Введение:
В1802 году впервые в мире профессор физики Санкт-Петербургскоймедико-хирургической академии В.В. Петров (1761-1834) открыл электрическую дугуи описал явление, происходящее в ней, а также указал на возможность еепрактического применения.
В1881 году русский изобретатель Н.Н. Бенардос(1842-1905) применяя электродную дугу для соединения и разъединения сталей.Дуга Н.Н. Бенардоса горела между угольным электродоми свариваемым металлом. Присадочным прутком для образования шва служиластальная проволока. В качестве источника электрической энергии использовалисьаккумуляторные батареи. Сварка, продолженная Бенардом,применялась в России мастерских Риго-Орловскойжелезной дороги при ремонте подвижного состава. Н.Н. Бенардомбыли открыты и другие виды сварки: контактная точечная сварка, дуговая сварканесколькими электродами в защитном газе, а также механизированная подачаэлектрода в дугу.
В1888 году русский инженер Н.Г. Славянов (1854-1897) предложил дуговую сваркуплавящемся металлическим электродом. Он разработал научные основы дуговой сварки, применениефлюс для защиты металла сварочной ванны от воздействия воздуха, предложил наплавку и сварку чугуна Н.Г. Славянов изготовил сварочный генератор своейконструкции и организовал 1-ый в мире электросварочный цех в Пермских пушечныхмастерских, где работал с 1883 по 1897 года.
Однаков условиях царской России их изобретения не нашли большого применения. Толькопосле Великой Октябрьской социалистической революции сварка получаетраспространение в нашей стране. Уже в начале 20-х годов под руководствомпрофессора В.П. Воладина на Дальнем востокепроизводили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлов,а несколько позже – сварку судов и ответственных судов.
1938году ученый Д.А. Дульчевский изобрел автоматическуюсварку под флюсом.
Новыйэтап в развитии сварки относительному 30-х годов, когда коллективам институтаэлектросварки АНУССР под руководством академика АНУССР Е.О. Патона былразработан промышленный способ автоматической сварки под флюсом. Внедрение егов производство началось с 1940 года. Сварка под флюсом сыграла огромную роль вгоды Великой Отечественной войны при производстве танков, самоходных орудий иавтомобилей. Позднее был разработан способ полуавтоматической сварки под флюсом.
Вконце 40-х годов получило промышленное применение сварки в защитном газе.
Огромнымдостижением советской сварочной техники являлось разработка коллективом ИЭС в1949 году электрошлаковой сварки, позволяющей сваривать металлы практическилюбой толщины.
Впоследующие годы в стране стали применяться: Сварка ультразвуком,электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением идр.
Большойвклад в развитии сварки внесли ученые нашей страны В.П. Володин, В.П. Никитин,Ю.А. Дульчевский, Е.О. Патон, а также коллективыинститута электросварки имени Е.О. Патона, Центральногонаучно-исследовательского, проектно-конструкторского и технологическогоинститута электросварочного оборудования (ВНИИЭСО), Всесоюзногонаучно-исследовательского и конструкторского института автогенногомашиностроения (ВНИИ автоинмаш), Ленинградскогозавода «Электрик», института металлургии (ИНЕТ) имени А.А. Байловаи др.
Сваркаво многих случаях заменила такие трудоемкие процессы изготовления конструкции,как пленка и литье, соединение на резьбе и ловка.
Преимуществосварки перед этими процессами следующие:
1. Экономия металла– 10…30% и более зависимости от сложности конструкции.
2. Уменьшениетрудоемкости работ, а соответственно сокращение сроков работ и уменьшение ихстоимости.
3. Удешевлениеоборудования.
4. Возможностьиспользования наплавки для восстановления изношенных деталей.
5. Герметичностьсварных соединений выше, чем клепаных и резьбовых.
6. Уменьшенияпроизводственного 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 имеханические свойства – стали этой группы более дорогостоящие и применяются дляответственных конструкций.
Встали содержатся добавки кремния и марганца, а также вредные примеси- серы ифосфора, содержание которого ограничено.
Пределпрочности δв= 380…490 МПа, пределтекучести δт=250 МПа, относительноеудлинение δ=26%.
ВСт3– спокойная сталь по механическим свойствам. Эта сталь обладает болеестабильными свойствами.
ВСт3– хорошо свариваемая сталь. Варится без ограничений, широком диапазоне режимов сварки,независимо от толщены металла, жесткости конструкции, температуры окружающийсреды.
Стальполучают главным образом из смеси чугуна, выплавляемого доменных печах, состальным ломом.
Стальплавят в конвекторах, мартеновских и электрических печах. Хорошее качествоконверторной стали обеспечиваются продувкой кислорода.
Быстроеохлаждение нагретого образца из стали ВСт3 в воде и отпуск увеличивают δт на 25%, δвна 20%.
Малоуглеродистыестали даже при небольшом содержании углерода иногда подвергаются термическойобработке, как сталь ВСт3 (ГОСТ 380-71) при содержании С=0,09…0,22%, Si=0,05…0,15%, Mn=0,4…0,65% имеетδв≥440 МПа, δт≥300МПа, δ≥16%.
Сварочныетрансформаторы- предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому онидолжны 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 схемусварочного трансформатора рассмотрим на моделиТСК-500, которую довольно часто можно увидеть на строительных площадках.Состоит такой трансформатор из сердечника — магнитопровода,выполненного из трансформаторной стали, на котором размещены первичная ивторичная обмотки. Подключается трансформатор к сети переменного тока снапряжением 380 В. Первичная обмотка закреплена неподвижно, а втораяпередвигается по сердечнику, регулируя величину сварочного тока. Принципдействия такого аппарата довольно прост.
Переменный ток, проходя через первичную обмоткутрансформатора, намагничивает сердечник, создавая в нем переменный магнитныйпоток. Магнитный поток, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в нейпеременный ток пониженного напряжения, величина которого зависит от числавитков вторичной обмотки. Чем меньше витков на вторичной обмотке, тем напряжениеиндуктируемого тока будет меньше и, наоборот, чем больше витков, тем напряжениевыше. Для регулировки величины сварочного тока и создания внешнейхарактеристики в схеме предусмотрено дополнительное индуктивное сопротивление,которое обеспечивает изменение потока магнитного рассеивания.
Существует две принципиальные схемымагнитного рассеивания. К первой группе относятся трансформаторы с повышенным магнитнымрассеиванием, принцип действия которых основан на использовании магнитныхшунтов, подвижных катушек или ступенчатого (виткового) регулирования. Ко второйгруппе относят трансформаторы с нормальным магнитным рассеиванием идополнительной реактивной катушкой.
Сварочные трансформаторы промышленногоиспользования, как правило, подключают к трехфазной сети 380 В, что в бытовыхусловиях не всегда удобно. Как правило, подключение индивидуального участка ктрехфазной сети хлопотно и дорого, и без особой нужды это не делают. Для такихпотребителей промышленность выпускает сварочные трансформаторы, рассчитанные наработу от однофазной сети с напряжением 220 — 240 В. Пример такого портативногосварочного аппарата приведен на этот аппарат, обеспечивающий разогрев дуги до4000°С, уменьшает обычное сетевое напряжение, одновременно повышая сварочныйток. Ток в установленном диапазоне регулируется с помощью ручки, смонтированнойна передней панели аппарата. В комплект аппарата входит сетевой кабель и двасварочных 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. Привыборе аппарата следует обращать внимание на то, чтобы регулировка сварочноготока была плавной.
Сварочныйвыпрямитель — представляет собой источникпитания, состоящий из трансформатора с регулирующим устройством и блокаполупроводниковых выпрямителей. Принцип действия его основан на питаниисварочной дуги постоянным током, протекающим по цепи вторичной обмотки ивыпрямленным блоком селеновых или кремниевых выпрямителей. Для полученияпадающей внешней характеристики эти устройства часто обеспечиваютдополнительным дросселем, включенным в цепь постоянного тока. Как правило,сварочные выпрямители изготавливают по трехфазной схеме, преимущества которойзаключаются в большом числе пульсаций напряжения, что обеспечивает равномернуюнагрузку трехфазной цепи. Однако на практике часто можно встретить и однофазныесварочные выпрямители (в том числе и самодельные) с достаточно хорошимихарактеристиками. Достоинство сварочных выпрямителей заключается в отсутствиивращающихся узлов, что обеспечивает их достаточно надежную работу.
Сварочные выпрямители могут использоваться как для ручнойдуговой сварки, так и для импульсно-дуговой сварки плавящимися электродами всреде защитных газов. Для удобства пользования сварочные выпрямители,применяемые для механизированной сварки, могут обеспечиваться дистанционнымпереключателем режимов.
Сварочныегенераторы — представляют собойгенераторы постоянного тока с характеристиками,обеспечивающими устойчивое горение сварочной дуги. Состоит аппарат из статора смагнитными полюсами и якоря с обмоткой и коллекторами. При вращении якоря вмагнитном поле, создаваемом полюсами статора, в его обмотках возникаетпеременный ток, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный. Снятиетока с коллектора обеспечивают угольные щетки, через которые ток подводится квыходным зажимам. Сварочные генераторы могут быть двух типов.
В первом типе вращение якоряобеспечивается электрическим двигателем", расположенным с ним на одномвалу. Такие устройства называют сварочным преобразователем. В сварочных агрегатахвращающим устройством является двигатель внутреннего сгорания. Достоинствоих заключается в возможности выполнения сварочных работ без внешнего источникаэлектрического питания.
Существует несколько электрических схемсварочных генераторов, отличающихся внешней характеристикой. Наибольшееприменение получили сварочные генераторы с падающими внешними характеристиками.
Сварочныеприспособления:
Электрододержатель– для зажатиеэлектрода и подвода тока.
Требования: Выдержать 8000зажиманий, 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. Ихсплетают из большого числа отожженных медных проволочек диаметром 0,18 — 0,20мм.
Принадлежности: щиток, маска,молоток (секач), стальная щетка.
Технологияизготовления.
При выполнении сварочных работ поизготовлению и ремонту технологического оборудования должны соблюдатьсяобщезаводские и цеховые инструкции по ТБ.
Подготовка кромок под сварку должныпроизводиться по рабочим чертежам и технологическим процессам, разработанномузаводом – изготовителем, согласно их требованиям ГОСТов, ОСТов и другой НТД,утвержденной и установленном порядке. Обработку кромок производят механическимспособом (шлифовальным инструментом или термической резкой с припуском длямеханической обработки). Припуск должен быть достаточным для полного удалениявсех неровностей и отклонений геометрической формы, а также зон с недопустимымиструктурными изменениями. При обеспечение заданных форм и размеров припуск на механическуюобработку после термической резки углеродистых и низкоуглеродистых сталей неявляется обязательным.
Кромки и прилегающие к ним поверхностидолжны быть зачищены с двух сторон, на ширину не менее 20мм.до полного удаленияржавчины, грота и брызг после термической резки, краски, масел и др.загрязнений. Зачистку кромок произвести механическим способом (стальной щеткой,абразивным кругом).
Для углеродистых и низкоуглеродистыхсталей допускается удаление масел газопламенными горелками (без применениярастворителей).
Сборку свариваемых инструментовпроизводят в соответствии с технологическим процессом на стеллажах и сборочныхстендах с помощью приспособлений, обеспечивающих требуемое взаимноерасположение деталей. Закрепление деталей производить прихватками, выполняемымиэлектродами или проволокой соответствующих марок, предназначенных для сваркиданного металла. Перед прихваткой необходимо проверить правильностьустановленного зазором между кромками (согласно приведенным эскизам).
Все сварные швы заварить электродами типаЭ46 ГОСТ 9467-75 марки МР-3. Электроды МР-3 перед сваркой прокалить в течении1-го часа при температуре 180О-210О.
Сварку производить короткой или среднейдугой, основной шов ǿ 3-4 мм., ряд тока –постоянный, обратной полярностью.
Контроль сварных швов: все сварные швыпроконтролировать внешним осмотром и измерениями.
Сборканаправляющей:
К направляющей(позиции 1) прихватывается опорой (позиции 2), к (позиции 2) прихватываетсяпята (позиция 4). К укосу (позиции 5) приваривается опорный лист (позиция 6), кнаправляющей (позиции 1) привариваются кронштейны (позиция 7).
Техникабезопасности.
Сварка относится к работам с повышенной опасностью,что влечет за собой ряд требований, выполнение которых обязательно. Основнымиопасными факторами при сварочных работах являются:
-опасность поражения электрическим током привыполнении сварочных работ дуговой сваркой;
-ожоги кожного покрова и органов зрения излучающиеэнергией электрической дуги и брызгами расплавленного металла;
-отрицательное воздействие на организм человекагазов, паров ч пыли, выделяющихся в процессе сварочных работ;
-механический травматизм в процессе сборочных работи подготовке деталей к сварке;
-взрывоопасность баллонов с горючимгазом и ацетиленовых генераторов;
-пожарная опасность при всех огневых работах;
-радиационное поражение при радиационномметоде контроля сварных соединений.
-при монтажных работах появляется опасность,связанная с работой на высоте.
Поэтому к сварочным работам допускаютсятолько лица, достигшие 48-летнего возраста и прошедшие специальную подготовку имедицинское обследование.
Электрическая безопасностьсварщика.
Под электрической безопасностью сварщикаподразумевают комплекс мер, предупреждающих поражение электрическим током.Особенности организма человека таковы, что электрический ток силой от 0,05 А иболее при частоте 50 Гц оказывается опасным и может вызвать смертельный исход.
Степень опасности электрического токазависит от многих факторов, и в каждом конкретном случае может колебаться взначительных пределах. Но в любом случае считают, что для человека сила тока,проходящая через организм, не должна превышать 0,1 А. Поражение электрическимтоком происходит при прикосновении к токоведущим частям оборудования илипроводки, находящимся под напряжением. В этом случае через тело человекапроходит ток, сила которого зависит от величины напряжения и электрическогосопротивления организма, которое меняется в зависимости от того, в какомсостоянии человек находится (утомленность, расслабленность и др.). Принятосчитать, что величина электрического сопротивления тела человека равняется 1000Ом, но в каждом конкретном случае эта величина может меняться.
Величина напряжения, под которым может оказаться человек,зависит от величины напряжения холостого хода источника питания сварочной дуги.
Напряжение источников питания нормальной сварочнойдуги обычно достигает 90 В, а сжатой дуги -200 В.
Исходя из этих величин нетрудно подсчитать силутока, которая может пройти через тело сварщика, если он окажется под напряжением.
Из приведенного расчета видно, что в нормальныхусловиях электрическая безопасность сварщика обеспечивается, но при измененииусловий (повышенная влажность, ослабленный организм и т.д.) эти условия могутрезко измениться и сила тока станет опасной. Поэтому следует предусмотретьдополнительные меры, способствующие снижению силы тока, проходящей через телосварщика.
Самым первым и наиболее эффективным средством защитыот поражения электрическим током является заземление оборудования и свариваемыхдеталей и обеспечение надежной изоляции.
В целях электрической безопасности напряжениехолостого хода сварочного оборудования ограничивают до следующих величин:
-генераторы постоянного тока — до 80 А;
-трансформаторы — до 90 А.
Каждый сварочный аппарат обеспечивают отдельнымзаземляющим проводом, подсоединяемым непосредственно к заземляющей магистрали.Заземление источников питания выполняется до включения их в силовую сеть, аснятие их должно осуществляться только после отключения от силовой сети. Кромеэтого применяют защитные ограждения, автоблокировки, индивидуальные средствазащиты. Запрещается использование технологического оборудования, конструкцийэлектроустановок и контура заземления в качестве обратного сварочного провода.
Электросварочное оборудование должно регулярно (нереже одного раза в месяц) подвергаться проверке на:
-отсутствие замыкания на корпус;
-целостность заземляющего провода;
-отсутствие оголенных токоведущих частей;
-отсутствие замыкания между обмотками высокого инизкого напряжения;
-исправность блокировок.
Подсоединение сварочных трансформаторов кэлектрической сети должно осуществляться:
-однофазных трансформаторов- при помощи трехжильногогибкого шлангового кабеля, третья жила которого должна быть подсоединена кзаземляющему болту корпуса сварочного аппарата и к заземлительнойшине источника питания вне коммутационного аппарата;
-трехфазных трансформаторов — при помощичетырехжильного кабеля, четвертая жила которого используется для заземления.
Провода, которые подключаются к сварочному аппарату,должны быть надежно заизолированы и защищены от воздействия высокой температурыи механических повреждений.
Все электросварочные установки должны быть надежнозаземлены.
Осматривать и чистить сварочную установку и еепусковую аппаратуру следует ежемесячно. Сопротивление изоляции обмотоксварочных трансформаторов и преобразователей тока должно проверяться послеокончания всех видов ремонтов, но не реже одного раза в год. Сопротивлениеизоляции обмоток трансформатора относительно корпуса и между обмотками должнобыть не менее 0,5 МОм.
При вводе в эксплуатацию и после капитальногоремонта изоляция сварочных трансформаторов должна в течение 1 минутыиспытываться повышенным напряжением частотой 50 Гц, которое должно отвечатьзначениям, приведенным в таблице 64.
При наружных сварочных работах оборудование должнобыть надежно защищено от дождя и снега. Наружные сварочные работы во времянепогоды запрещены.
Сварку в зимних условиях и во время дождя выполняютпод специальным навесом или другим укрытием, следя за тем, чтобы рабочее местосварщика было сухим.
Во время выполнения сварочных работ сварщик долженсоблюдать следующие требования:
-проверка (внешним осмотром) исправности изоляциисварочных проводов и электрододержателей, а также надежность соединения всехконтактов — перед началом сварочных работ;
-предупреждать окружающих об ожидаемом зажиганиидуги — при выполнении работ с подручным или в составе бригады;
-отсоединять от электрической сети передвижныесварочные аппараты — во время их перемещения;
-выключать сварочный аппарат — во время перерыва вработе и во время отсутствия сварщика на рабочем месте;
-устранять замеченные неполадки в сварочнойустановке — после снятия напряжения;
— пользоваться вместе с подручным средствамииндивидуальной защиты: защитная каска, защитный щиток и очки (во время зачисткисварных швов), рукавицы из искростойких материалов и с низкойэлектропроводностью.
При работе в закрытых резервуарах должны соблюдатьсядополнительные меры защиты. Для этого применяют защитные коврики, галоши ирезиновые шлемы, а освещение выполняют переносными светильниками с напряжениемне более 12 В.
Кроме того, в этих условиях должен быть наблюдающий,обеспечивающий безопасность работ и при необходимости готовый оказать первуюпомощь пострадавшему.
Защита от ожогов.
Ожоги, вызванные сварочной дугой, представляютопасность, особенно для глаз. Яркость световых лучей сварочной дуги значительнопревышает норму, допустимую для человеческого глаза. Ультрафиолетовые лучи,являющиеся одной из составляющей светового потока дуги, даже прикратковременном действии в течение нескольких секунд вызывают заболевание глаз,называемое электроофальмией. Заболеваниесопровождается острой болью, резью в глазах, слезотечением, спазмами век.
При значительном поражении глаз световым потокомсварочной дуги можно даже ослепнуть. Продолжительное воздействие световогопотока дуги на кожу вызывает ее ожоги. Кроме этого искры, рассеивающиеся вовремя сварочных работ способны вызвать ожоги. Поэтому все участники сварочногопроцесса должны пользоваться защитными приспособлениями.
При электросварочных работах основным такимприспособлением является защитная маска, смотровое отверстие которой оснащеносветофильтром, задерживающим инфракрасные и ультрафиолетовые лучи и снижающимяркость светового потока дуги.
Газосварщики пользуются защитными очками, снижающимияркость света. Выбор светового фильтра производят в зависимости от мощностидуги и способа сваривания:
Для защиты от ожогов кожного покрова применяютбрезентовую спецодежду и рукавицы. Запрещается выполнять сварочные работы сзакатанными рукавами и расстегнутым воротом. Спецодежда и обувь сварщика должныобеспечивать оптимальный теплообмен организма при работе с физическиминагрузками, эффективно защищать от брызг расплавленного металла и опасных метеофакторов, иметь оптимальные весовые характеристики, не стеснять свободудвижений, отвечать эстетическим требованиям.
Для защиты ног следует применять кожаную (летом) иливойлочную (зимой) обувь, защищающую от теплового излучения, холода, искр, брызграсплавленного металла.
Руки защищают рукавицами от теплового излучения,контакта с нагретыми выше 45°С поверхностями, от низких температур и сварочныхбрызг.
Для защиты окружающих от светового потока и искррасплавленного металла используют перегородки, переносные ширмы и т.д.
Пожарная безопасность
Сварочные работы могут стать причинойпожара, если не выполняются элементарные требования противопожарной защиты. Причинойпожара могут стать искры и капли расплавленного металла, небрежное обращение согнем сварочной горелки, наличие на рабочем месте горючих жидкостей и газов,захламленность в месте огневых работ. Опасность пожара особенно следуетучитывать на строительно-монтажных площадках и при ремонтных работах, в местахнеприспособленных для сварки и т.д… Поэтому в местах сварочных работ следуетстрого соблюдать меры противопожарной защиты, правильно организовывая рабочееместо. Если сварочные работы проводятся на высоте, то следует учитыватьограждение рабочего места и очистку от сгораемых материалов.
Размещенные в указанных границахстроительные материалы, настилы, конструкции и т.д. необходимо защитить отпопадания на них искр металлическим экраном, покрывалом из негорючего материалаили другими доступными средствами. В крайнем случае материалы можно политьводой. 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 свывешиванием предупредительных плакатов. Все технологическое оборудование, накотором предусмотрены сварочные работы, должно быть предварительно подготовленои приведено в состояние, удовлетворяющее противопожарным мерам. Рабочее местосварщика оборудуется средствами первичной противопожарной защиты. Послеокончания сварочных работ исполнитель обязан тщательно осмотреть место ихпроведения, устранить возможные источники пожара. Если сварочные работыпроводились на трассах топливоподачи, в кабельных сооружениях, складах огорючими материалами и других пожароопасных местах, то в течение 3-х часовпосле работы необходимо организовать наблюдение за этим местом.