Технологии сварки

Введение.

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 1802г. 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 1882г 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 1888г. 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 1948г. получили промышленное применение способы дуговой сварки в инертных защитных газах: ручная неплавящимся электродом, механизированная и автоматическая плавящимся и неплавящимися электродом.

       в 1950-1952г. 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 1969г. Продолжая эти работы

       в 1984г. 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.

Дефекты сварных соединений.

Согласно ГОСТ 23055 - 78* для соединений, выполненных сваркой плавлением, возможно образование шести видов дефектов.

пористость шва: сферическая, канальная, цепь пор, группа пор, линейная (протяжённая).

шлаковые и металлические включения: разделяются на шлак компактный, шлак линейный, металлические включения, поверхностные включения.

несплавления: по кромкам и между слоями многослойного шва.

дефекты формы шва: чрезмерный провар корня (прожог, протёк), неровности (наплывы, вмятины и пр.), подрезы, несовпадения кромок и т.п.

Все эти дефекты ухудшают механические свойства сварных соединений и, следовательно, работоспособность конструкций. Часть из них, такие, как наружная пористость и наружные включения, прожоги, неплотность шва, подрезы, вмятины, недостаточные размеры швов и усилений, должна быть исправлена немедленно при обнаружении силами сварщика, допустившего дефект.

Наиболее опасны и недопустимы трещины всех видов, при обнаружении которых сварного соединения бракуется или же подлежит исправлению. Исправление возможно при наличии единичных трещин, а сварное соединение с множественными трещинами исправлению не подлежит. Для ликвидации единичной трещины предварительно засверливают металл на расстоянии примерно 30 - 50 мм от её концов, после чего делают разделку трещины, затем подогревают участку металла на её концах до температуры 100 - 150°С и одновременно заваривают подготовленную трещину.

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.

Трёхфазная мостовая схема выпрямления наиболее распространена в выпрямителях с падающей и жёсткой характеристиками. Схему применяют для работы в комплекте с наиболее простой конструкцией трёхфазных трансформаторов.                                                                                        

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.

Пульсация его становится шестифазной с частотой 300 Гц. Выпрямленный ток имеет жёсткую внешнюю характеристику. При увеличении индуктивного сопротивления характеристика получается падающей.

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 электро-монтажник, имеющий группу по электробезопасности не ниже третьей. Работа по сварке может быть поручена только электросварщику, прошедшему обучение по работе с выпрямителем и имеющему удостоверение на право произ-водства работ, а также группу по электробезопасности не ниже второй.

Выпрямитель необходимо предохранять от атмосферных осадков, сырости, пыли и грязи. Установка его на строительной площадке допускается только в специальном передвижном машинном помещении. В цехе он должен быть установлен в специально отведённом месте и отгорожен от посторонних лиц, а также от возможных ударов при передвижении конструкций. При эксплуатации необходимо очищать выпрямитель раз в три месяца от пыли и грязи, продувая сжатым воздухом, и заполнять тугоплавкой смазкой трущиеся поверхности, а также проверять исправность контактов, вентилятора, тепловой защиты и других деталей.

В процессе работы могут возникнуть следующие неисправности, характерные для всех выпрямителей:

выпрямитель не даёт напряжения, причинами этого могут быть неисправность ветрового реле, неправильная работа вентилятора (засасывание воздуха не со стороны жалюзи), выход из строя одного или нескольких вентилей выпрямительного блока;

электродвигатель вентилятора не работает. Причиной этому может быть обрыв цепи питания или выход из строя предохранителя сети.

Трёхфазная мостовая схема выпрямления применена для однопостовых выпрямителей с падающей характеристикой ВД - 306 на токи 200, 315 и 400 А. Они изготавливаются с механическим трансформаторным регулированием и благодаря простоте конструкции, надёжности и лёгкости обслуживания широко применяются на стройках. Изменение диапазонов в этих выпрямителях обеспечивается переключением первичных, а также вторичных обмоток трансформаторов с “треугольника” на “звезду”. Плавное регулирование в пределах диапазона осуществляется путём перемещения катушек вторичной обмотки ходовым винтом. Выпрямительный мост состоит из шести кремниевых вентилей В200. Вентиляция для охлаждения вентилей - воздушная, принудительная. Нормальная работа вентиляции контролируется ветровым реле. Выпрямитель ВД-306 имеет защиту при аварийных ситуациях путём отключения аппарата от сети.

Инструменты и принадлежности электросварщика.

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. Один из таких электрододержателей показан на рисунке 8.

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 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). 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.

Сварочные провода.

Ток от силовой сети подводится к сварочным аппаратам по проводам марки КРПТ. От сварочных аппаратов к рабочим местам сварочный ток поступает по гибкому проводу марки ПРГ, АПР, или ПРГД с резиновой изоляцией. К электрододержателю должен быть подключен гибкий медный провод марки ПРГД длиной не менее 3 м.

Длина проводов от сварочных аппаратов к рабочему месту не должна быть более 30-40м, так как при большей длине проводов напряжение в них значительно упадёт, что приведёт к уменьшению напряжения дуги. Для соединения сварочных проводов применяют специальные муфты .

Сечение сварочного кабеля, присоединяющего источник питания к электрододержателю, подбирают в зависимости от наибольшей величины сварочного тока: при токе до 240А - 25 мм2; до 300А - 35 мм2, до 400А - 50 мм2, до 500А - 70 мм2. Гибкий (медный) кабель используют на напряжение до 220 В. В случае использования негибкого кабеля конец его, подсоединяемый к электрододержателю, длиной не менее 1,5-3м должен быть обязательно гибким. Общая длина сварочного кабеля должна быть не более 30-40м, так как при более длинном кабеле ухудшается процесс сварки из-за падения напряжения в сварочной цепи.

Для подсоединения сварочного кабеля к источнику питания используют специальный концевой соединитель заводского изготовления или приваренную к кабелю клемму. Сращивание коротких кусков кабеля осуществляют соединителями заводского изготовления (рис.10) МС-2, предназначенными для соединения кабелей сечением 35, 50 и 70 мм2. Соединитель МС-2 состоит из двух частей, которые соединяются вставками и закрепляются поворотом одной из частей. Разъединение совершается аналогично закреплению поворотом в обратную сторону. Перед соединением к каждой половине соединителя прикрепляется сварочный кабель путём заклинивания жил его оголённой части между корпусом гайки, вставками и конусом. Соединитель покрыт резиновой изоляцией. Существуют другие типы соединителей, имеющих конструктивные особенности, принципиально не отличающиеся от МС-2.

Вспомогательный инструмент - в процессе работы сварщик пользуется инструментами для зачистки кромок от ржавчины и других загрязнений, а также для вырубки дефектов и зачистки швов от шлака. Для этого применяют металлическую проволочную щётку, зубило, молоток, комбинированное зубило с рукояткой, имеющее один заострённый конец, а другой конец в виде обычного зубила. Такая форма зубила удобна для очистки от шлака отдельных слоёв многослойного шва. Иногда применяют комбинированное зубило-щётку, но оно менее удобно, так как не имеет заострённого конца. У сварщика должно быть личное клеймо для клеймения выполненных швов.

Для измерения разделки кромок, зазора между стыками и сварных швов используют набор шаблонов ШС-2. Шаблоны позволяют контролировать угол скоса кромок, размер притупления, качество сборки под сварку, размер деплонации (превышение одной кромки над другой) стыковых швов и величину зазора в стыковых и тавровых соединениях. В готовых сварных швах могут быть проверены высота выпуклости стыкового и углового шва, ширина шва, величина катета углового шва.