Основной задачей является обеспечение таких условий труда, при которых сводится к минимуму возможность получения человеком травмы во время выполнения различных работ как на производстве, так и дома. Особенно актуален указанный вопрос во время проведения различных операций с металлами, в том числе и при помощи дуговой электрической сварки.
Процесс сварки.
Сварка — процесс, во время которого получают неразъемное соединение деталей. С помощью такого процесса выполняется большое количество конструкций, в том числе мосты, корабли, гидротехнические сооружения, краны и многие другие металлоконструкции.
Способы сварки будут зависеть от материала и параметров соединяемых деталей. В зависимости от этого выбирается техника проведения работ и источники теплоты. Для выполнения процесса сварки используют преобразованную энергию в тепло. Выполнено это может быть при помощи дуги, электронного луча или квантового генератора. Может быть использовано тепло, которое выделяется при прохождении тока по твердому или жидкому проводнику, при прохождении химической реакции, может быть использована энергия ультразвука и др.
Технология и описание электродуговой сварки
Одним из самых распространенных методов сварочной технологии является электродуговая сварка.
Схема ручной электродуговой сварки.
В данном случае для того, чтобы соединить детали, их кромки расплавляют при помощи электрического дугового разряда. Для использования указанного метода сварки необходимо применять оборудования, вырабатывающие большой ток при небольшом напряжении, при этом одна деталь прикрепляется к зажиму, а к другому зажиму присоединяют электрод. Дуга образуется между электродами, в этом месте получается ионизированная среда.
Электрическая дуга имеет несколько областей:
- анодная;
- катодная;
- столб дуги.
Этому методу присуще то, что в центре газового столба температура достигает 6500-7500°С, это позволяет работать практически с любым металлом или сплавом. На самой детали и на электроде дуга будет иметь уже более низкую температуру — порядка 4000°С.
Сваривание тонких деталей или изделий из легированных, высокоуглеродистых сталей, которые чувствительны к большой температуре и перегреву, проводится дугой, питающейся током обратной полярности, при этом минус подключают не к электроду, а к детали.
Схема электродержателя для аргонно-дуговой сварки: 1 — присадочный пруток; 2 — сопло; 3 — токоведущий мундштук; 4 — корпус; 5 — электрод; 6 — рукоятка; 7 — атмосфера защитного газа; 8 — сварочная дуга; 9 — ванна расплавленного металла; 10 — деталь.
При проведении сварки происходит большое излучение как в ультрафиолетовом, так и в инфракрасном диапазоне, а также выделяется много тепла от соединяемых деталей и самого места сварки.
Мощность дуги будет меняться в зависимости от материалов, которые свариваются, и от используемых защитных газов. Если не использовать специальные защитные средства, то работник может получить травмы органов зрения и кожи.
Во время процесса сварки происходит нагрев электрода, он начинает выпускать свободные электроны, при этом образуются заряженные ионы. Атомы, которые потеряли электроны, являются положительным ионами, а те, что присоединили электроны, отрицательными. В зоне проведения работ газ становится ионизированным, что делает его электропроводным.
Параметры электрической дуги
Во время проведения сварки образуется сварочная ванна, в центре которой есть кратер. Расстояние от электрода до кратера ванны и будет длиной сварочной дуги. При проведении ручной сварки дуга должна быть длиной 2-6 мм. Обычно длина дуги равна диаметру электрода, который используется для проведения сварки, если она больше диаметра электрода в 1,5 раза, то это будет длинная дуга.
Большинство работ проводится с использованием короткой дуги, так как при работе длинной сильно разбрызгивается металл, шов получается пористым и непрочным. Большое количество брызг расплавленного металла значительно увеличивает вероятность получения травмы.
Схема электрической дуги: Uд — напряжение дуги; Uк — катодное падение напряжения; Uст — падение напряжения столба дуги; Uд — анодное падение напряжения; l — д; lк; lст; lд — длины дуги, катодной зоны, столба дуги, анодной зоны.
Если работа проводится с использованием угольного электрода, то длина дуги может составлять 15-20 мм. Между напряжением разряда и длиной дуги существует прямая зависимость, на это влияет наличие флюса и его свойства, характеристики покрытия электрода, наличие защитного газа.
Чем больше сила тока, проходящего через электрод, тем выше будет температура дуги. Если выполняется ручная сварка, то плотность тока в пределах 10-20 А/мм2 , а напряжение — 18-20 В. Такие параметры позволяют работать с материалами толщиной больше 1 мм, с легированной и углеродистой сталью, твердыми сплавами или цветными металлами.
Для проведения ремонтных работ может быть использован постоянный или переменный ток. При переменном токе получается неустойчивая дуга, чтобы ее улучшить, надо увеличить плотность тока. Это опасно при работе с тонкими деталями.
Если используется постоянный ток, то получают стабильную дугу, работают на малых токах, что позволяет работать с тонкими материалами, но для указанного процесса необходимо оборудование, имеющее более высокую стоимость и сложную конструкцию.
На качество шва негативное действие оказывают такие газы, как кислород, азот и водород, поэтому после проведения работ шов надо зачистить, а зону, где происходит сваривание, защищают нейтральным газом.
Характеристики источников энергии
Источники тепла различаются по таким параметрам:
Источники сварочного тока.
- источники тока могут быть постоянными или переменными, использование выпрямителей или преобразователей дает возможность вырабатывать постоянный ток, а переменный ток вырабатывается трансформаторами;
- в зависимости от количества постов, которые могут подключаться одновременно, бывают одно- и многопостовые источники;
- работу можно проводить при помощи электрода с покрытием или предназначенным для работы с использованием защитных газов, при приведении полуавтоматической или автоматической сварки, при выполнении плазменного резания;
- источники тепла могут различаться по принципу действия;
- привод может быть электрическим или от ДВС;
- есть стационарные и передвижные модели.
Если проводятся работы с приборами, которые питаются от электричества, всегда есть большая вероятность того, что человек будет поражен электрическим током. Обычно напряжение сварочной дуги около 90 В, а сжатой дуги достигает 200 В. Влажная погода, ослабленный организм будут отягощающими факторами при поражении током.
Особенности сваривания некоторых материалов
Чугун. Сваривание чугунных деталей — достаточно сложный процесс, это объясняется характеристиками указанного материала. Чугун можно варить двумя способами:
- холодная сварка, в данном случае материал не греется, а применяют специальные электроды.
- горячая сварка — перед проведением работ деталь нагревают, а потом медленно охлаждают;
Схема холодной сварки.
Латунь, медь, бронза. При использовании обычной дуги и электрода, который плавится, соединять детали из этих материалов сложно. Указанные материалы отлично растворяют газ, имеют высокую жидкотекучесть, достаточно сильно расширяются при нагревании, что и обусловливает сложность проведения работ.
Для работы с медными деталями используют угольные или обыкновенные электроды, которые имеют маркировку МН-5 и ОЗБ-1, работают постоянным током и обратной полярностью. Этот материал хорошо варится вольфрамовым электродом, методом аргонной сварки. Для присадки используют прутки из такого же материала, как и сама деталь. Если работаете угольным электродом, то для флюса берите буру.
При работе с латунью надо использовать присадки материалом, в котором много цинка, при этом выделяется много ядовитых испарений, поэтому выполнять работу надо в респираторе.
Алюминий и его сплавы. Эти материалы быстро окисляются, на поверхности получается тугоплавкая пленка, что значительно затрудняет процесс сваривания.
Присадка должна соответствовать свариваемой детали. Работа проводится током обратной полярности. При работе электродом 4-6 мм ток должен быть в пределах 120-160 А.
Схема горячей сварки.
Перед проведением работ, поверхность надо обезжирить при помощи растворителя или бензина, после чего выполняют ее механическую зачистку. Чтобы шлак не разъедал металл, его необходимо удалить, для этого используют щетку по металлу и подкисленную воду.
Сваривание чистого алюминия проводится электродами марки ОЗА-1, для сваривания его сплавов берут электроды марки ОЗА-2.
Для улучшения качества шва, недопущения коробления деталей их перед свариванием надо нагреть до 200-300°, чтобы определить температуру, используют специальный карандаш или термопару. Чтобы расплавленный металл не растекался, используют глиняные или металлические подкладки. Чтобы структура шва была более прочной и мелкозернистой, охлаждать его надо медленно и немного проковывать. Для снятия внутреннего напряжения проводится нагревание детали до 300-350°.
Если применять аргонно-дуговую сварку с вольфрамовым электродом, то использование флюса не требуется, но при удалении оксидной пленки придется приложить больше усилий.
Во время выполнения работы сварщик подвергается таким негативным факторам, как воздействие тепла, брызги металла и шлака, выделение вредных газов и др. Организации процесса сварки и соблюдению технологии необходимо уделять особенное внимание, тогда возможность получения травмы во время работы будет сведена к минимуму.
