов), рукавицы из искростойких материалов и с низкой
электропроводностью.
При работе в закрытых резервуарах должны
соблюдаться дополнительные меры защиты. Для этого применяют защитные коврики,
галоши и резиновые шлемы, а освещение выполняют переносными светильниками с
напряжением не более 12 В.
Кроме того, в этих условиях должен быть
наблюдающий, обеспечивающий безопасность работ и при необходимости готовый
оказать первую помощь пострадавшему.
Защита от ожогов.
Ожоги, вызванные сварочной дугой,
представляют опасность, особенно для глаз. Яркость световых лучей сварочной
дуги значительно превышает норму, допустимую для человеческого глаза.
Ультрафиолетовые лучи, являющиеся одной из составляющей светового потока дуги,
даже при кратковременном действии в течение нескольких секунд вызывают
заболевание глаз, называемое электроофальмией. Заболевание сопровождается
острой болью, резью в глазах, слезотечением, спазмами век.
При значительном поражении глаз световым
потоком сварочной дуги можно даже ослепнуть. Продолжительное воздействие
светового потока дуги на кожу вызывает ее ожоги. Кроме этого искры,
рассеивающиеся во время сварочных работ способны вызвать ожоги. Поэтому все
участники сварочного процесса должны пользоваться защитными приспособлениями.
При электросварочных работах основным
таким приспособлением является защитная маска, смотровое отверстие которой
оснащено светофильтром, задерживающим инфракрасные и ультрафиолетовые лучи и
снижающим яркость светового потока дуги.
Газосварщики пользуются защитными
очками, снижающими яркость света. Выбор светового фильтра производят в
зависимости от мощности дуги и способа сваривания:
Для защиты от ожогов кожного покрова
применяют брезентовую спецодежду и рукавицы. Запрещается выполнять сварочные
работы с закатанными рукавами и расстегнутым воротом. Спецодежда и обувь
сварщика должны обеспечивать оптимальный теплообмен организма при работе с
физическими нагрузками, эффективно защищать от брызг расплавленного металла и
опасных метео факторов, иметь оптимальные весовые характеристики, не стеснять
свободу движений, отвечать эстетическим требованиям.
Для защиты ног следует применять кожаную
(летом) или войлочную (зимой) обувь, защищающую от теплового излучения, холода,
искр, брызг расплавленного металла.
Руки защищают рукавицами от теплового
излучения, контакта с нагретыми выше 45°С поверхностями, от низких температур и
сварочных брызг.
Для защиты окружающих от светового
потока и искр расплавленного металла используют перегородки, переносные ширмы и
т.д.
Пожарная безопасность
Сварочные работы могут стать причиной
пожара, если не выполняются элементарные требования противопожарной защиты. Причиной
пожара могут стать искры и капли расплавленного металла, небрежное обращение с
огнем сварочной горелки, наличие на рабочем месте горючих жидкостей и газов,
захламленность в месте огневых работ. Опасность пожара особенно следует
учитывать на строительно-монтажных площадках и при ремонтных работах, в местах
неприспособленных для сварки и т.д.. Поэтому в местах сварочных работ следует
строго соблюдать меры противопожарной защиты, правильно организовывая рабочее
место. Если сварочные работы проводятся на высоте, то следует учитывать
ограждение рабочего места и очистку от сгораемых материалов.
Размещенные в указанных границах
строительные материалы, настилы, конструкции и т.д. необходимо защитить от
попадания на них искр металлическим экраном, покрывалом из негорючего материала
или другими доступными средствами. В крайнем случае материалы можно полить
водой. Двери в смежные со сваркой помещения должны быть постоянно закрыты,
технологические люки закрыты огнестойкими материалами. Сварочные работы,
которые проводятся в местах проходов или проездов, должны быть ограждены с
вывешиванием предупредительных плакатов. Все технологическое оборудование, на
котором предусмотрены сварочные работы, должно быть предварительно подготовлено
и приведено в состояние, удовлетворяющее противопожарным мерам. Рабочее место
сварщика оборудуется средствами первичной противопожарной защиты. После
окончания сварочных работ исполнитель обязан тщательно осмотреть место их
проведения, устранить возможные источники пожара. Если сварочные работы
проводились на трассах топливоподачи, в кабельных сооружениях, складах о
горючими материалами и других пожароопасных местах, то в течение 3-х часов
после работы необходимо организовать наблюдение за этим местом.