Выбор вида сварки и сварочного оборудования
МДК 01.01(Основы технологии сварки и сварочное оборудование)
Тема 1 ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ
В производственных условиях разработку технологического процесса выполняют инженеры-технологи отдела главного металлурга, однако ключевые вопросы технологии уже определены конструктором на стадии проектирования. Сюда относят марку сплавов, форму и размеры заготовок под сварку, вид исходного материала, способ сварки, марку электродов или сварочной проволоки, методы контроля качества сварки и т. д. Поэтому роль конструктора при создании сварных конструкций весьма велика. Выполнить правильно конструкторскую документацию можно только при условии четкого представления технологического процесса, порядка его разработки и при творческом взаимодействии конструктора и технолога.
Преимущества рентгеновского метода.
· высокая чувствительность;
· позволяет точно определить размер дефекта;
· точное нахождение места расположения дефекта.
Недостатки рентгеновского метода:
· рентгеновское излучение вредно для человека;
· довольно большие габариты аппарата;
· трудоемкость работ;
· сложность управления аппаратурой.
Рассмотрим, также значение магнитного поля в контроле качества сварки и сварных соединений.
Магнитный порошок – это порошок, получаемый путем шлифовки металла. Порошок наносят в сухом или масляном виде на сварочное соединение, после чего изделие намагничивается. В местах дефекта магнитный порошок скапливается за счет искажения магнитного поля (рис. 3).
Все виды вышеперечисленных методов контроля высокоэффективны и позволяют выявить даже микроскопические дефекты сварных соединений.
МДК 01.05(Нормативно-техническая документация и системы аттестации в сварном производстве)
Тема 1 Нормативно-техническая документация в сварочном производстве
МДК 01.01(Основы технологии сварки и сварочное оборудование)
Тема 1 ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ
В производственных условиях разработку технологического процесса выполняют инженеры-технологи отдела главного металлурга, однако ключевые вопросы технологии уже определены конструктором на стадии проектирования. Сюда относят марку сплавов, форму и размеры заготовок под сварку, вид исходного материала, способ сварки, марку электродов или сварочной проволоки, методы контроля качества сварки и т. д. Поэтому роль конструктора при создании сварных конструкций весьма велика. Выполнить правильно конструкторскую документацию можно только при условии четкого представления технологического процесса, порядка его разработки и при творческом взаимодействии конструктора и технолога.
Выбор вида сварки и сварочного оборудования
Технологию сварки разрабатывают в зависимости от формы и размеров сварной конструкции, серийности производства и вида сварки.
Ручная дуговая сварка [5] находит применение при производстве различных конструкций преимущественно малой и средней толщины (2... 30 мм). Сварные швы могут быть разнообразной формы и в любом пространственном положении. Ручную сварку используют как в производственных цехах, так и на монтажных площадках. Недостатком ручной сварки являются низкая производительность труда и сильная зависимость качества сварки от квалификации сварщика. При возможности использования полуавтоматической и автоматической сварки им следует отдавать предпочтение.
Кроме выбора типа электродов, условий сварки сплавов, выбора или проектирования приспособлений при разработке технологии надлежит правильно выбрать оборудование и назначить режимы сварки.
Диаметр dЭ стержня электрода выбирают исходя из толщины деталей s:
При сварке потолочных и вертикальных швов диаметр электрода не должен быть более 4 мм. Эти швы создают дополнительные сложности при сварке.
Сварные швы при малой толщине могут быть выполнены за один проход, а при, толщине более 10 мм швы будут многослойными с перемещением электрода не только вдоль шва, но и в поперечном направлении для полного заполнения разделки расплавленным металлом. Исходя из выбранного электрода, можно определить требуемый сварочный ток Ice, который пропорционален диаметру электрода:
Ice = (40 ... 60) dЭА.
Источники питания для ручной дуговой сварки бывают переменного и постоянного тока. Для сварки на переменном токе используют сварочные трансформаторы, а на постоянном — сварочные преобразователи и сварочные выпрямители. Сварочные преобразователи состоят из асинхронного двигателя и генератора постоянного тока.
Сварка на постоянном токе обеспечивает лучшее качество, более стабильное горение дуги. Но источники достоянного тока более сложные и дорогие. Стали, углеродистые можно сваривать как переменным, так и постоянным током, а легированные требуют сварки постоянным токам при обратной полярности. Источники для ручной дуговой сварки имеют напряжение холостого хода 60...80 В, поэтому по сварочному току Ice может быть найдена мощность агрегата. Основной характеристикой сварочного оборудования является номинальный сварочный ток. Промышленность выпускает сварочные аппараты с номинальным сварочным током 120, 300, 500, 700 и 1000 А.
Автоматическая сварка под флюсом рациональна при изготовлении конструкций с протяженными прямолинейными и круговыми швами, а массовом и серийном производстве. Производительность автоматической сварки в несколько раз больше, чем ручной, так как режимы сварки выше. Качество сварных соединений значительно лучше.
При автоматической сварке под флюсом в качестве электрода используют сварочную проволоку, которая автоматически с требуемой скоростью подается в зону сварки, чем поддерживается непрерывное горение дуги. На автоматах предусмотрено автоматическое перемещение дуга вдоль шва или перемещение изделия относительно дуги. При этом перед зоной сварки из бункера подается флюс, а за зоной сварки его излишки собираются снова в бункер.
Полуавтоматическая сварка отличается тем, что дугу перемещают вдоль шва вручную. В этом случае форма шва может быть различной и сварку можно применять и в мелкосерийном производстве. При такой сварке невозможно наблюдать формирование сварного шва, так как он закрыт флюсом. Сварочную проволоку выбирают в зависимости от толщины деталей и марки сплавов. При автоматической сварке используют проволоку диаметром от 1,6 до 6 мм, а при полуавтоматической от 0,8 до 2,0 мм.
Режим сварки задают плотностью тока, т. е. значением тока, приходящегося на один мм² сечения проволоки. Плотность тока обычно составляет 30... 100 А/мм², при этом глубина проплавления металла равна 7... 20 мм.
Исходя из размера выбранной проволоки и плотности тока, можно найти необходимый сварочный ток и выбрать оборудование.
При автоматической сварке используют сварочные головки или сварочные тракторы [4]. Самоходная головка перемещается над свариваемым изделием по монорельсу или закреплена неподвижно на автоматах для сварки кольцевых швов, когда вращается изделие. Сварочный трактор может перемещаться по изделию или рядом с ним па копиру или направляющим. Сварочные головки имеют номинальный ток 1000, 1500 и 2000 А, а тракторы — 500, 800, 1000 и 1500 А.
Для полуавтоматической сварки получили распространение шланговые полуавтоматы [4] с номинальным сварочным током до 300, 500 и 600 А. Подача проволоки в этих полуавтоматах осуществляется от электропривода в гибком шланговом проводе.
Сварка в среде защитных газов получает юсе более широкое применение в сварочных цехах, бывает автоматической и полуавтоматической.
В качестве защитных газов используют углекислый газ и аргон, а также смеси аргона с азотом, углекислым газом и т. д. Аргон как более дорогой используют для сварки цветных сплавов и сталей коррозионностойких и жаростойких в изделиях специального назначения. Сварку в углекислом газе успешно применяют для соединения углеродистых, малолегированных, а также высоколегированных сталей. Достоинства сварки в углекислом газе: высокая производительность, возможность сваривать в любых пространственных положениях, сравнительно низкая себестоимость изделий, большой диапазон свариваемых толщин и т. п. Сварку в углекислом газе затруднительно использовать на открытом воздухе, на ветру, так как наблюдается повышенное разбрызгивание металла и ухудшается защита от кислорода воздуха.
Хранение, транспортировку и использование защитных газов при сварке осуществляют наиболее часто в баллонах.
Установки имеют регулирующую аппаратуру, позволяющую снижать давление до рабочего.
Аргонно-дуговая сварка осуществляется чаще всего неплавящимся электродом на постоянном токе. Установки имеют в своем составе баллоны с газом; горелки, соединенные с баллоном шлангом; источник питания. Присадочную проволоку подают вручную или специальными подающими механизмами. Присадочная проволока для сварки имеет диаметр до 2 мм.
Промышленность выпускает значительное количество установок для ручной, полуавтоматической и автоматической сварки в среде аргона. Главными характеристиками установок являются номинальный сварочный ток, расход газа. Выпускаемые установки имеют номинальный сварочный ток 100, 300 и 500 А, подачу газа до 5... 10 л/мин.
Сварку в углекислом газе производят на автоматах и полуавтоматах. В качестве плавящегося электрода используют сварочную проволоку диаметром до 2,5 мм. Проволока подается в зону горения дуги специальными механизмами. Номинальный сварочный ток 200, 300, 500, 750, 1000, 1600 А. Скорость подачи проволоки до 0,3 м/с.
Расход газа до 25 л/мин. Для полуавтоматической сварки наибольшее распространение получили шланговые полуавтоматы, когда к горелке по гибкому шлангу подается газ и по гибкому металопроводу — сварочная проволока от подающего механизма, имеющего регулирование скорости подачи проволоки. Горелки, применяемые при сварочном тоже более 300 А, имеют водяное охлаждение. Наиболее часто используют источники питания постоянного тока обратной полярности. Плотность тока при сварке может достигать от 100 ... 350 до 60... 150 А/мм² при использовании проволоки диаметром от 0,5 до 3 мм. Диаметр проволоки выбирают в зависимости от соединяемых толщин, при этом формирование сварного шва осуществляют за несколько проходов (слоев). Первые слои осуществляют с меньшей плотностью тока для уменьшения прожогов, разбрызгивания и поводки изделий.
Сварочное оборудование, выпускаемое в СССР, имеет буквенно-цифровое обозначение. Первая буква — тип изделия (Т — трансформатор, В — выпрямитель, Г—генератор, У — установка) ; вторая буква — вид сварки (Д —.дуговая, П — плазменная), третья буква — способ сварки (Ф — под флюсом, Г —в защитных газах, У — универсальный источник, отсутствие буквы — источник предназначен для ручной сварки штучными электродами); четвертая буква — уточнение назначения (М — многопостовой сварки, И — для импульсной сварки). Две (или одна) цифра после букв и тире означает номинальный сварочный ток в сотнях, ампер (округленно), а две последующие цифры, — регистрационный номер изделия, который в условиях данной курсовой работы студенты могут заменить двумя нулями. Например, ВДГМ— 1602 расшифровывают: сварочный выпрямитель для дуговой сварки в среде защитных газов многопостовой с номинальным токам 1600 А с регистрационным номером 02. Дополнительно в обозначений могут быть указаны исполнение (Т — тропическое, У — для умеренного климата) и другие сведения.
После выбора вида сварки и сварочного оборудования при разработке технологии назначают марку электрода или сварочной проволоки, режимы сварки (род тока, плотность тока, расход газа), условия сварки (подогрев, охлаждение). Порядок выбора электродов и условий сварки рассмотрены в предыдущих разделах. Кроме того, необходимо предусмотреть подготовку кромок, последовательность сварки и разработать комплекс приспособлений для сварки.
Тема 2 Сварочное оборудование для дуговых способов сварки
1.1. Общие сведения
Самым распространенным способом сварки и наплавки является дуговая сварка и наплавка. Сварка (наплавка) может выполняться без внешней защиты дуги, под флюсом и в среде защитных газов.
Сварка (наплавка) без внешней защиты дуги и в среде защитных газов может быть ручной, механизированной и автоматической, а сварка под флюсом — механизированной и автоматической. Различаются эти способы лишь степенью механизации отдельных операций.
При ручной сварке (наплавке) подача электрода в зону дуги и передвижение его вдоль свариваемого соединения производятся вручную. В качестве основного оборудования для ручной дуговой сварки применяют рабочие места, инструмент и защитные приспособления. При механизированной сварке (наплавке) механизирована только подача электрода, а перемещение его вдоль линии сварочного соединения и некоторые другие операции выполняются вручную. Наиболее распространенным способом механизированной сварки является сварка тонкой электродной проволокой диаметром 2 мм и менее, которая подается в зону сварки по гибкому шлангу. В качестве основного оборудования при механизированной дуговой сварке (наплавке) применяют шланговые полуавтоматы с различными горелками (держателями), а также специальные типы полуавтоматов, в которых используются дополнительные устройства, например ручные механизмы передвижения дуги, прижимные механизмы в случае сварки электрозаклепками и т. п. Полуавтоматы для дуговой сварки применяются как плавящимся, так и неплавящимся электродом.
При автоматической дуговой сварке (наплавке) такие процессы, как возбуждение дуги в начале сварки, поддержание дугового процесса, подача сварочных материалов в зону плавления и перемещение дуги вдоль линии сварного соединения путем перемещения сварочного инструмента или изделия, защита дуги и сварочной ванны от воздействия воздуха (по необходимости), колебательные движения электрода (по необходимости), прекращение процесса сварки, заварка кратера в конце шва, и другие выполняются механизмами без непосредственного участия человека по заданной программе. Сварочный аппарат, выполняющий эти функции, является сварочным автоматом [7, 26]. Основным оборудованием для автоматической дуговой сварки (наплавки) являются: сварочные автоматы, станки и установки. Автоматы для дуговой сварки имеют плавящиеся и неплавящиеся электроды как со свободным формированием шва, так и с принудительным.
Эффективность (повышение качества и производительности) технологических процессов сварки в большой мере зависит от технического уровня существующего и вновь создаваемого сварочного (наплавочного) оборудования: сварочных аппаратов, установок и станков (станов).
Определение "аппарат для дуговой сварки и наплавки" объединяет понятия "автомата" и "полуавтомата". Основной частью автомата для дуговой сварки является сварочная головка — устройство, осуществляющее подачу сварочной проволоки и поддержание заданного режима сварки. Подвесная сварочная головка (автомат) закреплена неподвижно, а самоходная перемещается механизмом по направляющим вдоль изделия. Трактор для дуговой сварки — это переносной сварочный автомат с самоходной тележкой, которая перемещает его вдоль свариваемого шва по поверхности изделия или переносному пути.
В состав сварочной установки, станка (стана) входят: сварочный аппарат, источник питания, аппаратура управления и регулирования процесса сварки, механизмы (устройства) для крепления и передвижения в заданном направлении сварочных аппаратов, для установки, крепления, перемещения и изменения ориентации свариваемого изделия, а также вспомогательное оборудование (флюсовые аппараты, скользящие токоподводы и др.). Четкое разграничение в определениях сварочной установки и сварочного станка отсутствует. Станком называют комплекс перечисленного оборудования, основные части которого объединены станиной. Станами обычно называют установки для сварки крупных изделий в массовом производстве (трубосварочные и картосварочные станы).
Механизация и автоматизация отдельных операций технологического процесса может быть частичной или полной. Механизированное производство — способ выполнения технологического процесса (операции) с помощью машин и механизмов, получающих энергию от специального источника. Управление машинами и механизмами, часть вспомогательных операций выполняются вручную. Комплексно-механизированное производство — способ выполнения технологического процесса по всему циклу машинами, механизмами, другим оборудованием. Основные и вспомогательные операции взаимосвязаны и обеспечивают заданный темп, производительность и осуществление в срок всего процесса. Управление частично выполняется вручную. Автоматизированное производство — способ выполнения технологического процесса, при котором основные и вспомогательные процессы, процессы управления и регулирования осуществляются машинами, механизмами автоматически, без участия человека, который только выполняет наладку и наблюдает за ходом процесса.
Комплексно-автоматизированное производство — способ выполнения производственного процесса, при котором все основные и вспомогательные операции, в том числе управление и регулирование осуществляются машинами, механизмами так, что заданная производительность и качество продукции достигаются без участия человека. Человек лишь наблюдает за работой специальных устройств или систем управления. Автоматическая (механизированная) поточная линия — ряд машин (автоматов, полуавтоматов), расположенных по технологическому циклу и соединенных транспортными устройствами. Следует отметить, что термины "автоматическая сварка" и соответственно "сварочный автомат" несколько условны и не отражают того, что сварочный автомат работает без участия человека, как это понимается в машиностроении. В то же время определение "сварочные станки-автоматы" соответствует принятому в машиностроении понятию "станок-автомат", которое обозначает агрегат, работающий по автоматическому циклу.Прогресс, достигнутый в области производства силовой производственной техники, микроэлектроники, новых электротехнических материалов, позволил разработать широкую номенклатуру современного электросварочного оборудования, отличающегося расширенными технологическими возможностями, повышенной надежностью и меньшими массой и размерами. Рост производительности и качества при сварочных работах достигается за счет применения сборочно-сварочных линий, оснащенных автоматами, сварочными роботами, инверторными источниками сварочного тока.
Тип оборудования, при выбранном способе сварки, определяют по силе сварочного тока, которую рассчитывают в зависимости от заданной производительности сварки или наплавки и площади сечения шва. Имеются ряд полуавтоматов на силу тока 160...630 А, ряд автоматов на 500... 1600 А, источники сварочного тока силой 100...2000 А. При определении типа оборудования и правильной его эксплуатации (кроме производительности, качества сварных соединений, металлургических особенностей, необходимости термообработки) следует учитывать ряд критериев, связанных с технологическими и эксплуатационными характеристиками оборудования.
К ним относятся следующие условия:
связанные с конструкцией свариваемого изделия (протяженностью и пространственным расположением швов, удобством подхода к шву и доступностью соединения для автомата), числом изделий в партии, а следовательно, периодичностью переналадки оборудования, точностью подготовки соединения под сварку, подачей изделия к месту сварки, необходимостью отвода оборудования после сварки, кантовкой или перемещением изделия;
производственные — цеховые или монтажные условия, необходимость энергоснабжения, газо- и водоснабжения, возможность отвода аэрозолей от места сварки, требования по очистке от брызг как изделия, так и частей оборудования, уборка флюса, предотвращение ослепления окружающего персонала;
организационные — необходимость обучения сварщиков и наладчиков при переходе на новую технику, создание фонда сменных и запасных частей оборудования, снабжение сварочными материалами и подготовка их для правильной эксплуатации оборудования и др.
В индивидуальном и мелкосерийном производстве предпочтение следует отдавать универсальному оборудованию, а также построенному на модульном принципе. В крупносерийном и массовом производстве применяют специальное сварочное оборудование, входящее в состав поточно-механизированных линий.
Основным оборудованием для дуговой сварки и наплавки являются источники сварочного тока для ручной сварки штучными электродами, полуавтоматы, автоматы, станки и установки для сварки плавящимся электродом без внешней защиты дуги, под флюсом и в защитных газах, оборудование для импульс- но-дуговой сварки плавящимся электродом в инертных газах, установки для ручной и автоматической сварки вольфрамовым электродом, специальное оборудование для сварки конкретных изделий. Универсальное оборудование имеет различные степень сложности и эксплуатационные возможности: от простых полуавтоматов и источников со ступенчатым регулированием режимов до сложных с микропроцессорным управлением.
Классификация оборудования должна проводиться с учетом многих признаков: назначения — тип изделия и вид сварочного соединения; степени механизации сварочного процесса — ручная, механизированная и автоматическая сварка; способа защиты дуги — открытая дуга, газовая защита, слой флюса; степени специализации — универсальное, специализированное и специальное оборудование; количества электродов — для одно- и многоэлектродной сварки; способа осуществления сварочного движения — движение изделия или подвесного сварочного аппарата; способа формирования металла — свободное и принудительное; типа электродов — плавящийся и не- плавящийся, проволока, пластина, лента; количества одновременно работающих сварочных головок — или других рабочих органов; количества позиций, через которые изделие проходит последовательно в процессе сварки — одно- и многопозиционные и др.