Автоматичне та напівавтоматичне зварювання металевих конструкцій

План

1. Історія розвитку зварювання

2. Автоматичне зварювання металевих конструкцій

3. Напівавтоматичне зварювання металів

4. Застосування у монтажних умовах автоматичного і напівавтоматичного зварювання Перелік використаних джерел

1. Історія розвитку зварювання Зварювання — це один із найпоширеніших технологічних процесів з'єднання матеріалів. Використання зварювання у всіх галузях народного господарства дозволяє виготовляти високотехнологічні конструкції, забезпечує короткий термін їх виготовлення й ремонту при значній економії часу та металу.

Історія електричного зварювання бере свій початок в XIX ст., коли промисловість отримала нові фізико-хімічні засоби дії на метал, які почали витісняти механічні інструменти.

Явище електричної дуги, відкрите російським ученим В. В. Петровим, стало використовуватись в прожекторах і спеціальних лампах для освітлення, пристроях для випрямлення струму і управління його силою, в металургії для підігріву і плавлення металів.

Російський винахідник Н. Н. Бенардос в 1881 році винайшов спосіб дугового зварювання вугільним електродом і назвав його на честь давньогрецького бога-коваля електрогефестом. Щоб зварити деталі електричною дугою, не потрібно було нагрівати їх повністю. Металеві конструкції любих розмірів і любої конфігурації стало можливим з'єднувати міцними і щільними швами. Так з’явилось електродугове зварювання — найвидатніша знахідка ХІХ ст.

Електродугове зварювання відразу знайшло застосування в найскладнішому на ті часи виді промисловості - паровозобудуванні. Щоб полегшити процес зварювання, винахідник винайшов електродотримач, оточений газовими горілками.

Відкриття Н. Н. Бенардоса удосконалив його сучасник Н.Г. Слав’янов, замінивши вугільний електрод на металевий плавлячий. Винахідник запропонував застосувати шлак, який захищав зварний шов від попадання в нього повітря, і шов ставав міцніший і надійніший. В 1886 році англійський учений Е. Томсон і в 1887 році Н. Н. Бенардос одержали патенти на контактне зварювання. При контактному зварюванні з'єднувальні деталі затискали між електродами. Струмом, що проходив крізь деталі, вони нагрівались на окремих ділянках і стискались.

В кінці ХІХ ст. був запропонований спосіб зварювання, заснований на використанні ацетилено-кисневого полум’я.

Потужності дуги і полум’я вистачало для з'єднання сталі, меді, латуні товщиною в кілька міліметрів. Для зварювання стиків рейкових шляхів і сталевих труб застосовували терміти (зернисті суміші алюмінію або магнію з оксидами заліза). При їх згорянні утворюється металеве залізо і виділяється більша кількість тепла. Порцію терміту спалювали у вогнетривкому тиглі і розплавлену виливали в зазор між стиками.

Таким чином, в останні два десятиріччя ХІХ ст. було запропоновано перетворювати електричну енергію і енергію хімічних реакцій в тепло, необхідне для зварювання металів. Однак всі ці способи зварювання ще не витіснили клепку, тому що шви отримували невисокої якості.

Область використання зварювання неперервно розширювалась. Зварювання стало ведучим технологічним процесом при виготовленні і ремонті металевих конструкцій і виробів в промисловості, будівництві, транспорті, в сільському господарстві та ін. Але ще не всі способи зварювання достатньо розвинуті. Деякі тільки освоюються, можливості їх ще досліджуються, і основне використання їх — в перспективі.

Способи зварювання розділяються по виду енергії, що використовується для одержання зварного з'єднання, на механічний, хімічний, електричний, електромеханічний, хіміко-механічний, променевий та ін. Наприклад, до механічних способів відносяться: зварювання тертям, холодне, ультразвукове та ін; до хімічних — газове та термітне; до електричних — дугове, електрошлакове, плазмово-дугове та ін.

А якщо розглядати способи зварювання з позиції «хто і чим її виконує», то більшість способів можна розділити на ручні, механізовані, напівавтоматичні, автоматичні. В залежності від методів отримання зварного з'єднання розрізняють такі основні групи зварних процесів: зварювання плавленням і давленням. При зварюванні плавленням спеціальне джерело теплоти нагріває і розплавляє кромки з'єднувальних деталей на невеликій ділянці. При зварюванні давленням для схоплювання кромок їх здавлюють. Іноді для полегшення схоплювання місце зварювання нагрівають до пластичного стану металу або також до розплавлення. Більшості способів зварювання назву дано по виду енергії і фізичним властивостям, за допомогою яких забезпечуються міжатомні зв’язки в місці з'єднання.

В даний час найчастіше використовуються способи дугового зварювання.

До зварювання давленням відносяться наступні способи: контактне, газопресове, дифузійне, холодне, тертям, ультразвукове, вибухом і інші. Кожний з цих способів має певні технологічні можливості і застосовується при виготовленні конкретних виробів з урахуванням потреб і можливостей підприємства.

Газове зварювання було найбільш розповсюджене в ХХ ст., а зараз відстало від інших способів, використовується в основному при ремонтних роботах, а також там, де немає електричного струму. Можливості цього способу обмежені: газове полум’я з'єднує метал (сталь, мідь, чавун) товщиною тільки до кількох міліметрів.

Для виготовлення стальних, мідних, титанових, алюмінієвих конструкцій товщиною до кількох метрів і виробів з великим розрізом швів (котли, станини пресів та ін.) в Інституті електрозварювання імені Е. О. Патона розробили спосіб електрошлакового зварювання. «Російське зварювання» (так назвали за кордоном електрошлакове зварювання) було нагороджено золотою медаллю «Гран-при» на Всесвітній виставці в Брюсселі. Фірми багатьох країн світу купили апарати для електрошлакового зварювання, купили ліцензії. В Радянському Союзі за допомогою електрошлакового зварювання виготовляли сотні тисяч тонн найрізноманітних конструкцій, в тому числі унікальні по розмірах і масі зварно-литі елементи великих машин.

З'єднання товщиною в частки міліметра і до кількох дециметрів можна виконувати електронно-променевим зварюванням. Електронно-променеве зварювання ведеться в умовах вакууму, необхідного для вільного руху електронів і чистоти шва. Завдяки високій концентрації енергії (до 10⁸ Вт/ст²) і глибокому вакууму цей спосіб незамінний при виробництві всіх можливих електровакуумних приборів. Він забезпечує герметизацію під вакуумом без додаткового відкачування. В атомній енергетиці електронно-променеве зварювання застосовується для зварювання опалювальних елементів. Електронний промінь проникає у вузькі зазори між деталями розробки, проникає через кілька шарів, з'єднує товсті елементи з тонкими. Ці типи з'єднань дозволяють створювати нові, більш простіші конструкції багатьох важливих машин і апаратів, найбільш ефективно використовувати властивості матеріалів.

На початку 60-х років ХХ ст. були створені лазерні зварювальні установки імпульсної дії, а в даний час успішно виконуються випробовування апаратів для безперервного лазерного зварювання великої потужності.

Промінь лазера може зварювати як однорідні, так і різнорідні метали. Зварні з'єднання при цьому відрізняються добрими механічними властивостями.

Дифузійне зварювання засноване на явищі дифузії у вакуумі. Дифузія (проникнення молекул одної рідини в інші) протікає більш інтенсивно, коли з'єднувальні деталі одночасно нагріваються і стискаються. Зварювання проводять у вакуумній установці, із якої викачане повітря до 10^-4 мм ртутного стовпчика. Деталі нагрівають до 600−800⁰ С струмом високої частоти. При такій температурі руйнується окисна плівка на поверхні з'єднувальних металів, перешкоджаючи дифузії. Стискування і добра підгонка поверхонь полегшує дифузію. Цим способом з'єднують також деталі із крихких матеріалів, в тому числі і із різнорідних металів і неметалів. Однак для дифузійного зварювання необхідна складна апаратура, розміри деталей обмежені розмірами вакуумної камери, і на процес дифузії витрачається багато часу — 10−30 хвилин.

Самий швидкий спосіб зварювання — зварювання вибухом: поверхня в кілька квадратних метрів з'єднується за тисячні долі секунди. При цьому можна з'єднувати деталі, різні по масі і із різнорідних металів. Такий спосіб успішно використовується при виготовленні виробів, які не можна нагрівати. Наприклад, при встановленні оболонок телефонних кабелів. В 1956 році токар А.І. Чудиков отримав зварне з'єднання на простому токарному верстаті. До обертаючої в патроні деталі він притиснув другу, нерухому. Торці деталей за декілька секунд розігрілись до почервоніння, і як тільки обертання закінчилось, деталі щільно зварились. Простий технологічний процес тертям вдалось легко автоматизувати. Цей спосіб успішно застосовується за допомогою високого виробництва і можливості з'єднувати різнорідні метали. Особливо він ефективний при виготовленні металоріжучого інструменту із простої мілкої сталі, до якої приварюється невелика ріжуча частина із дорогоцінних спеціальних сплавів.

На початку 70-х років ХХ ст. ультразвук почали застосовувати для з'єднання, наплавлення і різання живих тканин. Робота зварювальників під головуванням Героя Соціалістичної Праці члена-кореспондента АН СРСР Г. А. Ніколаєва разом з медиками досягла великого успіху. Зварювальним апаратом хірурги почали наплавляти кісткові тканини людини.

Розроблені способи з'єднання матеріалів без розплавлення. Це пайка і склеювання.

Під час пайки міжатомний зв’язок виникає, коли поверхні кромок змочуються розплавленим металом — припоєм.

Склеювання застосовується для тих сплавів і пластмас, в яких зникають їх властивості при нагріванні або стисканні. Цей спосіб використовував відомий радянський авіаконструктор Герой Соціалістичної Праці академік АН УРСР О. К. Антонов при створенні конструкцій літаків і високоміцних, що важко піддаються зварюванню, алюмінієвих сплавів.

Розвиток зварювального виробництва значною мірою залежить від обсягів випуску сталі й прокату. У 2002 р. Україна виготовила 33,5 млн т сталі і 25,58 млн т прокату. Загальний об'єм виробництва електродів дорівнював 44 276 т, із них з рутил-ільменітовим покриттям — 36 399, із основним — 7 311 і спеціальних електродів — 566 т. Було виготовлено 790 т порошкового дроту, 278 зварювального і 512 для наплавлення, а також 19 334 т флюсів. Експорт українських зварювальних матеріалів становив 1 780 т.

Сучасний стан зварювального виробництва України характеризується наявністю значних потужностей з випуску зварних конструкцій, зварювальних матеріалів й обладнання.

У третьому тисячолітті зварювання — один з провідних технологічних процесів. До 2/3 світового споживання сталевого прокату йде на виробництво зварних конструкцій. Практично зварюють майже всі метали на землі, в морських глибинах і в космосі. Маса зварюваних конструкцій становить від частки грама до сотень і тисяч тонн.

Більше половини валового національного продукту промислово розвинутих країн створюється за допомогою зварювання і споріднених технологій, до яких відносять наплавлення, паяння, різання, нанесення покриття, склеювання різних матеріалів. Науково-технічне поняття «зварювання» охоплює такі суміжні напрями, як заготовка й складання, діагностика та неруйнуючий контроль, техніка безпеки й екологія зварювальних процесів.

2. Автоматичне зварювання металевих конструкцій Автоматичне зварювання металів — механізований спосіб нероз'ємного з'єднання виробів (деталей, півфабрикатів) з металів в результаті їх місцевого плавлення. Автоматичне зварювання застосовують при масовому і серійному виробництві виробів з досить довгими, прямолінійними і круговими швами.

Принцип автоматичного зварювання полягає в тому, що електрод подається до місця зварювання автоматично при безперервному розмотуванні бухти спеціальної електродного дроту. Електрод подається автоматичною (зварювальною) голівкою, яка виконує ті ж функції, що рука зварника при ручному зварюванні.

Замість обмазки застосовується сипучий матеріал певного хімічного складу (флюс), яким засипається кінець електрода. Флюс повністю ізолює місце зварювання від повітря, так як горіння дуги відбувається під шаром флюсу. У результаті виходить однорідний, щільний, з глибоким проваром шов, що володіє високими механічними показниками.

Дугове зварювання під флюсом відрізняється від інших широко застосовуваних способів дугового зварювання більш високим виробництвом і кращими гігієнічними умовами праці, високим рівнем механізації зварних робіт. Розроблені і використовуються також інші способи зварювання, в яких в якості одного з основних зварних матеріалів використовують флюси: дугове зварювання із флюсом, зварювання відкритою дугою з магнітним флюсом, електрошлакове зварювання.

Зварювальна дуга горить між виробом і кінцем зварного дроту. Під дією теплоти дуги дріт плавиться і по мірі розплавлення подається в зону зварювання. Дуга закрита шаром флюсу. Зварювальний дріт (разом з ним і дуга) переміщається в напрямку зварювання за допомогою спеціального механізму (автоматичне зварювання) або вручну (напівавтоматичне зварювання). Під впливом теплоти дуги плавиться також основний метал і флюс. Розплавлений дріт, флюс і основний метал утворюють зварну ванну. Флюс у вигляді рідкої плівки покриває зону зварювання, ізолюючи її від повітря. Розплавлений дугою метал зварювального дроту крапельно переноситься в зварну ванну, де змішується із розплавленим основним металом. По мірі віддалення дуги метал зварної ванни починає охолоджуватися, тому що доступ теплоти до нього зменшується, а потім він застигає, утворюючи шов. Розплавлений флюс (шлак) покриває поверхню метала і залишається рідким ще деякий час після того, як метал уже застигнув. Потім застигає і флюс, утворюючи на поверхні шва шлакову плівку.

Дугове зварювання по флюсу. Особливість цього процесу — значно менша товщина флюсу, ніж при зварюванні під флюсом. На металеву підкладку кладуть зварні пластини. Місце зварювання засипають тонким шаром флюсу. Дуга горить в умовах вільного доступу повітря. Розплавлений метал дроту при переході через дуговий проміжок не має шлакового захисту. Як метал зварної ванни, так і шов покриті тонким шаром шлаку. При зварюванні по флюсу метал зварної ванни значно гірше захищений від повітря, ніж при зварюванні під флюсом. Цей процес зварювання супроводжується інтенсивним тепловим і світловим випромінюванням дуги і виділенням парів і диму в навколишнє середовище.

Процес дугового зварювання з магнітним флюсом заснований на використанні магнітного поля, яке утворюється в результаті проходження зварювального струму через дріт, дугу і зварювальні вироби. Під дією електромагнітних сил до дроту притягуються частинки флюсу, які мають феромагнетичні властивості. Процес дугового зварювання з магнітним флюсом нагадує зварювання самозахисним порошковим дротом.

В розглянутих способах зварювання з використанням флюсу джерелом теплоти слугує зварна дуга. При електрошлаковому зварюванні теплота, необхідна для розплавлення електрода, основного металу, флюсу виділяється в шлаковій ванні при проходженні зварювального струму через рідкий шлак, що має в цьому стані електропровідність.

В проміжку між кромками зварних деталей і формуючими установками знаходиться ванна розплавленого шлаку (флюсу), в яку занурений металевий електрод. При електрошлаковому зварюванні метал зварювальної ванни і розплавлений електродний метал захищені від впливу повітря шаром рідкого шлаку.

Унаслідок великої сили струму, застосовуваного при автоматичному зварюванні (600 — 3 000 а), продуктивність її в 3 — 5 разів (а іноді навіть в десятки разів) вище, ніж при ручному зварюванні.

Рисунок 2.1. Автоматичне зварювання кутових швів балок зварювальними тракторами зварювання монтажний автоматичний металевий При проектуванні конструкцій, з'єднання яких повинні бути виконані автоматичною зваркою, необхідно передбачати такі конструктивні рішення, які не заважали б проходу автоматичної головки. Автоматичне зварювання може здійснюватися на стаціонарній установці або за допомогою зварювальних тракторів.

Рисунок 2.2. Автоматичне зварювання Автоматичне зварювання кутових швів у нижньому положенні:

а — «у човник» ;

б — похилим електродом;

в — способом оплавлення.

Зазвичай цю зварку виконують при нижньому положенні швів, застосовуючи для цього обертові кондуктори. При цьому шви формуються вільно. Останнім часом Інститутом електрозварювання АН УРСР розроблений метод зварювання з примусовим формуванням швів (для металу товщиною від 10 до 24 — 30 мм), призначений головним чином для накладення вертикальних швів. Схема такої зварювання показана на фігурі.

Рисунок 2.3. Обертовий кондуктор для зварювання балок Рисунок 2.4. Схема автоматичного зварювання Схема автоматичного зварювання з примусовим формуванням шва:

1 — охолоджуюча вода;

2 — повзун;

3 — мундштук;

4 — задня прокладка;

5 — електрод;

б — розплавлений флюс;

7 — ванна;

8 — шов.

Для зварювання елементів товщиною більше 24 — 30 мм застосовується метод бездугового зварювання, названий електрошлаковим. Для цього виду зварювання, за допомогою якої можна зварювати деталі великої товщини (200 — 300 мм), характерно, що струм проходить через розплавлений шлак (флюс) з виділенням тепла, достатнього для плавлення основного і електродного матеріалу.

Рисунок 2.5. Схема електрошлакового зварювання Схема електрошлакового зварювання:

1 — кромки виробу;

2 — охолоджувані повзуни;

3 — ванна розплавленого шлаку;

4 — металева ванна;

5 — електрод, занурений в шлак.

Таким чином, автоматичне зварювання — не повністю автоматизований процес. Це механізоване зварювання з різним ступенем механізації основних і допоміжних операцій в залежності від конструкції зварювального апарата. Проте термін «автоматичне зварювання» в даний час прийнятий як у вітчизняній, так і зарубіжній технічній літературі.

3. Напівавтоматичне зварювання металів Напівавтоматичне зварювання — процес зварювання, при якому електродний дріт подається з постійною швидкістю в зону зварювання і одночасно в цю ж зону надходить вуглекислий газ, аргон або інший газ, який забезпечує захист розплавленого або нагрітого електродного і основного металів від шкідливого впливу навколишнього повітря. Захисний газ при цьому подається з балона через редуктор.

Крім того, що напівавтоматичне зварювання забезпечує високу якість шва, значно полегшується підпал дуги, різко зростає зручність і швидкість роботи — зварювальник позбавлений необхідності зміни електродів і зачистки швів від шлаку.

Напівавтоматичне зварювання широко застосовується, коли доводиться зварювати вироби з криволінійними швами, швами невеликої довжини. Напівавтоматичне зварювання застосовують у серійному і дрібносерійному виробництві.

Для напівавтоматичного зварювання під флюсом використовують шланговий напівавтомат типу ПШ-5 з універсальним тримачем ДШ-6. Напівавтоматичним зварюванням метал товщиною 2−30 мм, а іноді і більше зварюють зі скосом або без скосу кромок, одноі двосторонніми стиковими, одноабо багатопрохідними кутовими швами. Напівавтоматичним зварюванням можна здійснювати зварювання прорізних швів, швів в напускових з'єднаннях з наскрізним проплавленням верхнього листа і електрозаклепок.

Як правило, для напівавтоматичного зварювання використовують змінний струм, але процес можливий і на постійному струмі. Перед початком зварювання відкривають заслінку флюсового бункера і місце зварювання засипають флюсом. Дугу збуджують при включенні подачі електрода або при включеної подачі електрода і засипаному флюсі ковзаючим рухом електрода по поверхні крайок. При наступних збудженнях дуги з кінця електроду слід збивати застиглий шлак. У процесі напівавтоматичного зварювання утримувач переміщується вздовж шва зварювальником вручну. Утримувач може переміщатися на вазі або спиратися спеціальним милицею на виріб.

Невеликі зміни відстані від утримувача до поверхні виробу не порушують процесу напівавтоматичного зварювання та незначно впливають на форму і розміри шва. Однак для отримання якісних швів потрібні практичні навички для точного напрямку електрода по осі шва і підтримки необхідної швидкості переміщення утримувача. Неможливість спостереження за формуванням шва — істотний недолік цього способу напівавтоматичного зварювання. При зварюванні кутових швів утримувач впирається в кут стику зварюваних елементів насадкою. Зварювання стикових швів ведуть на себе або збоку. Поєднання переміщення утримувача уздовж осі шва з поперечними коливаннями дозволяє отримати розширені шви, що важливо при зварюванні стикових швів з підвищеними зазорами. Точність збірки крайок під зварювання і прийоми утримання розплавленого металу від витікання в зазор між кромками ті ж, що при автоматичному зварюванні. Зручно використовувати напівавтоматичну зварювання для зварювання переривчастих швів.

Рисунок 3.1. Напівавтоматичне зварювання Напівавтоматичне зварювання:

а — установка для напівавтоматичного зварювання:

1 — зварювальний трансформатор;

2 — апаратний ящик;

3 — бухта дроту;

4 — подающі ролики;

5 — гнучкий шланг;

6 — тримач і бункер флюсу;

7 — зварюваний виріб;

б — утримувач ДШ-5:

1 — трубчастий мундштук;

2 — воронка для флюсу;

3 — заслінка;

4 — ручка з кнопками управління.

Для накладання швів, незручних для автоматичного зварювання, може застосовуватися шлангове напівавтоматичне зварювання під флюсом. Ідея цього виду зварювання полягає в тому, що тонка електродний дріт діаметром 2 мм подається до місця зварювання по гнучкому шлангу механізованим способом, а рух уздовж шва проводиться уручну.

Флюс подається безпосередньо з воронки утримувача, на якому знаходяться також кнопки управління. На фігурі показана приварювання напівавтоматом ребер жорсткості зварної балки.

Флюс впливає на стійкість дугового процесу, формування і хімічний склад металу шва. Флюс в значній мірі визначає стійкість швів проти утворення пор і кристалізованих тріщин, від його складу залежить відділення шлакової плівки з поверхні шва. Зварювальна дуга є одним із видів електричного розряду в газах, тому стійкість її горіння при інших рівних умовах визначається складом атмосфери дуги. При нагріванні теплотою дуги флюс виділяє гази і пари, змінюючи склад її атмосфери. Наявність у флюсі окисів лужних і лужноземельних металів збільшує електричну провідність і довжину дугового проміжку, що покращує стійкість процесу зварювання, а з'єднання фтору знижує ці показники. Таким чином, флюси мають різні стабілізуючі властивості, які виявляють їх хімічний склад.

На форму шва оказують суттєвий вплив стабілізуючі властивості флюсу, його насипна маса і гранумерований склад. Зміцнюючи довжину дуги і глибину її занурення в основний метал, ці фактори обумовлюють зміну відношення між шириною шва і глибиною проплавлення. Укорочуючи дугу, флюс з поганими стабілізуючими властивостями дає вузькі шви з великою глибиною провару і великою висотою підсилення. Флюс з добрими стабілізуючими властивостями подовжує дугу, даючи широкі шви з малим проплавленням і невеликою висотою підсилення.

Вплив насипної маси флюсу звичайно чітко проявляється при зрівнюванні швів, зварених під скловидним і пемзовидним плавлячими флюсами однакового хімічного складу. В цьому випадку різниця в насипній масі особливо велика, що викликає відповідні різноманітні витрати енергії на його плавлення.

При скловидному флюсі, що має зазвичай насипну масу 1,4−1,7 г/см³, потрібно удвічі більше енергії на його плавлення, чим при пемзовидному флюсі, що має насипну масу 0,7−0,9 г/см³. В результаті падіння напруги в дузі при зварюванні під склоподібним флюсом більше, сама дуга коротша, ніж при використанні пемзовидного флюсу.

Гранулометричний склад (розмір зерен) флюсу, впливає на форму шва таким чином. При зварюванні під дрібним флюсом шви виходять вужчі, з більшою глибиною проплавлення основного металу і з більшою висотою посилення, чим при використанні флюсу з крупними зернами. Звідси можна зробити висновок, що вплив гранулометричного складу флюсу на форму шва також пов’язаний із зміною довжини зварювальної дуги. Частково це може бути пояснене зростанням насипної маси флюсу, оскільки при додаванні дрібного флюсу до великого насипна маса суміші зростає.

Зовнішній вигляд шва значною мірою визначається рівномірністю відкладення металу, що твердіє, залежної від стану зварювальної ванни. «Кипіння» зварювальної ванни унаслідок вигорання вуглецю і виділення розчинних в металі газів значно погіршує зовнішній вигляд шва. Підвищення окиснення флюсу, сприяюче інтенсивному вигоранню вуглецю, також погіршує зовнішній вигляд шва.

Залежно від темпу зміни показників в’язкості із зміною температури розрізняють довгі і короткі флюси. В’язкість довгого флюсу із зміною температури змінюється значно повільніше, ніж в’язкість короткого. Для кільцевих швів малого діаметру придатніші короткі флюси, тому що їх шлак твердне швидко і надійно утримує зварювальну ванну від стікання.

Рисунок 3.2. Напівавтоматичне зварювання ребер жорсткості балок Зварювання «електрозаклепками»

Процес зварювання починається звичайним способом. В кінці шва переміщення держателя затримується для зварки кратера, а потім швидким рухом переміщується на початок наступного шва без виключення зварювального струму і подачі електродного дроту. Найбільш зручно цим способом зварювати кутові шви в таврових з'єднаннях. У практиці знаходять застосування з'єднання, які виконані електрозаклепками. Зазвичай це нахлесточне з'єднання, в якому при товщині верхнього листа 3−4 мм зварку ведуть з його проплавленням. При великій товщині верхнього листа (до 10 мм) в ньому попередньо пробивають отвір, діаметр якого на 4−5 мм більше діаметру електродного дроту. Діаметр електрозаклепки дорівнює двом-чотирьом товщинам верхнього листа. Зазор між деталями не повинен перевищувати 1 мм. При невеликій товщині нижнього листа зварювання заклепками, для попередження прожога, виконують на мідній підкладці.

Електрозаклепку можна виконувати з використанням спеціальних електрозаклепочних або шлангових напівавтоматів. При використанні електрозаклепочних в процесі горіння електрод діаметром 4−6 мм зазвичай не подається в дугу. Перед початком зварювання електрозаклепками, електрод робочим кінцем (іноді через сталеву стружку для полегшення збудження дуги) зкорочується на виріб і засипається флюсом. Замість флюсу можна використовувати спеціальні флюсові шайби (суміш з 90% дрібномеленого флюсу і 10% рідкого скла). Після включення зварювального струму і збудження дуги вона горить до природного обриву. Після зачистки кінця електрода від ковпачка застиглого шлаку можна зварювати наступну електрозаклепку.

При використанні шлангових напівавтоматів застосовують електродний дріт діаметром 1,6−2 мм. Напівавтоматичне зварювання виконують з подачею в дугу електродного дроту.

Таким чином, напівавтоматичне зварювання відрізняється від автоматичного рівнем механізації процесу. Тут механізована тільки подача дроту, а операції переміщення і маніпулювання зварною дугою, подачі і прибирання виконує зварювальник. Зварний дріт від подаючого механізму до тримача, яким маніпулює зварювальник, подається по гнучкому шлангу, який має спеціальний канал.

4. Застосування у монтажних умовах автоматичного і напівавтоматичного зварювання Серйозним стримуючим фактором широкого застосування автоматичного і напівавтоматичного зварювання у монтажних умовах є те, що зварювання може виконуватися тільки в нижньому положенні або при нахилі вироби на кут не більше 8° від горизонтальної площини. У монтажних умовах цей спосіб зварювання застосовується при укрупненні і монтажі листових металоконструкцій, а також для виготовлення блоків і деталей трубопроводів діаметром від 219 мм і вище в поворотному положенні.

Усе більше застосування на монтажі в останні роки завойовують способи механізованого дугового зварювання в захисному газі плавким і неплавким електродами.

До особливостей дугового зварювання в захисних газах, що забезпечує ефективність її застосування у порівнянні з іншими способами зварювання, а в першу чергу з ручним дуговим зварюванням штучними електродами, відносяться:

— висока концентрація дуги, що забезпечує мінімальну зону структурних перетворень і відносно невеликі деформації виробів після зварювання;

— більш висока продуктивність, особливо при зварюванні плавким електродом.

При застосуванні автоматичного і напівавтоматичного зварювання в залежності від захисного середовища, положення і форми шва, діаметра електродного дроту і інших параметрів може бути досягнуто наступне:

— збільшення продуктивності в 1,3−2 рази в порівнянні з ручним дуговим зварюванням;

— можливість зварювання швів у різних просторових положеннях, що робить цей процес дугового зварювання фактично єдиним при механізації зварювання швів, розташованих на вертикальній площині і в стельовому положенні, а також при механізації зварювання неповоротних стиків труб;

— можливість забезпечення високоефективної захисту розплавленого металу, особливо при використанні в якості захисного середовища інертних газів (аргон, гелій), і тим самим підвищення якості зварних з'єднань;

— можливість спостереження при зварюванні за поведінкою зварювальної ванни, дуги, плавленням електродного або присадного металу і формуванням шва, а отже, і можливість своєчасного управління цими процесами;

— широка можливість механізації і автоматизації процесу.

Автоматичне зварювання - це процес зварювання, при якому електродний дріт автоматично подається в зону зварювання.

При автоматичному зварюванні головні робочі рухи — подача електрода в зону його плавлення і взаємного переміщення дуги і виробу — механізовані. Крім цього багато апаратів для зварювання забезпечені установками для подачі дроту в зону дуги і його прибирання після зварювання. Зварювальник, що виконує зварювання, безпосередньої участі в формуванні шва не бере. Він управляє процесом зварювання за допомогою кнопок, коректорів, рукояток, розташованих на пульті управління і на корпусі зварювального апарата. Таким чином, автоматичне зварювання — не повністю автоматизований процес. Це механізоване зварювання з різним ступенем механізації основних і допоміжних операцій в залежності від конструкції зварювального апарата. Проте термін «автоматичне зварювання» в даний час прийнятий як у вітчизняній, так і зарубіжній технічній літературі.

Автоматичне зварювання може бути одноі багатоелектродним, одноі багатодуговим. Особливістю багатоелектродного зварювання є приєднання всіх електродів (дротів або стрічок) до одного полюсу джерела живлення. При багатодуговому зварюванні кожний електрод підключений до одного джерела і всі електроди ізольовані один від одного.

Зварювання дозволяє покращити виробничий процес в багато разів порівняно із ручним зварюванням, забезпечує добре формування і найкращий внутрішній вид швів, покращує умови праці і знижує матеріальні витрати.

Напівавтоматичне зварювання відрізняється від автоматичного рівнем механізації процесу. Тут механізована тільки подача дроту, а операції переміщення і маніпулювання зварною дугою, подачі і прибирання виконує зварювальник. Зварний дріт від подаючого механізму до тримача, яким маніпулює зварювальник, подається по гнучкому шлангу, який має спеціальний канал.

В даний час напівавтоматичне зварювання сталей використовується в невеликих кількостях, так як її майже скрізь витіснило напівавтоматичне зварювання в захисних газах електродом, що плавиться, як більш мобільний і маневрений процес.

Недоліки зварювання

Основним недоліком дугового зварювання в захисних газах при виконанні робіт в монтажних умовах, стримуючим її широке і повсюдне застосування, є необхідність організації надійного захисту зони зварювання від вітру і протягів, що призводять до руйнування газового потоку, що минає з сопла зварювального пальника, і утворення пор в зварному шві.

Автоматична і напівавтоматична зварка порошковими дротами в даний час знаходить застосування при спорудженні енергоблоків ТЕС і тільки завойовує застосування при монтажі обладнання АЕС.

Зварювання порошковим дротом дозволяє: в середньому в 2−3 рази, а на окремих конструкціях (товстолистові металоконструкції, вертикальні стикові шви) в 9 разів підвищити продуктивність в порівнянні з ручним дуговим зварюванням штучними електродами, а в ряді випадків також і в порівнянні з механізованим зварюванням в середовищі вуглекислого газу дротом суцільного перетину; отримувати зварні шви з високими значеннями механічних властивостей і гарним зовнішнім виглядом, що не вимагає їх подальшої механічний обробки.

Основним стримуючим фактором широкого впровадження дугового зварювання порошковим дротом є низька стабільність одержання зварних з'єднань необхідної якості через недостатню якість продукції, що випускається промисловістю порошкового дроту. Крім того, є певні труднощі і в забезпеченні монтажних організацій обладнанням дня напівавтоматичного зварювання полегшеного типу, наприклад напівавтоматом ПМП-6.

Застосування автоматичного і напівавтоматичного зварювання замість ручного є одним з найбільш значущих заходом щодо забезпечення рентабельності та економічності зварювальних робіт. На швах де можливе застосування механізованого зварювання необхідно застосовувати автоматичну або напівавтоматичну зварювання. Цей принцип давно доведений у всіх розвинених країнах Європи і США.

Переваги автоматичного і напівавтоматичного зварювання перед ручної:

— полегшення праці зварника;

— підвищення продуктивності в 5 — 10 разів, а при зварюванні на великих струмах (форсовані режими) в 10 — 20 разів;

— висока якість і хороше формування швів; шви мають велику міцність, пластичність та ударну в’язкість;

— угар і розбризкування металу становить всього 1−3% від маси електродного дроту, порівняно з 5% втрат при ручному зварюванні відкритою дугою;

— можливість зварювати метал значної товщини (до 20 мм) без оброблення крайок;

— мала втрата зварювального дроту і електроенергії, та низька загальна вартість зварювання.

Про явної переваги інверторних джерел живлення говорить щорічно зростаюча частка їх випуску в загальному обсязі приладів цього призначення. Так, в 2000 році в Європі серед усіх випущених джерел живлення 70% були інверторними. Схожа картина (але з деяким запізненням) спостерігається і у нас в країні.

В організації зварювального виробництва інверторні джерела відкривають нові перспективи, обіцяють потужний стрибок його ефективності і якості.

Перелік використаних джерел

1. Зварювальне устаткування. Каталог-довідник, ч. 1—3. — К., 1992

2. Бельфор М. Г., Патон В. Е., Устаткування для дугового і жужільного зварювання і наплавлення, М., 1984;

3. Гитлевич А. Д., Етингоф Л. А., Механізація й автоматизація зварювального виробництва, М., 1982;

4. Севбо П. І. Комплексна механізація й автоматизація зварювального виробництва. — К., 1984;

5. Чвертко А. І., Тимченко В. А., Установки і верстати для електродугового зварювання і наплавлення. — К., 1999.