`Міністерство освіти і науки України

Чернігівський професійний ліцей залізничного транспорту

№5

ДИПЛОМНА  РОБОТА

НА  ТЕМУ:  Зварювання кольорових металів і сплавів. Інструменти та прилади електрозварника. Основні види травматизму при зварюванні. Безпека праці.

Інноваційні технології.

   Студента групи  ЕЗ – 22

спеціальності  електрозварника ручного дугового зварювання

      Прізвище, ім’я, по-батькові                                                                                                   , 

Підпис  студента   _____________

Роботу  виконано_ _«         »                       2011 р.

Роботу  перевірено «__    _»______________2011р.

Оцінка: ______________________________________________

Викладач ____________________________________________

ЗМІСТ 
 

1. Вступ                                                                                                                                         3

2. Основна частина                                                                                                                                                   5

2.1. Зварювання міді                                                                                                               5

2.2. Зварювання латуні                                                                           ____                                  7

2.3. Зварювання бронзи             ______                                                                       ______9

2.4. Зварювання титану                                                              _ _    _             ______ ____ 10

3. Інструменти та прилади електрозварника                                                                 15

4. Основні види травматизму  при зварюванні                                                              18

5. Безпека праці                                                                                                                     22

6. Інноваційні технології                                                                                                      36

7. Список використаної  літератури                                                                                  38 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Вступ

  Зварюванням називається процес отримання нероз'ємного з'єднання матеріалів шляхом місцевого, або загального, нагріву зварювальних кромок деталей до пластичного, або  розплавленого, стану. Зварювання може бути виконано з використанням або  без використання механічного стикування зварювальних деталей.

  Міцність  зварного з'єднання забезпечується атомними або молекулярними зв'язками. Важливе значення має при цьому  взаємна дифузія атомів речовини зварювальних матеріалів. Сучасна зварювальна  техніка распологає великим різновидом способів зварювання. Найбільше розповсюження отримало електродугове зварювання, при якому місцевий нагрів зварювальних кромок здійснюється теплом електричної дуги. Явище електродугового розряду вперше було відкрито у 1802 році російським вченим, професором фізики Пітербуржської медико-хірургічної академії Василієм Владимировичем Петровим. В своїй праці він не тільки описав явище електричної дуги, але й передбачив можливість використання тепла, виділеного дугою, для плавлення металів.

  Таким чином В.В. Петров першим вказав на можливість електричного плавлення металів. Однак  це відкриття не знайшло практичного  застосування та розвитку в умовах низького рівня техніки.

  У 1882 році талановитий російський винахідник Миколай Миколайович Бенардос розробив і запропонував практичний засіб використання електричної дуги для зварювання металів. По цьому засобу зварювання виконується електричною дугою збудженою між вугільним електродом і виробом. Де кілька пізніше, у 1882 році російський інженер - винахідник Н.Г.Славянов розробив спосіб зварювання за допомогою металевого електрода.Цей засіб в наш час широко використовується в зварювальному виробництві крім того, М.М.Бенардос і Н.Г.Славянов розробили також основні положення другого способу зварювання: з декількома електродами, в середовищі захисних газів, контактна зварка. В 1929 році інженер - винахідник Д.А. Дульчевський розробив засіб автоматичного дугового зварювання під шаром флюсу.

  У 1940 році цей спосіб був ретельно вивчений, розвинений і впроваджений в  
промисловості та будівництві.У цьому велика заслуга Інституту імені Е.О. Патона. Інститут розробив теорію автоматичного зварювання, флюси і автомати для зварювальних робіт. Велику роботу провів інститут по широкому впровадженню автоматичного зварювання в промисловості. Ця робота продовжується і в наш час і інститут має тісний зв'язок з багатьма галузями народного господарства в яких використовують зварювальні роботи.

  У період Вітчизняної війни і в  післявоєнні роки зварювання отримало велике  
використання в воєнній техніці, виробництві зброї та боєприпасів і відновлюючих  
роботах. Зварювання зайняло важливе місце в різних галузях промисловості і будівництві завдяки своїм перевагам, перед іншими засобами виробництва виробів, наприклад, клепкою, литвом, ковкою і т.д.

  Важливою  перевагою зварювання була можливість при виробництві виробу вибирати його найбільш раціональну конструкцію  і форму. Крім того, зварювання дозволяє економно використовувати метали і  значно зменшувати відходи промисловості. Зварювання знижує працеемність, так як потребує меншого об'єму робіт, ніж при клепці і литті.

  Виключаються  такі роботи, як розмітнє свердління отворів, складне формування. Особо відчутно зниження праце ємності при виробництві крупно габаритних виробів. Наприклад виробництво кожуха будівельної печі клепкою потребувало біля 170-200 днів. В наш час такий кожух збирають і зварюють за 70-75 днів.

  Заміна  литих корпусів і станин зварювально-літих формами штампозварених також дає ефективне зниження трудоємкості в заготовчих цехах і при послідуючій обробці. Це в свою чергу, знижує вартість виготовлення багатьох виробів.

  Зварні  з'єднання по міцності як правило  не уступають міцності того метала  
з якого вироблені вироби. Зварювальні конструкції застосовують при виробництві  
виробів, працюючих при знакоперемінних та динамічних навантажень, при високих температурах і тисках.

  Умови праці при зварюванні як по гігієні, так і по безпеці значно покращені  
чим при клепанні і особливо при литті. У промисловості і будівництві застосовуються різні засоби зварювання. Найбільше застосування отримала зварювання плавленням, яка має слідуючи основні різновиди:

  Електродугове зварювання, при якому розплавлення метала зварних кромок деталей і  електроду (або присадочного матеріалу) проходить за рахунок тепла, видаленого електричною дугою. Електродугове зварювання можливо виконувати в ручну, полуавтоматично і автоматично.

2. ОСНОВНА ЧАСТИНА

Зварювання  кольорових металів  і сплавів

2.1. Зварювання міді

    Температура ◦С плавлення міді 1080-1083 ◦С, В інтервалі t ◦С 300-500 ◦С мідь володіє гарячиломкістю, в рідкому стані розтворяє гази – кисень і водень, що затрудняє її зварку. З киснем утворюється закись міді Сu2О котра дає проміжний сплав Сu2О+Сu який розміщується по границям зерен. Так як t ◦С проміжного сплаву на 20◦ нижча чим t ◦С плавлення чистої міді, то він помагає утворенню гарячим тріщин при кристалізації шва. Схильність до утворення тріщин суттєво повликається із збільшенням товщини зварювального металу.

    Трудність зварки ще є також із-за високої  її теплопровідності і рідинотекучості у розплавленому стані. Чим менше кисню у вигляді закисі міді знаходиться у міді, тим краще вона піддається зварці. Найкраще зварюється електролітична мідь. Яка містить домішок не більш 0,4 %. Вилита мідь яка містить до 1% домішок зварюється гірше. Хром, марганець, залізо, нікель і тантал повишають міцність металі шва при зварці міді.

      Із-за значної теплопровідності  міді – дугова зварка її  вимагає повишеної величини струму і великої рідинотекучості міді, вимагає щільного приєднання листів. Кут розкриття крою повинен бути 70-75◦. Мідь більше 6 мм зварюючи з попереднім підігрівом. Листи товщиною від 1-5 мм зварюють звідбортовкою кромок. Тонкі листи (менше 6 мм) після зварки прохолоджують в холодному стані. А товсті при 200-300 ◦С.

    Для надання металу шва в’язкості  і плавності після проковки його потрібно відкалювати і нагрівати до t ◦С 550-600◦С і швидко охолодити у відрі, щоб не допустити тріщин проковку потрібно вести при t ◦С не вище 300 ◦С так як мідь при такій t ◦С робиться пробкою. Зварку виконують вугільним або металічним електродом.

    Зварюваність  міді. Мідь зварюється погано через  її високу теплопровідність, водопровідність і підвищеної схильності до утворення тріщин при зварюванні.

    Теплопровідність  міді при кімнатній температурі  в шість разів більше теплопровідності технічного заліза, тому зварювання міді і її сплавів повинна вироблятися  зі збільшеною погонною тепловою енергією, а в багатьох випадках з попереднім і супутнім підігрівом основного  металу.

    При переході з твердого стану в рідке  мідь виділяє велика кількість теплоти (схована теплота плавлення), тому зварювальна ванна підтримується  в рідкому стані більш тривалий час, чим при зварюванні стали. Підвищена  водопровідність міді утрудняє її зварювання у вертикальному, горизонтальному й особливо в стельовому положеннях.

    Водень  у присутності кисню робить негативна  дія на властивості міді. Водень, що проникає в мідь при підвищених температурах зварювання, реагує з  киснем оксиду міді (Сu2О + 2Н Н2О + 2Сu), утворить водяна пара, що, прагнучи розширитися, приводить до появи дрібних тріщин. Це явище при зварюванні міді називають  «водневою хворобою». Якщо зварювати  мідь покритими мідними електродами  без підігріву виробу, що зварюється, (зі швидким охолодженням), то виникають  гарячі тріщини.

    Однак при зварюванні з підігрівом, що створює умови повільного охолодження, водяна пара в більшості випадків до затвердіння металу виходить назовні; невелика частина водяної пари залишається  між шаром зварювального шлаку  і поверхнею металу шва. У результаті цього поверхня металу шва після  видалення ще гарячого шлаку стає нерівної з дрібними поглибленнями, що можна уникнути при дуже повільному охолодженні шва і шлаку.

    Чим більше утримується кисню в міді, що зварюється, тим значніше виявляється  «воднева хвороба».

    Домішки в міді миш'яку, свинцю, сурми, вісмуту  і сірки утрудняють зварювання. Вони практично не розчиняються в міді, не утворять з нею легкоплавкі  хімічні сполуки, що, знаходячись  у вільному стані, розташовуються по границях зерен і послабляють  міжатомні зв'язки. У результаті під дією усадочної сили, що розтягує, у процесі охолодження звареного  з'єднання утворяться гарячі тріщини. Тому зміст кожної зі шкідливих домішок (кисню, вісмуту, свинцю в міді й у  зварювальних матеріалах) не повинне  бути більш 0,03 %, а для особливо відповідальних зварених виробів — 0,01 %.

    Коефіцієнт  лінійного розширення міді більше коефіцієнта  лінійного розширення заліза, у зв'язку з чим зварювальні деформації при зварюванні конструкцій з  міді і її сплавів трохи більше, ніж при зварюванні сталей.

    Основні види зварювання міді плавленням: дугова покритими електродами; дугова порошковим дротом, дугова в газі, автоматична  дугова під флюсом, плазменна зварювання, газове зварювання й ін.

    Зварювання  міді покритими металевими електродами  дає задовільну якість у випадках, якщо мідь, що зварюється, містить кисню  не більш 0,01 %. При змісті в міді кисню  в кількостях більш 0,03 % зварені з'єднання  мають низькі механічні властивості.

    Для зварювання міді застосовують покриті  електроди марок ДО-100 (завод «Комсомолець»), ОМЗ-1 (досвідчений Московський завод) і ін. Склад електрода марки  ДО-100 наступний: стрижень з металу марки  М1; покриття — плавиковий шпат 12,5%, польовий шпат—15%, феромарганець Мn1, Мn2 — 47,5%, кремениста мідь (73 — 75% міді, 23 — 25% кремнію й інше домішки) — 25 %.

    Зварювання  ведуть у нижнім положенні на постійному струмі зворотної полярності. При  зварюванні аркушів товщиною більш 6 мм потрібен попередній підігрів основного  металу до 300 — 400 °С.

    Газове  зварювання мідних аркушів товщиною до 10 мм виконується полум'ям потужністю 150 дм3 ацетилену/год на 1 мм товщини металу. Аркуші

    більшої товщини зварюють полум'ям з розрахунку 200 дм3/год на 1 мм товщини металу. Зварювання краще робити одночасно двома пальниками з двох сторін відбудовним полум'ям, для того щоб не допускати утворення в зварювальній ванні оксидів міді. Зварювання міді на вуглевоживаючим полум'ям не допускаються, тому що при цьому утворяться пори і тріщини у шві внаслідок утворення З2 і Н2О по реакціях: З + Сn2О-+З2 + 2Сn; Н2 + Сn2ОН2О + 2Сn.

    Шов заповнюється за один шар. Багатошарове газове зварювання викликає перегрів металу і тріщини у швах. Щоб  уникнути перегріву міді, зварювання варто вести з високими швидкостями  нагрівання й охолодження зварених з'єднань.

    Метал товщиною до 2 мм зварюють встик без присадочного матеріалу, при товщині 3 мм і більш застосовують скіс крайок з кутом оброблення 90° і притупленням 1,5 - 2 мм. Толсті мідні аркуші зварюють встик з обробленням крайок у вертикальному положенні одночасно з двох сторін двома пальниками. Присадочний дротом служить чиста мідь або мідь зі змістом розкислювачів: фосфору — до 0,2 % і кремнію — до 0,15 - 0,30%. Дріт підбирають діаметрами від 1,5 до 8 мм у залежності від товщини аркушів, що зварюються; дріт діаметром 8 мм уживається для аркушів товщиною 15 мм і більш.

    Газове  зварювання міді виконується з флюсами, що складаються в основному з  бури.

    Висока  якість звареного з'єднання одержують, застосовуючи газофлюсового зварювання, при якій порошкоподібний флюс засмоктується ацетиленом і подається безпосередньо в полум'я пальника від спеціальної установки КГФ-2-66.

    Застосуванню  проковування металу шва (краще околошовного металу) ще більш поліпшує механічні властивості зварених з'єднань.

2. Зварювання латуні

    Зварювання  латуні. Латунь являє собою сплав  міді з цинком; температура плавлення  латуні 800-1000 С.

    При дуговому зварюванні з латуні інтенсивно випаровується цинк; розплавлений метал  поглинає водень, що не устигає виділитися при затвердінні рідкого металу в зварювальній ванні, у результаті чого у шві утворяться газові пори. Водень попадає в зварювальну  ванну з покриття, флюсу або  повітря.

    Зварювання  латуней покритими електродами  знаходить обмежене застосування, в  основному для виправлення шлюбу  лиття. Це порозумівається сильним  випаром цинку в порівнянні насамперед з газовим зварюванням або  дуговий під флюсом, або дуговий  у захисному газі.

    Для дугового зварювання латуні застосовують електроди з покриттям виду ЗТ. Склад електрода наступний: стрижень із кремніємарганцевої бронзи Бр КМц 3-1, що містить 3% кремнію і 1% марганцю; покриття з 17,5% марганцевої руди, 13% плавикового шпату, 16% сріблистого графіту, 32% ферросилиция 75 %-ного, 2,5 % алюмінію в порошку. Зварювання ведеться постійним струмом при зворотній полярності короткою дугою з метою зниження вигоряння цинку. Від витікання металу зі зварювальної ванни стик захищають прожареною азбестовою підкладкою зі зворотної сторони стику. При товщині аркушів до 4 мм оброблення крайок така ж, як і для сталі. Після зварювання шов проковують, а потім випалюють при 600-650 °С для вирівнювання хімічного складу і додання металові дрібнозернистої структури.

    Зварювання  латуні можна виконувати вугільним  електродом на постійному струмі прямої полярності з застосуванням флюсу.

    Дугове  зварювання латуней порошковим дротом і в газі; в останні роки стали  застосовувати плазменно-дугове зварювання латуней, міді й ін.

    Газове  зварювання латуней забезпечує кращу  якість зварених з'єднань, чим дугова покритими електродами. Для зменшення  випару цинку зварювання латуні ведуть окисним полум'ям; при цьому на поверхні зварювальної ванни утвориться рідка плівка оксиду цинку, що перешкоджає  його випарові. Надлишковий кисень окисляє частина водню полум'я, тому поглинання рідким металом водню  зменшується.

    Для видалення оксидів міді і цинку  при газовому зварюванні користуються флюсом, складеним на основі бури.

    Для зменшення випару цинку і поглинання зварювальною ванною водню кінець ядра полум'я повинний знаходитися від  металу, що зварюється, на відстані в 2 - 3 рази більшому, ніж при зварюванні стали.

    Для газового зварювання латуней застосовують присадочний дріт марки ЛК62-0,5 (ДСТ 16130-72), що містить 60,5-63,5% міді, 0,3-0,7% кремнію, інше — цинк. Як флюс при зварюванні цієї присадочним дротом застосовують прожарену буру. Без застосування флюсу можна користуватися самофлюсуючийся присадочний дротом марки ЛКБ062-004-05.

    Гарна якість газового зварювання латуней  досягається застосуванням флюсу  БМ-1 (розроблений ВНИИавтогенмаш), що складається з 25% метилового спирту і 75% метилбората або флюсу БМ-2, що складається з одного метилбората. Ці флюси вводяться в зварювальну ванну у виді пар. Ацетилен пропускається через рідкий флюс, що знаходиться в особливій судині (флюсопитателі), насичується парами флюсу і подається в пальник. У полум'ї флюс згоряє по реакції: 2В(СН3О)3 + 9О2 = В2О3 + 6З2 + 9Н2О. Борний ангідрид В2О3 є речовиною, що флюсує. Застосування флюсу БМ-1 підвищує продуктивність зварювання, дає метал шва з високими механічними властивостями і забезпечує майже повну нешкідливість процесу для зварника.

3. Зварювання  бронзи

    Зварювання  бронзи. Бронза — це сплави міді з  оловом (3 —14% — оловянисті бронзи), кремнієм (до 1 % — кременисті бронзи), марганцем, фосфором, бериллієм і ін. Звичайно бронзи застосовуються для виготовлення литих деталей.

    Зварені з'єднання марганцевої бронзи (0,2 - 1 % — марганцю) відрізняються високою  пластичністю і міцністю, що трохи  перевищує міцність зварених з'єднань міді.

    Берилієві бронзи, що містять до 0,05% бериллія, утворять зварені з'єднання з задовільною міцністю.

    Зміст більш 0,5% бериллія в мідному сплаві приводить при зварюванні до окислювання бериллія; оксиди, що утворилися, із працею віддаляються зі зварювальної ванни. Тому якість зварених з'єднань з таких бронз невисоке.

    Існує кілька десятків марок бронз. По зварюваності бронзи значно відрізняються друг від друга, тому і технологія зварювання бронз різноманітна.

    Зварювання  бронзи можна виконувати вугільним  електродом із присадочним металом, покритими електродами, що не плавиться (вольфрамовим) електродом в аргоні, плазменою дугою й ін.

    Звичайно  присадочний матеріал підбирають близьким до хімічного складу металу, що зварюється.

    Зварювання  марганцевої бронзи (наприклад, марки  Бр Мц6) виконують електродами марки ДО-100, обов'язково з попереднім підігрівом до 400 — 500 °С. Для зварювання алюмінієвих і алюмінієво-нікелевих бронз (виправлення дефектів лиття) можна застосовувати електроди марки АНМц/ЛКЗ-АБ з попереднім підігрівом до 150-300 °С. Зварювання виконують на постійному струмі при зворотній полярності короткими ділянками.

    Як  правило, бронзи зварюють у нижнім або  похилому (до 15°) положенні.

    Газове  зварювання бронз ведеться відбудовним полум'ям, тому що при окисному полум'ї відбувається вигоряння легуючих елементів (олова, алюмінію, кремнію). Потужність полум'я встановлюють 100-150 дм3 ацетилену/год на 1 мм товщини металу, що зварюється. При зварюванні користуються тими ж флюсами, що і для зварювання міді і латуні.

    Газове  зварювання бронз дає міцність зварених з'єднань, рівну 80—100% міцності металу, що зварюється.

4. Зварювання титану

   Бурхливий розвиток низки галузей промисловості  вимагало застосування нових конструкційних матеріалів, серед яких титан займає перше місце. Рідкісне поєднання  в ньому високих механічних і  спеціальних властивостей зумовили безперервно розширюється застосування його в авіапромисловості, суднобудуванні, хімічному машинобудуванні та інших  важливих галузях виробництва.

   Титан має малу питому вагу, високу температуру  плавлення (1660 град.), Більшу корозійну  стійкість в багатьох агресивних середовищах і високу міцність при  нормальних і високих температурах.

   Завдяки цьому в певних умовах експлуатації титан і його сплави мають незаперечні  переваги перед широко відомими конструкційними  матеріалами, такими, як алюмінієві і  магнієві сплави, кислотостійкі і  теплостійких аустенітні сталі та ін

   Технічний титан містить домішки, з яких найважливішими є азот, кисень, водень, вуглець (табл. 1). Ці домішки підвищують міцність і знижують пластичність і  в'язкість металу, що в зварних  швах викликає утворення холодних тріщин.

   Таблиця 1. Хімічний склад, структура і механічні  властивості деяких титанових сплавів.

     Для забезпечення гарної зварюваності в  технічному титані обмежують вміст  цих домішок. Титан має дві  Аллотропических форми: альфа-титан, що має гексагональну решітку і існуючий до 882 ^o C - цьому сприяють легуючі домішки алюмінію, олова, цирконію; бета-титан - високотемпературна модифікація з кубічної об'емноцентрірованной гратами - цьому сприяють легуючі домішки алюмінію, молібдену, ванадію, марганцю, заліза, хрому.

     У залежності від ступеня легування  титану зазначеними елементами сплав  при охолодженні до кімнатної  температури зберігає деякий кількістю  або повністю бета-фазу. Таким чином  по мікроструктурі сплави титану можуть бути поділені на однофазні сплави, що мають при кімнатній температурі  альфа-і бета-фазу, і на двофазні сплави, що мають при кімнатній  температурі фази альфа + бета.

     Практичне застосування знаходять сплави, що мають у своєму складі або тільки альфа-фазу, або двофазні альфа + бета фази.

     Зварювання  титану зв'язана з певними труднощами, головною з яких є велика хімічна  активність титану при високих температурах по відношенню до азоту, кисню і водню.

     Тому  необхідною умовою для отримання  якісного з'єднання при зварюванні є надійний захист від газів повітря  не тільки зварювальної ванни, але і  остигаючих ділянок металу шва і  зони термічного впливу аж до температури 400 ^o C. Необхідно також захищати зворотний бік шва навіть і тому випадку, якщо вона не розплавляється, а тільки нагрівається вище 400 ^o C.

     Певні труднощі виникають у зв'язку з  великою схильністю титану до зростання  зерна при нагріванні до високих  температур, особливо в області бета-фази. Для запобігання цьому зварювання слід робити з можливо мінімальної  погонною енергією.

     Частим  дефектом зварних швів титанових  сполук є холодні тріщини. Холодні  тріщини виникають в тому випадку, якщо шов має знижені пластичні  властивості внаслідок насичення  газами. При цьому холодні тріщини  у швах можуть утворитися з часом.

     Основною  причиною появи холодних тріщин є  велика розчинність водню в титані при високих температурах. При  значному зниженні розчинності з  пониженням температури випадання  водню з твердого розчину при  охолодженні, а також з повністю остиглого металу супроводжується  утворенням гідридів, що призводять до крихкості титану, і виникнення у  шві великих внутрішніх напружень, і, як наслідок - тріщин.

     Для запобігання металу шва від насичення  воднем рекомендується застосовувати  електродну або присадні дріт, попередньо піддану вакуумному отжигу. Вміст водню в такій дроті не перевищує 0,004-0,006%.

     Для з'єднання деталей з титану і  його сплавів застосовуються: ручна  аргоно-дугове зварювання неплавким електродом; автоматична аргоно-дугове зварювання дротом з титану; автоматична дугова зварка під флюсом; електрошлакове зварювання з подачею на поверхню шлакової ванни інертного газу.

    Деякі технологічні вказівки зі зварювання титану та його сплавів вольфрамовим електродом в аргоні наведені нижче.