Вступ
Застосування процесівзварювання. Зварюванням називається процес одержання нероз'ємних з'єднань задопомогою становлення міжатомних зв'язків між частинами, що зварюються, приїхньому нагріванні або пластичному деформуванні, або спільній дії того й іншого(ДСТ-2601-84). Розрізняють два основних найбільш розповсюджені види зварювання:зварювання плавленням і зварювання тиском. Сутність зварювання плавленнямполягає у тому, що метал по краях частин, що зварюються, оплавляється під дієютеплоти джерела нагрівання. Джерелом нагрівання може бути електрична дуга,газове полум'я, розплавлений шлак, плазма, енергія лазерного полум'я. При усіхвидах плавленням рідкий метал, що утвориться, однієї кромки з'єднується іперемішується з рідким металом іншої кромки, створюється загальний об'ємрідкого металу, що називається зварювальною ванною. Після затвердіння металузварювальної ванни виходить зварний шов. Сутність зварювання тиском полягає впластичному деформуванні металу про кромках частин, шляхом їхнього стиску піднавантаженням при температурі нижче температури плавлення. Зварний шов виходитьу результаті пластичної деформації. Зварюванням тиском добре зварюється тількипластичні метали: мідь, алюміній, свинець і ін. (холодне зварювання). Середвеликого розмаїття різних видів зварювання плавленням ведуче місце займаєдугове зварювання, при якому джерелом теплоти є електрична дуга.
Історія розвитку процесузварювання
У 1802 році російський вченийВ. В. Петров відкрив явище електричного дугового розряду і вказав на можливістьвикористання його для розплавлювання металів. Своїм відкриттям Петров поклавпочаток розвиткові нових галузей технічних знань і науки, що одержали надаліпрактичне застосування в електродуговому освітленні, а потім при електричномунагріванні, плавленні і зварюванні металів. У 1882 році учений – інженер Н. Н.Бенардос, працюючи над створенням великих акумуляторних батарей, відкрив спосібелектродугового зварювання металів вугільним електродом, що не плавиться. Їмбуло розроблений спосіб дугового зварювання в захисному газі і дуговому різанніметалів. У 1888 році учений – інженер Н. Г. Слав'янов запропонував робитизварювання металевим електродом, що плавиться. З ім'ям Слав'янова зв'язанийрозвиток металургійних основ електричного дугового зварювання, створенняпершого автоматичного регулятора довжини дуги і першого зварювальногогенератора. Їм були запропоновані флюси для одержання високоякісного металу зварнихшвів. (У московському політехнічному музеї є справжній зварювальний генераторСлав'янова й експонуються зразки зварених з'єднань). В 1924 – 1935 рр.застосовували в основному ручне зварювання електродами з тонкими іонізуючими(крейдовими) покриттями. В ці роки під керівництвом академіка В. П. Вологдінабули виготовлені перші вітчизняні казани і корпуси декількох суден. З 1935 –1939 рр. почали застосовувати товстопокриті електроди. Для електродних стержніввикористовували леговану сталь, що дозволило використовувати зварювання длявиготовлення промислового устаткування і будівельних конструкцій. У процесірозвитку зварювального виробництва, під керівництвом Е. О. Патона (1870-1953рр.), була розроблена технологія зварювання під флюсом. Зварювання під флюсомдозволило збільшити продуктивність процесів в 5-10 разів, забезпечити гарнуякість зварного з'єднання за рахунок збільшення потужності зварювальної дуги інадійного захисту розплавленого металу від навколишнього повітря, механізуватий удосконалювати технологію виробництва зварних конструкцій. На початку 50-хроків Інститутом електрозварювальника ім. Е. О. Патона було розробленоелектрошлакове зварювання, що дозволило змінити литі і ковані великогабаритнідеталі зварними; заготовки стали більш зручними при зборці-монтажі. Промисловезастосування з 1948 року одержали способи дугового зварювання в інертнихзахисних газах:
− ручний –електродом, що не плавиться;
механізований і автоматичний– електродом, що не плавиться і плавиться. У 1950 – 1952 рр. було розробленозварювання низьковуглецевих і низьколегованих сталей у середовищі вуглекислогогазу – процес високопродуктивний і забезпечує гарну якість зварних з'єднань.Зварювання в середовищі вуглекислого газу складає близько 30% об'єму всіхзварювальних робіт у нашій країні. Розробкою цього способу зварювання керувавдоктор наук, процесор К. Ф. Любавський. У ці ж роки французькими вченими буврозроблений новий вид електричного зварювання плавленням, що одержало назвуелектронно-променевого зварювання. Цей спосіб зварювання застосовується й унашій промисловості. Вперше у відкритому космосі було здійснено автоматичнезварювання і різання в 1969 році космонавтами В. Кубасовим і Г. Шоніним.Продовжуючи ці роботи, у 1984 році космонавтами С. Савицька і В. Джанібековапровели у відкритому космосі ручне зварювання, різання і паяння різання різнихметалів.
Призначення та перевагизварювання
До зварювання плавленнямвідноситься також газове зварювання, при якому для нагрівання використовуєтьсятепло полум'я суміші газів, що спалюється за допомогою пальника (ДСТ 2601-84).Спосіб газового зварювання був розроблений наприкінці минулого сторіччя, колипочалося промислове виробництво кисню, водню й ацетилену. У цей період газовезварювання було основним способом зварювання металів і забезпечувало одержаннянайбільш міцних з'єднань. Найбільше поширення одержало газове зварювання ззастосуванням ацетилену. З розвитком мережі залізниць і вагонобудування газовезварювання не могло забезпечити одержання конструкцій підвищеної надійності.Більше поширення одержує дугове зварювання. Зі створенням і впровадженням увиробництво високоякісних електродів для ручного дугового зварювання, а такожрозробкою різних методів автоматичного і механізованого дугового зварювання підфлюсом і в середовищі захисних газів, контактного зварювання газове зварюваннявитіснялося з багатьох виробництв. Проте газове зварювання застосовується вбагатьох галузях промисловості при виготовленні і ремонті виробів зтонколистової сталі, зварюванню виробів з алюмінію і його сплавів, міді, латуній інших кольорових металів і їхніх сплавів; наплавочних роботах. Різновидомгазопламеної обробки є газотермічне різання, що широко застосовується прирозкрої металу. До зварювання з застосуванням тиску відноситься контактнезварювання, при якому використовується також тепло, що виділяється в контактічастин, що зварюються, при проходженні електричного струму. Розрізняютьточкове, стикове, шовне і рельєфне контактне зварювання. Основні способиконтактного зварювання розроблені наприкінці минулого сторіччя. У 1887 році Н.Н. Бенардос одержав патент на способи точкового і шовного контактногозварювання, удосконаленні застосуванням електродів з міді і її сплавів, сталинайбільш розповсюдженими. Контактне зварювання займає ведуче місце середмеханізованих способів зварювання. В автомобілебудуванні контактне точковезварювання є основним способом з'єднання тонколистових штампових конструкцій.Кузов сучасного легкового автомобіля зварений більш ніж у 10 тисячах точок.Сучасний авіалайнер має кілька мільйонів зварних точок. Стиковим зварюваннямзварюють стики залізничних рейок, стики магістральних трубопроводів. Шовнезварювання застосовується при виготовленні бензобаків. Рельєфне зварювання єнайбільш високопродуктивним способом зварювання арматури для будівельнихзалізобетонних конструкцій. Особливістю контактного зварювання – високашвидкість нагрівання й одержання звареного шва. Це створює умови застосуваннявисокопродуктивних потокових і автоматичних ліній складання вузлів автомобілів,опалювальних радіаторів, елементів приладів і радіосхем.
Основні положеннязаконодавства про охорону праці робітників зварювальників
Створення безпечних умовпраці є основною і найважливішою задачею будь-якого виробництва. За правильнуорганізацію і стан техніки безпеки несе відповідальність керівництвопідприємства, а всі поточні питання вирішуються відділами техніки безпеки абоінженерами по техніці безпеки. Дотримання правил по техніці безпеки напідприємствах контролюється інспекцією Держтехнагляду України, інспектором ЦКпрофспілок робітників даної галузі промисловості, Державною санітарноюінспекцією пожежної охорони. Крім загальних (17) необхідно враховувати деякіспеціальні правила по техніці безпеки при зварюванні металів і санітарних умов:
1. “Правилатехніки безпеки і виробничої санітарії при електрозварювальних роботах”,затвердженні Президією ЦК профспілки робочі машинобудування 8 січня 1960 р. зізмінами від 158 лютого 1963 року, погодженими з Головою державною санітарієюУкраїни.
“Санітарні правила призварюванні, наплавленні і різанні металів” Міністерства охорони здоров'яУкраїни. Відповідно до трудового законодавства до зварювальних робітдопускаються особи не молодше 18 років; зварники мають додаткову відпусткутривалістю дог 12 робочих днів; при роботі всередині судиний робочий деньзварювальника обмежений до шести годин. Кожний зварювальник повинен удосконалості знати правила техніки безпеки, проходити інструктаж перед допускомдо роботи, здавати відповідні іспити. При виконанні зварювальних робіт можутьвідбуватися нещасні випадки по наступних причинах:
− поразкаелектричним струмом;
− шкідливийвплив світлового випромінювання електричної дуги;
− опіки відбризів розплавленого металу і шлаку;
− забрудненняповітря продуктами горіння зварювальної дуги;
− вибухисудин і вибухонебезпечних речовин;
− недотриманняпротипожежних правил.
Захист від враженняелектричним струмом
Електричний струм уражаєнервову систему людини або викликають опіки. Ступінь враження залежить від силиструму, його напруги й опору тіла людини. Величина струму до 0,002А непредставляє небезпеки, про м 0,002 до 0,05 А небезпечна, може викликати болючівідчуття, сприяє різкому скороченню м'язів, а вище 0,05 А може привести досмертельного результату. У сухих приміщеннях безпечним вважається напруга до36А, а в сирих – до 12 А, що необхідно враховувати при проводці ліній дляосвітлювальних цілей. Чим нижчий опір тіла людини, тим сильніше поразкаструмом. У сою чергу, опір тіла людини знижується (підсилюється ступіньпоразки) при вологій шкірі, у період сп'яніння, хвороби, перевтоми. Хворі людий у стані сп'яніння до зварювання не допускаються. Зварник постійно стикаєтьсяіз струмоведучими елементами зварювального ланцюга, що мають напругу до 90 А ітрохи вище, а також із зварювальним устаткуванням, що одержує харчування віделектричної мережі напругою 220, 380 і 500 А. Випадкове порушення (абовідсутність) заземлення або несправність устаткування призводить до поразкиелектричним струмом. Щоб уникнути поразки струмом при виконанні зварювальнихробіт, необхідно:
1. Надійнозаземлювати корпуса зварювальної апаратури і джерел харчування.
2. Застосовуватирубильники і перемикачі закритого типу.
3. Забезпечуватинадійну ізоляцію всіх проводів харчування (трансформаторів, перетворювачів,випрямителей і т. д.).
4. Недоторкатися незахищеними руками до електропровідників, користуватися сухимспецодягом і брезентовими рукавицями, у сирих місцях надягати гумові рукавиці ічоботи, застосовувати ізолюючі коврики.
5. Надійноізолювати рукоятку електротримачів і закріплюючих пристроїв, а при використаннізварювальних струмів вище 600 А електропровідник провід підключатибезпосередньо до електротримача, крім електропровідника через ізольованурукоятку.
6. Призварюванні внутрішніх швів резервуарів, казанів, труб і інших подібних закритихконструкцій користуватися гумовими (рукавичками) ковриками або підстилкою зізольованого матеріалу. Гумовим головним убором (шоломом) і діелектричнимигалошами, переносною лампою напругою не більше 12А; зварювання в серединізакритих конструкцій вести в присутності чергового підручного, котрий повинензнаходитися поза конструкцією, мати вільний доступ до рубильника длявідключення струму, добре знати, що йому потрібно робити у випадку враженнязварювальника електричним струмом.
7. Привиявлені напруги на корпусі апаратури, устаткування або на захисних кожухахнегайно робити зупинку роботи, викликати електромонтера або довести до відомамайстра.
8. Зварювальніпровідники надійно з'єднують механічними затискачами (муфтами), зварюванням абопаянням з наступною надійною ізоляцією місць з'єднання, не допускатизастосування різних навивок, структур і ін.
При виконанні зварювання уважких умовах (зварювання в закритих конструкціях, у сирих місцях і т. д.) застосовуватипристрій, що знижує напругу холостого ходу джерел живлення. Для підключенняоднофазних трансформаторів застосовували тільки трьохжильний гнучкий шланговийкабель, у якому третю жилу використовували для заземлення (один кінець жилипідключити до болта корпуса, що заземлює трансформатора, другий – до корпусарубильника). Щодня перед початком зварювання перевіряти справність апаратури,джерел живлення, струмоведучих проводів і надійність заземлення. При роботі навідкритих площадках і на монтажі джерела зварювального струму захищати відатмосферних опадів брезентом або будь-якими іншими засобами, що забезпечуютьвологонепроникненість. Запобігати можливим механічним ушкодженням струмоведучихпроводів при кантуванні зварювальних конструкцій, складуванні заготовок, прирусі рейкового й іншого транспорту. Допускати до обслуговування зварювальногоустаткування тільки кваліфікованих електромонтерів (не нижче ІІІ групи), щомають право на обслуговування електроустановок напругою до 1000 В. Викликатиелектромонтера для усунення несправності зварювальної апаратури і джерелживлення, для підключення їх до силової мережі, а також для їхнього відключеннявід силової мережі, для проведення всіх інших робіт, зв'язаних з дотриманнямзагальних правил монтажу й експлуатації електротехнічних силових установок. Придотриманні правил техніки безпеки ведення зварювальних робіт враженнязварювальників струмом цілком виключено. У випадку враження струмом необхіднотерміново прийняти наступні міри:
1) Якщоуражений струмом тримається за провід або яку небудь металеву деталь, щознаходиться під напругою, необхідно, не доторкуючись потерпілого, виключитиструм будь-яким способом (виключити рубильник, перебити провід сокирою із сухоюрукоядкою, зняти запобіжник, створити коротке замикання проводів, при якомуперегорять запобіжники). Якщо це швидко здійснити не можливо, то звільнитипотерпілого від проводів, строго дотримуючись наступних правил:
− недоторкатись до тіла потерпілого незахищеними руками;
− допускаєтьсябрати потерпілого за кінці одягу, якщо він сухий, або надягти гумові рукавички;
− якщопотерпілий уражений струмом від проводу, що обірвався, відкинути провід ударомсухої дерев'яної рейки, а у випадку судорожного зчеплення руки з проводомнадягнути гумові рукавички і, стоячи на ізолюючій підстилці, обережно по одномувідгинати пальці потерпілого.
2) Післязвільнення потерпілого від дії електричного струму:
− привиявленні подиху і пульсу обережно перенести його в тихе і спокійне місце,укласти на суху підстилку, розстебнути одяг, що здавлює, забезпечити доглядсвіжого повітря і викликати медичну допомогу;
якщо потерпілий не виявляєознак життя, негайно почати робити йому штучне дихання, що продовжуватибеззупинно робочий час – (іноді кілька годин) і припиняти тільки по висновкулікаря. З кожним роком підсилюються вимоги до виконання правил техніки безпеки,у результаті чого враження зварювальників електричним струмом у даний час –виключно рідкісне явище.
Захист від променівелектричної дуги
Промені електричної дуги шкідливовпливають на зварювальників і людей, які знаходяться поруч з ними. За своїмивластивостями вони поділяються на видимі і невидимі. До видимих відносятьсвітлові промені електричної дуги, які осліплююче діють на очі. Придовгочасному опромінені послаблюється зір. До невидимих відносятьультрафіолетові і інфрачервоні промені, які визивають запалення очей і опікишкіри. Ультрафіолетові промені шкідливо діють на сітчатку і рогівку очей. Якщона протязі декількох хвилин дивитись на світло дуги без захисних засобів, точерез деякий час появляється світлобоязкість, сльозоточивість та сильні болі вочах. Складається враження, що очі забруднені піском. Невеликі запалення очейпроходять через кілька годин. Інфрачервоні промені при тривалій дії викликаютьзахворювання очей, сприяють загальній утраті зору (катаракта хрусталика). Крімтого, світло дуги викликає на відкритих частинах тіла опіки такі ж, як сонячні.При зварюванні відкритою дугою (ручне зварювання, напівавтоматичному йавтоматичному в середовищі захисних газів) небезпечно дивитися не тільки надугу, але і на відображення світла від стін, небезпечне висвітлення дугою особилюдини в профіль. В останньому випадку начебто людина і не дивиться на дугу,але в цей час він може одержати опромінення очей, достатнє для порушеннязапального процесу. Для запобігання осіб, що працюють поруч з палаючоюзварювальною дугою і зварювальників застосовують загальні і індивідуальнізасоби захисту. До загальних засобів захисту відносяться кабіни з двер,виконаними у виді брезентових фіранок, переносні щити в ширми, коли робота наякомусь місці носить тимчасовий характер.
Таблиця. Склянісвітлофільтри для захисту очей зварників і допоміжних робітПризначення Позначення Класифікаційний папір Марка скла Розміри, мм Для електрозварювачів, працюючих на струмі А 30-75 Е-2 9 ТС-3 Прямокутні 52х102, товщиною 1,5-4,0 75-200 Е-2 10 ТС-3 200-400 Е-3 11 ТС-3 Понад 400 Е-4 12 ТС-3 Е-5 13 ТС-3 Для допоміжних робітників при електрозварюванні в цехах і на відкритих площадках.
В-1
В-2
В-3
2,4
3
4
ТС-1
ТС-1
ТС-2 Круглі діаметром 30-60, товщиною 1,5-3,5 Для газозварювальників при електрозварюванні в цехах і на відкритих площадках. Г-1 4 ТС-2 При газовому зварюванні і різанні середньої потуджності Г-2 5 ТС-2 При потужному газовому зварюванні і різанні. Г-2 6 ТС-2
Світлофільтр №13застосовується під час електрозварювання при струмі понад 400 А і зварюваннівідкритою дугою в середовищі захисних газів.
Захист від бризг, продуктівгоріння і попередження вибухів
Захист від бризг, крім опіківвід електричної дуги при зварюванні можуть бути опіки від бризів розплавленогометалу і шлаку. Для попередження опіків зварників необхідно:
1. Матиспецодяг із брезенту або щільного сукна.
2. Незаправляти куртку в штани, а штани в чоботи, не робити на спецодязі відкритікишені.
3. Прикриватиголову беретом або будь-яким головним убором без козирка.
4. Працюватив рукавицях.
Забезпечувати мінімальнерозбризкування металу шляхом відповідного підбора режимів зварювання. Захиствід продуктів горіння зварювальної дуги. Будь-які способи дугового зварювання втім або іншому ступені забруднюють повітря домішками, що можуть викликатиотруєння, поразку легень і призвести до легеневих захворювань. При зварюваннівсіх металів у тім або іншому ступені утвориться окис азоту, а також аміак, щовідноситься до токсичних газів. При зварюванні під флюсом виділяються фтористіз'єднання, а при ручному зварюванні марганцеві, також шкідливі для організмулюдини, тому у флюсах і обмазках електродів обмежують застосування фтористихз'єднань і марганцю. Виключено, наприклад, електроди марки ЦМ-7, в обмазку якихвходить 30% феромарганцю. Небезпечні не тільки токсичні гази, але і нетоксичні,якщо вони знижують процентний уміст кисню в повітрі. Перед зварюванням отворіву газопроводах обов'язково продути газопровід повітрям. Вибух може відбутися втому випадку, якщо чистий кисень стикається з мастилом і різними жирами. Прицьому відбувається якби процес самозаймання. Необхідно стежити, щоб мастило непотрапило на балони з киснем, кисневі шланги, різаки і зварювальні пальники.
Протипожежні заходи
У зварювальних цехах, набудівельно-монтажних площадках, на зварювальних і наплавочних ділянкахнеобхідно суворо дотримувати наступні правила, що запобігають можливостівиникнення пожежі від іскор, що розлітаються і бризг розплавленого металу:
1. Робочемісце зварника повинне бути цілком очищене від легкозаймистих абовибухонебезпечних металів. Легкозаймисті рідини і різні пальні матеріалиповинні знаходитись від місця зварювання на відстані не менш 30 м., ацителеновігенератори і балони з пальними газами – на відстані не менш 10 м.
2. У місцяхвиконання зварювальних робіт захист від іскор, що розлітаються, і бризг металуповинна забезпечуватися металевими або брезентовими ширмами, на ділянкахзварювання повинні бути вогнегасники, шухляди з піском, бочки з водою, різнийпожежний інвентар, обов'язково телефонний зв'язок і пристрої для звуковихсигналів.
3. Усіробітники та службовці при надходженні на роботу або при зміні робочих місць повиннібути проінструктовані з протипожежної безпеки і по прийнятому на підприємствіпротипожежному режимі. На великих ділянках і в цехах повинні бути офіційноназначені відповідальні за стан протипожежних засобів і виконанняпротипожежного режиму роботи.
4. Обов'язководва рази в тиждень перевіряти стан зварювального обладнання.
При гасінні пожежі, щовиникла в результаті витті пламенення рідин (бензину, гасу, рідких мастильнихматеріалів), не можна користуватися водою або рідкопінним вогнегасниками, необхідніпісок або спеціальні густопінні вогнегасники. Відповідальність за протипожежнийстан окремих цехів, майстерень, складів і інших об'єктів, а також за своєчасневиконання протипожежних заходів на них покладається персонально на начальниківцехів, майстерень, складів і т. д. Тому з усіх питань, зв'язаних із уживаннямзаходів протипожежної безпеки, необхідно звертатися насамперед до зазначенихкерівників. При аваріях зварювані роботи допускається робити під спостереженнямначальника цеху без письмового дозволу. Після закінчення вогневих робіт зварникзобов'язаний ретельно оглянути місце проведення цих робіт, полити водоюлегкозаймисті конструкції й усунути порушення, що можуть привести до виникненняпожежі. У даний час існують загальні правила й інструкції про пожежну безпекудля найбільш розповсюджених виробництв усіх міністерств і відомств. Вимоги попожежній безпеці для різних виробництв у відповідні правила техніки безпеки івиробничої санітарії при електрозварювальних роботах для цих виробництв.