Зварювання трубопроводів і конструкцій

1. СТРУКТУРА КАФЕДРИ «ЗВАРЮВАННЯ ТРУБОПРОВОДІВ І КОНСТРУКЦІЙ»

Кафедра «Зварювання трубопроводів і конструкцій» створена наказом ректора № 50 від 24.05.2005р. Кафедру очолює доктор технічних наук, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки, Заслужений працівник Укргазпрому, професор Л. С. Шлапак.

Кафедра забезпечує навчальний процес за програмою підготовки бакалаврів напряму підготовки «Зварювання», спеціалістів, магістрів спеціальності «Технологія та устаткування зварювання». Викладачі кафедри також беруть участь у підготовці фахівців спеціальностей:

— технологія і устаткування відновлення та підвищення зносостійкості машин і конструкцій;

— газонафтопроводи та газонафтосховища.

Матеріальна база кафедри «Зварювання трубопроводів і конструкцій» включає три спеціалізованих лабораторії (рисунок 1.1, 1.2), комп’ютерний клас, клас курсового та дипломного проектування.

Рисунок 1.1 — Лабораторія контактного зварювання Рисунок 1.2 — Навчальний клас кафедри зварювання Наукові дослідження кафедри проводяться як у рамках держбюджетної НДР так і госпдоговірної НДР. В рамках держбюджетної тематики проводились дослідження температурних полів та залишкових напружень при спорудженні та ремонті нафтогазопроводів. На кафедрі виконувалась госпдоговірні НДР по темі № 30/06 «Науковий супровід технології підвищення надійності експлуатації газопроводу ДУД-ІІ у Міжгірській долині» та № 24/05 «Дослідження напружено-деформованого стану трубопроводів обв’язки КС «Тарутине» .

З 2006 року викладачами кафедри «Зварювання трубопроводів і конструкцій» виголошено близько 12 доповідей на Міжнародних та Всеукраїнських науково-технічних конференціях. Зокрема, викладачі кафедри приймали участь у наступних Міжнародних та Всеукраїнських науково-технічних та науково-практичних конференціях: Композиционные материалы в промышленности, 2006, Славське., 5-а Міжнародна науково-технічна конференція і виставка «Сучасні прилади, матеріали і технології для неруйнівного контролю і технічної діагностики машинобудівного і нафтогазопромислового обладнання, 2008,

Івано-Франківськ 7-th World Congresson Computational Mechanics, 2006, LosAngeles, California, USA.

У 2008 році за розробку та впровадження технології ремонту магістральних трубопроводів під тиском завідувачу кафедри професору Шлапаку Любомиру Степановичу присуджено Державну премію у галузі науки і техніки.

Основні наукові публікації викладачів кафедри за останні роки:

— Вплив водню на механізм сульфідного корозійного розтріскування під напруженням (СКРН) сталей промислових трубопроводів. Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2003, № 1 — с. 121−123

— Оцінювання експлуатаційної надійності нафтопроводів за наявності локальних дефектів зварних з'єднань // Нафтова і газова промисловість.-2003, № 5-с.46−49.

— Моніторинг напружено-деформаційного стану трубопроводів «Газової» обв’язки ГПА КС «Тарутине» // Наука і газ.-2007, № 2.-с.36−39

— Теплові розрахунки при зварюванні. — Навчальний посібник.- ІваноФранківськ, Факел, 2004.

— Деякі особливості деградації труб пароперегрівників котлів ТЕС із сталі 12Х18Н12Т// Фізико-хімічна механіка матеріалів (ФХММ) — 2004. — № 5.

— Особливий вид деградації труб із сталі 12Х18Н12Т пароперегрівника котла ТЕС// Сварщик — 2 (42). — 2005.

— Корозійне розтріскування зварних з'єднань феритно-аустенітної сталі 12Х21Н5А у порівнянні з деякими аустенітними сталями. Частина II// Problems of Trbology — 2005 — No 3,4

2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ВИГОТОВЛЕННЯ НОЖА ДЛЯ БУЛЬДОЗЕРА

Розглядаємо технологічний процес виготовлення ножа для бульдозера. Ніж для бульдозера використовується для зняття верхнього шару поверхні землі. Для виготовлення ножа беремо сталь Ст45. Дана зварна конструкція складається з основного листа до якого приварені косинки (рисунок 2.1). Всього приварено 8 косинок. Для виготовлення основного листа і косинок ми беремо лист товщиною 8 мм .

1 2

Рисунок 2.1 — Ніж для бульдозера: 1-основний лист; 2- косинки Технологічний процес складається з таких основнох операцій:

— Заготівелльні операції.

— Підготовка деталей під зварювання.

— Складання елементів ножа бульдозера.

— Процес зварювання.

— Контроль якості зварювання.

2.1 Заготівельні операції

Ніж для бульдозера виготовляється з листа металу. Для отримання листа необхідних розмірів проводиться операція вирубування. Перед вирубуванням проводять операцію розмітки для того, щоб раціонально використати лист. Розмітку проводять за допомогою спеціального розмічувального інструменту і лінійки. Вирубування проводиться на гільйотинних або механічних ножицях (рисунок 2.2). Для надання необхідної форми листу його вальцують на трьохвалкових вальцях (рисунок 2.3).

Рисунок 2.2. Гільйотинні ножиці

Рисунок 2.3 — Трьохвалкові вальці

2.2 Підготовка деталей до зварювання

Після заготівельних проводимо зачисні операції. Зачистку поверхонь робимо на зачисному станку або за допомогою зачисної машинки. Підготовку деталей під зварювання проводимо на складально-зварювальному столі. Переміщення необхідних деталей робиться за допомогою кран-балки.

Рисунок 2.4. — Зачисний станок

2.3 Складання елементів ножа бульдозера

Складання елементів проводиться за допомогою мультимагнітів (рисунок 2.5), для швидкого і точного фіксування деталей виробу. На рисунку 2.6 показано можливість застосування мультимагнітів. Після точного фіксування деталей виконуємо їх прихоплення за допомогою РДЗ.

Рисунок 2.5 — Мультимагніти Рисунок 2.6 — Мультимагніт, можливість застосування

2.4 Процес зварювання

Зварювання виконуємо за допомогою РДЗ. На даний час існує велика кількість різноманітного зварювального обладнання для ручного дугового зварювання різного виробництва та фірм. Але вибір зварювального обладнання буде залежати від ряду наступних факторів: сили зварювального струму; швидкість зварювальних робіт; трудоємкість виконання зварювальних робіт; якість зварювання; надійність у роботі; низьке енергоспоживання; безпечна робота при експлуатації; мобільність при проведенні робіт та ін.

При виготовленні даної конструкції використовується зварювальні електроди марки УОНИ-13/55К (згідно ГОСТ 9466–75 і ГОСТ 9467–75). Діаметр електродів вибираємо в залежності від катету з'єднання. Для даного з'єднання катет складає 8 мм, тому діаметр електроду складає 5 мм. Шви зварених з'єднань при напівавтоматичному зварюванні повинні бути виконані за ГОСТ 5264–80. Для даних товщин деталей ми будемо використовувати зварне з'єднання під номером ТІ. Приварення косинок до основного листа робимо кутовими швами з односторонньою розділкою кромок у вигляді таврового з'єднання (рисунок 2.7). Основні геометричні розміри та граничні відхилення вказані в таблиці 2.1.

Рисунок 2.7 — Переріз таврового з'єднання В якості джерела живлення використовуєиот зварювальний випрямляч ВД-306 С1(рисунок 2.8). В таблиці 2.2 наведена його технічна характеристика.

Рисунок 2.8 — Випрямляч зварювальний ВД-306

Таблиця 2.1 — Вимоги до зварного з'єднання (Розміри в мм, ГОСТ) Процес зварювання проводимо на зварювальній дільниці. Зварювальні пости забезпечені столами для зварювання, необхідними інструментами та приспосібленнями, витяжною вентиляцією. Робочі місця зварників забезпечені відповідними технологічними процесами або технологічними картами на виготовлення зварних конструкцій. На рисунку 2.9 показана схема зварювальної дільниці.

Рисунок 2.9- Схема зварювальної дільниці

Одним із найпростіших і найдешевших способів контролю якості зварних з'єднань і конструкції в цілому є візуальнй контроль.

Візуальний контроль здійснюється з метою виявлення деформацій, явних пошкоджень тіла (рисок, тріщин, отворів, раковин, слідів корозії, розшарування металу тощо) та зовнішніх дефектів зварних швів (непровари, поверхневі тріщини довільної орієнтації, підрізи і напливи, не заварені кратери, свищі, не заварені пропалини в металі шва). Контроль здійснюється за ДСТУ 180 17 637: 2003. Під час візуального контролю визначаються також сумнівні ділянки деталей, що викликають підозру щодо наявності дефекту Простота контролю, нескладне обладнання, порівняно мала трудоємкість — основні переваги даного методу.

Для вимірювання і перевірки якості зварних з'єднань використовуємо спеціальні шаблони або універсальний інструмент, які в більшості випадків входять в комплект для візуально-вимірювального контролю (наприклад «Луч», «Аршин» і т. д). Такі комплекти призначені для візуального і вимірювального контролю якості.

Виконаний зварний шов треба обстежувати, щоб визначити, чи відповідає він вимогам стандарту на продукцію або її застосовування або іншому узгодженому критерію приймання, наприклад, згідно з 180 5817 або 180 10 042. Закінчені шви треба перевіряти принаймні щодо відповідності вимогам.

3. ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПРИ ЗВАРЮВАННІ

3.1 Основні небезпеки при зварюванні

При виконанні збіркових і зварювальних робіт існують наступні основні небезпеки для здоров’я робітників: враження електричним струмом, враження промінням дуги очей і відкритих поверхонь шкіри, ушиби і порізи за час підготовки виробу до зварювання і за час зварювання, отруєння шкідливими газами і пилом, опіки від розбризкування електродного розплавленого металу і шлаку.

Враження електричним струмом. Травма з’являється при замиканні електричного ланцюга зварювального апарату через тіло людини. Причинами являються недостатня електрична ізоляція апаратів і проводів живлення, поганий стан спецодягу і взуття зварювальника, вологість і тіснота приміщення і інші фактори/

В умовах зварювального виробництва електротравми відбуваються при русі струму по одному з трьох шляхіврука — тіло — рука; рука — тіло — нога; дві руки — тіло — дві ноги. При русі струму по третьому шляху опір ланцюга найбільший, звідси, степінь травматизму найменша. Найбільш сильна дія струму буде при русі його по першому шляху. В залежності від величини електричного струму, що проходить через тіло людини (при частоті 50 Гц), виникають слідуючі травми: при 0,6 — 1,5 мА легке тремтіння рук; 5−7 мА — судороги і сильні болі в пальцях і кистях рук; 20 — 25 мА параліч рук, затруджене дихання 50 — 80 мА — параліч дихання; 90 — 100 мА — параліч дихання, протягом 3 с — параліч серця; 3000 м, А і більш 0,1 спараліч дихання і серця, руйнування тканин тіла.

Враження зору. Спектр променевої енергії, виділеної зварювальною дугою, складається з інфрачервоних, світлових і ультрафіолетових променів. Інтенсивність випромінювання збільшується з підвищенням струму дуги. При зварюванні на постійному струмі інтенсивність вища порівняно зі зварюванням на змінному струмі.

Яскравість видимої частини спектра досягає 6000 кД см2; що в тисячу раз перевищує допустиму дозу для людського зору.

Ультрафіолетове проміння викликає захворювання слизової оболонки і інколи оболонки очей і опік відкритої шкіри зварювальника. Електроофтальмія починається після 5 — 8 г. після опромінення очей. Вона супроводжується болем очей. Очі закриваються, їх важко підняти, з’являється слізотечіння, яке супроводжується головною біллю.

Практика виготовлення зварних виробів у цехах показує, що електрофтальмія частіше спостерігається у підсобних працівників і збірників, ніж у зварювальників.

Максимальна допустима тривалість ультрафіолетового опромінення очей, без отримання для очей болів і шкоди, при зварюванні покритими електродами, шланговому зварювані в вуглецевому газі і зварюванні вольфрамовим електродом в аргоні при струмі на дузі 200 А (пост, струм зворотньою полярністю) складає на відстані 1 м відповідно 6; 13 й 45 с; на відстані 30 м -1,6; 3,3 і 11, 1 г. Електроофтальмія лікується протягом 2 -3 днів цинковими краплями або краплями Альбуцид, промиванням слабким чаєм, холодним компресом.

Інфрачервоні промені можуть викликати пошкодження очей тільки при тривалій дії. Це пошкодження називається катарактою хришталика і може призвести до місцевого або загального втрачення зору. Ознак це захворювання у зварювальника зустрічається рідко.

Отруєння шкідливими пилом і газами. Отруєння можливе при сильному забруднені повітря зварювальною пилюкою з окислів і з'єднань марганцю, вуглецю, азоту, хлору, фтору і т. д Кількість окислів і шкідливого пилу при дуговому зварюванні - від 10 до 150 с на 1 кг розплавлених електродів.

Ознаками отруєння звичайно являються головокружіння, головні болі, нудота, блювота, слабкість дихання і інші. Отруйні речовини можуть також відкладатися у тканинах організму людини і викликати хронічні захворювання.

Мірами по боротьбі з забрудненням повітря виконують введення нових марок покритих електродів і порошків з найменшими токсичними властивостями; приточно — витяжна вентиляція; пристрій пересувних відсосів; приплив свіжого повітря від повітропроводу крізь електротримач або шлем; користування респіраторами з хімічним фільтром, а інколи і протигазом.

Опіки. При зварюванні електродний метал і шлак розбрискується, гарячі бризки можуть потрапити на незахищену ділянку шкіри зварювальника або викликати тління та прогоряння одягу, а тим самим опіки. Для захисту зварювальників забезпечують спец одягом, взуттям, рукавицями і головним убором. При праці поруч з легкоспалахуючими матеріалами може виникнути пожежа. Якщо зварювальні роботи проводяться зверху, то необхідно апаратуру і будь-які легкозаймисті матеріали захищати від падаючих зверху іскор.

Інколи для виконання зварювальних робіт потребується обов’язковий дозвіл пожежної охорони. У місцях зварювальних робіт повинна знаходитися вода, ящик з піском, щит з інструментом і вогнегасник.

Синці, порізи при збірці і зварюванні виробів.

Загальними причинами механічних травм на виробництві при збірковозварювальних роботах можуть бути відсутність приспособлення для транспортування і збірки тяжких виробів; несправні транспортні засоби (возики, крани); несправний і неперевірений такелаж (канати, ланцюги, троси, захвати) несправний інструмент (кувалди, молотки, зубила, ключі і т.д.) незнання і невиконання персоналом загальних правил по такелажних роботах.

При збірково-зварювальних роботах частіше за все спостерігаються травми у вигляді ушибів і поранення рук (від невмілого користування інструментом і виробами, від падіння виробів).

Для створення безпечних умов різних видів зварювальних процесів слід пам’ятати, що всі проводи і струмоведучі частини установок повинні мати добру ізоляцію, їх корпуси, зварювальні кожухи вимикачів — надійно заземлені. Зварювальник повинен мати щитки і шоломи з захисним склом, й брезентові рукавиці, захисні окуляри, спецодяг і спецвзуття. Робоче місце зварювальника має бути огороджене ширмами або знаходитися в спеціальних кабінах, забезпечених приточно-витяжною вентиляцією і місцевими витяжними пристроями. Особливо уважними слід бути при експлуатації ацетиленових генераторів, кисневих балонів, іншої газозварювальної апаратури. Недопустимим є витік газів із генераторів, трубопроводів, балонів, кидання балонів та ін.

Опір організму людини. Електричний опір різних частин тіла людини різноманітний і найбільший опір має суха шкіра, її поверхневий роговий шар, в якому нема кровоносних судин, а також кісткова тканина, значно менший опір мають кров і спино — мозкова рідина. Опір залежить від зовнішніх умов, — він знижується при підвищенні температури, вологості, загазованості приміщення. Опір залежить від стану шкіряних покривів, при наявності пошкоджень шкіри (наприклад, подряпин) опір тіла зменшується. При напрузі вище 100 В відбувається пробій поверхневого рогового шару шкіри, що також веде до зменшення опору тіла.

Опір людини, що знаходиться під дією електричного струму, залежить від щільності контактів, площини дотику з струмоведучими поверхнями і шляху електричного струму. При визначенні умов електробезпеки обчислюють величину опору, рівну 1000 — 2000 Ом в залежність від напруги.

Безпечною напругою вважають 12 В, а при праці в сухих, отеплювальних приміщеннях з вентиляцією — 36 В.

Захист від враження електричним струмом.

Для захисту зварника від враження електричним струмом необхідно надійно заземляти корпус джерела живлення дуги і зварювальний виріб, не використовувати контур заземлення в якості зварювального привода, гарно ізолювати рукоятку електродотримача; працювати в сухому і міцному спецодязі і рукавицях (чоботи не повинні мати в підошві металевих цвяхів або шпильок), припиняти працю при дощі і сильному снігопаді; не виконувати ремонт обладнання і апаратури (повинен виконувати електрик), при праці в середині ємностей використовувати резинову ковдру і переносну лампу напругою не більш 12 В.

3.2 Захист від основних небезпек

Захисне заземлення являє собою з'єднання металевим дротом частин електричного пристрою (наприклад корпуса зварювального трансформатора) з землею.

Заземлення потрібне для захисту від враження електричним струмом при доторканні до металевих частин електричних пристроїв (корпуси джерел живлення, шафи управління і інші, які знаходяться під напругою в результаті пошкодження електричної ізоляції). Земля в аварійному режимі праці електроприладдя використовується в якості провідника в ланцюгу замикання.

При правильному заземленні електроприладів виникають паралельні електричні вітки одна з малим опором (3−4 Ом), а друга, в котру входить людина або група людей з великим опором (2000 Ом).

При цьому струм не пройде через тіло людини у випадку доторкання його з корпусом джерела живлення, що випадково опинилося під напругою.

Вмикання незаземлених джерел живлення дуги забороняється. Заземлення виконується по-різному, в залежності від напруги і системи електрозабезпечення з глухозаземленою нейтраллю або з ізольованою нейтрашію.

Надання допомоги потерпілому при ураженні електричним струмом.

В першу чергу потрібно відокремити струмоведучий дріт від потерпілого. Це робиться перерубуванням провода гострим інструментом с ізольованою рукояткою або відкидуванням проводу від потерпілого сухою дошкою. В найкращому випадку (якщо є можливість) треба одразу ж вимикнути рубильник або запобіжники. Той хто надає допомогу повинен убезпечити себе від попадання в електричний ланцюг, користуватися для цього ізоляційними матеріалами (суха дошка, гумова ковдра, скло, пластмаса).

Якщо потерпілий знаходиться на висоті, повинні бути прийняти міри, які виключають падіння після від'єднання його від проводу. Потерпілому необхідно забезпечити притік свіжого повітря, повний спокій. При відсутності дихання і пульсу необхідно зробити штучне дихання. В усіх випадках при ураженні електричним струмом необхідно викликати лікаря.

Враження електричним струмом електрозварника може викликати клінічну смерть. Стан клінічної смерті продовжується від 4 до 12 хв. За цей час людина може бути повернена до життя, в результаті надання медичної допомоги (реанімації), непрямого масажу серця або штучного дихання.

Сліду мати на увазі, що констатувати смерть може тільки лікар. По цьому надавати першу допомогу потерпілому треба неперервно до прибуття лікаря.

Штучне дихання. Потерпілого вкладають на живіт. Треба забезпечити притік свіжого повітря, розтягнути пояс, ворітник і інші частини одягу, які затруднюють дихання і кровообіг, а також витягнути язик, котрий при паралічу западає у гортань і перетинає дихальні шляхи. Одна людина, розташовується біля голови, притримує пальцями язик носовою хусткою, а дві інші роблять штучне дихання — переміщенням ліктей потерпілого від нижніх ребер до рівня маківки голови.

Лікті повинні переміщуватись паралельно землі, необхідно виконувати легке натискання ліктями на середину ребер. Число рухів дорівнює числу власних глибоких вдихань.

В теперішній час широке розповсюдження отримав спосіб штучного дихання рот в рот. В цьому випадку той, хто надає допомогу, вдуває повітря безпосередньо у рот потерпілому. Потерпілий лежить на спині, під лопатками підкладений м’який валик (одяг), голова закинута назад. Надаючи допомогу, треба зробити глибокий вдих, щільно (крізь марлю, хустку) притиснути свій рот до роту потерпілого і з силою вдувати повітря. При цьому ніс потерпілого повинен бути затиснутим. Після вдування рот і ніс потерпілого звільняють для вільного виходу повітря. Вдування виконувати кожні 5−6 с.

Захист органів зору. Електрозварники працюють зі світлофільтрами, котрі затримують і утримують випромінювання дуги.

В заводських умовах зварювальники працюють в ізольованних кабінах. При роботі на відкритому повітрі зварник повинен огородити місце (щитами, ширмами і т.п.), враховуючи що шкідливі випромінювання дуги розповсюджуються на 15 — ЗО м і більше.

4. ДУГОКОНТАКТНЕ ЗВАРЮВАННЯ

4.1 Основи теорії дуго контактного зварювання

Сутність способу дуго контактного зварювання заснована на використанні попереднього розігріву кромок зварювальних частин виробу електричної дугою, що обертається в магнітному полі, з подальшим стискуванням. Сутність способу дуго контактного зварювання заснована на використанні попереднього розігріву кромок зварювальних частин виробу електричної дугою, що обертається в магнітному полі, з подальшим стискуванням.

Схема процесу дуго контактного зварювання показана на прикладі зварювання труб (рисунок 4.1). Дві труби, що підлягають зварюванню (1-Г), і котушки електромагнітів (2 — 2 ') розташовуються співвісно. До труб підключається зварювальний джерело живлення (одна з зварюваних труб є катодом, інша — анодом).

Рисунок 4.1 — Схема процесу дуго контактного зварювання Котушки електромагнітів створюють магнітні потоки, спрямовані по осі труби назустріч один одному.

В результаті, в зазорі між трубами, магнітне поле має радіальну складову. При взаємодії струму дуги І і радіальної складової магнітного поля Вр створюється сила Fg, яка приводить дугу в рух. Ця сила, напрям якої перпендикулярний напрямку струму в дузі і напрямку магнітного поля, змушує дугу переміщатися по поверхні торців зі швидкістю, що досягає декількох десятків метрів в секунду. При багаторазовому обході дуги по торцях труби формування шва відбувається практично одночасно по всьому периметру. При спостереженні обертаюча дуга представляється суцільним кільцем з плазми, яка світиться. При досягненні зварювальної температури на торцях проводиться здавлювання (осадка) труб, аналогічно тому, як це робиться при контактному зварюванні. При русі в магнітному полі дуга опиняється під впливом різних сил, що діють на стовп дуги і його активні плями. Ці сили можна розділити на рушійні сили і сили опору. Рушійні сили виникають завдяки взаємодії струму дуги з радіальною складовою магнітного поля. Дугу можна розглядати наближено як провідник зі струмом, поміщений в магнітне поле. На нього діє сила Fg, обумовлена законом Ампера.

Рисунок 4.2 — Залежність швидкості переміщення дуги від часу Для обертаючої дуги характерна наявність трьох стадій горіння дуги в процесі всього періоду розігріву торців виробів (рисунок 4. 2). Однією з відмінних особливостей кожної з цих стадій є характер зміни швидкості обертання дуги. 1 стадія — розгін і обертання дуги з наростаючою швидкістю. В кінці періоду швидкість досягає максимального значення. Прикладена до дуги рушійна сила перевищує на цій стадії спрямовані їй назустріч сили опору Р§ > Р1 + Р2 + РЗ. На початку цього періоду Р1 і Р2 невеликі, оскільки мала швидкість переміщення дуги. Найбільшою з сил опору є сила РЗ, яка в початковий період велика через несприятливі умов для переміщення плям на торцях труб. Протягом періоду величина сили РЗ істотно зменшується (торці труб нагріваються, мікронерівності оплавляються, гази дугового проміжку іонізуються). Основними силами опору стають сили аеродинамічного опору і тертя. Різниця між рушійною силою Fg і силами опору (Р1 + Р2 + РЗ) визначає прискорення дуги в початковий період. Дуга після порушення витісняється до внутрішньої поверхні труб завдяки тому, що в зазорі існує значний градієнт магнітного поля. У міру нагрівання торців градієнт магнітного поля знижується і дуга входить в зазор. Час встановлення, максимальної швидкості, тобто тривалість 1 стадії залежить від індукції в зазорі і величини зварювального струму. 2 стадія — усталений рух дуги з максимальною швидкістю — найбільш тривала. Її тривалість характеризується часом, необхідним для появи на торцях плівки рідкого металу. На цій стадії рушійна сила врівноважується, силами опору. Fg = Р1 + Р2 + РЗ. Протягом другої стадії знижується індукція в зазорі, що призводить до зменшення рушійної сили. Однак швидкість переміщення дуги залишається практично постійною, оскільки одночасно зменшується сила тертя РЗ. З стадія — обертання дуги зі змінною швидкістю, спостерігається при нагріванні крайок вище температури плавлення. Практично вся поверхня торців зварюваних виробів покрита плівкою рідкого металу. Прикладена до дуги рушійна сила менше сил опору. Сила Fg продовжує падати, так як у зв’язку зі збільшенням зазору індукція в ньому зменшується. Сила аеродинамічного опору і сила тертя потоку захоплюючих газів також зменшуються. Сила опору переміщення активних плям змінюється нестабільно, середнє значення її зростає. Це пов’язано з утворенням перемичок рідкого металу, що викидається у вигляді іскор, що призводить до коливань швидкості переміщення дуги. З'єднання, виконані дугоконтактним зварюванням, мають таку ж структуру, що і отримані іншими методами з додатком тиску, наприклад, контактного стикового зварюванням оплавленням. Проте є і ряд особливостей будови, розглянутих на прикладі зварювання труб із сталі Ст20. У більшості з'єднань по лінії стику спостерігається світла зневуглецьованого смужка. Всі стики за формою і наявності світлої смужки можна розділити на 3 групи:

стики без світлої смужки;

стики зі світлою смужкою, з розмитими межами;

стики зі світлою смужкою, що має різко окреслені межі.

Структура світлої смужки феррито-перлітна. Максимальний вміст вуглецю в ній 0,08−0,16%, при вмісті його в металі зварюваних труб 0,18%. По обидві сторони розташовуються зони великої та дрібної зерна з нормалізованої структурою. Ширина світлої смужки і її форма залежать від режиму нагріву і осадки. З зменшенням ширини смужки і зони термічного впливу властивості зварних з'єднань підвищуються. Таким чином, для отримання високої якості зварних з'єднань слід використовувати форсовані режими нагріву і більш високі питомі зусилля осадки.

4.2 Обладнання для дугоконтактного зварювання

Застосування способу дуго контактного зварювання дозволило створити маневрене малогабаритне зварювальне обладнання з відносно невеликою вагою. На рисунку 4.3 показана установка для механізованого зварювання неповоротних стиків труб діаметром 150 мм. Установка складається з пневматичної установки — гідроциліндрів, зварювальної головки і джерела живлення. Зварювальна головка складається з механізмів затиснення труб, приводу осадки і системи збудження магнітного поля. З метою спрощення конструкції зварювальної головки, зменшення її габаритів і забезпечення зварювання у важкодоступних місцях механізми затиснення встановлені так, що вони разом зі зварювальними трубами протягом всього процесу розігріву залишаються відносно один одного нерухомими. Затискання труб здійснюється вручну швидкодіючими трьохшарнірними затискачами. Привід осадки — пневматичний з діафрагмою, вміщеній між двома кришками. Тиск діафрагми передається на поршень і через важіль зварювальної головки — на затискні губки з трубами. Система збудження магнітного поля виконана розйомною в радіальному напрямку і складається здвох котушок, що створюють в зазорі між трубами радіальне магнітне поле, що забезпечує переміщення зварювальної дуги вздовж крайок зварюваних труб. Котушки збудження мають окремого джерела живлення і включені паралельно в зварювальний ланцюг. Вугільним стрижнем збуджується електрична дуга між кромками труб і далі автоматично проходять наступні процеси: розплавлення кромок обертаючою дугою, осадка, відключення зварювального струму і зняття тиску осадки. При роботі з установкою необхідно дотримуватися правил техніки безпеки та протипожежні правила, встановлені для зварювальних робіт з відкритою дугою. У процесі зварювання не слід торкатися зварюваних труб. Напруга між трубами в процесі розігріву має ту ж величину, що і між електродом і виробом при ручному дуговому зварювання.

Впровадження цієї установки дає такі економічні переваги як виключаються витрати на кисень, ацетилен, електроди і т. п., установка зварює труби тільки за рахунок розігріву самих торців і їх здавлювання після розігріву;

підвищується продуктивність і якість монтажно-зварювальних робіт;

знижуються вимоги до кваліфікації зварника; замість зварника У-УІ розряду, що виконує ручне дугове зварювання, обслуговування установки проводиться оператором III розряду;

зниження кількості шкідливих речовин, що виділяються при зварці оцинкованих труб, завдяки короткочасності процесу і малої зоні розігріву.

4.3 Технологія дугоконтактного зварювання

Труби, призначені для зварювання, повинні мати торці, перпендикулярні осі труб, без задирок. Для дугоконтактной зварювання придатні заготовки з торцями, отриманими після різання на токарних верстатах, труборезних верстатах, маятникової пилки з подальшим зняттям задирок свердлом, діаметр якого дорівнює внутрішньому діаметру труби. Зачистка поверхонь заготовок від бруду та іржі не потрібно. Процес розробки технології дугоконтактной зварювання практично зводиться до вибору раціональних параметрів нагріву і опади, що забезпечують досягнення рівноміцності зварного з'єднання з основним металом, і відсутності дефектів в зварному з'єднанні. Потрібна якість зварних з'єднань виходить при стисненні рівномірно розігрітих по перетину кромок виробів. Рівномірність нагрівання досягається вибором оптимального режиму зварювання. Задовільний формування шва може бути отримано при різних значеннях зварювального струму та тривалості розігріву. Кожному діаметру труби відповідає свій діапазон зварювальних струмів, в межах якого забезпечується задовільний формування шва. Істотне вплив на якість зварювання надає величина щільності струму у виробі. При щільності струму менше 0,5 а/мм2 високу якість зварних з'єднань може бути забезпечено у разі проведення механічної опади лише тоді, коли накопичується на торцях зварюваних частин вироби метал уже почав текти, тобто після появи стікає шару рідкого металу. При цьому для забезпечення стійкості процесу зварювання необхідна підтримка зазору між зварюються виробами, що може бути досягнуто тільки за допомогою стежать систем. При щільності струму більше 0,5 а/мм2 механічну осадку можна здійснювати при наявності на торцях виробів рідкої плівки металу без появи стікає шару. Це дозволяє вести розігрів торців труб при нерухомих відносно один одного частинах зварюваних виробів, зменшує обсяг висадженого металу, тобто зменшує величину внутрішнього і зовнішнього грата. Завдяки тому, що розігрів ведеться при нерухомих частинах вироби, стає можливим спрощення конструкції обладнання за рахунок виключення складних стежать систем. Якщо потужність джерела живлення не обмежена, слід прагнути до верхньої межі зварювального струму. При заданому заздалегідь джерелі харчування раціональним є найбільш ефективне використання його потужності. На рівномірність розігріву торців по периметру вироби істотно впливає швидкість переміщення дуги.

Встановлено, що в кінцевій стадії нагріву може виникнути локальне збільшення зазору, так званий виривання. При цьому в металі, де стався виривання, утворюється зона зі зниженою міцністю шва, або взагалі несплошності з'єднання. Причиною утворення вириваючи є, мабуть, виникнення рідких металевих крапель, швидкість переміщення яких значно менше швидкості переміщення дуги. Завдяки різниці швидкостей виникають затримки в русі дуги, що призводять до місцевого розплавлення торців і викиду розплавленого металу з стику. Одним із способів боротьби з вириваючи є періодична зміна напрямку обертання дуги (реверс), що дає можливість протягом деякого часу розганяти рідкий метал по крайках, не даючи накопичуватися йому в одному місці. Однак реверсування, особливо на форсованих режимах, є малоподходящей і заскладним засобом. Експериментально встановлено, що поєднання щільності струму у виробі більше 0,5 а/мм2 зі швидкостями переміщення дуги близько 100−150 м / сек дозволяє повністю усунути вириви і забезпечити рівномірний розігрів крайок. Виходячи з цього визначається величина радіальної індукції в зазорі і намагнічує сила котушок збудження. Визначення параметрів котушок збудження (числа витків, перетину дроту і струму) виробляються, виходячи з конструктивних міркувань і способу харчування котушок (незалежно від дуги або шляхом послідовного включення їх в зварювальну ланцюг). Величина питомих зусиль опади при дугоконтактной зварюванні трохи вище в порівнянні з контактною зваркою і становить 8−10 кг/мм2 для маловуглецевої сталі. Оптимальна величина установочного зазору між зварюються частинами вироби практично не залежить від розмірів зварюваних виробів. Так, для труб діаметром до 100 мм — оптимальна величина зазначеного зазору складає 2 мм, а для труб діаметром від 100 до 300 мм -2,5−3 мм. Відхилення величини зазору від оптимальної, як в сторону зменшення (до 1,5 мм для труб діаметром до 100 мм і до 2 мм для труб діаметром 100 — 300 мм), так і в бік збільшення (до 2,5 мм для труб діаметром до 100 мм і до 3,5 мм для труб діаметром 100−300 мм) можуть привести до порушення стійкості руху дуги. Зведені дані по режимам зварювання, що забезпечують задовільну якість зварних з'єднань при нерухомих частинах вироби в процесі розігріву, для труб діаметром 17−114мм із сталі СтЗ-Ст20 наведені в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 — Режими зварювання трубопроводів

Рисунок 4.3 — Процес пресового зварювання труб, діаметром 57×3мм, дугою керованою магнітним полем дугоконтактний зварювання технологія Рисунок 4.4 — Зразки зварних з'єднань труб діаметром 22 мм та 51 мм виконаних методом ПМД зварювання

ВИСНОВКИ

При проходженні практики на кафедрі зварювання трубопроводів і конструкцій я ознайомився з технологією виготовлення ножа для бульдозера, а саме: з заготівельними операціями, підготовкою деталей під зварювання, складанням елементів ножа для бульдозера, процесом зварювання, контролем якості. Вивчив технологічний процес виготовлення ножа.

Описав послідовність технологічних операцій, із зазначенням послідовності виконання робіт, вибором зварювальних матеріалів, процесом зварювання. В індивідуальному питанні я розглянув дуго контактне зварювання. Вивчив основи теорії дуго контактного зварювання, ознайомився з його обладнанням. На експериментальній установці провів дослід по визначенню необхідної сили струму для намагнічування магнітних котушок. Дана установка дає економічні переваги, а саме: підвищується продуктивність і якість монтажно-зварювальних робіт; знижуються вимоги до кваліфікації зварника; замість зварника 1−4 розряду, що виконує ручне дугове зварювання, обслуговування установки проводиться оператором III розряду; зниження кількості шкідливих речовин, що виділяються при зварці оцинкованих труб, завдяки короткочасності процесу і малої зони розігріву.