1 Физический смысл электродуговой сварки

1 Физический смысл электродуговой сварки

Дуговая сварка представляет собой способ сварки, при котором кромки соединяемых деталей расплавляются электрическим дуговым разрядом, возникающим между свариваемым (основным) металлом и электродом.

Электрическая сварочная дуга (вольтова дуга) представляет собой устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной среде газов и паров металла. При сварке плавящимся электродом шов образуется за счет расплавления основного металла и металла плавя­щегося электрода. Дуга питается от источника перемен­ного тока обычной, повышенной и высокой частоты или источника постоянного тока. Сварочная дуга характеризу­ется высокой температурой газов и большим током в зоне разряда.

2 Виды швов, изолирующие покрытия, группы свариваемости, режимы сварки

Сварным швом называют закристаллизовавшийся металл, который во время сварки находился в расплавленном виде.Швы определяют геометрическую форму, прочность и сплошность металла в зоне сварки. На свойства сварного соединения влияют характеристики металла сварного шва, зон термического влияния и примыкающих к ним участков основного металла.

Встык. Состыковка элементов конструкции осуществляется в одной плоскости торцами друг к другу. В зависимости от различной толщины соединяемых деталей торцы могут относительно друг друга вертикально смещаться.

Угловое соединение. В этом случае совмещение торцов производится под углом. Сварочный процесс осуществляется на примыкающих краях деталей.

Соединение внахлест. Детали под сварку расположены параллельно с частичным перекрытием.

Торцевое соединение. Свариваемые элементы совмещены параллельно друг другу и состыкованы по торцам.

Тавровое соединение. В этом случае торец одной детали примыкает к боковой части другой под углом.

В основном электроды покрыты газообразующими элементами. Также в качестве покрытия могут выступать такие элементы: мука, декстрин или крахмал. Также в состав покрытия электродов могут входить и такие неорганические компоненты как мрамор и магнезит. Еще частенько сварочные электроды покрывают ферросплавами. Ферросплавы – это сплавы железа из марганцем, титаном и кремнием. Также еще есть электроды, которые содержат всевозможные соединения с невысоким потенциалом ионизации. Еще в основу покрытия для электродов могут входить шлакообразующие элементы. К шлакообразующим элементам относятся такие руды: марганцовая или титановая. В состав шлакообразующих покрытий может также входить плавиковый и рутиловый концентрат.

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: 1 – хорошая свариваемость; 2 – удовлетворительная свариваемость; 3 ограниченная свариваемость; 4 – плохая свариваемость.

Первая группа – хорошо сваривающиеся стали, у которых Сэкв не более 0,25%. Эти стали, при обычных способах сварки не дают трещин, сварка таких сталей выполняется без предварительного и сопутствующего подогрева, без последующей термической обработки.

Вторая группа – удовлетворительно сваривающиеся стали, у которых Сэкв в пределах от 0,25% до 0,35%, такие стали допускают сварку без появления трещин только в нормальных производственных условиях, когда температура окружающей среды выше ноля градусов и отсутствует ветер и т.д. В условиях, отличающихся от нормальных предварительным подогревом или с предварительной и последующей термообработкой.

Третья группа – С ограниченной свариваемостью, где Сэкв в пределах от 0,35% до 0,45%. К этой группе относятся стали, которые в обычных условиях сварки склоны к образованию трещин. Сварка таких сталей производится по специальной технологии, регламентирующей режимы предварительной термообработки и тепловой обработки после сварки.

Четвёртая группа – с плохой свариваемостью, где С экв более 0,45%. Стали, входящие в эту группу, наиболее трудно поддаётся сварке, склонны к образованию трещин. Сварка их выполняется с обязательной предварительной термообработкой перед сваркой, подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

Параметры режима сварки могут быть: основные и дополнительные.

Основные параметры – это полярность и рост тока, напряжение и скорость самой сварки, величина тока, диаметр электрода, а также максимальная величина его колебания.

Дополнительные же параметры – это температура металла до работы, толщина покрытия электрода и его состав, положение электрода в пространстве, которое может быть, как вертикальное так и наклонное, а также величина вылета электрода и положение изделия во время сварки.

3 Сварка чугуна

Чугун представляет сплав железа с углеродом при содержании последнего более 2,0%. В зависимости от состояния, в котором находится углерод, различают чугуны серые и белые. В серых чугунах углерод находится преимущественно в свободном состоянии в форме графита, что обусловливает хорошую обрабатываемость чугуна и серый цвет его в изломе. В белых чугунах весь углерод находится в связанном состоянии (в основном в форме карбида); это обусловливает высокую твердость и очень плохую обрабатываемость чугуна режущим инструментом. Излом белого чугуна светлый, блестящий.

При сварке всех применяемых марок серых чугунов проявляется целый ряд их специфических свойств, значительно осложняющих процесс:

1. Чувствительность чугуна к большим скоростям охлаждения (которые присущи сварке), вызывающим его отбеливание. В результате в месте сварки образуется слой необрабатываемого хрупкого белого чугуна, имеющего физические и механические характеристики, отличающиеся от характеристик серого чугуна. Различие в коэффициентах линейного и объемного расширения серого и белого чугунов приводит к тому, что при охлаждении в переходной зоне возникают высокие скалывающие напряжения, которые способствуют образованию трещин в этой зоне.
2. Низкие пластические свойства чугуна, характеризуемые отсутствием площадки текучести на диаграмме растяжения, а также резким переходом чугуна из жидкого состояния в твердое и обратно. Хрупкость чугуна делает его чувствительным к перенапряжениям и тем самым усиливает его склонность к образованию трещин при сварке.
3. Увеличение объема чугуна при охлаждении, обусловленное интенсивной графитизацией его в интервале температур 1200-1100° С; это явление при сварке носит местный характер, что способствует образованию напряженного состояния в металле в зоне сварки.
4. При сварке происходит выгорание углерода с образованием окиси СО, которая способствует пористости металла шва.

4 Обозначение стали

Сочетания букв и цифр дают характеристику легированной стали. Если впереди марки стоят две цифры, они указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Одна цифра впереди марки указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Если впереди марки нет цифры, это значит, что углерода в ней либо 1%, либо выше 1%. Цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание данного элемента в процентах, если за буквой отсутствует цифра – значит содержание данного элемента около 1% (не более 1,5%). Буква А в конце марки, как и в углеродистой, так и в легированной стали, обозначает высококачественную сталь, т.е. сталь, содержащую меньше серы и фосфора.
Указанная система маркировки охватывает большинство существующих легированных сталей. Исключение составляют отдельные группы сталей, которые дополнительно обозначаются определенной буквой: Р – быстрорежущие, Е – магнитные, Ш – шарикоподшипниковые, Э – электротехнические.

5 Инверторы

Инвертор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины частоты или напряжения. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала.

Инверторы напряжения могут применяться в виде отдельного устройства или входить в состав источников и систем бесперебойного питания аппаратуры электрической энергией переменного тока.

Инверторы напряжения позволяют устранить или по крайней мере ослабить зависимость работы информационных систем от качества сетей переменного тока. Например, в персональных компьютерах при внезапном отказе сети с помощью резервной аккумуляторной батареи и инвертора можно обеспечить работу компьютеров для корректного завершения решаемых задач. В более сложных ответственных системах инверторные устройства могут работать в длительном контролируемом режиме параллельно с сетью или независимо от нее.

Кроме «самостоятельных» приложений, где инвертор выступает в качестве источника питания потребителей переменного тока, широкое развитие получили технологии преобразования энергии, где инвертор является промежуточным звеном в цепочке преобразователей. Принципиальной особенностью инверторов напряжения для таких приложений является высокая частота преобразования (десятки-сотни килогерц). Для эффективного преобразования энергии на высокой частоте требуется более совершенная элементная база (полупроводниковые ключи, магнитные материалы, специализированные контроллеры).

Как и любое другое силовое устройство, инвертор должен иметь высокий КПД, обладать высокой надежностью и иметь приемлемые массо-габаритные характеристики. Кроме того, он должен иметь допустимый уровень высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения (допустимое значение коэффициентов гармоник) и не создавать при работе недопустимый для других потребителей уровень пульсации на зажимах источника энергии.

Работа инвертора напряжения основана на переключении источника постоянного напряжения с целью периодического изменения полярности напряжения на зажимах нагрузки. Частота переключения «задается» сигналами управления, формируемыми управляющей схемой (контроллером). Контроллер также может решать дополнительные задачи: регулирование напряжения, синхронизация частоты переключения ключей, защитой их от перегрузок и др.

6 Сварочные трансформаторы

Сварочные трансформаторы предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они должны иметь требуемую внешнюю характеристику. Как правило, это падающая характеристика, так как сварочные трансформаторы используются для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом.

Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги. Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60—75 В. При сварке на малых токах (60—100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 — 80 В.

Сварочные трансформаторы применяются для ручной дуговой сварки штучными электродами и в защитном газе, а также для сварки под флюсом. Внешние вольтамперные характеристики трансформаторов для ручной дуговой сварки подразделяются на крутопадающие / и пологопадающие //. Эти трансформаторы работают в режиме регулятора сварочного тока, который осуществляется путем изменения индуктивного сопротивления обмоток. Трансформаторы, предназначенные для питания автоматизированной сварки при постоянной, не зависящей от напряжения дуги скорости подачи электродной проволоки, имеют жесткую внешнюю характеристику.

7 Контроль сварочных швов

После завершения сварочных работ, изделия должны подвергаться контролю сварных соединений с целью обнаружения и исправления дефектов. Невооруженным глазом можно рассмотреть лишь часть из них - крупные наружные трещины и поры, непровары, подрезы и т.п. Большая часть дефектов скрыта в глубине металла или имеет такие малые размеры, что обнаружить их можно только с использованием специальных приборов и материалов.

Существует много способов контроля сварных швов, различающихся по принципу действия, способности к обнаружению тех или иных видов дефектов, техническому оснащению. Методы контроля сварных соединений подразделяются на разрушающие и неразрушающие. Последние, в силу понятных причин, являются наиболее широко используемыми. Применяются следующие основные методы неразрушающего контроля сварных соединений: внешний осмотр, радиационная дефектоскопия, магнитный контроль, ультразвуковая дефектоскопия, капиллярная дефектоскопия, контроль сварных швов на проницаемость, прочие методы.

Внешний осмотр.

Всякий контроль сварных соединений начинается с внешнего осмотра, с помощью которого можно выявить не только наружные дефекты, но и некоторые внутренние. Например, разная высота и ширина шва и неравномерность складок свидетельствуют о частых обрывах дуги, следствием которых являются непровары.

Перед осмотром, швы тщательного очищаются от шлака, окалины и брызг металла. Более тщательная очистка в виде обработки шва промывкой спиртом и травлением 10%-ным раствором азотной кислоты придает шву матовую поверхность, на которой легче заметить мелкие трещины и поры. После использования кислоты нужно не забыть удалить ее спиртом во избежание разъедания металла.

Визуальный контроль сварных соединений выявляет, прежде всего, наружные дефекты - геометрические отклонения шва (высоты, ширины, катета), наружные поры и трещины, подрезы, непровары, наплывы.

Для эффективности контроля используют дополнительное местное освещение и лупу с 5-10 кратным увеличением. Лупа - очень полезный инструмент в данном случае, она помогает выявить многие дефекты, которые нельзя рассмотреть невооруженным глазом - тонкие волосяные трещины, выходящие на поверхность, пережег металла, малозаметные подрезы. Она позволяет также проследить, как ведет себя конкретная трещина в процессе эксплуатации - разрастается или нет.

При внешнем осмотре применяется также измерительный инструмент для замера геометрических параметров сварного соединения и дефектов - штангенциркуль, линейка, различные шаблоны.

8 Техника безопасности

При дуговой сварке используют источники тока с напряжением холостого хода от 45 до 80 В, при постоянном токе от 55 до 75 В, при переменном токе от 180 до 200 В при плазменной резке и сварке. Поэтому источники питания оборудуются автоматическими системами отключения тока в течение 0,5... 0,9 с при обрыве дуги. Человеческое тело обладает собственным сопротивлением и поэтому безопасным напряжением считают напряжение не выше 12 В.

При работе в непосредственном контакте с металлическими поверхностями следует соблюдать следующие правила техники безопасности:

Надежная изоляция всех токоподводящих проводов от источника тока и сварочной дуги.

Надежное заземление корпусов источников питания сварочной дуги.

Применение автоматических систем прерывания подачи высокого напряжения при холостом ходе.

Надежная изоляция электрододержателя для предотвращения случай ного контакта с токоведущими частями электрододержателя с изделием.

При работе в замкнутых помещениях (сосудах) кроме спецодежды следует применять резиновые коврики (калоши) и источники дополни тельного освещения.

Не допускается контакт рабочего с клеммами и зажимами цепи высокого напряжения.

Каждый сварочный пост должен быть огорожен негорючими ма териалами по бокам, а вход - асбестовой или другой негорючей тканью во избежание случайных повреждений других рабочих.

Краска, применяемая для окрашивания стен и потолков постовых кабин, должна быть матовой, чтобы уменьшить эффект отражения светового луча от них.

Сварочная дуга является источником световых лучей, яркость которых может вызывать ожоги незащищенных глаз при облучении их всего в течение 10... 15 с. Более длительное воздействие излучения дуги может привести к повреждению хрусталика глаза и полной потере зрения. Ультрафиолетовое излучение вызывает ожоги глаз и кожи (подобно воздействию прямых солнечных лучей), инфракрасное излучение может вызвать помутнение хрусталика глаза. Стены кабины должны быть окрашены в светлые тона для ослабления контраста с яркостью дуги. При работе вне кабины применяются специальные ширмы и защитные щиты.

Содержание

1. Физический смысл электродуговой сварки……………………………...

2. Виды швов, изолирующие покрытие, группы свариваемости, режимы сварки……………………………………………………………………....

3. Сварка чугуна……………………………………………………………...

4. Обозначение стали………………………………………………………...

5. Инверторы………………………………………………………………….

6. Сварочные трансформаторы……………………………………………...

7. Контроль сварочных швов………………………………………………..

8. Техника безопасности……………………………………………………..

Дата добавления: 2015-08-29