Подготовка металла под сварку

Содержание 

Введение…………………………………...……………………….…..1

Подготовка металла под сварку…………………….……..………….4

Сборка деталей под сварку.……………………………………..….....7

Сборочно-сварочные приспособления………………………….........8

Основные требования безопасности труда…………………………10

Литература……………………………………………………….……13

Введение.

Сваркой называется процесс получения неразъемных  соединений по средствам установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или  общем нагреве или пластическом деформировании, или совместным действием  того и другого.

В 1802г. впервые  в мире профессор физики Санкт-Петербургской  медико-хирургической академии В.В. Петров (1761-1834) открыл электрическую дугу и описал явление, происходящее в ней, а также указал на возможность ее практического применения.

В 1881г. русский  изобретатель Н.Н. Бенардос (1842-1905) применил электрическую дугу для соединения и разъединение сталей. Дуга Н.Н. Бенардоса горела между угольным электродом и свариваемым металлом. Присадочным прутком для образования шва служила стальная проволока, В качестве источника электрической энергии использовались аккумуляторные батареи. Сварка, предложенная Н.Н. Бенардосом, применялась в России в мастерских Риго-Орловской железной дороги при ремонте подвижного состава. Н.Н. Бенардосом были открыты и другие виды сварки: контактно-точечная сварка несколькими электродами в защитном газе, а также механизированная подача электрода в дугу.

В 1888г. русский  инженер Н.Г. Славянов (1854-1997) предложил  дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Он разработал научные основы дуговой сварки, применил флюс для защиты металла сварочной ванны от воздействия воздуха, предложил наплавку и сварку чугуна. Н.Г.Славянов изготовил сварочный генератор своей конструкции и организовал первый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897г. Н.Н. Бенардос и Н.Г. Славянов положил начало автоматизации сварочных процессов. Однако в условиях царской России их изобретения не нашли большого применения. Только после Октябрьской революции сварка получает распространение в нашей стране. Уже в начале 20-х годов под руководством профессора В.П. Вологдина на Дальнем Востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлов, а несколько позже - сварку судов и ответственных конструкций.

Развитие  и промышленное применение сварки требовало  разработки и изготовления надежных источников питания, обеспечивающих устойчивое горение дуги. Такое оборудование - сварочный генератор СМ-1 и сварочный  трансформатор с нормальным, магнитным  рассеянием СТ-2 было изготовлено впервые в 1924 году ленинградским заводом "Электрик". В том же году, ученый В.П.Никитин разработал принципиально новую схему сварочного трансформатора типа СТН.

В 1928 году Д.А. Дульчевский изобрел автоматическую сварку под флюсом.

Новый этап в развитии сварки относится к  концу 30-х годов, когда коллективом института электросварки, АН УССР под руководством академика АН УССР Е.О. Патона был разработан промышленный способ, автоматической сварки под флюсом. Внедрение его в производство началось в 1940 году. Позже был разработан способ полуавтоматической сварки под флюсом

В конце 40-х  годов получила промышленное применение сварка в защитном газе. Коллективами Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения (ЦНИИТМаш) и Института электросварки им. Е.О. Патона (ИЭС) разработана и в 1952 году внедрена полуавтоматическая сварка в углекислом газе. Огромным достижением сварочной техники явилась разработка коллективом ИЭС с 1949 года электрошлаковой сварки, позволяющей сваривать металлы практически любой толщины.

Впервые в  мире космонавтики К.С. Шониным и Б.Н. Кубасовым была произведена сварка в космосе (сварка в вакууме).

В 1932 году К.К. Хренов разработал подводную электрическую сварку металлов, покрыв электрод специальной обмазкой (добился устойчивости газового пузырька).

Авторы сварки в углекислом газе плавящимся электродом и электрошлаковой сварки - К.М. Новожилов, Г.З. Волошкевич, К.В.Любавский удостоены Ленинской премии.

В последние  годы в стране стали применяться: сварка ультразвуком, электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, колодная сварка, сварка трением и т.д.

Большой вклад  в развитие сварки внесли ученые : В.П Вологдин, В.П. Никитин, Д.А Дульчевский, Е.О. Патон, а также коллективы: ИЭС им. Е.О. Патона, ЦНИИТМаш, Московского Высшего технического училища (МВТУ)" им. Н.Баумана, Всесоюзного научно-исследовательского, проектно-конструкторского и технологического института электросварочного оборудования (ВНИИЭСО), Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института автогенного машиностроения (ВНИИавтогенмаш) и др.

В промышленности Республики Беларусь эффективно применяются  современные сварочные технологии. На многих предприятиях широко используется автоматизированная и механизированная сварка в среде защитных газов, контактная точечная сварка, различные, новые методы сварки, наплавки, напыления, резки. Идет внедрение робототехнологических комплексов, новейших средств технологического оснащения, а также современных методов контроля качества сварных соединений.

В машиностроении, строительстве, энергетике и других отраслях работают тысячи квалифицированных рабочих, техников и инженеров-сварщиков, которые вносят значительный вклад в развитие сварочного производства и подготовку кадров для промышленности Беларуси.

В Республике Беларусь в 1992 году в составе НПО  порошковой металлургии создан Научно-исследовательский и конструкторско-технологический Институт сварки и защитных покрытий (НИИ СП). Основными направлениями деятельности НИИ СП являются руководство государственными программами в области сварки и покрытий, проведение фундаментальных и прикладных исследований, оказание практической помощи промышленным предприятиям и организациям по сварке.

В последние  годы ученые-сварщики Беларусии работают над созданием ресурсосберегающих технологий, которые позволяют снизить потребление электроэнергии, уменьшить расход материалов, рационально использовать труд сварщиков при изготовлении различных конструкций, машин и изделий.

В настоящее  время сваривают материалы толщиной от нескольких микрон (в микроэлектронике) до нескольких метров (в тяжелом машиностроении) Наряду с широко применяемыми конструкционными сталями сваривают, специальные стали, сплавы на основе алюминия, меди, титана, циркония, ниобия и других металлов, а также разнородные материалы.

Существенно расширились условия проведения сварочных работ: сварку осуществляют в условиях высоких температур, радиации, под водой, в космосе. Сварные швы выполняют в любых пространственных положениях.

Сварка во многих случаях заменила такие трудоемкие процессы изготовления конструкций, как клепка, литье, соединение на резьбе, ковка.

Преимущества  сварки над этими процессами:

- экономия металла - 10...30% и более  в зависимости от сложности  конструкции;

- сокращение сроков работы и  уменьшение стоимости изготовленных  конструкций;

- возможность механизации и  автоматизации  сварочного производства;

- возможность использования наплавки  для восстановления изношенных  деталей;

- герметичность сварочных соединений выше, чем клепаных и резьбовых;

- уменьшение производственного  шума и улучшение условий труда  рабочих.

Подготовка  металла под сварку.

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.

Рис. Листоправильный станок

Уголки правят на углоправильных вальцах.

Рис. Углоправильный станок

 Правка  швеллерного и двутаврового профиля  производится с помощью правильно-гибочных прессов.

Рис. правильно-гибочный пресс

 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.

На кромках  не должно быть зарезов глубиной более 1,5 мм, прямолинейность кромок должна быть проверена с помощью рейки ч измерительной линейки, а углы скоса кромок — шаблонами.

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.

Сборка  деталей под сварку.

Предварительно  заготовленные и подготовленные к сварке детали затем поступают на сборку отдельных узлов и изделий в целом.

Сборка является весьма ответственной операцией  в общем технологическом процессе изготовления сварных конструкций. При сборке важно обеспечивать требуемую точность пригонки и совпадения кромок свариваемых элементов.

Сварные конструкции  собирают различными способами. В некоторых случаях собирают всю конструкцию, а затем ее сваривают. Но при этом цикл сварочных работ удлиняется, а сварка собранной конструкции в ряде случаев бывает затруднена, так как сварщикам не всегда приходится выполнять швы в наиболее удобном для сварки положении.

Поэтому широко распространен способ сборки и сварки крупных конструкций из предварительно сваренных узлов. В этом случае процесс изготовления ускоряется и улучшается качество выполнения сварочных работ, так как сварку узлов осуществляют в приспособлениях. Данный способ применяется при изготовлении, например, судов, вагонов, цистерн и резервуаров, мостов, каркасов зданий и др.

Использование приспособлений обеспечивает точность взаимного расположения собираемых и свариваемых частей, облегчает трудоемкость сборочных работ, сокращает продолжительность процесса сборки, облегчает труд сварщика при установке, прихватке и поворотах изделия. Некоторые приспособления препятствуют короблению деталей при сварке, так как обеспечивают жесткое закрепление свариваемых частей.

Точность  сборки изделий под сварку зависит  от их конструкции и назначения, а также способа сварки. Обычно она указывается на чертежах и в технических условиях на изготовление изделия.

Для проверки точности сборки деталей под сварку используются шаблоны, измерительные линейки и щупы, а также универсальные измерители швов.

При сборке необходимо учитывать возможность  последующей деформации изделия под влиянием нагрева при сварке и усадке наплавленного металла. Поэтому, например, при сборке под сварку угловых швов прямой угол между деталями следует увеличивать на 2—3°, так как при усадке металла шва этот угол уменьшится.

Сборочно-сварочные  приспособления.

Под ручную дуговую сварку конструкции собирают при помощи сборочных приспособлений или прихваток. Некоторые типы сборочных приспособлений: струбцины - выполняют разнообразные операции по сборке углового металла, балок, полос и т. п.; клинья - используют для сборки листовых конструкций; рычаги — для сборки углового металла и других конструкций; стяжные уголки и угловые фиксаторы — для сборки листовых конструкций; домкраты — для стягивания обечаек, балок и других конструкций; прокладки с клиньями — для сборки листовых конструкций с соблюдением величины зазора; стяжные планки и угольники — для сборки листовых конструкций под сварку без прихваток. Применяют и другие типы приспособлений.

Рис. Универсальные сборочные приспособления:

а — клинья; б — упоры из листов и угловых  профилей; в — угловая сталь  на прихватках с болтом; г — стяжка винтовая; д — скобы; е — рычажно-винтовая стяжка; ж — струбцина откидная; з — домкрат

Перед сборкой  обработанные элементы конструкций должны быть измерены, осмотрены их кромки, а также прилегающий к ним металл, тщательно очищены от ржавчины, масла, краски, грязи, льда, снега, влаги и окалины. В цеховых условиях элементы конструкций собирают на стеллажах — плитах, имеющих пазы для установки в них приспособлений (болтов, стяжек, штырей и т.п.), крепящих собираемые элементы по размерам, предусмотренным в чертежах.

Используются  также простейшие стеллажи из горизонтальных балок, установленных на стойках высотой 200—400 мм. При сборки листовых конструкций с помощью простейших приспособлений и сборки конструкций из профильного металла — углового, двутаврового и т. п. кромки собранных конструкций, подлежащие сварке, по своей форме и размерам должны соответствовать чертежам и стандартам.

Стыки конструкций  по мере сборки закрепляют прихватками — короткими сварными швами для фиксации взаимного расположения подлежащих сварке деталей. Прихватки размещают в местах расположения сварных швов, за исключением мест их пересечения Длина прихваток для сталей с пределом текучести до 390 МПа должна быть не менее 50 мм и расстояние между ними — не более 500 м, для сталей с пределом текучести более 390 МПа прихватки должны быть длиной 100 мм и расстояние между ними — не более 400 мм. При небольшой толщине собираемых деталей (4—6 мм) прихватки могут быть более короткими (20—30 мм) и расстояние между ними 200—300 мм. При сборке на прихватках громоздких тяжелых конструкций, кантуемых при сварке, расположение прихваток и их величина указываются в проекте производства сварочных работ. Неудаляемые при сварке прихватки должны выполняться сварщиками, которые впоследствии будут сваривать прихваченные соединения.

Прихватки придают  жесткость конструкции и препятствуют перемещению деталей от усадки при сварке, что может привести к образованию трещин, особенно в элементах большой толщины. Поэтому сборку на прихватках применяют при толщине металлов 6 —10 мм, а при большей толщине используют сборочные приспособления, фиксирующие форму и размеры конструкций, однако допускающие ее незначительное перемещение от сварочной усадки. Такими приспособлениями являются клиновые стяжки.

Непосредственно перед сваркой собранные стыки  подлежат обязательному осмотру и при необходимости дополнительному исправлению дефектов сборки и очистке.

Основные  требования безопасности труда.

Администрация каждого предприятия несет ответственность  за состояние охраны труда и техники безопасности. На предприятиях имеются специальные отделы техники безопасности, которые контролируют соблюдение правил по технике безопасности всеми работниками предприятия.

Все вновь  поступающие на работу лица проходят вводный, а затем производственный инструктаж по технике безопасности. После каждого вида инструктажа  рабочий расписывается в протоколе  по технике. К выполнению сварочных  работ допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие специальное обучение, имеющие удостоверение на право производства работ, и получившие вторую квалификационную группу по технике безопасности при эксплуатации электроустановок. При поступлении на работу, сварщики проходят предварительный медицинский осмотр, а в процессе работы проходят периодические медицинские осмотры.

При выполнении сварочных и сборочных работ  существуют следующие основные опасности для здоровья рабочих:

Поражение электрическим током. Травма возникает при замыкании электрической цепи сварочного аппарата через тело человека. Причинами поражения являются - недостаточная электроизоляция аппаратов и питающих проводов, плохое состояние спецодежды и обуви сварщика, сырость и теснота помещений.

Для защиты от поражения электрическим током  необходимо надежно заземлить корпус источника питания и свариваемое  изделие, не использовать контур заземления в качестве сварочного провода, хорошо изолировать рукоятку электрододержателя, работать в сухой и прочной спецодежде и рукавицах (ботинки не должны иметь в подошве металлических шпилек, гвоздей). Прекращать работу при дожде и снегопаде (если нет укрытия), не производить ремонта оборудования, при работе внутри сосудов пользоваться резиновыми ковриками, переносной лампой не более 12В, должен иметься дополнительный дымоотсос.

Смертельным считается ток - 0,1 А.

Поражение органов зрения: спектр лучистой энергии, выделяемой сварочной дугой состоит из инфракрасных, световых и ультрафиолетовых лучей. Интенсивность излучения возрастает с повышением тока дуги. При сварке на постоянном токе интенсивность выше по сравнению, чем со сваркой на переменном токе. Для защиты органов зрения сварщики должны работать со светофильтрами. В заводских условиях сварщики работают в изолированных кабинах. При работе на открытом воздухе сварщик должен оградить место сварки. Стены и потолки сварочных помещений окрашиваются матовой краской темных тонов, для исключения отражения лучей дуги.

Отравление вредными газами и пылью: отравление возможно при сильном загрязнении воздуха сварочной пылью из оксидов углерода, азота, хлора, фтора. Мероприятиями по борьбе с загрязнениями воздуха сварочного помещения служат внедрение новых марок электродов и флюсов с наименьшими, токсичными свойствами, проточно-вытяжная вентиляция, установка передвижных отсосов, приток свежего воздуха от воздухопроводов через электрододержатель или шлем, пользование респиратором или химическим фильтром, а иногда и противогазом.

Ожоги: при сварке электродный металл и шлак разбрызгиваются, горячие брызги могут попасть на незащищенные участки кожи сварщика и вызвать ожоги. Для защиты от ожогов сварщики обеспечиваются спецодеждой, обувью, рукавицами, головным убором, щитком. При работе рядом с легковоспламеняющимися материалами может возникнуть пожар.

Если  сварочные работы проводятся на высоте, то необходимо находящиеся внизу аппаратуру и быстровоспламеняющиеся материалы защищать от падающих сверху искр. В местах сварочных работ должны находится: вода, ящик с песком, щит с инструментами и огнетушителем.

Санитария:

-  все  виды сварочных работ должны  производиться в сварочных цехах  или на специально оборудованных  участках;

- сварочные  посты должны ограждаться металлическими  или асбоцементными щитами, а также брезентовыми шторами высотой 1,8...2 м для защиты органов зрения окружающих;

- размещение  сварочного оборудования должно  обеспечивать свободный и безопасный доступ к нему;

- сварочные  цеха должны быть обеспечены  отоплением, при котором температура в зимний период должна быть не более +16С. Предельная температура, при которой разрешается производство работ на открытом воздухе, не должна превышать - ЗОС;

-  в  сварочных цехах должны применяться  системы комбинирован -ного, и общего освещения. На месте сварки норма освещенности должна быть 150 Лк - при люминесцентном освещении; 50 Лк - при освещении от ламп накаливания.

Длина первичной  цепи между источником питания и  передвижной сварочной установкой должна быть не более 10 м. Для подвода тока к электроду применяется гибкий кабель сечения, соответствующего силе тока.

Сварочные работы в закрытых емкостях производятся не менее чем двумя сварщиками, у одного из них должна быть квалификационная группа по технике безопасности не ниже III и он должен находиться снаружи свариваемой емкости.

Сварщик, работающий внутри емкости, должен быть застрахован предохранительным поясом с веревкой, конец которой длинной не менее 2м держит второй сварщик, находящийся вне емкости.

Сварщик снабжается: сухой спецодеждой, диэлектрическим ковриком, галошами, электрододержателем с автоматическим отключением напряжения холостого хода, источником света от лампы накаливания напряжением на 12В. Сварщик должен быть в резиновом шлеме.

Категорически запрещается:

- одновременная  работа внутри резервуара газосварщика  и электросварщика;

-  производить  сварочные работы на открытом  воздухе во время дождя, грозы  или сильного снегопада.

При сварке цветных металлов и сплавов, содержащих цинк, медь или свинец, сварщик должен работать в респираторе. Основными  причинами пожаров являются:

- неисправность,  перегрузка или неправильное  устройство электроустановок сети или кабеля;

- неправильное  конструктивное решение или неисправность  вентиляционных систем;

- воспламенение  и самовозгорание материалов  при неправильном хранении;

- отсутствие  или неисправность молниеотводов;

- неосторожное  обращение с огнем.

Для предупреждения пожаров необходимо, соблюдать следующие противопожарные мероприятия:

- не хранить  вблизи от мест сварки легковоспламеняющиеся  или огнеопасные материалы;

- при  выполнении в помещениях временных  сварочных работ деревянные полы, настилы и помосты защитить от воспламенения листами                асбеста или железа;

- постоянно  следить за исправным состоянием  противопожарных средств;

- после  окончания сварочных работ выключать  сварочные аппараты.

При тушении  керосина, бензина, нефти, горящих диэлектрических  проводов запрещается применять воду и пенные огнетушители. В этих случаях следует пользоваться песком, углекислотными или сухими огнетушителями.

Литература.

1. И.Б. Мисник "Ручная дуговая сварка металлов", Минск, Высшая школа, 1981г.

2. В.М. Рыбаков "Дуговая и газовая сварка", М: Высшая школа, 1986 г.

3. Л.В. Верховенко, А.К. Тушкин "Справочник сварщика", Минск, Высшая школа, 1990г.

4. В.Е. Патон, М.Г. Бельфор "Оборудование для дуговой и шлаковой сварки и наплавки", М., 1974 г.

5. В.П.Фоминых, А.П.Яковлев "Электросварка", М., 1976 г.

6. Д.Л.Глизманенко ,,Сварка и резка металлов,, Москва . Высшая школа, 1975