Плазмове зварювання. 
Леговані сталі

План

ВСТУП

1. Леговані сталі

1.1 Визначення і класифікація легованих сталей

1.2 Конструкційні леговані сталі

1.3 Леговані інструментальні сталі

1.4 Леговані сталі з особливими властивостями

2. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЛАЗМОВОГО ЗВАРЮВАННЯ

3. НАЛАГОДЖУВАННЯ, ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ПЛАЗМОВОГО ЗВАРЮВАННЯ

4. РІЗАННЯ МЕТАЛІВ І ЇХНІХ СПЛАВІВ

5. ВПРОВАДЖЕННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ

6. ОХОРОНА ПРАЦІ І ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПРИ ПРОВЕДЕННІ ЗВАРЮВАЛЬНИХ І РІЗАЛЬНИХ РОБІТ

6.1 Безпека праці при дуговому зварюванні

6.2 Вимоги безпеки праці при газозварюванні та різанні

6.3 Надання першої медичної допомоги при нещасних випадках ВИСНОВКИ ЛІТЕРАТУРА

ВСТУП

Сучасний агропромисловий комплекс насичений складною технікою, його механоі енергооснащеність постійно підвищуються. Підтримка техніки в справному стані являє собою важливе завдання, у рішенні якої зварювання займає провідне місце серед інших технологічних процесів.

На заводах будіндустрії й у ремонтних майстернях використовуються різні способи зварювання — ручне дугове покритими електродами, у менших обсягах — механізоване в захисному газі, автоматична під флюсом, контактне й інші. Розвиток науки про зварювання сприяє впровадженню у виробництво нових марок зварювальних і наплавочних матеріалів — високопродуктивних електродів, дротів суцільного перерізу для зварювання в захисних газах, порошкових дротів, а також удосконаленого зварювального устаткування.

Подальший розвиток одержують способи наплавлення для відновлення деталей будівельних машин, що працюють в умовах абразивного зношування. При цьому в багатьох випадках наплавленню піддаються нові деталі, що помітно підвищує строк їхньої служби. Все більшого значення набувають способи газополум’яної і плазменної обробки металів, особливо термічного різання із застосуванням газівзамінників ацетилену, а також плазмових процесів.

1. Леговані сталі

1.1 Визначення і класифікація легованих сталей

Легованими називаються сталі, до складу яких спеціально вводяться один або декілька легуючих елементів для отримання заданих властивостей (хром, нікель, ванадій, молібден і т. д.). Сталі, до складу яких доданий хром, називаються хромовими, нікель — нікелевими, ванадій — ванадієвими, а у разі вмісту в сталі декількох елементів її називають відповідно хромонікелевою, хромомарганцевою, хромонікельвольфрамовою і т.д.

Легуючі елементи змінюють механічні і фізичні властивості сталі: міцність, в’язкість, зносостійкість, корозійну стійкість, теплопровідність і т.д. Вплив легуючих елементів особливо позначається після термічної обробки.

Дослідження вчених показали, що всі легуючі елементи, за винятком кобальту, зменшують критичну швидкість охолоджування, необхідну для отримання мартенсіту. Це дає можливість одержати гартівні структури в легованих сталях навіть при охолоджуванні на повітрі.

Залежно від вмісту легуючих елементів леговані сталі ділять на три групи: низьколеговані — що містять менше 2,5% легуючих добавок, середньолеговані — від 2,5 до 10% і високолеговані — більше 10%.

За призначенням леговані сталі поділяються на конструкційні, інструментальні і сталі, з особливими фізико-хімічними властивостями.

Конструкційні леговані сталі застосовуються для виготовлення більшості конструкцій, деталей машин і механізмів харчових підприємств. Ці сталі у свою чергу діляться на цементовані (цементації, що піддаються), покращувані гартом і високою відпусткою і високоміцні.

Інструментальну леговану сталь застосовують для виготовлення ріжучого інструменту, штампів, вимірювального і іншого інструменту.

До сталей з особливими властивостями відносяться: нержавіючі, жаростійкі, кислотостійкі, зностійкі і ін.

В колишньому Радянському Союзі для маркування летованих сталей прийнята буквенно-цифрова система позначень. По ГОСТ 4543–71 кожний легуючий елемент має наступне позначення:

На початку марки сталі ставиться двозначне число, яке позначає вміст вуглецю в сотих частках відсотка. В позначенні марок високолегованих І інструментальних сталей на початку марки ставиться однозначне число, яке вказує на вміст в сталі вуглецю, виражений в десятих частках відсотка. При вмісті у високолегованих сталях менше 0,08% вуглецю на початку марки ставиться цифра 0. Цифри перед маркою не ставлять в позначеннях багато кого Інструментальних сталей, що містить близько 1% чи більш вуглецю, а також в марках високолегованих сталей, якщо нижня межа вмісту вуглецю не обмежена при верхній межі 0,09% і більш. Цифри, наступні за буквами, вказують зразковий вміст легуючих елементів у відсотках. Якщо в сталі міститься менше І % легуючих елементів, то цифра після букв не ставиться.

1.2 Конструкційні леговані сталі

При виборі легованих сталей необхідно пам’ятати, що сталі, які містять нікель, вольфрам, молібден, кобальт і деякі інші елементи, відносяться до дорогих і дефіцитних, тому їх використання повинне бути достатньо обґрунтовано.

Цементовані леговані сталі. До цементованих сталей відносяться низьковуглецеві (0,1—0,30%), низькоі середньолеговані (до 10% легуючих елементів) сталі. Ці сталі призначено для виготовлення деталей машин і приладів, що працюють при високих навантаженнях. Механічні властивості і область використання деяких марок сталей наведені в табл. 1.1.

Таблиця 1.1.

Працездатність деталей, виготовлених з цементованих сталей, залежить від властивостей серцевини і поверхневого шару. Цементовані сталі з поверхні насичують вуглецем (цементують) і піддають термічній обробці (гарту і відпустці). Така обробка забезпечує твердість (НВ58—63) поверхні і достатньо в’язку серцевину деталі.

Покращувані леговані сталі. До покращуваних сталей відносяться середньовуглецеві (0,3—0,7% вуглецю) і низьколеговані. Вони призначені для виготовлення відповідальних деталей (вали, шатуни, штоки і ін.), що працюють в умовах змінних і ударних навантажень. Для поліпшення необхідних властивостей (міцності, пластичності, в’язкості) ці сталі піддають гарту і високій відпустці (500—600 °С). Механічні властивості і область використання деяких покращуваних сталей після термічної обробки наведені в табл. 1.2.

Таблиця 1.2

Марка покращуваної сталі позначається таким чином: сталь 30ХГСА (ГОСТ 4543—71).

Високоміцні леговані сталі. Покращувані і цементовані сталі після термічної обробки мають міцність ов до 130 кгс/мм і в’язкість до 8—10 кгс-м/см2. Для багатьох сучасних машин і апаратів така міцність недостатня. Для цієї мети розробляються комплексно-леговані і мартенситостаріючі сталі, мають межі міцності ув = 150 * 200 кгс/мм2. Комплексно-леговані стали — це середньовуглецеві (0,3— 0,7% вуглецю) леговані сталі, термоміцні при низькій відпустці (200—300 °С) або що піддаються термомеханічній обробці (гарту і пластичній деформації, що здійснюється в одному процесі). Мартенситостаріючі сталі — це новий клас високоміцних легованих сталей на основі безвуглецевих (не більше 0,03% вуглецю) сплавів заліза з нікелем, кобальтом, молібденом, титаном і іншими елементами. Механічні властивості і область використання цих сталей приведені в табл. 1.3.

Таблиця 1.3

1.3 Леговані інструментальні сталі

Інструментальні леговані сталі в порівнянні з вуглецевими інструментальними сталями володіють більшою теплостійкістю, гартованою, в’язкістю і зносостійкістю. Для додання сталям цих властивостей в них додають легуючі елементи: вольфрам, молібден, кобальт і хром (збільшення теплостійкості), марганець (поліпшення гартованості), нікель (збільшення в’язкості), вольфрам (збільшення зносостійкості). Леговані інструментальні сталі випускаються низькоі високолегованими. Низьколеговані інструментальні сталі містять до 2,5% легуючих добавок. Ці сталі мають високу твердість (НВ62—69), зносостійкість, але малу теплостійкість (200—260 °С). Низьколеговані інструментальні сталі мають марки: 9ХС, ХВЧ, ХВГ, ХВСГ. Використовуються ці сталі для виготовлення інструменту складної форми, у тому числі вимірювального.

Високолеговані інструментальні сталі містять вольфрам, хром, ванадій в більшій кількості (до 18% основного легуючого елементу). Вони володіють високою теплостійкістю (600—640 °С), їх використовують для виготовлення високопродуктивного ріжучого інструменту і називають швидкорізальними сталями. Згідно ГОСТ 19 265–73 швидкорізальні сталі позначають буквою Р, цифри після якої указують вміст вольфраму. Вміст хрому (4%) і ванадію (2%) для всіх швидкорізальних сталей в марці не вказується. Деякі швидкорізальні сталі додатково містять молібден, кобальт і більшу кількість ванадію. Такі сталі мають в марці відповідно букви М, К, Ф і цифри, вказуючі їх кількість у відсотках.

Найбільш поширені наступні марки швидкорізальних сталей: РІ8, Р9, Р10К5Ф5 і ін. Швидкорізальні сталі застосовують для виготовлення ріжучого Інструменту, призначеного для обробки високоміцних сталей і Інших важкооброблявальних матеріалів.

1.4 Леговані сталі з особливими властивостями

Ця група об'єднує високолеговані сталі, що володіють особливими властивостями: корозійностійкістю, жаростійкістю, жароміцністю, зносостійкістю і ін.

Корозійностійкі (нержавіючі) сталі. Сталі, стійкі проти корозії, називають корозійностійкими (нержавіючими). Корозійностійкі сталі одержують легуванням малоІ середньовуглецевих сталей шляхом додавання хрому, нікелю, титана і алюмінію. Залежно від цього корозійностійкі сталі ділять на хромові (12X13, 20X13, 40X13), містять 13% хрому, і хромонікелеві (04Х18Н10, 12Х18Н10Т, 12Х21Н5Т), що містять 18—21% хрому і 5—10% нікелю. Хромонікельові сталі володіють більш високою корозійною стійкістю, ніж хромові. Хромові сталі більш дешеві.

Жаростійкі стаді. При високих температурах метали і сплави вступають у взаємодію з навколишнім газовим середовищем, що викликає газову корозію (окислення) і руйнування металу. Для виготовлення конструкцій і деталей, що працюють в умовах підвищеної температури (400—900 °С) і окислення в газовому середовищі, застосовують спеціальні жаростійкі сталі. Жаростійкі сталі — це сплави заліза з хромом, додатково леговані добавками кремнію, молібдену, титана.

Механічні властивості і область використання цих сталей наведені в табл. 1.4.

Жароміцні сталі. Деякі деталі, що тривало працюють при великих навантаженнях і високих температурах (500—1000 °С), виготовляються із спеціальних жароміцних сталей. Ці сталі добре чинять опір деформації і руйнуванню при високих температурах. Залежно від призначення розрізняють клапанні, котлотрубні, газотурбінні сталі і інші сталі з високою жароміцністю.

Таблиця 1.4

Зносостійкі сталі. Для виготовлення деталей машин, що працюють в умовах підвищеного зносу, застосовують спеціальні зносостійкі сталі: шарикопідшипникові, графітозовані і високомарганцеві.

Шарикопідшипникові сталі (ШХ6, ІІІХ9, ШХ15, 95X18) застосовують для виготовлення кульок і роликів підшипників. Сталь виготовляється у вигляді круглого прута і смуги. Відпалена шарикопідшипникова сталь Із спеціальною обробкою поверхні має твердість НВ179—207 (для ШХ15).

Графітозована сталь (високовуглецева сталь, що містить 1,5—2% вуглецю і до 2% кремнію) використовують для виготовлення поршневих кілець, поршнів, колінчастих валів і іншого литва фасону, що працює в умовах тертя.

Васокомарганцевисту сталь Г13Л, що містить 1,2% вуглецю І 13% марганцю, застосовують для виготовлення піскоструминних апаратів, ланок гусениць і т, п.

2. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЛАЗМОВОГО ЗВАРЮВАННЯ

До комплекту установки для плазмового зварювання входять: джерело живлення дуги, шафа керування, переносний блок керування, плазмотрони, механізми переміщення плазмотрона вздовж та упоперек лінії зварювання (у автоматів), осцилятор, газові та водяні комунікації.

Характеристики та призначення деяких установок плазмового зварювання наведено у табл. 6.29.

Будова та принцип дії всіх установок ідентичні. Так, установка УПС-301, призначена для ручного плазмового зварювання постійним струмом прямої полярності, складається з тиристорного випрямляча з крутоспадаючими зовнішніми вольт-амперними характеристиками, пальника для аргонодугового зварювання, плазмотрона (стабілізація й стискання дуги в ньому здійснюються тангенціальним потоком газу), шафи керування (з силовим трансформатором, силовим блоком тиристорів, зрівняльним реактором, стабілізуючим дроселем, магнітним пускачем, автоматичним вимикачем, блоком керування, електродвигуном з вентилятором), переносного блока керування, педальної кнопки, газового редуктора з витратоміром, турелі, з'єднувальних проводів і шлангів. Турель установлюється на джерелі живлення та служить опорою виносному блоку керування.

6.29. Технічні характеристики установок для плазмового зварювання

Ввімкнення установки в мережу та захист її від короткого замикання здійснюються автоматичним вимикачем, розташованим на задній стінці шафи керування. Силова частина шафи керування являє собою тиристорний регулятор, складений за шестифазною схемою випрямлення із зрівняльним реактором. Для згладжування зварювального струму на виході тиристорного перетворювача є згладжувальний дросель, який забезпечує ефективне згладжування починаючи з 50 А. Крутоспадаючими зовнішні вольт-амперні характеристики стають завдяки застосуванню баластних опорів — у першому діапазоні регулювання, а у другому діапазоні — завдяки негативному зворотному зв’язку за вихідним струмом магнітного підсилювача. Тиристорний блок і силовий трансформатор охолоджуються вентилятором. На лицьовій панелі блока керування встановлені кнопки «Пуск» і «Стоп» джерела живлення, два амперметри та перемикач діапазонів струму. Блок керування забезпечує в автоматичному режимі такі технологічні операції: продувку газу перед зварюванням, збудження основної зварювальної дуги, заварювання кратера наприкінці зварювання, вимикання джерела живлення після заварювання кратера, подачу газу після зварювання, виконання точкового та імпульсного зварювання, регулювання тривалості ввімкнення осцилятора (не більш як 1 с) та повторне ввімкнення осцилятора не рідше ніж через 9 с.

Плазмотрон (рис. 6.45), використовуваний з установкою УПС-301, призначений для постійних струмів прямої полярності від 20 до 315 А та зворотної полярності — від 20 до 250 А. Характеристики деяких плазмотронів наведено в табл. 6.30.

6.30. Технічні характеристики плазмотронів для зварювання

Для аргонодугового зварювання застосовується пальник постійного струму прямої полярності від 4 до 80 А.

Установка УПС-501 для автоматичного плазмового зварювання складається з самохідного візка, який пересувається по напрямній балці, блока газової апаратури, спільного блока керування, скомпонованого з джерелом живлення типу ВДУ-504−1. До комплекту установки входять також плазмотрони на 300 та 500 А. Крім робочого режиму, установка дає змогу виконувати різноманітні маніпуляції у налагоджувальному режимі. Надійне запалювання дуги забезпечується підвищеною витратою плазмоутворюючого газу при збудженні чергової дуги. Після запалювання основної дуги витрата газу автоматично знижується до робочої. Регулювання сили струму здійснюється плавно, починаючи зі 100 А. Для виключення можливості запуску установки без водяного охолодження служить реле водяного потоку. Рухатися зварювальна дуга може зі швидкістю 5—100 км/год, швидкість регулюється потенціометром з пульта керування та переставлянням шестірень. Рух реверсивний. Передбачено також регулювання швидкості та кута подачі дроту й переміщення плазмотрона по вертикалі та впоперек шва. Під час налагоджувальних операцій є можливість регулювання й контролю витрати плазмоутворюючого та захисного газу, а також швидкості переміщення візка й швидкості подачі дроту.

3. НАЛАГОДЖУВАННЯ, ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ПЛАЗМОВОГО ЗВАРЮВАННЯ

Після довгочасного простою налагоджування починають з перевірки опору ізоляції по відношенню до корпуса (не нижче, ніж 1,0 МОм для первинного контуру і 0,5 МОм — для вторинного) та надійності заземлення.

Рукоятку автоматичного вимикача, що знаходиться на задній стінці шафи керування (установка УПС-301), переводять у положення «Ввімкнено». Потім вибирають положення перемикача (І або II) діапазонів зварювальних струмів. Кнопкою «Перевірка газу» на лицьовій панелі переносного блока та за допомогою ротаметрів установлюється потрібна витрата плазмоутворюючого й захисного газів.

Резистором регулювання струму на панелі переносного пульта задається потрібний струм. Після цього в плазмотрон установлюють електрод за калібром.

Зварювальний цикл установки УПС-301 починається після ввімкнення кнопки «Пуск» на плазмотроні або педальної кнопки, якщо перед цим у пальник подано гарячу воду, а у джерелі живлення працює вентилятор. Натискати на кнопку «Пуск» можна, якщо між виробом і плазмотроном не менш як 50 мм. Після натиску на кнопку «Пуск» починається подача газу і через 3 с з сопла має з’явитися видима частина чергової дуги. Після підведення плазмотрона до виробу на відстань 5—10 мм від зрізу сопла до поверхні виробу (при натисненій на плазмотроні кнопці) не пізніше ніж через 3 с має збудитися основна дуга. Якщо з будь-якої причини дуга не збудилася, то через 9 с при натисненій кнопці на ручці плазмотрона цикл запалювання автоматично повториться. Зварювання слід проводити при плавному переміщенні пальника. Після закінчення зварки кнопку на плазмотроні відпускають, зварювальний струм при цьому плавно зменшується. Зварювальний шов захищається від окислення затримкою пальника на 1—10 с над місцем зварки після обриву дуги. Сила зварювального струму контролюється амперметрами на блоці керування силовими тиристорами. Регулювання струму у безперервному режимі роботи та амплітуди імпульсів у імпульсному точковому режимі здійснюється регулятором на переносному блоці. Сила струму паузи в імпульсному й точковому режимах регулюється регулятором на блоці керування циклом зварювання.

Роботу джерела живлення перевіряють лише під навантаженням баластних реостатів типу РБ-300 при вимкненому осциляторі за допомогою низьковольтних осцилографів типу С1−4 або С1−9. На початку роботи на установці УПС-501 настроюються потрібні швидкості зварювання та подачі електродного дроту, витрата плазмоутворюючого й захисного газів, час нагріву виробу та заварювання кратера, сила зварювального струму. Після перемикання тумблера з положення «Налагоджування» у положення «Автоматичне зварювання» регулюється положення плазмотрона відносно виробу вздовж та упоперек стику, відстань від плазмотрона до виробу повинен бути в межах 18—20 мм. Закінчивши підготовку, натискують на кнопку «Пуск». Відпускають цю кнопку лише після збудження плазмової дуги. Після прогрівання виробу включають механізм руху візка і виконується зварювання. Для закінчення зварювання натискують на кнопку «Заварювання кратера». Пальник при цьому зупиняється, а зварювальний струм падає до нуля. Прилади, розташовані на пульті керування, дозволяють контролювати основні параметри режиму зварювання.

Найбільш поширені несправності установки УСП-301 та способи їх усунення наведено в табл. 6.31.

6.31. Несправності установки УСП-301 та способи їх усунення

Ремонт та обслуговування установок плазмового зварювання, зачищення та заміна електродів мають провадитися при відключених автоматичному вимикачеві, системах постачання води й газу.

4. РІЗАННЯ МЕТАЛІВ І ЇХНІХ СПЛАВІВ

При дуговому різанні металів розплавлювання металу в зоні різа здійснюється теплом електричної дуги, що горить між електродом і металом, що розріжеться. Видалення розплавленого металу із зони різа може відбуватися різними способами: за рахунок сил ваги, видуванням струменем повітря або газу, за рахунок згоряння металу, чиряку кисню й видування продуктів окислів.

Дугове електричне різання. Це різання засноване на виплавленні металу по лінії різа теплотою електричного дугового розряду. Дуга збуджується вугільним або сталевим електродом. Розплавлений метал стікає по стінках поглиблення, що утвориться, — різа під дією власної маси й незначного тиску дуги. Якість різа й продуктивність різання низькі. Цей спосіб є підсобним процесом при зварочно-монтажних роботах.

Повітряно-дугове різання

Сутність повітряно-дугового різання полягає у вьіплавлении металу з лінії різа електричною дугою, що горить між кінцем вугільного електрода й металом, і видаленні розплавленого рідкого металу струменем стисненого повітря. Недоліком цього способу різання є навуглеводження поверхневого шару металу. Розділове й поверхневе різання використовують для різання листового й профільного металу, видалення дефектних ділянок зварених швів, зняття фасок і оброблення кореня шва зі зворотної сторони (мал. 17.1). Поверхневому різанню піддають більшість чорних і кольорових металів, розділової — вуглеводисті й леговані сталі, чавун, латунь. Однак кольорові метали й чавун піддаються різанню гірше, ніж стали. Різання виконують за допомогою вугільних, вугільних обміднених і вугільно-графітових електродів діаметром 6—12 мм. При розділовому різанні електрод повинен бути втоплений у метал, що розріжеться під кутом

Рис. 1,7.1. Схема процесу повітряно-дугового різання:

1 — електрод, 2 — струмінь повітря, 3 — цуги, 4 — різак (праворучстрожка вузької канавки, ліворуч — широкої канавки)

60−90° до поверхні металу, а при поверхневому різанні — під кутом до 30°. У міру обгорання електрод поступово висувають із губок. Натискати на нього не рекомендується, тому що при нагріванні він стає неміцним і може зламатися. Поверхня різа виходить рівною й гладкою. Ширина канавки різа більше діаметра електрода.

Апаратура й матеріали. Комплект апаратури для повітряно-дугового різання складається з різака, джерел струму, стисненого повітря й відповідних кабелів і рукавів.

Як електроди використовують вугільні, графітові й графітовані циліндричні стрижні діаметром 6—20 мм або пластинчасті електроди перетином до 400 мм². Довжина електродів — 250—350 мм. Бажано застосовувати обміднені електроди, які менше окисляються, чим звичайні графітові електроди.

Різак для повітряно-дугового різання має затискний пристрій для закріплення електрода й соплову систему для подачі стисненого повітря в зону ріжучої дуги. Струм і повітря підводять до різака за допомогою комбінованого кабель-шланга. Різаки постачені клапанним повітрянопусковим пристроєм. Серійно випускаються дві моделі повітряно-дугових різаків: РВДм-315 і РВДл-1200 «Раздан». Перший різак розрахований на роботу в монтажних умовах, а другий — у ливарному виробництві. Визначальний параметр різака, з яким зв’язані його конструкція, маса й продуктивність різкі, — сила струму. Для різака Рвдм-315 вона становить 315 А, а для різака «Раздан» — 1200 А. Технічні дані різаків дані в табл. 17.1.

Повітряно-дугове різання виробляється на постійному або змінному струмі. Джерелами постійного струму служать зварювальні перетворювачі або випрямлячі однопостові й багатопостові. При роботі на змінному струмі використовують трансформатори з низькою напругою холостого ходу й твердої вольтамперною характеристикою або потужні джерела змінного струму.

Таблиця 17.1

* Тиск повітря на вході в різак не більше 0,63 МПа.

Різання виробляється при силі змінного струму 1000 А и застосовуються для обробки чавунних виливків.

Повітря подається під тиском 0,4—0,6 МПа від повітряної магістралі або від компресора продуктивністю 20—30 муч і більше. Повітря повинен бути чистим, тому обов’язково використання масловологовідділювачів

Техніка й технологія різки. Перед початком різання необхідно очистити металевою щіткою оброблювану поверхню металу й підібрати діаметр електрода залежно від необхідної ширини й глибини канавки.

При включеній напрузі джерела електрод направляють у точку початку різа під кутом 30—45° до оброблюваної поверхні, наближають його до зіткнення з металом і збуджують дугу. Одночасно здійснюють подачу повітря. Метал, що розплавляється, викидається під впливом струменя повітря, що випливає із сопла різака уздовж електрода. У різультаті на поверхні оброблюваного металу утвориться поглиблення у вигляді канавки. Поступово переміщають електрод уздовж осі, утвориться поглиблення потрібної глибини. Потім переміщають електрод по наміченій лінії, підтримуючи постійної глибину канавки. При необхідності одержання широких канавок електроду поряд з осьовою подачею й рухом уздовж різа надають поперечні зворотно-поступальні переміщення.

Ручне розділове різання виконується аналогічним образом, але кут між електродом і оброблюваною поверхнею встановлюють 60—90°. При товщині металу, що розріжеться, не менш 20 мм електрод втоплюють у метал, що розріжеться на всю глибину й рівномірно переміщається з утворенням наскрізного прорізу.

При різанні металу товщиною більше 20 мм електрод рівномірно переміщають уздовж лінії різа й одночасно роблять поступально-зворотні рухи нагору — долілиць. Періодично електрод висувають так, щоб виліт не перевищував 10 мм.

Режими поверхневого повітряно-дугового різання наведені в табл. 17:2, а режими розділового різання — у табл. 17.3.

Таблиця 17.2

Орієнтовні режими поверхневого повітряно-дугового різання (постійний струм, зворотна полярність) низкоуглеродистой і високолегованої сталі

Таблиця 17.3

Режими розділового повітряно-дугового різання низкоуглеродистих сталей

Найбільша продуктивність досягається при роботі на постійному струмі зворотної полярності. Кількість виплавлюваного з порожнини різа металу пропорційно силі струму.

При повітряно-дуговому різанні повітря можна замінити киснем, що подається на розплавлений метал на деякій відстані від дуги, а вугільний електрод — металевим, для чого на звичайний електродотримач кріпиться кільцева насадка, черіз яку до місця різа подається стиснене повітря.

Киснево-дугове різання

Киснево-дугове різання застосовують для вуглеводистих і легованих сталей, кольорових металів і чавуну. Від дугового різання цей спосіб відрізняється тим, що на нагрітий до плавлення метал подають струмінь кисню, що інтенсивно окисляє метал і видаляє з розрізу окисли, що утворяться. При згорянні металу й струменю кисню утвориться додаткове тепло, що прискорює процес різання. По чистоті обробки киснево-дугове різання не уступає кисневій, а по продуктивності в ряді випадків перевершує її. Різання ведуть трубчастими металевими, керамічними й звичайними електродами для ручного зварювання. Для стійкого горіння дуги на трубку наносять покриття. Трубчасті електроди використовують для різання профільного прокату, пакетного різання й вирізки отворів у сталевих конструкціях товщиною до 100 мм. Для різання кінець електрода при включеному джерелі харчування обпираються на поверхню, що розріжеться під кутом 80—85° до неї. козирок, що утвориться на кінці електрода, з покриття забезпечує необхідну для різання довжину дуги.

При різанні звичайними електродами з покриттям до електродотримача для ручного зварювання приєднують спеціальну приставку, за допомогою якої подається струмлячи ріжучого кисню.

Плазмене різання

Сутність процесу полягає у використанні як джерело нагрівання металу стовпа, що розріжеться, стислої електричної дуги, що обдувається газом. У різультаті обдува внутрішня поверхня стовпа газу, що стикається з дугою, нагрівається й іонізується, тобто розпадається на позитивно й негативно заряджені частки й перетворюється в потік плазми з високою щільністю енергії й температурою порядку 15 000°С.Стисла дуга інтенсивно розплавляє метал, що розріжеться по лінії різа.

Процес плазмоутворення може вестися по двох схемах:

• плазменною дугою прямої дії, порушуваної між електродом і виробом, що включено в електричне коло;

• плазменним струменем, тобто дугою непрямої дії, порушуваної між двома електродами, а виріб в електричне коло не включено.

Перша схема більше продуктивна й тому набагато частіше при міняється, чим друга, котра використовується в основному для плазменного напилювання покриттів. Розділове плазменне різання виробляється на постійному струмі прямої полярності. Поверхневе плазменне різання застосовується рідко.

З економічної точки зору, різання плазменною дугою доцільні для обробки вуглеводних і легованих сталей товщиною до 50 мм, міді товщиною до 80 мм, алюмінію і його сплавів товщиною до 120 мм, чавуну — до 90 мм.

Плазмоутворрючі гази. Для реалізації плазменного різання використовують різні плазмоутворюючі гази: активні (кисень, повітря) і неактивні (аргон, азот, водень і ін.).

Теплофізичні й хіміко-металургійні властивості робочих газів істотно впливають на якість і швидкість різання.

Вибір плазмоутворрючого середовища виробляється залежно від властивостей і товщини металів, що розріжуться, призначення й умов різання. Так, активні плазмоутворрючі гази (киснезмістовні суміші) застосовуються переважно для різання чорних металів, а неактивні гази і їхньої суміші — для різання кольорових металів і їхніх сплавів.

Устаткування. Для плазменного різання, як і для кисневого, використовують стаціонарні й переносні машини, а також напівавтоматичні установки для мащинного й ручного різання.

Стаціонарні машини застосовуються для різання листового прокату більших розмірів. Переносні машини й напівавтомати доцільно використовувати для різання листового прокату прямолінійної й криволінійної форми із чорних і кольорових металів.

Комплекти апаратури КДП-1 і КДП-2 для ручного плазменного різання призначаються для різання алюмінію, міді й високолегованих сталей товщиною до 30—60 мм.

Комплект КДП-1 має різак РДП-1 з водяним охолодженням, призначений для різання алюмінію товщиною до 80 мм, нержавіючої сталі — до 60 мм і міді — до 40 мм. Як газ використовуються аргон, азот і водень. КДП-2 допускає різання алюмінію товщиною до 50 мм, стали — до 40 мм і міді — до 20 мм. Різак цього комплекту РДП-2 має повітряне охолодження й може бути використаний на монтажних роботах при будь-яких температурах. КДП-1 і КДП-2 варто укомплектовувати на час виконання робіт з різання прийнятними зварювальними випрямлячами й перетворювачами. При цьому необхідно мати на увазі, що чинними правилами техніки безпеки для ручний плазменной різання дозволена максимальна величина напруги холостого ходу джерела харчування 180 У.

Для машинного різання застосовують установки марок АПР-402, АПР- 404, УВПР «Київ», Опр-Б і др. Установка АПР-402 може робити різання чорних і кольорових металів і їхніх сплавів товщиною до 160 мм. Вона призначена для комплектування стаціонарних машин термічного різання й забезпечує розкрій листового матеріалу, різання труб і круглого прокату.

Установка УВПР «Київ» призначена для різання металу товщиною до 60 мм (по алюмінію). Вона складається із блоку живлення, шафи керування й плазмотрона ВПР-9 з вихровою системою стабілізації дуги. Плазмоутворрючий газ — повітря. Установка використовується для комплектовки машин портального й портально-консольного типів.

Плазмотрони. Основним ріжучим інструментом при плазменному різанні є плазмотрон. Існує велика розмаїтість типів і конструкцій плазмотронів.

Найбільше поширення одержали плазмотрони постійного струму з газовою стабілізацією дуги й зі стрижневими електродами — Катодами, що переважно не плавляться.

Матеріалом катода при повітряно-дуговому різанні служить лантанірований вольфрам або цирконій, запресований у мідну вставку.

Стабільність горіння плазменної дуги, як основної, так і чергової, залежить від витрати газу. Ця величина повинна бути оптимальної.

При недостатній витраті (тиску) газу при горінні основної дуги він весь іонізується в об'ємі каналу сопла. Тому що ні «холодної» діелектричного прошарку плазмоутворюючого газу, то відбувається перекидання основної дуги на сопло (ефект подвійного дугоутворення). Це приводить до руйнування сопла й зупинці процесу різання.

При великій витраті газу він не встигає іонізуватися усередині сопла, плазма не утвориться, дуга гасне.

Для іонізації аргону потрібна напруга до 100 У, азоту — 150—160 У, повітря — 300 У. Цим положенням необхідно керуватися при виборі джерела струму. Для плазменного різання краще використовувати джерела постійного струму із твердою характеристикою. Для різання на азоті можна використовувати випрямляч ВПР-401 з напругою холостого ходу 180 У, для різання на повітрі — ВПР-402М, ВПР-602 з напругою холостого ходу 300 У.

Для різання на аргоні звичайно застосовуються два джерела постійного струму, з'єднаних за паралельною схемою.

При різанні необхідно підтримувати постійним відстань між торцем сопла плазмотрона й поверхнею листа, що дозволяється. 'Звичайно ця відстань становить 3—15 мм. Припинення різа здійснюється автоматично розривом дугового стовпа при сході плаз-мотрона з листа.

Швидкість різання задається технологічними режимами, що рекомендуються (табл. 17.4−17.6) — залежно від матеріалу, що розріжеться, його товщини й сили струму.

При швидкості різання менше оптимальної різ стає ширше внизу, а при швидкості більше оптимальної — різ звужується. Мінімальна різниця в ширині різа між його верхніми й нижніми ділянками досягається при швидкості різання, близької до оптимального.

Режими різання й склад плазмоутворюючих газів визначаються маркою металу, що розріжеться, вимогами, пропонованими до якості різа, і використовуваним устаткуванням.

Ручне різання виконується по розмітці або направляючої, а машинне різання — по шаблонах, фотокопірам і програмам контурного керування.

При виборі режиму різання необхідно враховувати, що зі збільшенням сили струму й витрати повітря знижується ресурс роботи електрода й сопла плазмотрона. Необхідно завжди прагнути до роботи на мінімальному струмі, що забезпечує задану продуктивність.

Плазменне різання низковуглеводних сталей робиться переважно із застосуванням повітряно-плазменних методів. Цей процес раціональний для ручного різання сталі товщиною до 40 мм і машинного різання листів товщиною до 50−60 мм.

Орієнтовні режими машинного різання низковуглеводистої сталі з використанням установки типів «Київ» і АПР наведені в табл. 17.4.

Таблиця 17.4

Орієнтовні режимивоздушно-плазменной різання низкоуглеродистой стали*

* Діаметр сопла 3,0 мм при різанні стали товщиною до 30 мм, 4,0 мм при різанні сталі товщиною більше 30 мм; витрата повітря 6 мУч.

Різання високолегованих сталей. Плазменне різання раціонально використовувати для обробки легованих сталей товщиною менш 100 мм. При більшій товщині металу звичайно використовують киснево-флюсове різання.

Найбільше застосування при машинному різанні корозійно-стійких сталей одержало повітряно-плазменне різання. Стиснене повітря використовується для різання товщин до 50−60 мм. Для ручного різання цих же товщин може бути використаний чистий азот, а для машинного різання товщин більше 50−60 мм — суміші азоту з воднем або киснем. Зразкові дані про повітряно-плазменного різання високолегованих сталей наведені в табл. 17.5.

Таблиця 17.5

Зразкові режимивоздушно-плазменной машинного різання коррозионно-стійких сталей

* Дані наведені для установки «Київ».

Різання алюмінієвих сплавів. Плазменне різання застосовується для обробки листів з алюмінієвих сплавів товщиною до 200 мм. Різання алюмінієвих сплавів товщиною 5—20 мм можна виконувати з використанням азоту або повітря в якості плазмоутворюючого газу. При обмежених вимогах по якості й деякому зниженні продуктивності варто застосовувати повітря замість азоту. При цьому діапазон розріджуваних товщин може бути розширений у три рази.

Різання алюмінієвих сплавів товщиною від 20 до 100 мм доцільно виконувати в азотно-водневих сумішах зі змістом 65— 68% азоту й 32—35% водню. У цьому випадку більший зміст водню приводить до насичення поверхні різа воднем.

Орієнтовні режими машинної повітряно-плазменного різання алюмінієвих сплавів наведені в табл. 17.6.

Таблиця 17.6

Орієнтовні режими повітряно-плазменного різання алюмінієвих сплавів*

* Дані наведені для установки типу АПР-404.

5. ВПРОВАДЖЕННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Без зварювання неможливо собі уявити розвиток техніки, будівництва та промисловості. Успіхи в галузі автоматизації та механізації зварювальних робіт дали можливість докорінно змінити технологію будівництва та виготовлення важливих об'єктів з метою економії затрати матеріалів та електроенергії.

Зварювання від робітника вимагає засвоєння спеціальних знань. Він повинен освоїти передові методи роботи, прагнути раціоналізувати процеси зварювання, проявляти ініціативу й винахідливість, шукати нові шляхи підвищення продуктивності праці, поліпшення якості виробів, збільшення випуску продукції за одиницю часу, економії матеріалів та зниження собівартості зварних виробів. Продуктивність праці зварювальника може бути підвищена завдяки організаційним і технічним заходам.

У ряді випадків у використанні зварювання є принципово важливим напрямом автоматизація і механізація процесу. Для газового зварювання в її сучасному стані цей шлях хоча і можливий, але не знаходить широкого використання у зв’язку із заміною газового зварювання іншими процесами в масовому виробництві, в яких виправдовується використання спеціалізованих автоматів.

При індивідуальних і дрібносерійних роботах використовування спеціалізованих автоматів нераціональне, тому слід розглянути шляхи можливого підвищення продуктивності ручного газового зварювання, що використовуються зварювачами-передовиками.

При ручному зварюванні можливе використання великих потужностей полум’я, чим користуються звичайно. Проте це вимагає високої кваліфікації зварювачів і приводить до підвищення продуктивності праці приблизно на 20% при збільшенні потужності полум’я близько 50%. Питання про раціональність використання цього методу повинне розв’язуватися в кожному окремому випадку.

Використання жорсткого полум’я (тобто полум’я з підвищеними швидкостями викиду горючої суміші з пальників) приводить до більшої концентрації нагріву і тим самим до збільшення продуктивності зварювання. При цьому швидкість викиду в універсальних пальниках може бути гранично збільшена на 20—30% від нормальних швидкостей викиду. Зварювання жорстким полум’ям ще більш важке, ніж зварювання полум’ям підвищеної потужності, у зв’язку з посиленим видуванням металу із зварювальної ванни.

Більш ефективним є використання «активованого» полум’я, тобто полум’я з дещо підвищеною кількістю кисню. При цьому одночасно з підвищенням ефективності прогрівання і розплавлення відбуватиметься і окислення розплавленого металу. Для розкислювання рідкого металу необхідно у ванну вводити достатню кількість розкислювачів (при зварюванні вуглецевих сталей звичне Бі і Мп), які, як правило, вводяться ~ з присадним металом (наприклад, для сталі застосовується присадний дріт із вмістом Б і 0,5—0,8% і Мп 0,8—1%). Добиваючись підвищення продуктивності зварювання, слід враховувати збільшення вартості присадного металу.

Поширеними формами підвищення продуктивності газового зварювання є також використовування місцевого або загального попереднього підігріву перед зварюванням із застосуванням дешевого палива (печі на коксівному газі, сурми і ін.). Ці методи особливо ефективні при масовому виробництві або зварюванні браку литих — деталей.

Деякі зварювачі при зварюванні дрібних деталей, вміло розташовуючи їх на зварювальному (поворотному) столі, використовують для попереднього підігріву тепло відходів газів полум’я, що підігрівають наступну деталь при зварюванні попередньої. Це приводить до підвищення продуктивності зварювання на 20−40% без якого-небудь збільшення витрати матеріалів.

Раціональні методи підвищення економічності газового зварювання повинні вишукуватися у кожному окремому випадку її використання.

6. ОХОРОНА ПРАЦІ І ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПРИ ПРОВЕДЕННІ ЗВАРЮВАЛЬНИХ І РІЗАЛЬНИХ РОБІТ

6.1 Безпека праці при дуговому зварюванні

Основні небезпеки та шкідливості, що призводять до виробничих травм при зварюванні:

ураження електричним струмом при електрозварювальних роботах;

ураження зору та відкритої поверхні шкіри випромінюванням електричної дуги;

отруєння організму шкідливими газами, пилом та випарами, що виділяються при зварюванні;

травхми від вибухів балонів стиснутого газу, ацетиленових генераторів і посудин з-під горючих речовин;

пожежна небезпека та опіки;

механічні травми при заготівельних і складально-зварювальних операціях;

небезпека радіаційного враження при контролі зварних з'єднань радіаційними методами.

Електробезпека. Враження електричним струмом відбувається при дотику до струмоведучих частин електропроводки та зварювальної апаратури, що застосовується для дугового контактного та променевого видів зварювання. Струми, що проходять через тіло людини, більші ніж 0,05 А (при частоті 50 Гц), можуть викликати важкі наслідки й навіть смерть (>0,1 А). Опір людського організму залежно від його стану (втомленість, вологість шкіри, стан здоров’я) змінюється в широких межах від 1000 до 20 000 Ом. Напруга холостого ходу джерел живлення нормальної дуги досягає 90 В, а обтиснутої дуги — 200 В. Тому при поганому самопочутті зварника через нього може пройти струм, близький до граничного, — 0,09 А.

Електробезпека забезпечується:

виконанням вимог електробезпеки електрозварювального обладнання, надійною ізоляцією, застосуванням захисних огорож, автоблокуванням, заземленням електрообладнання та його елементів, обмеженням напруги холостого ходу джерел живлення (генератори постійного струму до 90 В, трансформатори до 75 В). Довжина проводів між мережею живлення і пересувним зварювальним агрегатом не повинна перевищувати 15 м. При роботі в утруднених умовах або в закритих посудинах зварювальна установка повинна мати блокуючий пристрій для автоматичного вимкнення зварювального кола або зниження напруги при обриві дуги до 12 В. При зварюванні на змінному струмі можна використовувати пристрій для зниження вторинної напруги джерела живлення типу БСНТ-4. Корпуси зварювальних апаратів, каркаси розподільних щитів і шаф необхідно заземлювати мідним проводом перерізом не менше 6 мм² чи сталевим перерізом не менше 12 мм². Температура нагріву окремих частин зварювального агрегату не повинна перевищувати 75° С;

індивідуальними засобами захисту (робота в сухому та міцному спецодязі та рукавицях, у черевиках без металевих шпильок та гвіздків);

додержанням умов роботи (припинення роботи під час дощу та сильного снігопаду, коли немає укриття; користування гумовим килимком, гумовим шоломом та калошами при роботі всередині місткості, а також переносною лампою напругою не більше 12 В; ремонт електрозварювального обладнання та апаратури спеціалістамиелектриками).