Техника и технология сборки конструкции

 

Наибольший объём среди других видов сварки занимает ручная дуговая сварка- сварка плавлением штучными электродами, при которой подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производится вручную. Схема процесса показана на рис. 3

Рис. 3. Ручная дуговая сварка металлическим электродом с покрытием

Дуга горит между стержнем электрода 1 и основным металлом 7. Под действием теплоты дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическую сварочную ванну 4. Капли жидкого металла 8 с расплавляемого электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 2, образуя газовую защиту 3 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла.

Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги металл сварочной ванны затвердевает и образует сварной шов 6. Жидкий шлак по мере остывания образует на поверхности шва твёрдую шлаковую корку 5, которая удаляется после остывания шва. Для обеспечения заданного состава и свойств шва сварку выполняют покрытыми электродами, к которым предъявляют специальные требования (стальные покрытые электроды для ручной дуговой сварки и наплавки изготовляют в соответствии с ГОСТ 9467-75).

Сварочный пост для ручной дуговой сварки оснащается источником питания, токоподводом, необходимыми инструментами, принадлежностями и приспособлениями.

Сварочные посты могут быть стационарными и передвижными. К стационарным относят посты, расположенные в цехе, преимущественно в отдельных сварочных кабинах, в которых сваривают изделия небольших размеров. Передвижные сварочные посты, как правило, применяют при монтаже крупногабаритных изделий (трубопроводов, металлоконструкций, и т.д.) и ремонтных работах. При этом часто используют переносные источники питания. В зависимости от свариваемых материалов и применяемых электродов для ручной дуговой сварки применяют источники переменного или постоянного тока с крутопадающей характеристикой.

Основным рабочим инструментом сварщика при ручной сварке служит электрододержатель, который предназначен для зажима электрода и провода сварочного тока. Применяют электрододержатели пружинного, пластинчатого и винтового типов (рис. 4)

Согласно ГОСТ 14651-78 электрододержатели выпускаю трёх типов в зависимости от силы сварочного тока: 1 типа - для тока 125 А; 2- 125-315 А; 3-315-500 А.

Для подвода тока от источника питания к электрододержателю и изделию используют сварочные провода. Сечения проводов выбирают по установленным нормативам для электротехнических установок (5-7 А/мм^2).

 К вспомогательным инструментам для ручной сварки относятся: стальные проволочные щётки для зачистки кромок перед сваркой и для удаления с поверхности швов остатков шлака, молоток-шлакоотделитель для удаления шлаковой корки, особенно с угловых и корневых швов в глубокой разделке, зубило, набор шаблонов для проверки размеров швов, стальное клеймо для клеймения швов, метр, стальная линейка, отвес, угольник, чертилка, мел, а также ящик для хранения и переноски инструмента.                                                                                                                                                                      

Выбор режима.

Под режимом сварки понимают совокупность контролируемых параметров, определяющих условия сварки. Параметры режима сварки подразделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам режима ручной сварки относят диаметр электрода, величину, род и полярность тока, напряжение на дуге, скорость сварки. К дополнительным относят величину вылета электрода, состав и толщину покрытий электрода, положение электрода и положение изделия при сварке.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины металла, катета шва, положения шва в пространстве.

Примерное соотношение между толщиной металла S и диаметром электрода d _э при сварке в нижнем положении шва составляет:

      S, мм......1-2 3-5 4-10 12-24 30-60

      d_э, мм....2-3 3-4 4-5 5-6 6-8

Сила тока в основном зависит от диаметра электрода, но также от длины его рабочей части, состава покрытия, положения сварки. Чем больше ток, тем больше производительность, т. е. большее количество наплавленного металла:G= a _н I _св t, где G- количество наплавленного металла, г; a _н- коэффициент наплавки, г/(А•ч); I _св- сварочный ток, А; t- время, ч.

Однако при чрезмерном токе для данного диаметра электрода электрод быстро перегревается выше допустимого предела. Что приводит к снижению качества шва и повышенному разбрызгиванию. При недостаточном токе дуга неустойчива, часто обрывается, в шве могут быть непровары. Величину тока можно определить по следующим формулам: при сварке конструкционных сталей для электродов диаметром 3-6 мм I _д=(20+6 d _э) d _э; для электродов диаметром менее 3 мм I _д = 30 d _э, где d _э диаметр электрода, мм. Сварку швов в вертикальном и потолочном положениях выполняют, как правило, электродами диаметром не более 4 мм. При этом сила тока должна быть на 10­- 20 % ниже, чем для сварки в нижнем положении. Напряжение дуги изменяется в сравнительно узких пределах-16-30 В.

Дуга может возбуждаться двумя приёмами: касанием впритык и отводом перпендикулярно вверх или «чирканьем» электродом как спичкой. Второй способ удобнее. Но неприемлем в узких и неудобных местах.

 

 

Выбор режимов

 

Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, которые устанавливаются на основе исходных данных и должны выполняться для получения сварного соединения требуемого качества. Каждый параметр режима сварки должен быть обоснован подробными расчетами, анализом и сопоставлением современного производственного и справочного материала.

В настоящее время известны и применяются несколько методик расчета режимов. Рекомендуемая методика для дуговой сварки, как наиболее используемого способа, приведена ниже.

Для сталей, чувствительных к термическому циклу сварки параметры режимов рассчитывают из рекомендуемого диапазона оптимальных погонных энергий, полученных при анализе свариваемости по условию предотвращения нежелательных структур закалки. При этом устанавливают вид и режимы термообработки (предварительная, сопутствующая, последующая и т.д.). В случае, когда по нормам точности изделия появляются большие деформации, последние подлежат проверки по расчетным методикам и данным работ. При этом корректируется величина погонной энергии, либо намечаются другие мероприятия по уменьшению деформаций (обратный прогиб, жесткое крепление в приспособлении и др.).

Далее производится определение сварочного тока (по паспортным данным выбранных электродов или по допускаемой плотности тока для сварочной проволоки), напряжения дуги, значения эффективного коэффициента полезного действия дуги, а затем по этим данным и оптимальному диапазону погонных энергий определяют диапазон скоростей сварки. Затем, исходя из принятого коэффициента наплавки, плотности наплавляемого металла, сварочного тока и скорости сварки находят площадь поперечного сечения шва, наплавляемого за один проход.

Для сталей и металлов, мало чувствительных к термическому циклу сварки и имеющих большой интервал оптимальных погонных энергий с точки зрения предотвращения трещин, режимы рассчитываются по условию получения оптимальных размеров и формы ива.

В общем случае расчетному и иному обоснованию подлежат сила тока, напряжение, диаметр и марка электрода, марка покрытия, флюса, род и расход защитного газа, количество и сечение слоев, скорость подачи проволоки, скорость сварки, последовательность сварки. Полученные данные заносят в таблицу.

Параметрами режима способа сварки в среде CO₂ и смеси газов являются:

- диаметр dЭ и марка электродной проволоки,

- cила сварочного тока Iсв,

- скорость сварки vсв,

- вылет электрода lЭ,

- расход защитного газа QГ.

Диаметр электрода устанавливают в зависимости от толщины свариваемых кромок, вида сварного соединения и размеров шва. Для стыковых соединений приняты практические рекомендации по выбору диаметра электрода d в зависимости от толщины свариваемых кромок

 

I,	Мм.	.. <2	3..	.5	6.	..8	9.	..12	13...15	16.	..20	>20
s.	Мм..	.. <2	3..	.4	4.	..5	5.	..6	6...7	7.	..8	8...10

 

При выполнении угловых и тавровых соединений принимают во внимание размер катета шва. При катете шва 3...5 мм сварку производят электродом диаметром 3...4 мм; при катете 6...8 мм применяют электроды диаметром 4...5 мм. При многопроходной сварке швов стыковых соединений первый проход выполняют электродом диаметром не более 4 мм. Это необходимо для хоро­шего провара корня шва в глубине разделки.

По выбранному диаметру электрода устанавливают значение сварочного тока. Обычно для каждой марки электродов значение тока указан на заводской этикетке.

Полученное значение сварочного тока корректируют, учиты­вая толщину металла и положение свариваемого шва. При тол­щине кромок менее (1,3... 1,6) d3, расчетное значение сварочного тока уменьшают на 10...15 %, при толщине кромок > d3— увеличивают на 10...15 %. Сварку вертикальных и потолочных швов выполняют сварочным током, на 10...15 % уменьшенным против расчетного.

Сварочную дугу возбуждают двумя приемами. Можно коснуться свариваемого изделия торцом электрода и затем отве­сти электрод от поверхности изделия на 3...4 мм, поддерживая горение образовавшейся дуги. Можно также быстрым боковым движением коснуться свариваемого изделия и затем отвести электрод от поверхности изделия на такое же расстояние (по методу зажигания спички). Прикосновение электрода к изделию должно быть кратковременным, так как иначе он приваривается к изделию, т. е. «примерзает». Отрывать «примерзший» электрод следует резким поворачиванием его вправо и влево.

Длина дуги значительно влияет на качество сварки. Короткая дуга горит устойчиво и спокойно. Она обеспечивает получение шва высокого качества, так как расплавленный металл электрода быстро проходит дуговой промежуток и меньше подвергается окислению и азотированию. Но слишком короткая дуга вызывает «примерзание» электрода, дуга прерывается, нарушается процесс сварки. Длинная дуга горит неустойчиво с характерным шипе­нием. Глубина проплавления недостаточная, расплавленный ме­талл электрода разбрызгивается и больше окисляется и азоти­руется. Шов получается бесформенным, а металл шва содержит большое количество окислов. Для электродов с толстым покры­тием длина дуги указывается в паспортах.

В процессе сварки необходимо поддерживать определённую длину дуги, которая зависит от марки и диаметра электрода. Ориентировочно нормальная длина дуги должна быть в пределах L _д=(0,5-1,1) d _э, где L _д - длина дуги, мм; d _э - диаметр электрода, мм.

Длина дуги оказывает существенное влияние на качество сварного шва и его геометрическую форму. Длинная дуга способствует более интенсивному окислению и азотированию расплавляемого металла, увеличивает разбрызгивание, а при сварке электродами основного типа приводит к пористости металла.

В процессе сварки электроду сообщается движение в трёх направлениях. Первое движение - поступательное, по направлению оси электрода. Этим движением поддерживается постоянная (в известных пределах) длина дуги в зависимости от скорости плавления электрода.

Второе движение -перемещение электрода вдоль оси валика образования шва. Скорость этого движения устанавливается в зависимости от тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов. При отсутствии поперечных движений электрода получается так называемый ниточный валик, на 2-3 мм больший диаметра электрода, или узкий шов шириной е£1,5 d _э.

Третье движение - перемещение электрода поперёк шва для получения шва шире, чем ниточный валик, так называемого уширенного валика.

Рис. 5. Траектория движения конца электрода при ручной дуговой сварке.

 

 Поперечные колебательные движения конца электрода (рис. 5) определяются формой разделки, размерами и положением шва, свойствами свариваемого материала, навыком сварщика. Для широких швов, получаемых с поперечными колебаниями, e=(1,5­5) d _э.

Для повышения работоспособности сварных конструкций, уменьшения внутренних напряжений и деформаций большое значение имеет порядок заполнения швов.

Под порядком заполнения швов понимается как порядок заполнения разделки шва по поперечному сечению, так и последовательность сварки по длине шва.

По протяжённости все швы условно можно разделить на три группы: короткие - до 300 мм, средние-300-1000, длинные - свыше 1000 мм.

В зависимости от протяженности шва, материала, требований к точности и качеству сварных соединений сварка таких швов может выполняться различно рис 6:

Короткие швы выполняют на проход - от начала шва до его конца. Швы средней длины варят от середины к концам или обратно ступенчатым методом. Швы большой длины выполняют двумя способами: от середины к краям (обратноступенчатым способом) и вразброс.

При обратноступенчатом методе весь шов разбивается на небольшие участки длиной по150-200 мм, на каждом участке сварку ведут в направлении, обратном общему направлению сварки. Длина участков обычно равна от 100 до 350 мм. В зависимости от количества проходов (слоёв), необходимых для выполнения проектного сечения шва, различают однопроходный (однослойный) и многопроходный (многослойный) швы.

С точки зрения производительности наиболее целесообразными являются однопроходные швы, которые обычно применяются при сварке металла небольших толщин (до 8-10 мм.) с предварительной разделкой кромок.

Сварку соединений ответственных конструкций большой толщины (свыше 20-25 мм.), когда появляются объёмные напряжения и возрастает опасность образования трещин, выполняют с применением специальных приёмов заполнения швов «горкой» или «каскадным» методом.

При сварке «горкой» сначала в разделку кромок наплавляют первый слой небольшой длины 200-300 мм, затем второй слой, перекрывающий первый и имеющий в 2 раза большую длину. Третий слой перекрывает второй и длиннее его на 200-300 мм. Так наплавляют слои до тех пор, пока на небольшом участке над первым слоем разделка не будет заполнена. Затем от этой «горки» сварку ведут в разные стороны короткими швами тем же способом. Таким образом, зона сварки всё время находится в горячем состоянии, что позволяет предупредить появление трещин. «Каскадный» метод является разновидностью горки.

Соединения под сварку собирают в приспособлениях, чаще всего с прихватками. Сечение прихваточного шва составляет примерно 1/3 от сечения основного шва, длина его 30-50 мм. Угловые швы сваривают «в угол» или «в лодочку» (рис.7).

Рис. 7. Положение электрода и изделия при выполнении угловых швов:

а – сварка в симметричную «лодочку», б – в несимметричную «лодочку»,

в – «в угол» наклонным электродом, г - с оплавлением кромок.

 

При сварке «в угол» проще сборка, допускается большой зазор между свариваемыми деталями (до 3 мм), но сложнее техника сварки, возможны дефекты типа подрезов и наплывов, меньше производительность, так как приходится за один проход сваривать швы небольшого сечения (катет <8 мм) и применять многослойную сварку. Сварка «в лодочку более производительна, допускает большие катеты шва за один проход, но требует более тщательной сборки.

Обеспечение нормативных требований по технологии и технике сварки - основное условие получения качественных сварных швов. Отклонения размеров и формы сварного шва от проектных чаще всего наблюдаются в угловых швах и связаны с нарушением режимов сварки, неправильной подготовкой кромок под сварку, неравномерной скоростью сварки, а также с несвоевременным контрольным обмером шва.

 

 

Контроль качества

 

Дефекты сварных швов являются следствием неправильного выбора или нарушения технологического процесса изготовления сварной конструкции, применения некачественных сварочных ма­териалов и низкой квалификации сварщика. Дефекты разделяются на внешние и внутренние. К внеш­ним дефектам относятся: нарушение установленных размеров и формы шва, непровар, подрез зоны сплавления, поверхностное окисление, прожог, наплыв, поверхностные поры, незаваренные кратеры и трещины на поверхности шва.

К внутренним дефектам относятся: внутренние поры, неметаллические включения, непровар и внутренние трещины.

Нарушение установленных размеров и формы шва выражает­ся в неполномерности ширины и высоты шва, в чрезмерном усилении и резких переходах от основного металла к наплавлен­ному. Эти дефекты при ручной сварке являются результатом низкой квалификации сварщика, плохой подготовки свариваемых кромок, неправильного выбора сварочного тока, низкого каче­ства сборки под сварку. Дефекты формы шва могут быть и следствием колебания напряжения в сети. При автоматической сварке нарушения формы и размеров шва являются следствием неправильной разделки шва или нарушения режима в процессе сварки (скорости сварки, скорости подачи электродной прово­локи, сварочного тока).

Непровар — местное несплавление свариваемых кромок ос­новного и наплавленного металла — является следствием низкой квалификации сварщика, некачественной подготовки сваривае­мых кромок (малый угол скоса, отсутствие зазора, большое притупление), смещения электрода к одной из кромок, быстрого перемещения электрода по шву.

Подрез зоны — узкие углубления в основном металле вдоль края сварного шва — образуются при сварке большим током или удлиненной дугой, при завышенной мощности горелки, неправильном положении электрода или горелки и присадочного прутка.

Поверхностное окисление — окисление металла шва и приле­гающего к нему основного металла. Причины — сильно окисляю­щая среда, большая длина дуги, чрезмерно большая мощность сварочной горелки или слишком большой сварочный ток, замед­ленное перемещение электрода или горелки вдоль шва.

Прожог — сквозное отверстие в сварном шве. Основные при­чины прожога — большой сварочный ток, завышенная мощность сварочной горелки, малая толщина основного металла, малое притупление свариваемых кромок и неравномерный зазор между ними по длине.

Наплывы — результат натекания наплавленного металла на непрогретую поверхность основного металла или ранее выпол­ненного валика без сплавления с ним. Такие дефекты могут быть при низкой квалификации сварщика, недоброкачественных электродах и несоответствии скорости сварки и сварочного тока разделке шва.

Поверхностные и внутренние поры возникают вследствие попадания в металл шва газов (водород, азот, углекислый газ и др.), образовавшихся при сварке. Водород образуется из вла­ги, масла и компонентов покрытия электродов. Азот в металл шва попадает из атмосферного воздуха при недостаточно качественной защите расплавленного металла шва. Оксид углерода образуется в процессе сварки стали при выго­рании углерода, содержащегося в металле. Если свариваемая сталь и электроды имеют повышенное содержание углерода, то при недостатке в сварочной ванне раскислителей и при большой скорости сварки оксид углерода не успевает выделиться и остается в металле шва. Таким образом, пористость является результатом плохой подготовки свариваемых кромок (загрязнен­ность, ржавчина, замасленность), применения электродов с сы­рым покрытием, влажного флюса, недостатка раскислителей, больших скоростей сварки.

Неметаллические включения образуются при сварке малым сварочным током, при применении недоброкачественных электро­дов, сварочной проволоки, флюса, загрязненных кромок и плохой очистке шва от шлака при многослойной сварке. При неправиль­но выбранном режиме сварки шлаки и оксиды не успевают всплыть на поверхность и остаются в металле шва в виде неметаллических включений.

Трещины наружные и внутренние являются опасными и не­допустимыми дефектами сварных швов. Они образуются вслед­ствие напряжений, возникающих в металле от его неравномер­ного нагрева, охлаждения и усадки. Высокоуглеродистые и леги­рованные стали после сварки при охлаждении закаливаются, в результате чего могут образоватьсй трещины. Причина возникновения трещин — повышенное содержание в стали вредных примесей (серы и фосфора).

Методы устранения дефектов сварных швов. Неполномерность швов устраняется наплавкой дополнительного слоя ме­талла. При этом наплавляемую поверхность необходимо тща­тельно очистить до металлического блеска абразивным инструментом или металлической щеткой. Чрезмерное усиление шва устраняют с помощью абразивного инструмента или пневмати­ческого зубила.

Непровар, кратеры, пористость и неметаллические включения устраняют путем вырубки пневматическим зубилом или рас­чистки абразивным инструментом всего дефектного участка с последующей заваркой. Часто применяют выплавку дефект­ного участка резаком поверхностной кислородной или воздушно-дуговой резки.

Подрезы заваривают тонкими валиковыми швами. Наплывы устраняются обработкой абразивным инструментом или с по­мощью пневматического зубила.

Наружные трещины устраняются разделкой и последующей заваркой. Для предупреждения распространения трещины по концам ее засверливают отверстия. Разделку трещины выпол­няют зубилом или резаком. Кромки разделки зачищают от шла­ка, брызг металла, окалины и заваривают. Швы с внутренними трещинами вырубают и заваривают заново. При наличии сетки трещин дефектный участок вырезают и взамен сваркой накла­дывают заплату.

Сварка существует в мире более 100 лет, однако до сих пор имеет место множество проблем, связанных с контролем качества сварных соединений изделий и обеспечением надежности сварных конструкций. Среди наиболее важных проблем следует отметить следующие:

- низкая эффективность традиционных средств и методов при контроле напряженно-деформированного состояния сварных соединений и определении зон концентрации напряжений - источников развития повреждений;

- отсутствие в широкой практике научно-обоснованных норм по допустимости размеров дефектов с позиций механики разрушений;

- коробление или изменение формы и размеров конструкции в результате неравномерного нагрева и охлаждения при сварке;

- отсутствие эффективных методов неразрушающего контроля (НК) качества термической и других технологий обработок сварных соединений с целью снятия остаточных напряжений;

- отсутствие эффективных методов НК точечной контактной сварки в изделиях машиностроения; до сих пор на практике контроль осуществляется на отрыв путем удара по месту точечной сварки молотком и зубилом;

- проблемной задачей является выбор оптимальных технологий сварки, наплавок, напылений;

- низкая эффективность традиционных методов НК при контроле контактной сварки труб, угловых, тавровых сварных соединений.

Одной из важных и сложных проблем современного неразрушающего контроля (НК) качества сварных соединений разных типов является поиск и определение в них "слабого звена" в единой комплексной системе факторов "структурно-механическая неоднородность - дефекты сварного шва - конструктивный и технологический концентратор напряжений", т.е. зон с высокой неоднородностью напряженно-деформированного состояния или зон концентрации напряжений (ЗКН). Это важно как при изготовлении сварных соединений, т.е. непосредственно после сварки, для оптимизации технологического процесса, так и при их эксплуатации.

Традиционная дефектоскопия, ориентированная только на поиск несплошностей в сварных соединениях, не может обеспечить достоверную оценку их качества. Опираясь только на результаты дефектоскопии технологу-сварщику трудно выявлять причины дефектности шва и совершенствовать технологию сварки.

В условиях, когда на надежность сварных соединений влияет множество факторов, необходим метод НК, который бы интегрально оценивал состояние металла сварного соединения.

В настоящее время в России разработан и успешно внедряется в различных отраслях промышленности принципиально новый метод диагностики металла изделий и сварных соединений, основанный на использовании магнитной памяти металла (МПМ).

Метод МПМ направлен на решение указанных выше проблем НК основного металла и сварных соединений объектов промышленности и транспорта.

МПМ - метод неразрушающего контроля, основанный на анализе распределения собственного магнитного поля рассеяния (СМПР) на поверхности изделий с целью определения зон концентрации напряжений, дефектов и неоднородности структуры металла и сварных соединений.

Путем считывания СМПР, отображающего остаточную намагниченность, сформировавшуюся естественным образом в процессе сварки, нам предоставляется уникальная возможность выполнять оценку фактического состояния сварного шва. Причем эта оценка является интегральной, отображающей в каждом шве одновременно особенности структурного состояния, распределение остаточных напряжений и дефектов сварки.

Формирование магнитной (доменной) структуры в сварных соединениях происходит одновременно с кристаллизацией при остывании металла в магнитном поле Земли и прохождении через точку Кюри (768ºС) под действием напряжений и деформаций, возникающих в процессе сварки. На возникающих дефектах сварки образуются узлы закрепления доменных границ с выходом на поверхность сварного шва в виде СМПР. Таким образом, путем считывания СМПР, которые формируются в процессе сварки, нам предоставляется возможность выполнять интегральную оценку фактического состояния сварного шва.

Контроль методом МПМ осуществляется без зачистки металла и специального намагничивания и позволяет выполнять экспресс-контроль качества сварных соединений в ручном и автоматическом режиме и массовом производстве на различных изделиях из углеродистых, аустенитных и феррито-аустенитных марок сталей.

Контроль выполняется с помощью специализированных малогабаритных приборов, имеющих автономное питание, сканирующие и регистрирующие устройства. Приборы типа ИКН (измерители концентрации напряжений магнитометрические) не имеют аналогов, серийное их изготовление организовано в России на предприятии "Энергодиагностика" (г.Москва). Приборы аттестованы в Госстандарте РФ и включены в государственный реестр средств измерений.

На рис.1 представлена схема контроля стыковых сварных соединений труб. Как видно из рис.1, феррозондовые преобразователи 1 и 3 располагаются при контроле по зонам термического влияния (ЗТВ) с обеих сторон шва, преобразователь 2 расположен между ними посередине, а преобразователь 4 расположен вертикально в противоположную сторону и предназначен для отстройки от внешнего магнитного поля.

Рис.1. Схема контроля стыковых сварных соединений труб четырёхканальным датчиком прибора ИКН-1М-4: 1, 2, 3 - феррозондовые преобразователи сканирующего устройства для регистрации поля Нр на поверхности сварного шва; 4 - феррозондовый преобразователь для отстройки от внешнего магнитного поля Нр; 5 - колёса привода измерителя длины; ΔLб - базовое расстояние между феррозондовыми преобразователями.

На рис.2,а показано типичное распределение остаточных напряжений на сварном соединении пластин. На рис.2,б показано распределение тангенциальной составляющей магнитного поля рассеяния Hpx, которое фиксируется при контроле МПМ при измерении поля перпендикулярно сварному шву (1, 2, 3 - разные сечения пластины). Из этих рисунков видна хорошая качественная сходимость распределений остаточных напряжений и магнитного поля.

Рис.2а.

Рис.2б.

 

Известно, что оперативный контроль качества термической обработки сварных соединений, как правило, осуществляется только путем измерений твердости металла. Однако, такой точечный контроль не дает уверенности в отсутствии концентраторов механических напряжений по всему шву и в прилегающей к нему зоне.

Рассмотрим эффективность метода МПМ при контроле качества термической обработки сварного шва на отрезке из низколегированной марки стали типа 12Х1МФ. Термообработка осуществлялась с нагревом металла шва от индукционной катушки до 700ºС с последующим охлаждением на воздухе.

На рис.3 представлены магнитограммы, характеризующие напряженно-деформированное состояние отрезка вдали от сварного шва.

Магнитограммы получены в результате измерений СМПР вдоль сварного шва по схеме, представленной на рис.1. Из представленного на рис.3 эксперимента следует вывод о том, что в качестве стандартного образца сравнения может быть использована магнитограмма, измеренная рядом со сварным соединением, где влияние сварки отсутствует.

Известно, что остаточная деформация металла сварного шва формируется в результате сдвиговой пластической деформации, происходящей при кристаллизации в процессе остывания металла. При этом диагностические параметры Нр и его градиент Кин (dHp/dx) вследствие "магнитодислокационного" гистерезиса, обусловленного двуединством магнитной плоскости и плоскости скольжения дислокаций, отображают распределение остаточных деформаций и напряжений вдоль периметра сварного соединения.

Охрана труда

 

Выполнение сварочных работ связано с использованием электрических устройств, горючих и взрывоопасных газов, излучающих электрических дуг и плазмы, с интенсивным рас­плавлением, испарением и брызгообразованием металла и т. д. Это требует мер безопасности и защиты работающих от про­изводственного травматизма.

При электросварочных работах возможны следующие виды производственного травматизма: поражение электрическим то­ком; поражение зрения и открытой поверхности кожи лучами электрической дуги- ожоги от капель металла и шлака; отрав­ление организма вредными газами, пылью и испарениями, выделяющимися при сварке; ушибы, ранения и поражения от взрывов баллонов сжатого газа и при сварке сосудов из-под горючих веществ.

Для обеспечения условий, предупреждающих указанные виды травматизма, следует выполнять следующие мероприятия.

Защита от поражения электрическим током. При исправном состоянии оборудования и правильном выполнении сварочных работ возможность поражения током исключается. Однако в практике возможны поражения электрическим током вследствие неисправности сварочного оборудования или сети заземления; неправильного подключения сварочного оборудования к сети; неисправности электропроводки и неправильного ведения сварочных работ. Поражение от электрического тока происходит при прикосновении к токонесущим частям электропроводки и сварочной аппаратуры.

Напряжение холостого хода источников питания дуги достигает 90 В, а при плазменно-дуговой резке — 200 В. Учитывая, что сопротивление человеческого организма в зависимости от его состояния (утомленность, состояние здоровья, влажность кожи) может изменяться в широких пределах (1000...20 000 (Ом), то указанные выше напряжения являются очень опасными для жизни. Поражение током более 0,05 А может вызвать тяжелые последствия и даже смерть.

Опасность поражения сварщика и подсобных рабочих током особенно велика при сварке крупногабаритных резервуаров, во время работы внутри емкостей лежа или полулежа на металлических частях свариваемого изделия или при выполнении наружных работ в сырую погоду, в сырых помещениях, котлованах, колодцах и др.

Во избежание поражения электрическим током необходимо соблюдать следующие условия. Корпуса источников питания дуги, сварочного вспомогательного оборудования и свариваемые изделия должны быть надежно заземлены. Заземление осуществляют медным проводом, один конец которого закрепляют к корпусу источника питания дуги к специальному болту с надписью «Земля»; второй конец присоединяют к заземляющей шине или к металлическому штырю, вбитому в землю.

Заземление передвижных источников питания производится до их включения в силовую сеть, а снятие заземления — только после отключения от силовой сети.

Для подключения источников сварочного тока к сети используются настенные ящики с рубильниками, предохранителями и зажимами. Длина проводов сетевого питания не должна быть более 10 м. Для того чтобы нарастить провод, применяют соединительную муфту с прочной изоляционной массой или провод с электроизоляционной оболочкой. Провод подвешивают на высоте 2,5...3,5 м. Спуски заключают в заземленные металли­ческие трубы. Вводы и выводы должны иметь втулки или во­ронки, предохраняющие провода от перегибов, а изоляцию — от порчи.

При наружных работах сварочное оборудование должно находиться под навесом, в палатке или в будке для предо­хранения от дождя и снега. При невозможности соблюдения таких условий сварочные работы не производят, а сварочную аппаратуру укрывают от воздействия влаги.

Присоединять и отсоединять от сети электросварочное обо­рудование, а также наблюдать за их исправным состоянием в процессе эксплуатации обязан электротехнический персонал. Сварщикам запрещается выполнять эти работы.

Все сварочные провода должны иметь исправную изоляцию и соответствовать применяемым токам. Применение проводов с ветхой и растрепанной изоляцией во избежание несчастного случая категорически запрещается.

При сварке швов резервуаров, котлов, труб и других закры­тых и сложных конструкций необходимо пользоваться резиновым ковриком, шлемом и галошами. Для освещения следует поль­зоваться переносной лампой напряжением 12 В.

Все сварочные установки при работе в условиях, требующих особой электробезопасности, должны иметь устройство для автоматического отключения сварочной цепи или снижения напряжения холостого хода при обрыве дуги до 12 В с выдерж­кой не более 5 с. Большое применение получили устройства типа УСНТ (УСНТ-05, УСНТ-06 и др.). При холостом ходе первичная обмотка трансформатора питается через ограничи­тельные резисторы типа УСНТ и напряжение питания снижается до 60...80' В, а вторичное напряжение холостого хода до 12 В. При возбуждении дуги коротким замыканием резисторы шунти­руются тиристорами и на трансформатор подается полное сетевое напряжение. После прекращения сварки через 0,5...1 с снова включаются ограничительные резисторы и напряжение холостого хода снижается до 12 В.

При работах внутри резервуара или при сварке сложной металлической конструкции, а также при сварке емкостей из-под горючих и легковоспламеняющихся жидкостей к сварщику назначается дежурный наблюдатель, который обязан обеспечить безопасность работ и при необходимости оказать первую по­мощь.

При поражении электрическим током необходимо пострадавшему оказать первую помощь: освободить его от электропров­одов; обеспечить доступ свежего воздуха и, если пострадавший п