Технология электродуговой сварки неповоротных стыков труб под углом 90 градусов

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Введение

Электрическая дуга впервые была открыта в 1802 г. Профессором физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии В. В. Петровым. Описывая явления электрической дуги в книге под названием «Известия о гальвани-вольтовских опытах», профессор В. В. Петров указал на возможность использования электрической дуги для электроосвещения и плавления металлов.

А в 1882 г. Русский изобретатель Н. Н. Бенардос применил электрическую дугу для соединения металлов, в 1885 г. Он получил патент под названием «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока», используя для этого дугу, горящую между угольным электродом и металлом и питаемую электрической энергией от аккумуляторной батареи. Русский инженер-металлург и изобретатель Н. Г. Славянов в 1888 г. Разработал способ сварки металлическим электродом, в 1891 г. Он получил два патента под названием «Способ и аппараты для электрической отливки металлов» и «Способ электрического уплотнения металлических отливок». Н. Н. Бенардос предложил различные способы сварки наклонными металлическими электродами и устройства, в которых подача электрода в зону дуги выполнялась за счет давления пружины. Он также разработал разнообразные виды автоматических устройств для сварки угольным и металлическим электродами, являющимися прообразами современных сварочных автоматов и полуавтоматов. Оригинальное приспособление для автоматического регулирования длины дуги с помощью соленоида, предложенное Н. Н. Бенардосом, в 1900 г. Экспонировалось на Парижской всемирной выставке. Однако низкий уровень развития техники в России тех лет не позволял использовать и широко развивать столь гениальные идеи В. В. Петрова, Н. Н. Бенардоса и Н. Г. Славянова.

В 20-х годах нашего столетия дуговую сварку начинают внедрять при ремонте локомобилей и котлов. Например, дуговая сварка в это время применялась в Московских, Ленинградских, Ярославских, Читинских и других железнодорожных мастерских при использовании импортного и собственного сварочного оборудования, однако собственное оборудование было кустарного изготовления, а присадочным материалом служили голые электроды с ионизирующим покрытием.

В годы первых пятилеток разработка сварочного оборудования и передовой по тому времени технологии сварки способствовали успешному строительству гигантских строек: Днепрогэса, Магнитки, Уралмашзавода и других важнейших объектов страны. Развитие сварки позволило в годы Великой Отечественной войны быстро организовать производство самолетов, танков, орудий и других видов вооружения на заводах Урала и Сибири.

В настоящее время сварочное производство является самостоятельной отраслью машиностроительной промышленности и для его дальнейшего развития требуется решение целого ряда вопросов, таких, как разработка новых сварочных машин, аппаратов и материалов.

Сваркой называют процесс получения неразъемных соединений по средствам установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании или совместном действии того и другого. В 1802 г. российский учёный В. В. Петров открыл явление электрического дугового разряда и указал на возможность использования его для расплавления металлов. Своим открытием В. В. Петров заложил начало развития новых отраслей технических знаний и наук, получивших в дальнейшем практическое применение в электродуговом освещении, а затем и при электрическом нагреве, плавке и сварке металлов. В 1882 г другой российский ученый Н. Н. Бенардос, работая над созданием крупных аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов. В 1888 г. российский инженер Н. Г. Славянов предложил производить сварку плавящимся металлическим электродом. С именем Н. Г. Славянова связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, создание первого автоматического регулятора длины дуги, и первого сварочного генератора. Им были предложены флюсы для получения высококачественного металла для сварных швов.

Условно развитие сварки можно разделить на ряд этапов:

с 1948 г. получили промышленное применение способы дуговой сварки в инертных защитных газах: ручная неплавящимся электродом, механизированная и автоматическая плавящимся и неплавящимися электродом.

в 1950—1952 гг. была разработана сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа. В конце пятидесятых годов французским учёным был разработан новый вид электрической сварки плавлением, получившей название электроннолучевой сварки. Впервые в открытом космосе была осуществлена автоматическая сварка и резка в 1969 г. Продолжая эти работа

в 1984 г. космонавты С. Савицкая и В. Джанибеков провели в открытом космосе ручную сварку, резку и пайку различных металлов. Сегодня свариваются материалы, которые ещё относительно недавно считались экзотическими. Это титановые ниобиевые и берилловые сплавы молибден, вольфрам, керамика, а также все возможные сочетания разнородных металлов. В сварочное производство активно внедряются роботы, что позволяет полностью автоматизировать цикл сварки деталей без участия рабочего сварщика. В последние годы патентные ведомства промышленно развитых стран мира ежемесячно регистрируют около двухсот изобретений в области сварной техники и технологии. Отсюда следует необходимость постоянного совершенствования обучения профессионального мастерства рабочих-сварщик.

1.1. Организация рабочего места сварщика

Места проведения сварочных работ разделяют на постоянные и временные. Постоянные (стационарные) места предназначены для работ, которые выполняются в специально оборудованных цехах, мастерских и т.д. Устанавливают сварочный аппарат в защищенном от атмосферных воздействий, стол сварщика, манипулятор, вытяжку и т.д. в хорошо проветриваемом помещении площадью не менее 3 м². Лучше всего, если пол бетонный, а стены помещения не должны отражать сварочные блики, что может представлять опасность для глаз. Рабочее место сварщика должно располагаться в специальной кабине, примерная компоновка которой представлена на рис.1.

Рис.1

       Постоянным рабочее место закрепленное за рабочим или бригадой рабочих, оснащенной в соответствии с требованиями определенного технологического процесса оборудованием, инструментом, приспособлениями и т. д.

При обслуживании рабочего места необходимо обращать внимание на определенный круг вопросов:
- своевременность получения сменных заданий, нарядов, чертежей;
- поддержание оборудования в работоспособном состоянии;
- своевременность и способы доставки на рабочее место материалов, за готовок, электродов и т. п.;
- контроль качества изготовляемой на рабочем месте продукции;
- поддержание на рабочем месте надлежащего порядка.
Электросварщик обязан выполнять Работы на специально отведенном постоянном сварочном участке. В цехах, где имеется небольшое количество сварочных постов по сварке малых и средних изделий, Работы электросварщик обязан производить в кабинах с открытым верхом с высотой стенок кабины не менее 2 м, зазором между полом и стенками кабины не менее 50 мм, при сварке с использованием защитных газов – не менее 300 мм. Этот зазор должен быть огражден сеткой из негорючего материала с размером ячеек не более 1х1мм. Электросварщик обязан учитывать, что в процессе работы на него могут действовать вредные и опасные производственные факторы.

Электросварщики обеспечиваются специальной защитной одеждой, специальной обувью и средствами индивидуальной защиты в зависимости от характера работ, согласно действующих отраслевых норм. Электросварщики обязаны использовать средства индивидуальной защиты, а именно:
- электросварщики ручной дуговой сварки – костюм брезентовый, перчатки диэлектрические (дежурные), щиток защитный (маску), ботинки кожаные, рукавицы брезентовые;
- электросварщики полуавтоматической и автоматической сварки – костюм хлопчатобумажный (далее "х/б"), галоши диэлектрические, очки защитные, рукавицы брезентовые, перчатки.

Для удаления сварочной пыли и газов должна устанавливаться вытяжная вентиляция, удаляющая вредные газы и пыль непосредственно у места их образования.

При временном или аварийном отключении от общей вентиляции или местных отсосов при сварке, наплавке в помещениях и на открытых площадках, где концентрация газов не превышает предельно допустимые нормативные нормы, а запыленность воздуха высокая, для защиты органов дыхания применять противопылевые респираторы ШБ-1 "Лепесток" или "Астра-2".

Для защиты рабочих от излучения дуги в постоянных местах сварки устанавливают для каждого сварщика отдельную кабину размером 2X2,5 м. Стенки кабины могут быть сделаны из тонкого железа, фанеры, брезента. Фанера и брезент должны быть пропитаны огнестойким составом, например раствором алюмокалиевых квасцов. Каркас кабины изготовляют из трубы или из угловой стали. Пол в кабине должен быть из огнестойкого материала (кирпич, бетон, цемент). Стенки окрашивают в светло-серый цвет красками, хорошо поглощающими ультрафиолетовые лучи (цинковые или титановые белила, желтый крон). Освещенность кабины должна быть не менее 80—100 лк. Кабину оборудуют местной вентиляцией с воздухообменом 40 м3/ч на каждого рабочего. Вентиляционный отсос должен располагаться так, чтобы газы, выделяющиеся при сварке, проходили мимо сварщика.

     Сварку деталей производят на рабочем столе. Крышку стола изготовляют из чугуна толщиной 20—25 мм. Сварочный пост оснащен генератором, выпрямителем или сварочным трансформатором.

1.2. Обоснование и выбор основного металла и сварочных материалов

Для сварки применяют материалы, соответствующие марке свариваемых сталей и обеспечивающих равнопрочность сварного шва основному металлу. К сварочным материалам относятся сварочная проволока, электроды, различные флюсы, защитные газы.

Для сварки изделия предлагается применить механизированную сварку в среде защитных газов. Этим способом можно соединять детали в различных пространственных положениях, обеспечивая при этом хорошую защиту металла сварочной ванны от вредного влияния окружающей среды.

Наиболее распространенным на производстве защитным газом является двуокись углерода СО₂. Однако сварка в СО₂ имеет существенные недостатки: сильное разбрызгивание металла во время горения дуги и весьма посредственный внешний вид швов, поэтому такой способ сварки не применяют при изготовлении конструкций, к внешнему виду и форме которых предъявляются повышенные требования с целью улучшения эксплуатационных свойств и товарного вида. Главным путем решения этих проблем является применение сварки в смеси газов на основе аргона (СГОА)[5].

Двуокись углерода является сильным окислительным газом. При сварке в СО₂ перенос электродного металла всегда происходит крупными каплями и не по центру дуги. В связи с этим сварной шов получается с грубыми полосами кристаллизации и брызгами, однако такой характер переноса позволяет получить глубокое проплавление.

Добавление аргона к двуокиси углерода позволяет повысить стабильность дуги, перенос металла в этом случае носит осевой характер без значительного разбрызгивания. Шов отличается чистотой, гладкой поверхностью с мелкими чешуйками и малым количеством шлака. В качестве неблагоприятного фактора следует отметить уменьшенный провар.

Кислород при сварке играет роль поверхностно-активного элемента и уменьшает поверхностное натяжение жидкого металла, способствуя образованию на конце электрода более мелких капель и их равномерному переносу в сварочную ванну. Для обеспечения высокой вязкости и прочности металла шва содержание кислорода в защитном газе не должно превышать 5-7%.

Переход на сварку в смеси газов на основе аргона позволяет снизить стоимость сварочных работ за счет уменьшения затрат на зачистку швов примерно на 70%; уменьшить потери электродного металла на разбрызгивание на 60%; снизить расход электродной проволоки при сварке угловых швов на 5-15% в связи с меньшим усилением шва, а также уменьшить выделение пыли и токсичных газов.

 1.3. Подготовка металла к сварке (наплавке)

     Если металл, идущий на изготовление сварных конструкций, загрязнен или деформирован, то его нужно предварительно очистить и выправить. Очистка может производиться ручными и механическими проволочными щетками, пескоструем, пламенем специальной горелки, промывкой горячей водой или раствором щелочи, травлением в растворах различных кислот и другими способами.

Для правки металла применяются специальные станки. Например, листы выправляются пропусканием их через листоправильные вальцы, имеющие от 5 до 11 правильных валков. Чем меньше толщина выправляемого листа, тем большее количество валков должен иметь листоправильный станок. Уголки правят на углоправильных вальцах. Правка швеллерного и двутаврового профиля производится с помощью правильно-гибочных прессов. При очень малых объемах производства и отсутствии правильного оборудования иногда приходится прибегать и к ручной правке металла на правильной плите.

После правки металл подвергается разметке, при которой на нем мелом, кернами и чертилкой наносятся размеры заготовки детали, подвергаемой затем сварке. При серийном производстве однотипных изделий для разметки широко применяются шаблоны из картона, фанеры или тонколистового металла, соответствующие по своей форме и размерам заготовляемой детали.

Режут металл на гильотинных и дисковых ножницах, дисковых пилах и прессах или ручными газокислородными резаками и машинами для газокислородной резки. Механическая резка применяется обычно для металла толщиной до 10—12 мм, а в отдельных случаях —до 25—30 мм. Более толстый металл, а также детали сложной формы, как правило, режут с помощью газокислородной резки.

Перед сваркой кромки деталей, если это является необходимым, подвергают обрезке, скосу и очистке. Скос кромок выполняется в соответствии с типом сварного соединения. Для получения ровной и чистой поверхности кромок их прострагивают на кромкострогальных станках, длина строгания на которых достигает нескольких метров.

На многих заводах громоздкие и дорогие кромкострогальные станки заменяют специальными машинами для кислородной резки, обеспечивающими чистую поверхность разреза, необходимую точность и высокую производительность резки.

Машинная кислородная резка является распространенным способом подготовки кромок листов под сварку, особенно при большой толщине свариваемого металла (деталей станин, листов, котельных барабанов и др.). Машинная кислородная резка должна применяться во всех случаях, когда это допустимо по техническим условиям на изготовление данного изделия. Для ускорения процесс резки и скоса кромок выполняют одновременно несколькими резаками, установленными на одной машине под соответствующими углами наклона.

Нельзя сваривать детали, кромки которых покрыты ржавчиной, маслом, краской и другими загрязнениями, так как это ухудшает условия горения дуги, вызывает пористость наплавленного металла и понижает прочность сварного соединения.

От загрязнений кромки очищают проволочными щетками, наждачным камнем, пескоструем, травлением. Для механической очистки применяют ручные переносные машинки с гибким валом, на конце которого укрепляется проволочная щетка или наждачный камень. Другой конец вала соединяется с электродвигателем, смонтированным на легкой передвижной тележке.

Литые заготовки перед сваркой должны быть тщательно очищены от остатков формовочной земли, а имеющаяся на поверхности литейная корка — снята наждачным камнем в тех местах, где будут накладываться сварные швы.

При изготовлении различных резервуаров, котлов и сосудов из листового металла последний подвергается вальцовке и штамповке. Для вальцовки применяются гибочные вальцы, а для штамповки — механические и гидравлические прессы. Гибке и вальцовке может подвергаться также и профильный прокат металла — полосы, уголки, швеллеры, двутавры и трубы. В зависимости от толщины и требуемой формы заготовки вальцовка и гибка металла производятся в холодном или горячем состоянии.

1.4.Выбор сварочного оборудования

Сварочные аппараты бывают различных типов, и выбор подходящего прибора будет зависеть от требований покупателя и условий эксплуатации.

Сварочные аппараты различаются в первую очередь конструктивно (см. детали). Самый распространенный и дешевый вариант – трансформатор. Его достоинства – это доступная цена и большая мощность. К недостаткам относятся трудности в разжигании дуги, сильные скачки напряжения при работе, большие габариты и вес аппарата. Такой трансформатор считается не самым лучшим выбором для домашнего хозяйства.

Хорошей альтернативой сварочному трансформатору является инверторный аппарат. За счет использования силовой полупроводниковой схемы вместо мощного трансформатора, такие сварочные аппараты имеют небольшие размеры и вес. Также преимуществом такого прибора является легкое разжигание дуги (которая горит стабильно и ровно, не разбрызгивая металл), плавное регулирование тока и отсутствие больших скачков напряжения при работе прибора, что идеально подходит для домашнего использования и никак не отразится на работе электросчетчика и входных автоматов. Главным недостатком такого выбора является его стоимость – он обойдется практически в два раза дороже трансформатора, также такие аппараты могут быть чувствительны к уровню напряжения в сети.

Кроме указанных двух видов, в продаже имеются сварочные выпрямители и полуавтоматы(см. в этом разделе). Сварочные выпрямители состоят из трансформатора и выпрямительного блока, и могут работать по принципу однофазной или трехфазной схемы выпрямительного моста (в домашних условиях применяется однофазная схема). Такие приборы имеют довольно высокий КПД, в сравнении с генератором, а также большую надежность и безопасность.

Сварочные полуавтоматы комплектуются механизмом автоматической подачи проволоки, а также в области сваривания деталей создают особую среду при помощи защитного газа (углекислота, гелий или аргон). Такие полуавтоматы могут выполняться на основе трансформатора, инвертора или выпрямителя, но стоимость их, естественно, будет выше, в сравнении с другими агрегатами.

В комплект инструментов, необходимых для проведения работ, кроме самого аппарата, входит: электрододержатель (главное требование к нему – надежное крепление электрода и защита руки сварщика от электрического тока и высокой температуры), кабели (их длина должна составлять не менее 2-3 метров), металлическая щетка для очистки поверхности металла от окалины, а также защитная маска с необходимыми светофильтрами. Также не лишними окажутся брезентовые рукавицы (или перчатки для защиты от повышенных температур), закрытая одежда и обувь.

1.5. Сборка изделия под сварку

Трудоемкость сборки деталей под сварку составляет около 30% от общей трудоемкости изготовления изделия. Для уменьшения времени сборки, а также для повышения ее точности применяют различные приспособления.

Сборка под сварку может выполняться следующими способами:
– полная сборка изделия из всех входящих в него деталей с последующей сваркой всех швов;
– поочередное присоединение деталей к уже сваренной части изделия— при невозможности применения первого способа;
– предварительная сборка узлов, из которых состоит изделие, с последующей сборкой и сваркой изделия из собранных узлов; этот способ наиболее рационален, он применяется при изготовлении крупных и сложных конструкций (суда, вагоны, мосты и пр.).

Для сборки и сварки колонн, балок, стоек сложного сечения, а также листовых конструкций из стали толщиной более 8 мм применяют приспособления, допускающие некоторое перемещение элементов конструкции при усадке металла швов.

Приспособления могут быть предназначены только для сборки Деталей под сварку или только для сварки уже собранных деталей.

Применяют также и комбинированные сборочно-сварочные приспособления.

Для сборки листовых конструкций удобны электромагнитные стенды, которые фиксируют положение кромок свариваемых листов. На электромагнитных стендах может производиться сборка и сварка листов толщиной до 15 мм. Недостаток подобного рода приспособлений — отрицательное влияние магнитного поля на сварочную дугу в процессе сварки.

При массовом изготовлении одинаковых конструкций применяют специализированные сборочные кондукторы с механизмами для зажатия деталей. В этих кондукторах производится сборка и прихватка деталей, затем изделие освобождается из кондуктора и подается на площадку или стенд для сварки.

Проверка точности сборки производится шаблонами и щупами .

Собранные узлы или детали соединяют прихватками. Сварочные прихватки представляют собой короткие швы с поперечным сечением до 7% поперечного сечения полного шва. Длина прихватки от 20 до 100 мм в зависимости от толщины свариваемых листов и длины шва; расстояние между прихватками в зависимости от длины швов — 500—1000 мм. Прихватки выполняют теми же электродами, что и сварку изделия.

Рис. 1. Магнитный стенд: 1 — электромагниты, 2 — свариваемые листы

Рис. 2. Инструмент для проверки качества сборки: а — угла раскрытия кромки, б — прямого угла, в — смещения листов, г —зазора между листами при сварке внахлестку, д — зазора при сварке втавр и встык

Прихватки препятствуют перемещению деталей, что может привести к трещинам в прихватках при охлаждении. Чем больше толщина свариваемых листов, тем больше растягивающая усадочная сила в прихватках и больше возможность образования трещин. Поэтому сборку на сварочных прихватках применяют для конструкций из листов небольшой толщины (до 6—8 мм). При значительной толщине листов необходимо обеспечить податливость деталей, например, осуществлять сборку на гребенках (эластичные прихватки) и сборку изделия с гибкими деталями (решетчатые фермы, узлы судов с перегородками и др.).

1.6. Выбор режимов и способов сварки

Дуговую сварку контролируют ряд параметров, а именно:

· сварочный ток

· напряжение дуги

· скорость сварки

· род и полярность тока

· положение шва в пространстве

· тип электрода и его диаметр

Поэтому перед началом работы следует подобрать значения этих параметров так, чтобы сварочный шов получился требуемого размера и хорошего качества.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология