Для ручной дуговой сварки выбираю многопостовой выпрямитель ВДМ-1001, который рассчитан на 7 постов и к данному источнику питания выбираю балластный реостат РБ-301.
Основными элементами многопостового выпрямителя ВДМ-1001, являются трехфазный трансформатор, выпрямительный блок, шинопровод с балластными сопротивлениями.
Первичная обмотка трехфазного трансформатора включаются по схеме треугольник имеет отвод в каждой фазе, которые предназначены для стабилизации выходного напряжения сети в диапазоне ±5 процентов от Vном.
Вторичная обмотка имеет две секции, которые включены по схеме "звезда", а их ЭДС сдвинута на угол π. Нейтраль первой секции этой обмотки образует отрицательный вывод, а нейтраль второй - положительный вывод.
Выпрямитель ВДМ-1001 имеет быстродействующую защиту соответственно от кратковременной и длительной перегрузки. Выходное напряжение выпрямителя поступает на сварочный пост через шинопровод на балластное сопротивление.
Характеристики ВДМ-1001 сведены в таблицу 7.
Таблица 7 - Характеристики ВДМ-1001
| Параметры | Значение |
| Номинальный сварочный ток выпрямителя, А Номинальный сварочный ток поста, А Диапазон регулирования сварочного тока поста, А Напряжение, В: холостого хода номинальное рабочее Число сварочных постов Тип балластного сопротивления Потребляемая мощность, кВ х А Габаритные размеры, мм. Масса, кг. | 12-315 РБ - 301 1100x700x900 |
Для регулирования на каждом посту выбираю балластный реостат РБ-301 с номинальным сварочным током до 300 А. Пределы регулирования тока от 15 до 300 А. Через каждые 15 А. создает подающую характеристику и предотвращает от короткого замыкания источника питания.
Технические характеристики балластного реостата отражены в таблице 8.
Таблица 8 - Технические характеристики балластного реостата РБ-301
| Параметры | Значение |
| Номинальный сварочный ток, А Номинальный режим работы, ПВ% Регулировка сопротивления, ОМ Габаритные размеры, мм Масса, кг | 0,095-3 680x410x648 |
Расчет режима сварки
Сварку электродами УОНИ 13/55 осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Вследствие малой склонности металла шва к образованию кристаллизационных и холодных трещин электроды с этим покрытием используют для сварки больших сечений, тугоплавкий флюс. Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества.
Для ручной дуговой сварки диаметр электрода определяется в зависимости от толщины металла. Средняя толщина металла 14 мм, следовательно диаметр электрода равен 4 мм.
Сила сварочного тока Iсв, А определяется по формуле:
Iсв = k d
где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от диаметра электрода и его типа, А/ мм;
d - диаметр электрода, мм.
Iсв = 160-300A
Напряжение на дуге при ручной сварке изменяется в пределах от 22 до 25 В.
При сборке деталей под сварку с заданной толщиной металла 14мм необходимо выдерживать зазор между ними 2,5мм для хорошего проплавления металла. Также необходимо в деталях под сварку сделать разделку кромок. Число слоев при этом будет равно 4.
Скорость перемещения дуги задается сварщиком и зависит от множества параметров. Характеристики режима ручной дуговой сварки заносим в таблицу 9.
Таблица 9 Режимы ручной дуговой сварки
| Параметр | Значение |
| Толщина металла, мм Зазор, мм Число проходов Диаметр электрода, мм Напряжение на дуге, В Сила тока, А | 2,5 22…25 160-300 |
Выбор методов контроля
Контроль сварных соединений включает входной (предварительный) контроль, пооперационный контроль, контроль готовой продукции. Предварительный контроль включает:
- контроль квалификации сварщиков;
- контроль квалификации дефектоскопистов;
- контроль подготовки инженерно-технических работников сборочно-сварочного производства;
- контроль состояния сборочно-сварочного оборудования;
- контроль состояния сборочно-сварочного инструмента и оснастки;
- контроль основного металла и сварочных материалов, которые должны иметь сертификаты заводов-поставщиков.
Операционный контроль включает:
- контроль качества сборки под сварку;
- контроль технологии и качества выполнения сварных конструкций.
Готовое изделие проверяется в соответствии с техническими условиями и чертежом, а также подвергается предусмотренным испытаниям. В моем случае осуществляю следующие виды контроля:
- контроль внешним осмотром и измерением;
- контроль керосином на меловой экран;
- ультразвуковой контроль.
Для данного изделия целесообразно использовать ультразвуковой метод контроля.
Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн отражаться от границы раздела двух упругих сред, обладающих разными акустическими свойствами.
Отразившись от нижней поверхности изделия, ультразвук возвратиться, будет принят датчиком, преобразован в электрические колебания и подан на экран электронно-лучевой трубки. По характеру и размерам искажений определяют виды и размеры дефектов.
Используемая для ультразвукового контроля методика должна обеспечить выявление всех недопустимых дефектов во всем сечении шва и околошовной зоне, поэтому выбор типа преобразователей, параметров и схемы контроля при ультразвуковой дефектоскопии сварных швов должен и с ходить из конструкции соединения и базироваться на основе вероятностно-статистических характеристик распределения дефектов по сечению, ориентации их относительно главных осей шва и типа дефектов. В свою очередь, эти характеристики определяются типоразмером сварного шва - технологией сварки.
Сварные швы контролируются в основном с обеих сторон шва, с одной (при толщине до 50мм) или с обеих поверхностей соединения. Контроль проводят после выполнения внешнего осмотра и устранения выявленных при этом недопустимых поверхностных дефектов.
Подготовка включает в себя следующие этапы:
- выбор параметров контроля;
- постройка дефектоскопа по эталону чувствительности и заданным параметрам;
- очистка поверхности от брызг;
- подготовка и нанесение контактной жидкости;
- обеспечение технологии контроля.
При очистке поверхности предъявляются высокие требования к подготовке поверхностей в зоне сканирования щупом (во избежании стирания щупа, обеспечение контакта).
При подготовке контактной среды используют жидкие смазочные материалы (вода, масло, глицерин) и вязкие (солидол), с помощью которых заполняют зазоры между близко расположенными ребрами жесткости.
Поиск дефектов осуществляют путем сканирования на несколько завышенной чувствительности путем продольно-поперечного перемещения преобразователя по всей контролируемой зоне сначала с одной, затем с другой стороны. Шаг продольного перемещения преобразователя должен быть не более половины диаметра пьезоэлемента. В процессе перемещения наклонный преобразователь необходимо непрерывно поворачивать вокруг своей оси на ±15°, для того, чтобы обнаружить различно ориентированные дефекты. Контроль преобразователя с поверхностью контролируемого изделия надо обеспечить легким нажатием руки на преобразователь. При появлении эхо-сигналов от дефекта на рабочем участке развертку ионы перемещения преобразователя сокращают и производят измерение информативных характеристик: координат, амплитуды эхо-сигнала, условной высоты, коэффициент формы, условной протяженности и количество дефектов т стандартном участке шва.
Техника безопасности
Опасный производственный фактор – это фактор, воздействие которого на сварщика может привести к травме.
Вредный производственный фактор – это фактор, воздействие которого на сварщика может привести к заболеванию.
Основными опасными и вредными производственными факторами при ручной дуговой сварке покрытыми электродами являются:
· сварочные аэрозоли;
· повышенный уровень оптического излучения в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном (тепловом) диапазонах;
· искры, брызги и выбросы расплавленного металла и шлака;
· повышенная температура шлаковой ванны, материалов, оборудования и воздуха рабочей зона;
· высокое напряжение в электрической цепи;
· физические и нервно-психические перегрузки.
Особо характерным вредным фактором является присутствие в воздухе рабочей зоны сварочных аэрозолей, содержащих токсические вещества. Длительное их воздействие на организм сварщика может привести к возникновению профессиональных заболеваний (пневмокониоз, пылевой бронхит и др.).
При использовании электродов следует руководствоваться техническими условиями, которые содержат требования по безопасности и защите окружающей среды с перечнем вредных и опасных факторов, а также средств защиты сварщиков и окружающей среды.
Ручная дуговая сварка сопровождается излучением в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах, многократно превышающем физиологически переносимую человеком величину. Интенсивность излучения сварочной дуги и его спектральные характеристики зависят от мощности дуги, способа сварки, вида сварочных материалов.
Электрическая дуга является мощным источником яркого света, ультрафиолетовых, и инфракрасных лучей, воздействие которых на незащищённые глаза в течение 10–20с в радиусе до 1м вызывает сильные боли, слезоточивость и светобоязнь.
Воздействие электрической дуги на кожаные покровы в течение 60–180с вызывает ожог (аналогично продолжительному воздействию солнца), а длительное воздействие на органы зрения приводит к электроофтальмии и катаракте.
Интенсивность инфракрасного (теплового) излучения от свариваемых изделий и сварочной ванны определяется температурой изделий, их габаритами и конструкцией, а также температурой и размерами сварочной ванны. При отсутствии средств индивидуальной защиты воздействие теплового излучения, превышающего допустимый уровень, приводит к нарушению терморегуляции, тепловому удару. Контакт с нагретым металлом может вызвать ожоги.
Напряжённость электромагнитных полей зависит от конструкции и мощности сварочного оборудования, конфигурации свариваемых изделий. Характер их влияния на организм определяется уровнем и длительностью воздействия. Как правило, при ручной дуговой сварке напряжённость магнитного поля незначительна (до 300А/м) и не превышает предельно допустимых уровней.
Источниками шума при дуговой сварке являются сварочная дуга, источники питания, пневмоприводы и др. Уровень шума от сварочной дуги определяется стабильностью её горения. Поэтому при сварке покрытыми электродами и другими сварочными материалами, в составе которых присутствуют элементы – стабилизаторы дуги, уровень шума не превышает допустимого.
Разбрызгивание металла при сварке – также следствие нестабильного горения дуги. При использовании покрытых электродов оно незначительно. Брызги, искры и выбросы расплавленного металла и шлака при отсутствии средств защиты могут быть причиной ожогов кожных покровов, травмирования органов зрения, а также возникновения пожаров.
Опасным для жизни человека считается электрическое напряжение более 42В переменного и 110В постоянного тока при работе в сварочных цехах и 12В – в сырых помещениях, замкнутых металлических объёмах и т.п. Однако эти напряжения являются условными, поскольку опасность поражения электрическим током существенно зависит от индивидуальных особенностей организма и окружающих условий. Наличие даже малых количеств алкоголя в крови резко снижает электрическое сопротивление тела человека. Мокрая или потная кожа обладает гораздо большей электропроводностью, чем сухая.
Статические и динамические физические нагрузки при ручной сварке вызывают перенапряжение нервной и костно-мышечной систем организма. Статические нагрузки зависят от массы сварочного инструмента (электрододержателя, шлангового держателя полуавтомата), гибкости шлангов и проводов, длительности непрерывной работы и рабочей позы (стоя, сидя, полусидя, стоя на коленях, лёжа на спине). Наибольшие физические нагрузки ощущаются при выполнении сварочных работ полусидя и стоя при сварке в потолочном положении или лёжа на спине в труднодоступных местах.
Динамическое перенапряжение связано с выполнением тяжёлых вспомогательных работ: доставка на рабочее место заготовок, сварочных материалов, подъём и переноска приспособлений, поворот свариваемых узлов. Такие нагрузки вызывают утомляемость сварщиков и как следствие ухудшение качества выполнения сварных швов.
Кроме указанных опасных и вредных факторов при ручной дуговой сварке происходит ионизация воздуха рабочей зоны с образованием ионов обеих полярностей. Причиной этого являются электрическая и термическая ионизация в результате электродугового процесса, а также воздействие ультрафиолетового излучения дуги на воздух. Повышенная или пониженная концентрация отрицательно или положительно заряженных ионов в воздухе рабочей зоны также может оказывать неблагоприятное действие на здоровье работающих.
Общие требования. Электросварщик должен иметь квалификационную группу по электробезопасности не ниже второй. Вновь поступающий на работу независимо от квалификации обязан проити вводный инструктаж по технике безопасности, а также инструктаж на рабочем месте, предварительный медицинский осмотр, а в последующем в установленном порядке проходить периодические медицинские осмотры. Инструктаж по безопасности труда проводят не реже одного раза в три месяца. При переводе на работу с использованием нового оборудования сварщик должен ознакомиться с его конструкцией и пройти дополнительный инструктаж по технике безопасности.
Администрация предприятий и организаций обязана выдавать рабочим спецодежду, спецобувь и защитные средства, отвечающие стандартам или техническим условиям в соответствии с нормами выдачи.
Перед началом сварочных работ электросварщик обязан проверить защитные приспособления, шлем, щиток, диэлектрический коврик или диэлектрические боты, надеть спецодежду – брезентовый костюм с огнестойкой пропиткой, ботинки, головной убор, диэлектрические перчатки или брезентовые рукавицы.
Изолирующие защитные средства проверяют при приемке в эксплуатацию, а затем периодически в следующие сроки: диэлектрические перчатки раз в 6 месяцев, диэлектрические боты раз в 3 года, диэлектрические сапоги, галоши и инструмент с изолирующими рукоятками раз в год, диэлектрические коврики раз в 2 года.
Все защитные средства, кроме инструмента с изолирующими рукоятками, должны иметь штамп с указанием срока следующих испытаний и наибольшего номинального напряжения аппаратов, для которых предназначено защитное средство.
Для защиты работающих вблизи, а также подсобных рабочих от лучистой энергии сварочных дуг в постоянных местах сварки для каждого электросварщика устраивают кабину. Свободная площадь на один сварочный пост в кабине должна быть не менее 3м2. Высота стен кабины 1,8–2м. Для лучшей вентиляции стены устанавливают на высоте 50мм от пола, при сварке в среде защитных газов – на высоте 300мм.
Температура нагретой поверхности оборудования не должна превышать 45оС. Требования к оборудованию, используемому для ручной дуговой сварки покрытыми электродами, изложены в ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.2.049, ГОСТ 12.2.007.8, «Правилах устройства электроустановок», «Правилах техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилах технической эксплуатации установок потребителей».
Источники тока должны быть надёжно заземлены (ГОСТ 12.2.007.0). В процессе эксплуатации напряжение холостого хода источников питания не должно превышать 80В для источников переменного тока и 100В – постоянного. Источники питания должны быть оборудованы вольтметром и сигнальной лампочкой, указывающими наличие или отсутствие напряжения в сварочной цепи, блоками ограничения холостого хода.
Защита органов зрения. При ручной дуговой сварке сварочная дуга и расплавляемый металл могут быть источником травмирования электросварщика. Для защиты сварщика от излучения и брызг металла, а также от воздействия выделяемых при сварке паров металла, шлака и аэрозолей предназначены щитки. Они бывают двух видов: наголовные и ручные. Наголовной щиток более удобен, так как освобождает сварщика от необходимости удерживать его. Щитки закрывают все открытые части головы и шеи сварщика. При необходимости не обязательно откидывать щиток назад, достаточно поднять крышку рамки со светофильтром и осмотреть конструкцию через прозрачное защитное стекло, подготовить стык к сварке, зачистить кромки, удалить шлак и выполнить другие операции.
Для защиты от вредного излучения дуги в щитки вставляют стеклянные светофильтры тёмно-зелёного цвета, которые позволяют видеть дугу, расплавляемый металл и манипулировать электродом. Применяют 13 классов светофильтров типа С для сварки током от 13 до 900А. (табл.2)
Таблица 10. Светофильтры для дуговой сварки.
| Ток, А | 15–30 | 30–60 | 60–150 | 150–275 | 275–350 |
| Тип светофильтра | С-3 | С-4 | С-5 | С-6 | С-7 |
| Ток, А | 350–600 | 600–700 | 700–9000 | Свыше 9000 |
| Тип светофильтра | С-8 | С-9 | С-10 | С-11 |
Наиболее удобны щитки с автоматическим затемнением светофильтра, освобождающие руки сварщика и исключающие сварку «вслепую».
Необходимо иметь в виду, что излучение сварочной дуги может травмировать глаза людей, находящихся недалеко от сварщика. Поэтому рабочих, присутствующих в зоне сварки, следует снабдить очками и светофильтрами. Излучение дуги опасно для зрения на расстоянии до 20м.
Зачистку поверхности металла выполняют в защитных предохранительных очках с прозрачными небьющимися стёклами или в защитных щитках.
Защита тела. Для защиты тела от искр и брызг расплавленного металла и шлака, повышенных температур материалов и оборудования предназначена спецодежда всесезонная и летняя из брезента с термостойкой, искростойкой и огнестойкой пропиткой. Руки защищают рукавицами (ГОСТ 12.4.010).
Спецодежда (куртки и брюки) изготовляется из материала, защищающего сварщика от излучения дуги. При работе на стационарных постах сварщик использует фартук, защищающий от брызг металла, особенно опасных при дуговой резке. Обувь должна быть с нескользящей подметкой.
Во время работы куртка должна быть застёгнута, обшлага рукавов подвязаны или застёгнуты, карманы застёгнуты клапанами, ботинки плотно зашнурованы, брюки должны закрывать ботинки во избежание попадания брызг металла на ноги. Спецодежда, спецобувь и рукавицы должны быть сухими, без следов масла.
К средствам индивидуальной защиты относятся также резиновый коврик, резиновые перчатки и галоши, применяемые при особо опасных работах.
При сварочных работах на открытом воздухе в холодное время года спецодежда дополняется теплозащитными подстёжками в соответствии с климатическими зонами.
Вентиляция. Вентиляция может быть общей и местной. Общую делают приточно-вытяжной. Она служит для удаления загрязнённого воздуха из всего помещения и подачи свежего. Общая вытяжная вентиляция на постоянных рабочих местах недостаточно эффективна: поток загрязнённого воздуха, поднимаясь вверх от дуги или пламени, вредно влияет на электросварщика. Поэтому загрязнённый поток с рабочего места удаляют местными вытяжными устройствами.
Эффективны местные вентиляционные устройства, отклоняющие сварочный факел от лица рабочего и удаляющие загрязнённый воздух, – вытяжные панели. Выбор типа панели зависит от объёма удаляемого воздуха, длины сварочного стола и размеров свариваемых изделий. Вытяжные панели особенно эффективны при сварке относительно небольших деталей. При сварочных работах на больших листах и конструкциях у дуги или панели целесообразно ставить местные отсосы передвижного типа, соединённые с вытяжной вентиляцией телескопическими трубами и поворотными фланцами.
Работа в особо опасных условиях. При ручной дуговой сварке переменным током в особо опасных условиях (внутри металлической ёмкости, на открытом воздухе, а также в помещении с повышенной опасностью) при смене электродов применяют блокировочные устройства. Они позволяют менять электроды при отключенном напряжении сварочной цепи или понижении его до безопасной величины (12–14В). Выполняют работу в брезентовых рукавицах. Во время перерывов сварки электродержатель подвешивают на штатив или крючок.
Особого внимания требует организация рабочего места при работе внутри цистерн, котлов, колодцев и в других замкнутых или тесных пространствах, так как при этом возникает опасность отравления газом и поражения электрическим током.
Электросварщика, работающего в закрытых сосудах, обеспечивают шланговым противогазом ПШ-2 илиПШ-1, спасательным поясом с прикреплённой к нему прочной верёвкой, резиновыми изолирующими матами на войлочной или другой подкладке, плохо проводящей теплоту, шлемом из диэлектрического материала и спецодеждой с резиновыми подлокотниками и наколенниками.
Прежде чем приступить к работе в опасной зоне, берут пробу воздуха. В процессе работы воздуходувкой подают в рабочую зону чистый воздух.
Подлежащие сварке ёмкости, которые были заполнены нефтепродуктами и другими легковоспламеняющимися и горючими жидкостями, обязательно промывают и пропаривают
При выполнении сварочных работ на высоте рабочий должен иметь предохранительный пояс и сумку для инструмента. Если сварщики одновременно работают на различной высоте по одной вертикали, должны быть предусмотрены средства, защищающие людей, находящихся внизу, от падающих капель расплавленного металла и шлака. Под местом сварки оборудуют плотный помост, покрытый листами кровельного железа или асбестом.
Сварщики, работающие на строительных площадках, обязаны носить каски, защищающие голову от падающих предметов, поражения электрическим током и атмосферных воздействий. Под каску надевается подшлемник.
Заключение
В ходе выполненной дипломной работы был произведен выбор и обоснование сварочных материалов для ручной дуговой сварки и источника питания – сварочного выпрямителя, а также произведен расчет параметров сварки. В результате анализа свариваемости оказалось, что сталь ВСт3сп имеет хорошую свариваемость и не нуждается в предварительном подогреве.
Технологическая карта
Таблица 11
| № п/п | Вид операции | Инструмент |
| Разметка | Чертилка, линейка, циркуль, керно, уголок, молоток, угольник. | |
| Резка | Плазморез, шлиф. машинка с отрезным камнем | |
| Слесарная | Зачистка торцов с помощью шлиф. машинки с зачистным камнем | |
| Сборка | Сборочно-сварочный, струбцины, упоры, прижимы, спец.приспособления | |
| Прихватка | РДС | |
| Сварка | РДС | |
| Слесарная | Шлиф. машинка | |
| Контрольная | Ультразвуковая установка |
Список используемой литературы
1 Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Контроль качества сварных соединений. - М.: Высшая школа, 1986
2 Волченко В.Н. Контроль качества сварных конструкций. - М.: Машиностроение, 1986
3 Голота Г.Ф. Техническое нормирование в судостроении. - М.: Судостроение, 1975
4 Гитлевич А.Д. Механизация и автоматизация сварочного производства. -М.: Машиностроение, 1980
5 Думов С. И. Технология электрической сварки плавлением. -М.: Машиностроение, 1987
6 Николаев Г.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. - М.: высшая школа, 1990
7 Прох Л.Ц., Шпаков Б.М., Яворская Н.М. Справочник по сварочному оборудованию. - К.: Техшка, 1983
8 Разоренов Ю.Н. Оборудование для электрической сварки плавлением. - М.: Машиностроение, 1987
9 Юрьев В.П. Справочное пособие по нормированию материалов и электроэнергии для сварочной техники. - М.: Машиностроение, 1972