95970

Сварка трубопроводов и конструкций

Реферат

Производство и промышленные технологии

Процесс сварки сопряжен с опасностью возгораний; поражений электрическим током; отравлений вредными газами; поражением глаз и других частей тела тепловым ультрафиолетовым инфракрасным излучением и брызгами расплавленного металла.

Русский

2015-10-01

489.5 KB

3 чел.

«Сварка трубопроводов и конструкций»


Сварка: виды, общая классификация.

        Сварка - это технологический процесс получения неразъёмного соединения материалов за счёт образования атомной связи. Процесс создания сварного соединения протекает в две стадии.

На первой стадии необходимо сблизить поверхности свариваемых материалов на расстояние действия сил межатомного взаимодействия (около 3 А). Обычные металлы при комнатной температуре не соединяются при сжатии даже значительными усилиями. Соединению материалов мешает их твердость, при их сближении действительный контакт происходит лишь в немногих точках, как бы тщательно они не были обработаны. На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности - окислы, жировые пленки и пр., а также слои абсорбированных примесных атомов. Ввиду указанных причин выполнить условие хорошего контакта в обычных условиях невозможно. Поэтому образование физического контакта между соединяемыми кромками по всей поверхности достигается либо за счёт расплавления материала, либо в результате пластических деформаций, возникающих в результате прикладываемого давления. На второй стадии осуществляется электронное взаимодействие между атомами соединяемых поверхностей. В результате поверхность раздела между деталями исчезает и образуется либо атомная металлическая связи (свариваются металлы), либо ковалентная или ионная связи (при сварке диэлектриков или полупроводников). При сварке используются различные источники энергии: электрическая дуга, электрический ток, газовое пламя, лазерной излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время проводить сварку не только в условиях промышленных предприятий, но в полевых и монтажных условиях (в степи, в поле, в открытом море и т. п.), под водой и даже в космосе. Процесс сварки сопряжен с опасностью возгораний; поражений электрическим током; отравлений вредными газами; поражением глаз и других частей тела тепловым, ультрафиолетовым, инфракрасным излучением и брызгами расплавленного металла. 

                                                                История сварки.

         Сварка как способ неразъемного соединения твердых металлических частей известна человечеству с самых древних времен. Как только люди научились выплавлять и обрабатывать железо ковкой в горячем состоянии (приблизительно IV тысячелетие до н. э.), им сразу же пришлось иметь дело и с процессом сварки, который стали широко использовать сначала для объединения отдельных крупиц или кусочков металла в общую болванку-заготовку, а затем и для соединения различных металлических поделок друг с другом.
Процесс изготовления железной болванки уже включал сварку давлением или «кузнечную - горновую» сварку, которая дошла почти в неизменном виде до наших дней. При горновой сварке поверхности соединяемых частей нагревают до «сварочного жара», а затем обжимают эти части ударами молота на наковальне. На протяжении многих столетий этот способ сварки был единственным. Только в XIX веке возник новый способ - сварка «литьем», которая по существу являлась одной из разновидностей технологического процесса литья.
Следующим по времени возникновения был способ электрической дуговой сварки, изобретенный в России и получивший широкое распространение в наши дни.
В 1802 г. профессором физики Петербургской медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым было открыто явление электрической дуги и показана возможность использования ее для расплавления металлов, а следовательно, и для сварки. Это открытие, имевшее огромное научное и промышленное значение, не было должным образом оценено и использовано его современниками вследствие еще недостаточно высокого общего уровня развития техники того времени.
Использование электрической дуги для сварки металлов было осуществлено русским изобретателем Николаем Николаевичем Бенардосом в 1882 г. Сущность его метода сводилась к тому, что между свариваемым изделием и угольным стержнем (электродом) пропускался ток, и возникала электрическая дуга. Дуга расплавляла поверхность изделия, а «присадочный» металл, вводимый в дугу в виде прутка, также расплавляясь в ней, заполнял место сварки. Схема способа ручной дуговой сварки, предложенного Н. Н. Бенардосом и названного им «электрогефест» (Гефест - мифологический бог, кузнец, покровитель техники и ремесел). Питание дуги в первых установках осуществлялось от батареи специальных аккумуляторов, также разработанных и предложенных Н. Н. Бенардосом. Впоследствии питание сварочной дуги стало производиться от специальных сварочных машин постоянного тока.
В 1890 г. другой русский изобретатель инженер Николай Гаврилович Славянов предложил способ дуговой электрической сварки, при котором в качестве второго полюса дуги вместо угольного стержня использовался сам присадочный материал, т. е. металлический пруток. Электрод и изделие были последовательно включены в цепь специального сварочного электрогенератора постоянного тока.

Способ дуговой сварки Н. Г. Славянова получил более широкое распространение, чем способ Н. Н. Бенардоса. Сварочные работы по способу Н. Г. Славянова осуществлялись горячим методом, т. е. с предварительным подогревом изделия. Поверхность сварочной ванны поддерживалась при этом расплавленной. Во избежание растекания металла свариваемое изделие заформовывалось в землю, в связи с чем Н. Г. Славянов и называл свой способ «электрической отливкой металлов», а электросварщика - «литейщиком».
Чтобы поддерживать при сварке длину дуги постоянной, Н. Г. Славянов разработал и осуществил остроумное полуавтоматическое устройство для подачи металлического электрода в дугу, названное «плавильником». Плавильник подвешивался на цепи над свариваемым изделием. Н. Г. Славянов придал своему изобретению вполне законченную форму и в 1890-1891 гг. запатентовал его в ряде стран.
Свое полное развитие электросварка получила в годы Советской власти. Сейчас все вагоны, котлы, металлические строительные конструкции, гидротехнические сооружения, газонефтепроводы и многие другие ответственные конструкции выполняются только сварными.
Следует отметить, что родиной автоматической сварки (так же, как и ручной) является Россия.
К началу Великой Отечественной войны сварка почти повсеместно вытеснила клепку, а в годы войны строились уже только сварные корабли и суда, многие из которых успешно участвовали в боевых операциях.

                                        Физика дугового разряда.

          Электрическая дуга (Вольтова дуга, Дуговой разряд) - физическое явление, один из видов электрического разряда в газе.

Электрическая дуга является частным случаем четвёртой формы состояния вещества – плазмы- и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа. Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги.

Электрическая дуга между двумя электродами в воздухе при атмосферном давлении образуется следующим образом:

При увеличении напряжения между двумя электродами до определённого уровня в воздухе между электродами возникает электрический пробой. Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами и других факторов. Потенциал ионизации первого электрона атомов металлов составляет приблизительно 4,5 - 5 В, а напряжение дугообразования - в два раза больше (9 - 10 В). Требуется затратить энергию на выход электрона из атома металла одного электрода и на ионизацию атома второго электрода. Процесс приводит к образованию плазмы между электродами и горению дуги (для сравнения: минимальное напряжение для образования искрового разряда немногим превышает потенциал выхода электрона - до 6 В).

Для инициирования пробоя при имеющемся напряжении электроды приближают друг к другу. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь.

Электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточной мощности источника напряжения в воздушном промежутке образуется достаточное количество плазмы для значительного падения напряжения пробоя или сопротивления воздушного промежутка. При этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд - плазменный шнур между электродами, являющийся плазменным тоннелем. Возникающая дуга является, по сути, проводником и замыкает электрическую цепь между электродами. В результате средний ток увеличивается ещё больше, нагревая дугу до 5000–50000 K. При этом считается, что поджиг дуги завершён. После поджига устойчивое горение дуги обеспечивается термоэлектронной эмиссией с катода, разогреваемого током и ионной бомбардировкой.

Взаимодействие электродов с плазмой дуги приводит к их нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии.

После поджига дуга может оставаться устойчивой при разведении электрических контактов до некоторого расстояния.

При эксплуатации высоковольтных электроустановок, в которых неизбежно появление электрической дуги, борьба с ней осуществляется при помощи электромагнитных катушек, совмещённых с дугогасительными камерами. Среди других способов известны использование вакуумных и масляных выключателей, а также методы отвода тока на временную нагрузку, самостоятельно разрывающую электрическую цепь.

                                                    Ручная дуговая сварка.

При РДС (ручной дуговой сварке) зажигание дуги, поддержание ее длины во время сварки, перемещение вдоль свариваемых кромок и подача электрода в зону горения дуги по мере его расплавления осуществляется сварщиком вручную. Качество сварки соединения во многом зависит от квалификации сварщика: умения быстро зажигать дугу, поддерживать необходимую ее длину, равномерно перемещать дугу вдоль свариваемых кромок, выполнять требуемые колебательные движения электрода при сварке, сваривать шов в разных пространственных положениях.

По количеству электродов ручная дуговая сварка подразделяется на одно-, двух- и многоэлектродную (пучком электродов). По роду применяемого тока: на сварку при постоянном и переменном токе. Сваривать можно однофазной и трехфазной дугой.

Наиболее широкое распространение получила сварка металлическим плавящимся электродом на постоянном и переменном токе.

Другие методы ручной дуговой сварки применяются или для повышения производительности труда (например, сварка пучком электродов), или для получения определенных типов швов сварных соединений (например, при сварке с отбортовкой кромок), или при сварке легированных сталей, цветных металлов и их сплавов (например, сварка вольфрамовым электродом). 

С помощью РДС, как правило, свариваются стали: углеродистые обыкновенного качества (по ГОСТ 380—88); углеродистые качественные конструкционные с нормальным (марок 10, 15 и 20) и повышенным (марок 15Г и 20Г) содержанием марганца (ГОСТ 1050—74 и ГОСТ 4543—71 соответственно); низколегированные (ГОСТ 19282—73; ГОСТ 19281—73); легированные конструкционные (ГОСТ 4543—71); теплоустойчивые (ГОСТ 20072—88); высоколегированные, а также жаростойкие и жаропрочные Fe—Ni сплавы) по ГОСТ 5632—72. Кроме того, с помощью РДС возможна сварка чугуна и цветных металлов (Al, Cu и их сплавов)

                               Автоматическая сварка под флюсом

              Среди различных существующих способов механизированной сварки с применением флюса наибольшее распространение получила электродуговая сварка под флюсом. Сварочная дуга горит между изделием и торцом сварочной проволоки. По мере расплавления проволока автоматически подается в зону сварки. Дуга закрыта слоем флюса. Сварочная проволока перемещается в направлении сварки с помощью специального механизма (автоматическая сварка) или вручную (полуавтоматическая сварка) . Под влиянием тепла дуги основной металл и флюс плавятся, причем флюс образует вокруг зоны сварки эластичную пленку, изолирующую эту зону от доступа воздуха. Капли расплавляемого дугой металла сварочной проволоки переносятся через дуговой промежуток в сварочную ванну, где смешиваются с расплавленным основным металлом. По мере перемещения дуги вперед металл сварочной ванны начинает охлаждаться, так как поступление тепла к нему уменьшается. Затем он затвердевает, образуя шов. Расплавляясь, флюс превращается в жидкий шлак, который покрывает поверхность металла и остается жидким еще некоторое время после того, как металл уже затвердел. Затем шлак затвердевает, образуя на поверхности шва шлаковую корку. 
При сварке под флюсом (Рис .2) дуга горит между сварочной проволокой и свариваемым изделием под слоем гранулированного флюса . Ролики специального механизма падают в электродную проволоку в зону дуги . Сварочный ток (переменный или постоянный прямой или обратной полярности) подводится к проволоке с помощью скользящего контакта , а к изделию – постоянным контактом. Сварочная дуга горит в газовом пузыре, который образуется в результате плавления флюса и металла. Кроме того, расплавленный металл защищен от внешней среды слоем расплавленного флюса . По мере удаления дуги от зоны сварки расплавленный флюс застывает и образует шлаковую корку, которая впоследствии легко отделяется от поверхности шва. 

 
рис.2 Схема автоматической сварки под флюсом

Особенностью процесса электродуговой сварки по флюсу является значительно меньшая толщина слоя флюса, чем при сварке под флюсом. На металлической подкладке уложены свариваемые пластины, засыпанные тонким слоем флюса. Дуга горит в условиях свободного доступа воздуха. Расплавляемый металл проволоки при переходе через дуговой промежуток не имеет шлаковой защиты. Металл сварочной ванны при остывании образует шов. Металл сварочной ванны и шов покрыты тонким слоем шлака. При сварке по флюсу металл значительно хуже защищен от воздуха, чем в процессе сварки под флюсом. Кроме того, излучение дуги и интенсивное выделение дыма и паров оказывают вредное действие на обслуживающий персонал. 
Процесс электродуговой сварки с магнитным флюсом основан на явлении электромагнитной индукции. Во время горения дуги между свариваемым изделием и проволокой про ходящим по ней электрическим током возбуждается магнитное поле. Под его действием к проволоке притягивается магнитный флюс. Вместе со сварочной проволокой он подается в дугу, расплавляется там и поступает в сварочную ванну. Капли расплавленного электродного металла переходят через дуговой промежуток покрытые шлаком, образовавшимся при плавлении флюса. Магнитный флюс обеспечивает также некоторую газовую защиту зоны сварки. При затвердевании металла сварочной ванны образуется сварной шов, покрытый шлаковой коркой. Процесс электродуговой сварки с магнитным флюсом сходен со сваркой самозащитной порошковой проволокой, а покрытая магнитным флюсом проволока подобна бесконечному плавящемуся электроду с покрытием. 
В рассмотренных способах сварки с применением флюса источником тепла служит сварочная дуга. На ином принципе основана электрошлаковая сварка. При этом способе превращение электрической энергии в тепловую происходит в шлаковой ванне, являющейся проводником электрического тока. При прохождении электрического тока через жидкий шлак в последнем выделяется тепло, частично идущее на плавление металла. 
При электрошлаковой сварке в пространстве между кромками свариваемого изделия и формирующими устройствами находится ванна расплавленного шлака, в которую погружен металлический электрод. Проходя между электродом и основным металлом, электрический ток нагревает шлак в ванне. Превращение электрического тока в теплоту происходит в шлаке, на контактных поверхностях шлак - металл и в самом металле. При этом расплавляются как погруженная в шлак часть электрода, так и кромки изделия. Расплавленные основной и электродный металлы собираются на дне шлаковой ванны в виде металлической, ванны. При ее затвердевании образуется шов, соединяющий кромки изделия. 
Электрод, по мере его расплавления, подается в шлаковую ванну, а уровень металлической ванны постепенно повышается. При этом зона сварки перемещается вверх до тех пор, пока изделие не будет полностью сварено. При электрошлаковой сварке металл сварочной ванны и расплавляемый электродный металл защищены от действия воздуха слоем жидкого шлака.

                                 Сварка самозащитной проволокой

Полуавтоматическая сварка металлоизделий распространена также широко, как ручная и автоматическая. Ее применяют на производствах, во время строительства трубопровод разного назначения и прочего. Особое место занимает полуавтоматическая сварка самозащитной проволокой, практикуется в процессе крупносерийного производства. Впрочем, данный источник присадочного материала  можно задействовать и при сборке небольших объемов продукции. Например, мелкосерийного  производства металлоконструкций, для которого характерны однотипные сборочные операции, требующие формирования швов большой протяженности.

В данной статье мы рассмотрим особенности сортамента самозащитной проволоки, попутно коснувшись нюансов применения такого присадочного материала в сварочных автоматах и полуавтоматах.

Данный тип присадочной проволоки используется в процессе формирования шва в качестве расходуемого электрода. Причем конструкция этой сварочной проволоки предполагает размещение хрупкого флюса внутри полой трубы с очень тонкими стенками.

Поэтому механизированная сварка самозащитной порошковой проволокой проходит практически без затруднений – жесткий трубчатый каркас препятствует появлению заломов, поэтому такие присадочные материалы можно использовать с обычными транспортерами сварочных автоматов и полуавтоматов. Порошковая проволока при сварочных работах используется в качестве электрода для дуговой сварки. Ее особенность заключается в конструкции проволоки. Она представляет собой оболочку из стали, которая заполнена специальным наполнителем в виде порошка. Такая конструкция проволоки напоминает вывернутый наружу электрод. К главным особенностям сварки самозащитной порошковой проволоки (в том числе и полуавтоматической) относят следующие достоинства:

Скорость (линейная) сварочного процесса высока и составляет порядка 14-20 метров в час.

Использование проволоки дает возможность сварщикам форсировать весь процесс соединения металлоизделий. Так, например, проволока с диаметром 1,98 миллиметров позволяет повысить производительность наплавки металла на 75 процентов (если сравнивать этот показатель с производительностью ручной сварки электродом в 4 миллиметра).    

Повышенная эффективность работы. Объясняется тем, что сварщику нет необходимости тратить лишнее время на смену электродов. Проволока подается из специальной катушки.

Использование при таком способе сварки тока более высокой плотности позволяет исправить дефекты, что снижает процент ремонта швов.  

Такая сварка может осуществляться даже при сильном ветре.

Отсутствие (или значительное сокращение) дефектов, связанных с обрывом дуги при замене электродов.

Самозащитная проволока не нуждается в предварительной сушке пред началом сварочных работ.

Позволяет проводить сварку захлестов.

Простота техники сваривания.

                                       Сварка в защитных газах.

Сварку в защитных газах можно выполнять неплавящимся, обычно вольфрамовым, или плавящимся электродом. В первом случае сварной шов получается за счет расплавления кромок изделия и, если необходимо, подаваемой в зону дуги присадочной проволоки. Плавящийся электрод в процессе сварки расплавляется и участвует в образовании металла шва. Для защиты применяют три группы газов: инертные (аргон, гелий); активные (углекислый газ, азот, водород и др.); смеси газов инертных, активных или первой и второй групп. Выбор защитного газа определяется химическим составом свариваемого металла, требованиями, предъявляемыми к свойствам сварного соединения; экономичностью процесса и другими факторами.

Смесь инертных газов с активными рекомендуется применять и для повышения устойчивости дуги, увеличения глубины проплавления и изменения формы шва, металлургической обработки расплавленного металла, повышения производительности сварки. При сварке в смеси газов повышается переход электродного металла в шов.

Смесь аргона с 1—5% кислорода используют для сварки плавящимся электродом низкоуглеродистой и легированной стали. Добавка кислорода к аргону понижает критический ток, предупреждает возникновение пор, улучшает форму шва.

Смесь аргона с 10—25% углекислого газа применяют при сварке плавящимся электродом. Добавка углекислого газа при сварке углеродистых сталей позволяет избежать образование пор, несколько повышает стабильность дуги и надежность защиты зоны сварки при наличии сквозняков, улучшает формирование шва при сварке тонколистового металла.

Смесь аргона с углекислым газом (до 20%) и с не более 5% кислорода используют при сварке плавящимся электродом углеродистых и легированных сталей. Добавки активных газов улучшают стабильность дуги, формирование швов и предупреждают пористость.

Смесь углекислого газа с кислородом (до 20%) применяют при сварке плавящимся электродом углеродистой стали. Эта смесь имеет высокую окислительную способность, обеспечивает глубокое проплавление и хорошую форму, предохраняет шов от пористости.

Смесь углекислого газа с кислородом (до 20%) применяют при сварке плавящимся электродом углеродистой стали. Эта смесь имеет высокую окислительную способность, обеспечивает глубокое проплавление и хорошую форму, предохраняет шов от пористости.

В зону сварки защитный газ может подаваться центрально, а при повышенных скоростях сварки плавящимся электродом - сбоку. Для экономии расхода дефицитных и дорогих инертных газов используют защиту двумя раздельными потоками газов наружный поток - обычно углекислый газ. При сварке активных материалов для предупреждения контакта воздуха не только с расплавленным, но и с нагретым твердым металлом применяют удлиненные насадки на сопла (подвижные камеры). Наиболее надежная защита достигается при размещении изделия в стационарных камерах, заполненных защитным газом. Для сварки крупногабаритных изделий используют переносные камеры из мягких пластичных обычно прозрачных материалов, устанавливаемых локально над свариваемым стыком. Теплофизические свойства защитных газов оказывают большое влияние на технологические свойства дуги, а значит на форму и размеры шва. При равных условиях дуга в гелии по сравнению с дугой в аргоне является более «мягкой», имеет более высокое напряжение, а образующийся шов имеет меньшую глубину проплавления и большую ширину. Углекислый газ по влиянию на форму шва занимает промежуточное положение. Основными преимуществами рассматриваемого способа сварки являются следующие:

  •  высокое качество сварных соединений па разнообразных металлах и их сплавах разной толщины, особенно при сварке в инертных газах из-за малого угара легирующих элементов;
  •  возможность сварки в различных пространственных положениях;
  •  отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака;
  •  возможность наблюдения за образованием шва, что особенно важно при механизированной сварке;
  •  высокая производительность и легкость механизации и автоматизации процесса;
  •  низкая стоимость при использовании активных защитных газов.

К недостаткам способа относятся: необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги; возможность нарушения газовой защиты при сдувании струи газа движением воздуха или при забрызгиванни сопла; потерн металла на разбрызгивание, при котором брызги прочно соединяются с поверхностями шва и изделия; наличие газовой аппаратуры и в некоторых случаях необходимость водяного охлаждения горелок.

                                                  Плазменная резка и сварка

При плазменной сварке и резке в качестве источника нагрева используется электрическая дуга, столб которой принудительно обжат для повышения концентрации его тепловой энергии на обрабатываемом изделии. При обычной дуговой сварке дуга горит свободно между электродом и изделием. Однако если при помощи каких-либо приемов не дать возможность дуге занять ее естественный объем, а сжать ее, то температура дуги значительно повышается.

Основным инструментом при плазменной сварке и резке является плазмотрон. В устройствах такого типа рабочий газ подается в разрядную камеру, внутри которой горит мощная дуга. За счет теплообмена с дугой газ нагревается, ионизируется и истекает через выходное отверстие камеры (сопло) в виде плазменной струи, используемой в качестве источника нагрева. Плазмой принято считать частично или полностью ионизированный газ. Плазма газового разряда в зависимости от состава среды характеризуется температурами от 2000 до 50000 0С. 

Применение плазмотронов в сварочной технике началось с середины 50-х гг. ХХ в., после того как для соединения тонколистового металла получила широкое распространение аргонно-дуговая сварка неплавящимся электродом. Естественно, что первые сварочные плазмотроны были сконструированы на базе горелок для аргонно-дуговой сварки.

Основное отличие их заключалось в применении водоохлаждаемой металлической камеры вместо керамического защитного сопла. Эта камера полностью охватывала вольфрамовый электрод, оканчиваясь соплом, соосным с электродом и соизмеримым с диаметром столба дуги. Проходящий под давлением между водоохлаждаемыми стенками камеры и столбом дуги газ охлаждал и сжимал столб, а также обеспечивал его тепловую и электрическую изоляцию от стенок сопла.

В сварочных плазмотронах истекающая из сопла плазменная струя совмещена со столбом дуги. Таким образом, при плазменной сварке и резке теплопередача в обрабатываемый металл осуществляется как путем конвективного нагрева его плазменной струей, так и за счет тепла дуги. Это обеспечивает высокий энергетический КПД данных процессов.

В настоящее время микроплазменная сварка применяется в самолетостроении, атомной, газовой, электронной, медицинской и других отраслях промышленности для изготовления сильфонов, миниатюрных трубопроводов, полупроводниковых приборов и многих других изделий. Есть все основания предполагать, что в течение ближайших десятилетий микроплазменная сварка останется одним из основных способов соединения тонких металлов и сплавов.

         Методы разделительной резки. Сравнительный анализ огневой и механической резки.

Сегодня существует большое количество различных видов резки, всевозможные термические способы, механические, гидравлические, способы разделительного реза энергией направленного взрыва. Все способы имеют свои преимущества и недостатки. Это обусловлено конкретными целями, которые ставятся перед разделительной резкой. В некоторых случаях необходима высокая точность реза, существуют определённые требования к кромке разделяемых листов, ограничения по толщине разделяемого листа, требования к материалу. Применительно к судоразделочному производству, широко используется термическая резка по средствам ручных газовых резаков.

Можно выделить несколько основных способов резки металла, которые применяются в настоящее время. Выбирая подходящий способ, следует отталкиваться от типа металла - цветной, легированная сталь или обычная сталь. Это связано с тем, что некоторые способы имеют ограничения по толщине, а резка при высоких температурах применима для цветных металлов и легированных сталей с существенными ограничениями при газовой резке. 
Также следует учитывать, что там, где нужна высокая точность и идеальные края реза, подходят зарекомендовавшие себя механические способы резки металла, такие как, фрезерование металла, токарная обработка, сверление металла, зенкование, шлифование и т.п. К менее точным методам резки металла, относящимся к первому классу точности, можно отнести более передовые способы резки металла — лазерная и гидроабразивная резка. Если на первом плане у заказчика деталей — экономия средств и не высокие требования к допускам и точности изготовления деталей, то целесообразно воспользоваться хорошо зарекомендовавшими себя недорогими методами, для разделительной резки металла – газовая резка. Для производства металлоизделий второго класса точности - строительных деталей под сварку, металлоизделий с невысокими требованиями к допускам и точности размеров, или для последующей дополнительной обработки используется самый эффективный способ резки металла – плазменная резка. 

Сравнительные исследования структуры и механических свойств показали, что кислородная резка меньше изменяет свойства металла кромки, чем механическая резка ножницами и фрикционной пилой. Для малоуглеродистой стали нет необходимости удалять поверхностный слой металла с кромки реза; для последующей сварки достаточна очистка кромок от окалины. При резке сталей, чувствительных к термической обработке, после резки иногда приходится прибегать к дополнительным операциям: механической строжке кромки, местному отжигу. Особенно опасным является возникновение мелких трещин в зоне влияния, что иногда наблюдается у сталей, легко закаливающихся. В подобных случаях приходится прибегать к предварительному подогреву металла.

Правильно проведённый подогрев уменьшает коробление, внутренние напряжения, изменения структуры, приращение твёрдости. Поэтому подогрев часто является единственным надёжным средством получения качественной кислородной резки легко закаливающихся легированных и углеродистых сталей. При машинной кислородной резке подогрев часто может быть успешно осуществлён мощными многопламенными горелками, смонтированными на режущей машине и перемещающимися вместе с кислородным резаком вдоль поверхности разрезаемого металла.

Помимо структурных изменений металла при кислородной резке наблюдается также и некоторое изменение его химического состава, простирающееся от поверхности кромки на глубину до 2-3 мм. Наиболее существенным является часто наблюдающееся при резке сталей повышение содержания углерода у поверхности реза. Иногда это повышение содержания углерода частично может быть объяснено науглероживающим действием подогревательного пламени. Но повышение содержания углерода наблюдается и при водородном пламени, которое не может науглероживать металл. По видимому, основной причиной науглероживания служит миграция (перемещение) углерода при неравномерном нагреве металла в более нагретые области. Так как наиболее сильно нагревается поверхность кромки реза, то и наблюдается перемещение углерода из внутренних менее нагретых слоёв металла к поверхности кромки.

                                 Электроконтактная сварка.

Электроконтактная сварка широко применяется для соединения деталей из листового металла. Простота выполнения сварного соединения, несложность конструкции аппарата для точечной сварки, а также относительная безопасность процесса (по сравнению, например, с электродуговой сваркой) позволяет использовать электроконтактную сварку даже в условиях школьных учебных мастерских.

Контактная сварка - это один из наиболее эффективных, экономичных, высокомеханизированных и автоматизированных способов сварки, обеспечивающих высокую прочность, качество и надежность сварного соединения и широко используемых в строительстве для сварки арматуры, трубопроводов, рельсов и т.д. Изготовление наиболее дорогих и сложных узлов легковых и грузовых автомобилей - кузовов и кабин тоже основывается на электроконтактной сварке. Многие конструктивно сложные детали в машиностроении изготовляются путем точечной сварки штампованных из листового проката заготовок.

Способы электроконтактной сварки подразделяются на три группы: стыковая сваркаточечная сварка и шовная сварка. 

Электроконтактная сварка деталей выполняется следующим образом: детали сжимают усилием Р , через стык их пропускается электрический ток J в течении времени t , происходит нагрев металла в зоне контакта до температуры плавления, выключается электрический ток, деталь охлаждается и кристаллизуется сварной шов, снимается нагрузка.

                                                           Сварка давлением.

           Сварка давлением - сварка, при которой в области контакта двух металлических поверхностей происходит деформация, в результате чего образуется сварное соединение. Осуществляется за счёт взаимодействия (объединения электронных оболочек) атомов металлов двух свариваемых поверхностей. При этом качество самой сварки может зависеть от многих факторов:

  •  уровень приложенных усилий,
  •  качество подготовленных поверхностей,
  •  способность металла подвергаться деформации.

Различают следующие виды сварки давлением: контактная, трением, холодная, взрывом, диффузионная, ультразвуковая (за счёт механических колебаний), термокомпрессионная (когда металл предварительно нагревается до высоких температур) и др. Сваркой давлением возможно соединение металлических сплавов между собой, металлов с полупроводниками и керамиками, пластмассами и т. 

Сварка давлением является разновидностью контактной сварки, когда поверхности подвергаются высокоинтенсивному давлению, позволяющему получить соединение без сопутствующего подогрева. При этом сближение свариваемых поверхностей до возникновения межатомных связей и образования металлических связей получают путем пластических деформаций металла. В результате приложенных усилий оксидные пленки, имеющиеся на поверхностях, разрушаются и выдавливаются из зоны контакта.

Качество сварного соединения, полученного давлением, во многом зависит от подготовки поверхностей, от способности металла подвергаться пластической деформации и от приложенных усилий. В некоторых случаях свариваемые поверхности подвергают предварительному нагреву до температуры меньшей, чем требуется для образования жидкой фазы. Такую сварку называют термокомпрессионной.

                                                         Газовая резка и сварка.

        Газовая или газоплавильная сварка, также газосварка - процесс, при котором плавление основного и присадочного материала происходит в пламени открытой горелки. Поддержание пламени горелки осуществляют подачей одного или нескольких горючих газов или жидкостей в смеси с кислородом. Пламя может быть окислительным или восстановительным, это регулируется количеством кислорода. В зависимости от состава основного металла выбирают состав присадочных прутков; а в зависимости от толщины основного металла - диаметр. Газовую сварку можно назвать уже достаточно старой технологией, которая используется сравнительно давно и, главное, не имеет альтернативы по широте сферы применения.

К основным достоинствам газовой резки и сварки металла относятся:

  •  Относительно низкая стоимость оборудования и расходных материалов.
  •  Полная автономность и независимость от дополнительных источников энергии.
  •  Простота конструкции газосварочных аппаратов.
  •  Простота регулировки температуры и создания оптимальных условий для сварки и резки металла.

Конечно, при всех достоинствах, есть у сварки этого типа и несколько недостатков, к главному из которых можно отнести необходимость работы с взрывоопасными газами, относительно низкая скорость проведения работы и громоздкость сварочной установки. Газовая сварка и резка металлов основана на расплавлении металла в месте воздействия пламени горелки. Если речь идет о необходимости получить сварное соединение, как правило, используется дополнительна присадочная проволока, которая, расплавляясь и проникая между стыками металлических деталей, делает места соединения герметичными и прочными. В ряде случаев технология газовой сварки с предварительной обработкой торцов соединяемых деталей позволяет обойтись без использования присадочного материала. Процесс газосварки заключается в расплавлении кромок соединяемых деталей до создания так называемой ванночки с расплавом, куда дополнительно расплавляется металл присадочной проволоки.

                           Электронно-лучевая и лазерная сварки.

          Электронно-лучевая сварка. Основной компонент - электронный луч, который создается специальным прибором - электронной пушкой

Сущность электронно-лучевого воздействия заключается в преобразовании кинетической энергии направленного пучка электронов в зоне обработки в тепловую. Электронно-лучевая сварка (далее - ЭЛС) осуществляется расплавлением кромок основного металла остросфокусированным потоком электронов, ускоренных электрическим полем с разностью потенциалов ≥ 1 0 ... 100 кB. В результате электронный луч в зоне обработки обеспечивает высокую плотность мощности. По этому показателю электронный луч существенно превосходит традиционные сварочные источники нагрева (электродуговые) и уступает только лазерному. Металл шва так же, как и при других методах сварки плавлением, имеет литую структуру. 

При воздействии пучка электронов сравнительно невысокой плотности мощности (до 1 • 105 Вт/см2) процесс электронно-лучевая сварки подобен процессу обычной электродуговой сварки. Проплавление существенно ограничено по глубине и в поперечном сечении близко по форме к полусфере. Такой процесс при меняется для сварки малых толщин (дo 3 мм).

Электронно-лучевая сварка в основном осуществляется в высоком вакууме (10-2 ... 10-3Па), реже в диапазоне давления 1...10-1 Па. Высокий вакуум применяется кaк для эффективнoй генерации электронного пучка и беспрепятственного прохождeния его (из-зa отсутствия столкновения электронов c остаточными молекулами воздуха) дo свариваемого изделия, тaк и для создaния химически инертной среды, содержащeй вредные примеси (водород. кислород, азот), в 10-100 рaз меньшие, чeм в аргоне высшего сорта пpи атмосферном давлении. Это позволяет получать сварные соединения высокого качества при сварке та к их химически активных сплавов, как титановые сплавы, циркониевые, молибденовые, ниобиевые и др.

При лазерной сварке нагрев и плавление металла осуществляется лазерным лучом оптического квантового генератора (ОКГ). 

Лазерный луч по сравнению с обычным световым лучом обладает рядом свойств – направленностью, монохроматичностью и когерентностью.

Благодаря направленности лазерного луча его энергия концентрируется на сравнительно небольшом участке. Например, направленность лазерного луча может в несколько тысяч раз превышать направленность луча прожектора.

Если обычный «белый» свет состоит из лучей с различными частотами, то лазерный луч является монохроматичным – имеет определенную частоту и длину волны. За счет этого он отлично фокусируется оптическими линзами, поскольку угол преломления луча в линзе постоянен.

Когерентность – это согласованное протекание во времени нескольких волновых процессов. Некогерентные колебания светового луча обладают различными фазами, в результате чего могут погасить друг друга. Когерентные же колебания вызывают резонанс, который усиливает мощность излучения.

Благодаря вышеперечисленным свойствам лазерный луч может быть сфокусирован на очень маленькую поверхность металла и создать на на ней плотность энергии порядка 108 Вт/см2 – достаточную для плавления металла и, следовательно, сварки.

Для лазерной сварки обычно используются следующие типы лазеров:

  •  твердотельные
  •  газовые – с продольной или поперечной прокачкой газа, газодинамические.

             Визуально-измерительный контроль сварных соединений.

Визуальный и измерительный контроль выполненных сварных соединений (конструкций, узлов) проводят с целью выявления деформаций, поверхностных трещин, подрезов, прожогов, наплывов, кратеров, свищей, пор, раковин и других несплошностей и дефектов формы швов; проверки геометрических размеров сварных швов и допустимости выявленных деформаций, поверхностных несплошностей и дефектов формы сварных швов.

При визуальном и измерительном контроле сварных соединений контролируемая зона должна включать в себя поверхность металла шва, а также примыкающие к нему участки материала в обе стороны от шва шириной:

не менее 5 мм - для стыковых соединений, выполненных дуговой и электронно-лучевой сваркой, электроконтактной сваркой оплавлением, сваркой встык нагретым элементом при номинальной толщине сваренных деталей до 5 мм включительно;

не менее номинальной толщины стенки детали - для стыковых соединений, выполненных дуговой и электронно-лучевой сваркой, электроконтактной сваркой оплавлением, сваркой встык нагретым элементом при номинальной толщине сваренных деталей свыше 5 до 20мм;

не менее 20 мм - для стыковых соединений, выполненных дуговой и электронно-лучевой сваркой, электроконтактной сваркой оплавлением, сваркой встык нагретым элементом при номинальной толщине сваренных деталей свыше 20 мм, а также для стыковых и угловых соединений, выполненных газовой сваркой, независимо от номинальной толщины стенки сваренных деталей и при ремонте дефектных участков в сварных соединениях;

не менее 5 мм (независимо от номинальной толщины сваренных деталей) - для угловых, тавровых, торцовых и нахлесточных сварных соединений и соединений вварки труб в трубные доски, выполненных дуговой и электронно-лучевой сваркой;

не менее 50 мм (независимо от номинальной толщины сваренных деталей) - для сварных соединений, выполненных электрошлаковой сваркой.

                        Методы контроля сварных соединений.

После завершения сварочных работ, изделия должны подвергаться контролю сварных соединений с целью обнаружения и исправления дефектов. Невооруженным глазом можно рассмотреть лишь часть из них - крупные наружные трещины и поры, непровары, подрезы и т.п. Большая часть дефектов скрыта в глубине металла или имеет такие малые размеры, что обнаружить их можно только с использованием специальных приборов и материалов.

Существует много способов контроля сварных швов, различающихся по принципу действия, способности к обнаружению тех или иных видов дефектов, техническому оснащению. Методы контроля сварных соединений подразделяются на разрушающие и неразрушающие. Последние, в силу понятных причин, являются наиболее широко используемыми. Применяются следующие основные методы неразрушающего контроля сварных соединений:

  •  внешний осмотр;
  •  радиационная дефектоскопия;
  •  магнитный контроль;
  •  ультразвуковая дефектоскопия;
  •  капиллярная дефектоскопия;
  •  контроль сварных швов на проницаемость;
  •  прочие методы (проверка с использованием вихревых токов и т.п.).

Внешний осмотр

Всякий контроль сварных соединений начинается с внешнего осмотра, с помощью которого можно выявить не только наружные дефекты, но и некоторые внутренние. Например, разная высота и ширина шва и неравномерность складок свидетельствуют о частых обрывах дуги, следствием которых являются непровары.

Перед осмотром, швы тщательного очищаются от шлака, окалины и брызг металла. Более тщательная очистка в виде обработки шва промывкой спиртом и травлением 10%-ным раствором азотной кислоты придает шву матовую поверхность, на которой легче заметить мелкие трещины и поры. После использования кислоты нужно не забыть удалить ее спиртом во избежание разъедания металла.

Визуальный контроль сварных соединений выявляет, прежде всего, наружные дефекты - геометрические отклонения шва (высоты, ширины, катета), наружные поры и трещины, подрезы, непровары, наплывы.

Для эффективности контроля используют дополнительное местное освещение и лупу с 5-10 кратным увеличением. Лупа - очень полезный инструмент в данном случае, она помогает выявить многие дефекты, которые нельзя рассмотреть невооруженным глазом - тонкие волосяные трещины, выходящие на поверхность, пережег металла, малозаметные подрезы. Она позволяет также проследить, как ведет себя конкретная трещина в процессе эксплуатации - разрастается или нет.

При внешнем осмотре применяется также измерительный инструмент для замера геометрических параметров сварного соединения и дефектов - штангенциркуль, линейка, различные шаблоны.

Капиллярный контроль

Капиллярный контроль основан на капиллярной активности жидкостей - их способности втягиваться, проникать в мельчайшие каналы (капилляры), имеющиеся на поверхности материалов, в том числе поры и трещины сварных швов. Чем выше смачиваемость жидкости и чем меньше радиус капилляра, тем больше глубина и скорость проникновения жидкости.

С помощью капиллярного контроля можно контролировать материалы любого вида и формы - ферромагнитные и неферромагнитные, цветные и черные металлы и их сплавы, керамику, пластмассы, стекло. В основном, капиллярный метод применяют для обнаружения невидимых или слабовидимых невооруженным глазом поверхностных дефектов с открытой полостью. Однако с помощью некоторых материалов (керосина, например) можно с успехом обнаруживать и сквозные дефекты.

Для капиллярного контроля разработан ГОСТ 18442-80 "Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования".

Контроль сварных швов с помощью пенетрантов. К наиболее распространенным способам контроля качества сварных швов с использованием явления капиллярности относится контроль пенетрантами (англ. penetrant - проникающий) - веществами, обладающими малым поверхностным натяжением и высокой световой и цветовой контрастностью, позволяющей легко их увидеть. Сущность метода состоит в окраске дефектов, заполненных пенетрантами. 

Контроль швов на непроницаемость с помощью керосина. Несмотря на свою простоту, контроль качества сварных соединений с помощью керосина достаточно эффективен и к тому же не требует сколько-нибудь значительных материальных затрат. Недаром им продолжают широко пользоваться и в наше время, богатое на различные высокофункциональные устройства и приборы.

Керосин способен проникать сквозь мельчайшие трещины в сварных швах, благодаря чему позволяет обнаруживать мельчайшие дефекты. По своей эффективности способ контроля керосином эквивалентен гидравлическому испытанию с давлением 3-4 кгс/мм2. Он основан на том же явлении капиллярности, что и контроль пенетрантами. К слову сказать, в некоторые пенетранты фирменного изготовления керосин входит в качестве составляющего компонента. Пневматический способ контроля. При пневматическом способе проверяемая емкость надувается воздухом, азотом или инертным газом до давления, составляющего 100-150% от рабочего (в зависимости от технических условий на изделие). Наружные швы смачиваются пенообразующим составом, который представляет собой раствор туалетного или хозяйственного мыла в воде (50-100 г мыла на 1 литр воды).

Если испытания проводятся при минусовой температуре, часть воды (до 60%) заменяется спиртом. Появившиеся на поверхности швов пузырьки свидетельствуют о наличии сквозных дефектов.

Рекомендуется подключать к емкости манометр и предохранительный клапан. По показаниям манометра контролируется давление и его падение - в случае наличия сквозных дефектов. Предохранительный клапан обеспечивает безопасность испытаний, сбросом давления при превышении его значения выше допустимого уровня.

Небольшие сосуды можно не промазывать мыльным раствором, а помещать в ванну с водой. Дефекты обнаружат себя появлением воздушных пузырьков. Этот способ проверки даже более прост и надежен, чем промазка швов пенообразующим раствором.

Проверка аммиаком. К разновидностям пневматического испытания относится контроль качества сварки с помощью аммиака, который подают под давлением в проверяемую емкость в количестве сотой части всего объема воздуха. Перед подачей аммиачно-воздушной смеси, швы, подлежащие контролю, покрывают бумажной летной или медицинским бинтом, пропитанными фенолфталеином. Проходя через сквозные дефекты, аммиак оставляет на ленте или бинте красные пятна. Метод проверки с помощью аммиака очень достоверен.

Обдув сварных соединений воздухом. В тех случаях, когда изделие нельзя накачать воздухом, можно применить упрощенный вариант пневматического испытания, обдувая шов с одной стороны струей воздуха под давлением, а с другой - обмазав его мыльным раствором. В этом случае в зоне обдува создается подпор воздуха, который проявляет себя появлением пузырьков с обратной стороны (при наличии сквозных дефектов).

Гидравлический контроль. Гидравлическое испытание предполагает использование в качестве компонента, создающего давление, воды или масла. После создания необходимого давления (100-150% от рабочего), емкость выдерживают в таком состоянии около 5-10 минут, обстукивая легкими ударами молотка с круглым бойком околошовную зону. Если шов имеет сквозной дефект, он проявится течью жидкости.

Емкости, работающие без значительного избыточного давления, необходимо выдерживать наполненными более длительное время - не менее двух часов.

               Сварочные дефекты и методы предотвращения их появления.

В процессе сварки в металле шва и зоне термического влияния могут возникать дефекты, которые снижают прочность соединения, приводят к негерметичности швов, снижают эксплуатационную надежность изделия. Причины возникновения дефектов различны, поэтому и меры по их предупреждению и устранению также различны. По месту расположения различают дефекты наружные и внутренние. Наружные дефекты, как правило, могут быть выявлены при внешнем осмотре. Для обнаружения внутренних дефектов применяют специальные методы неразрушающего или разрушающего контроля. Наиболее характерными дефектами при сварке являются дефекты формирования шва (непровары, прожоги, подрезы, наплывы). Их происхождение связано с нарушением режима сварки. Они могут появиться в результате неправильной подготовки и сборки свариваемого стыка.

 Для предотвращения образования дефектов формирования необходимо следить за исправностью сварочного оборудования, правильностью подготовки стыка, соответствием квалификации сварщика выполняемой работе. Один из наиболее опасных дефектов – непровар. При дуговой сварке его появление связано с недостаточным сварочным током. Опасность непровара заключается в том, что при нагружении изделия в процессе эксплуатации непровар создает концентрацию напряжений. Напряжения, возникающие в этом месте, могут в несколько раз превышать средние напряжения в изделии, а это приводит к разрушению изделия при нагрузках, значительно меньших, чем расчетные. Непровары обязательно устраняют подваркой дефектных участков. Металлургические и тепловые явления, происходящие в процессе формирования и кристаллизации сварочной ванны, служат причиной возникновения трещин в металле шва и околошовной зоне, пор, шлаковых включений, а также неблагоприятных изменений свойств металла шва и зоны термического влияния. Дефекты этой группы могут появиться при использовании некачественных исходных материалов, сырых электродов или электродов, не соответствующих свариваемому материалу. Существенное значение имеет состояние сварочной оснастки, оборудования. Для предупреждения дефектов выполняют проверку качества исходных материалов, их подготовки к сварке, состояния поверхности, а также проверку оборудования и оснастки. В процессе сварки строго контролируют режим, следят за зачисткой промежуточных швов, за правильной заваркой кратеров, своевременным выполнением необходимой термической обработки соединения. Недопустимыми дефектами сварных соединений являются трещины. Подобно непроварам, они служат концентраторами напряжений. Для устранения выявленных трещин в дефектном месте делают выборку металла и проводят ручную подварку. Рис. 2. Виды дефектов в сварных соединениях: а – наплыв; б – непровар; в-поры; г – подрезы; д – трсщины, е – включения Иногда бывает достаточно перед подваркой засверлить концы трещины для предотвращения ее распространения при подварке. Менее опасны поры. Они имеют округлую форму и не создают опасной концентрации напряжений, поэтому незначительное количество таких дефектов иногда допускается, однако их размеры и количество на определенной длине шва строго регламентируются технической документацией на изделие. При контактной сварке к наружным дефектам могут быть отнесены глубокие вмятины от электродов, выплески металла, смещение осей заготовок, к внутренним дефектам – поры, трещины, включения. Качество сварных соединений обеспечивается постоянным контролем всего производственного цикла: предварительным (контроль материалов и оборудования), текущим (контроль в процессе выполнения сварочных работ) и окончательным (контроль готовых сварных заготовок и изделий). Для обнаружения дефектов применяют различные методы контроля.  

 Виды дефектов в сварных соединениях:

а – наплыв; б – непровар; в-поры; 

г – подрезы; д – трсщины, е – включения

                      

Современные методы автоматизации и компьютеризации сварочного производства.

Современные технологии автоматизации сварочного производства позволяют применять автоматические процессы сварки в единичном и мелкосерийном производстве.

Способов и оборудования для автоматизации сварки деталей трубопровода существует великое множество. Корпусные элементы в основной своей массе свариваются в среде защитных газов плавящимся электродом. Автоматические установки могут быть

укомплектованы современными сварочными роботами, что позволяет сваривать изделия сложной формы и большим количеством сварных стыков в конструкции.

Особое внимание хочется уделить современным технологиям автоматизации сварки крупногабаритных, толстостенных корпусных изделий шаровых кранов, шиберных задвижек, а так-же трубопроводных элементов. Одной из используемых чаще

является технология сварки под слоем флюса. Первый наземный трубопровод с применением механизированной полуавтоматической сварки в среде СО2 был проложен

в США в 1961 году. К этому времени были разработаны пять механизированных систем для сварки в среде защитных газов плавящимся электродом. В 70–80х годах сварочные системы MIG/MAG (плавящимся электродом в среде защитных газов) сварки получили дальнейшее развитие, становясь более распространенными и надежными. Скорость прокладки трубопровода зависит от скорости сварки корневого прохода стыка. Поэтому установка сварочных головок на центрирующих устройствах, располагаемых внутри

трубы, была следующим шагом вперед. С самого начала возможность установки двух сварочных горелок на одной сварочной головке была продемонстрирована

в Советском Союзе еще в 1961 году. Эта система успешно использовалась, например, компанией Serimer-Dasa с девяностых годов. Позднее было обнаружено, что обе проволоки могут быть расположены ближе друг к другу, используя единую

газовую защиту и оставаясь электрически изолированными друг от друга.

Дальнейшие разработки позволили заменить две горелки системы, на двойные (тандемные) горелки. Такой процесс получил название «Dual-Tandem process». Это позволило еще больше увеличить производительность сварки. Однако высокое суммарное тепловложение может повлиять на механические качества сварного шва, особенно для труб, выполненных из высокопрочной стали (например, Х80 и

выше). Производители в настоящее время работают над оптимальным легированием сварочных проволок, используемых для сварки труб из таких сталей.

Создание промышленного способа автоматической сварки под флюсом и внедрение его в производство в нашей стране неразрывно связано с именем академика Е. О. Патона.

Преимуществами автоматической сварки перед ручной являются:

• Облегчение труда сварщика.

• Повышение производительности в 5–10 раз, а при сварке на больших токах (форсированные режимы) в 10–20 раз.

• Высокое качество и хорошее формирование швов; швы имеют большую прочность, пластичность и ударную вязкость.

• Угар и разбрызгивание металла составляет всего 1–3% от массы электродной проволоки. Сравните с 5% потерь при ручной сварке открытой дугой.

• Возможность сваривать металл значительной толщины (до 20 мм) без разделки кромок.

• Малый расход сварочной проволоки и электроэнергий и низкая общая стоимость сварки.

При этом приоритетной областью применения автоматической сварки под слоем флюса считаются:

• Изготовление металлических конструкции с большой протяженностью сварных швов прямолинейных или круговых с большой точностью подгонки деталей.

• Сварка конструкции из металла большой толщины.

• Производство ответственных конструкций, предназначенных для работы в условиях глубокого холода, высоких давлений, действий агрессивных жидкостей и газов.

• Массовое и крупносерийное производство однотипных изделий.

• Соединение деталей с толщиной от 2 до 100 мм проволокой диаметром от 1,6 до 6 мм, при сварочном токе от 150 до 2000А и напряжении на дуге от 25 до 46В.При всем удобстве и современности, автоматическая сварка под флюсом имеет и ряд существенных недостатков, а именно:

• Нельзя вести сварку в горизонтальном, вертикальном и потолочном положениях в пространстве.

• Сварка неэффективна при коротких швах.

• Практически нельзя сваривать разнотолщинные и тонкие (менее 1,5 мм) заготовки.

Применение современного автоматизированного или традиционного ручного способа сварки каждый решает для себя сам, будь то частный сварщик, либо крупное предприятие. Хочется добавить лишь то, что серьезное предприятие, ориентированное на выпуск высококачественной продукции, обеспечение конкурентоспособной производительности

и безопасности своих людей в настоящее время все больше использует автоматизированную сварку под слоем флюса. В ближайшем будущем сохранять свои лидирующие позиции на рынке сможет тот, у кого будет мобильное, эффективное, а главное, быстропереналаживаемое производство.

            Сварочные материалы и правила обращения с ними

Все сварочные материалы, выпускаемые в соответствии с действующими ГОСТами и ТУ, должны быть аттестованы согласно РД 03-613-03 "Порядок применения сварочных материалов при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических средств для опасных производственных объектов".

Рассмотрим правило обращение на примере горелки. Сварочные горелки работают на ацетилене и газах-заменителях ацетилена, которые образуют взрывоопасные смеси с кислородом и воздухом, поэтому при обращении со сварочными горелками необходимо соблюдать все правила обращения с ними. Не допускается эксплуатация неисправных горелок, так как это может привести к взрывам и пожарам, а также ожогам газосварщика. Исправная горелка дает нормальное и устойчивое сварочное пламя. Если горение неровное, пламя гаснет или отрывается от мундштука и происходят обратные удары; необходимо отрегулировать и проверить все узлы горелки. Перед проверкой горелки необходимо ознакомиться с инструкцией по ее эксплуатации. Для проверки инжектора горелки к кислородному ниппелю подсоединяют рукав от кислородного редуктора, а к корпусу горелки — наконечник. Накидную гайку наконечника затягивают ключом, открывают ацетиленовый вентиль и кислородным редуктором устанавливают необходимое давление кислорода, соответственно номеру наконечника. Пускают кислород в горелку, открывая кислородный вентиль. Кислород, проходя через инжектор, создает разрежение в ацетиленовых каналах горелки и ацетиленовом ниппеле, которое можно обнаружить, приставляя палец руки к ацетиленовому ниппелю. При наличии разрежения палец будет присасываться к ниппелю. При отсутствии разрежения необходимо закрыть кислородный вентиль, отвернуть наконечник, вывернуть инжектор и проверить, не засорено ли его отверстие. При засорении необходимо его прочистить, при этом надо проверить также отверстия смесительной камеры и мундштука. Убедившись в их исправности, повторяют испытание на подсос (разрежение). Если при зажигании пламени возникает хлопок, необходимо проверить, хорошо ли затянута накидная гайка наконечника, достаточно ли давление кислорода и нет ли препятствий для прохождения ацетилена в горелку. При хлопках необходимо сначала перекрыть ацетиленовый, а потом кислородный вентили. Хлопки могут наблюдаться и у исправных горелок после продолжительной работы при сильном нагреве мундштука горелки. В этом случае горелку необходимо погасить и охладить ее водой. Следует помнить, что отверстие мундштука разрабатывается при частой прочистке его иглой (особенно стальной), а также при обгорании его в процессе сварки. При чрезмерной разработке мундштук следует заменить.

         Электросварщик ручной сварки должен знать устройство машин и аппаратов для дуговой сварки в условиях применения переменного и постоянного тока; способы и основные приемы прихватки; формы раздела швов под сварку; устройство баллонов; цвета, краски и правила обращения с ними; правила сварки в защитном газе и правила обеспечения защиты при сварке; правила обслуживания электросварочных аппаратов; виды сварных соединений и швов; правила подготовки кромок изделий для сварки; типы разделок и обозначение сварных швов на чертежах; основные свойства применяемых электродов и свариваемого металла и сплавов; назначение и условия применения контрольно-измерительных приборов; причины возникновения дефектов при сварке и способы их предупреждения; устройство горелок для сварки неплавящимся электродом в защитном газе; устройство применяемых электросварочных машин и сварочных камер; требования, предъявляемые к сварочному шву и поверхностям после кислородной резки (строгания); свойства и значение обмазок электродов; основные виды контроля сварных швов; способы подбора марок электродов в зависимости от марок стали; причины возникновения внутренних напряжений и деформаций в свариваемых изделиях и меры их предупреждения; виды дефектов в сварных швах и методы их предупреждения и устранения; принципы подбора режима сварки по приборам; марки и типы электродов; механические свойства свариваемых металлов.

                                                                                                       Пайка

Пайка - процесс соединения металлов или неметаллических материалов посредством расплавленного присадочного металла, называемого припоем и имеющего температуру плавления ниже температуры плавления основного металла (или неметаллического материала). Процесс пайки применяется либо для получения отдельных деталей, либо для сборки узлов или окончательной сборки приборов. В процессе пайки происходят взаимное растворение и диффузия припоя и основного металла, чем и обеспечиваются прочность, герметичность, электропроводность и теплопроводность паяного соединения. При пайке не происходит расплавления металла спаиваемых деталей, благодаря чему резко снижается степень коробления и окисления металла.

Для получения качественного соединения температура нагрева спаиваемых деталей в зоне шва должна быть на 50-100° С выше температуры плавления припоя. Спаиваемые детали нагревают в печах, в пламени газовой горелки, токами высокой частоты, паяльниками. Прочное соединение припоя (сплавление припоя) с основным металлом можно образовать лишь в том случае, если поверхности спаиваемых деталей свободны от окислов и загрязнений. Для запиты поверхностей спаиваемых деталей от интенсивного окисления в результате нагрева место пайки покрывают флюсом, который образует жидкую и газообразную преграды между поверхностями спаиваемых деталей и окружающим воздухом.

Процесс пайки заключается в следующем: при нагревании припой расплавляется и, соприкасаясь с нагретым, но свободным от окисной пленки основным металлом, смачивает его, и растекается по его поверхности. Способность припоя заполнять швы зависит от степени смачивания припоем основного металла, его капиллярных свойств и шероховатости поверхности спаиваемых деталей.

ДОСТОИНСТВА ПАЙКИ:

  1.  Позволяет соединять металлы в любом сочетании;
  2.  Соединение возможно при любой начальной температуре паяемого металла;
  3.  Возможно соединение металлов с неметаллами;
  4.  Паяные соединения легко разъёмные;
  5.  Более точно выдерживается форма и размеры изделия, так как основной металл не расплавляется;
  6.  Позволяет получать соединения без значительных внутренних напряжений и без коробления изделия;
  7.  Повышенная производительность процесса позволяет паять за один приём большое количество изделий;
  8.  Культура производства; возможна полная механизация и автоматизация.

                      Методы соединения пластмассовых и полимерных труб.

Способ соединения, который подходит для одного пластика, может не подойти для другого. Современные специалисты разработали универсальные технологии соединения пластиковых труб.

Монтаж пластиковых труб считают очень простым и удобным. Выбирая способ соединения полимерных труб, ориентируются на свойства материала, из которого они изготовлены. Трубы и фасонные детали из полипропилена соединяют между собой методом диффузионной сварки, основанном на процессе плавления.

Трубы из металлопластика монтируют с помощью латунных компрессионных или пресс-фитингов. Для этого применяют недорогое специальное оборудование. Оба этих метода монтажа пластиковых труб легко освоить, даже не будучи профессиональным сантехником. Полипропиленовые трубы для канализационных систем соединяются с помощью фасонных частей и резиновых уплотнительных колец.

Монтаж металлопластиковых труб также не вызывает сложностей. Только сварка в этом случае невозможна, поэтому применяют соединение с помощью латунных фитингов различных конструкций.

Существует достаточно экономичный и удобный вариант использования металлопластиковых труб – коллекторная схема. Тогда каждая труба ведется к своему запорному устройству, а значит, пропадает необходимость установки разветвляющих и объединяющих фитингов. Из-за своей гибкости металлопластиковые трубы не нуждаются в дополнительных фитингах для преодоления углов и неровностей.

Монтаж полиэтиленовых труб проводят методом сварки или с помощью компрессионных фитингов. Способов их сварки тоже два: сварка встык и сварка враструб.

Если выбирается сварка полиэтиленовых труб встык, то оплавленные концы труб соединяются непосредственно в торец друг другу. Сварку враструб осуществляют с помощью промежуточной соединительной детали – полимерного фитинга. При любом из этих способов сварки процесс монтажа предполагает одновременный нагрев соединяемых деталей на сварочном аппарате.

Ни погодные условия, ни отрицательная температура воздуха не способны помешать осуществлению монтажа полиэтиленовых труб с помощью компрессионных фитингов. Такой монтаж можно сделать самостоятельно, не прибегая к услугам специализированных организаций.

Для соединения канализационных труб из полипропилена используют резиновые кольца, а для водопроводных – сварку. Оба способа соединения не требуют ни специальных профессиональных навыков, ни больших финансовых затрат на перевозку оборудования и работу квалифицированных сварщиков.

Для сварки двух деталей используют небольшой сварочный аппарат, весом не более 12 кг. В основе - процесс плавления, который осуществляют нагреванием соединяемых деталей до нужной температуры. Детали нагревают, пока они не начнут плавиться, а потом плотно прижимают друг к другу.

Полипропиленовых трубы, предназначенные для канализации оснащены резиновыми уплотнительными кольцами. Для их соединения достаточно просто вставить одну трубу в другую.

Трубы ПВХ монтируют с использованием фасонных частей с резиновыми уплотнительными кольцами.

Гладкие трубы ПВХ без раструба чаще применяют для прокладки технологических трубопроводов. Здесь соединение проходит с помощью специального клея и ПВХ-фитингов, позволяющих обвязать любой вид оборудования.

Фасонные детали для пластиковых систем сегодня представлены в разнообразии. Говоря о способе присоединения к трубе, можно разделить все фитинги на винтовые (резьбовые фитинги) и прессующиеся (пресс-фитинги).

Слово «фитинг» («прилаживать», «монтировать», «собирать») пришло из английского языка. Это соединительные части трубопровода, которые устанавливают в местах его разветвлений, поворотов, переходов на другой диаметр.

Фитинги герметично соединяют трубопровод и являются его неотъемлемой частью. Ведь даже если трубы проходят строго по прямой линии (а это бывает очень редко), для каждой из них существует исходная и конечная точки, где соединение необходимо (с другими трубами или системами).

Любое сантехническое оборудование подключается с помощью комбинированных фитингов, имеющих в составе полимерной детали металлический вкладыш с трубной резьбой.

В зависимости от назначения фитинги подразделяются на несколько видов.

Полипропиленовые фитинги используются для соединения трубопроводных систем канализации, отопления, горячего и холодного водоснабжения.

Полипропиленовые фитинги различаются по способу соединения, конструкции и виду исходного сырья, из которого они изготовлены, в зависимости от того, в каком типе трубопроводной системы они применяются.

Для соединения труб в системах - полипропиленовые фитинги, оснащенные резиновыми уплотнительными кольцами, которые обеспечивают быстрый, надежный и простой монтаж системы, не требующий дополнительных финансовых затрат.

                                                        Сварка и резка взрывом.

Сварка взрывом использует для соединения металлов энергию ударной волны, которая создает давление между двумя деталями, в результате чего происходит их сцепление. Этот способ часто используется для соединения больших металлических листов, например, для приварки тонких листов нержавеющей стали к малоуглеродистой стали или алюминия к молибдену.

Ударную волну получают от детонации взрывчатого вещества. Сварка взрывом требует очень тщательной подготовки и проводится в защитной камере или, не так часто, под водой.  При сварке взрывом соединение образуется практически мгновенно. Сварка взрывом — это способ сварки давлением, при котором для сближения, активации и схватывания поверхностей используют энергию детонации (мгновенной химической реакции) взрывчатого вещества (ВВ), создающую мощное ускорение и сжатие свариваемых деталей. Одновременно происходит очистка свариваемых поверхностей путем «сдувания» поверхностного тонкого слоя металла интенсивной направленной плоской (кумулятивной) струей, возникающей по линии взрывного соударения свариваемых деталей.

Источником мгновенного ускорения тел и их сжатия может быть также импульсное электромагнитное поле (при магнитно-импульсной сварке) или энергия взрыва электрического проводника при пропускании через него разрядного тока от батареи конденсаторов. Во всех этих случаях при мгновенном схватывании - суть протекающих процессов и явлений в твердых телах остается неизменной: схватывание тел при их соударении происходит с большими скоростями.

Резка взрывом трубопроводов и резервуаров, способ резки, применяемый для реконструкции действующих и подключения к ним строящихся участков трубопроводов, при ремонте аварийных участков, демонтаже резервуаров нефти и т.д. Позволяет сократить и обезопасить работы, связанные с огнём. Р.в. осуществляют удлинённым кумулятивным зарядом (инициирующий шнур-волновод, способный передавать детонационный импульс на большие расстояния без разрушения трубчатой оболочки). На основе таких зарядов созданы труборезы кумулятивные кольцевые наружные (ТрККН) для поперечной резки стальных трубопроводов и трубчатых конструкций (диам. 152—1420 мм и толщина стенки 10—30 мм) и подводные (ТрККП) — для резки трубопроводов (219—1420 мм, 8—20 мм) под водой и на обводнённых участках. Шнуровые кумулятивные заряды также используют для резки на открытом воздухе крупногабаритных сооружений (доменные печи, корпуса кораблей, реакторы химические и т.п.) и др. металлоконструкций с толщиной стенки до 25 мм.

                                              

                                            Новые и прогрессивные методы сварки.

Чтобы повысить производительность труда и облегчить труд сварщика применяют различные высокопроизводительные способы сварки.

Сварка пучком (гребенкой) электродов. Принцип этого способа состоит в том, что два или несколько электродов соединяет пучок, которым с помощью обычного электрода-держателя ведут сварку. При сварке пучком электродов, дуга возникает между свариваемым изделием и одним из его стержней, по мере оплавления последнего, переходит на соседний, то есть дуга горит попеременно, между каждым из электродов пучка и изделия. В результате этого нагрев стержней электродов внутренней теплотой будет меньше, чем при сварке одним электродом при той же величине тока. Поэтому при сварке пучком можно устанавливать большую величину тока, чем при сварке одинарным электродом того же диаметра, а это в свою очередь позволяет увеличить производительность труда.

Сварка с глубоким проплавлением. Составы некоторых покрытий, нанесенные на стержень электрода более толстым слоем, чем обычно, позволяет сконцентрировать теплоту сварочной дуги, повысить ее проплавляющие действия: увеличить глубину проплавления основного металла. Сварка в таких случаях ведется короткой дугой, горение которой поддерживается за счет опирания козырьком покрышки на основной металл.

При сварке наклонным электродом оплавляющийся конец электрода опирается о свариваемые кромки, а сам электрод перемещается вдоль линии соединения по мере заполнения разделки кромок.

Прогрессивным методом сварки также является аргонодуговая сварка.

Аргонодуговая сварка – дуговая сварка. При которой в качестве защитного газа используется аргон.

Применяют аргонодуговую сварку неплавящемся вольфрамовым и плавящимся электродом.

Этот процесс предназначен главным образом для металлов толщенной менее 3-4 мм. Большинство металлов сваривают на постоянном токе прямой полярности. Сварка алюминия, магния и бериллия ведут на переменном токе.

                                       Металлургические процессы при сварке.

       По своей природе сварка является металлургическим процессом. Металлургия сварки характеризуется теми физико-химическими процессами, которые протекают в сварочной зоне. Они определяются взаимодействием расплавленного металла со сварочными флюсами, шлаками и газами, а также охлаждением и кристаллизацией металла шва и превращениями основного металла в зоне термического влияния. Эти процессы протекают на всех стадиях дуговой сварки: в период плавления электрода, перехода капли жидкого металла через дуговой промежуток и в самой сварочной ванне. Однако в отличие от общей металлургии, характерной для сталеплавильных агрегатов, условия протекания металлургических процессов при сварке отличаются рядом особенностей, влияющих как на ход их развития, так и на получаемые результаты. Такими особенностями являются:

  1.  Малый объем сварочной ванны и в то же время достаточно большие относительные количества реагирующих фаз в ней.
  2.  Высокие температуры в различных областях сварочной зоны и большой перегрев расплава в ванне.
  3.  Движение жидкого металла, интенсивное перемешивание расплавленных продуктов и их непрерывное обновление и обмен в сварочной ванне.
  4.  Высокие скорости охлаждения и кристаллизации наплавленного металла. 

В этих условиях наблюдается активное взаимодействие расплавленного металла с окружающей газовой средой и флюсами, нагретыми до высоких температур. Протекание процессов происходит с большой скоростью. Однако в связи с кратковременностью существования расплава и постоянного обновления взаимодействующих фаз чаще всего они не доходят до полного завершения и большинство реакций в сварочной зоне не достигает равновесного состояния. К тому же создаются условия, препятствующие полному очищению металла шва от различных неметаллических включений, оксидов и газов, которые из-за быстрого затвердевания расплава не успевают выходить на поверхность сварочной ванны и удаляться в шлак. С другой стороны, высокие скорости охлаждения и кристаллизации металла существенно отражаются на строении получаемых швов, приводят к мелкозернистой структуре их, уменьшению химической неоднородности, а в результате - повышению свойств литого металла шва.

                                        

                    Структура и формирование сварных швов.

 Каждый конкретный вид сварки изменяет структуру и степень легирования металла шва вследствие различного разбавления шва основным металлом и дополнительного введения электродного металла, состав которого может отличаться от состава основного металла, а также вследствие изменения газосодержания металла шва. Таким образом, воздействие вида сварки на свойства металла шва титановых сплавов определяется несколькими основными факторами: химическим составом электродного металла, обеспечивающим оптимальное сочетание прочности и пластичности; соотношением доли основного и электродного металла при различных формах разделки кромок, характерных для данного вида сварки; структурой и фазовым составом, зависящими от термического цикла сварки и последующей термической обработки; возможностью образования различного рода дефектов, присущих данному виду сварки, и влиянием их (в особенности непроваров и пористости) на физико-механические и эксплуатационные характеристики; дополнительным газонасыщением расплавленного металла газами (азотом, кислородом и водородом) и влиянием этих газов на различные свойства и особенно на склонность к хрупкому и задержанному разрушению. Влияние всех указанных факторов возрастает по мере повышения прочности сплавов. Выбор того или иного вида сварки в основном зависит от химического состава свариваемого сплава и его толщины. 

От вида и технологии сварки непосредственно зависит содержание газов в металле шва и, следовательно, его механические и эксплуатационные свойства. Исследованиями установлено, что состояние защитной газовой атмосферы в сильной степени влияет на интенсивность поглощения и содержание газов в металле шва,
В зависимости от вида и режимов сварки происходит изменение величины эффективной тепловой мощности дуги, что ведет к изменению количества водорода, поступающего в газовую фазу защитной атмосферы.

С целью повышения технологической прочности и пластичности соединений стремятся подавить образование в сварных швах крупнозернистой столбчатой структуры.

Это достигается:

а)    введением в металл шва в достаточных концентрациях элементов, способствующих образованию высокотемпературных избыточных фаз типа твердого раствора (например, ферритной фазы в швах аустенитных сталей), эвтектик (например, в швах из сплавов алюминия с кремнием, медью и т. п.), первичных карбидов (например, карбидов ниобия; ниобиевой карбидно-аустенитной эвтектики в швах аустенитных сталей типа Х13Н18, Х15Н25, Х15Н35 и никелевых сплавов) или первичного графита и др.;

б)    введением в сварочную ванну модификаторов в виде твердых частиц тугоплавких металлов или соединений (например, молибдена и титана при сварке цветных сплавов) либо поверхностно-активных элементов (например, стронция и церия при сварке никелевых сплавов, аустенитных сталей и пр.);

в)    воздействием на сварочную ванну ультразвуковых колебаний или механических вибраций.

                    Напряжения и деформации при сварке.

Сварочные деформации и напряжения являются следствием многих причин. Они значительно снижают механическую прочность сварной конструкции. Основными причинами возникновения сварочных деформаций и напряжений являются неравномерное нагревание и охлаждение изделия, литейная усадка наплавленного металла и структурные превращения в металле шва.

Неравномерное нагревание и охлаждение вызывают тепловые напряжения и деформации. При сварке происходит местный нагрев небольшого объема металла, который, расширяясь, воздействует на близлежащие менее нагретые слои металла. Напряжения, возникающие при этом, зависят главным образом от температуры нагрева, коэффициента линейного расширения и теплопроводности свариваемого металла. Чем выше температура нагрева, а также чем больше коэффициент линейного расширения и ниже теплопроводность металла, тем большие тепловые напряжения и деформации развиваются в свариваемом шве.

Литейная усадка вызывает напряжения в сварном шве в связи с тем, что при охлаждении объем наплавленного металла уменьшается. Вследствие этого в близлежащих слоях металла    возникают    растягивающие силы. Чем меньше количество расплавленного металла, тем меньшие возникают напряжения и деформации. Структурные превращения вызывают растягивающие и сжимающие напряжения в связи с тем, что они в некоторых случаях сопровождаются изменением объема свариваемого металла. Например, у углеродистых сталей при нагреве происходит образование аустенита из феррита — этот процесс сопровождается уменьшением объема. При больших скоростях охлаждения высокоуглеродистых сталей аустенит образует мартенситную структуру, менее плотную, чем аустенит; этот процесс сопровождается увеличением объема. При сварке низкоуглеродистой стали напряжения, возникающие от структурных превращений, небольшие и практического значения не имеют. Стали, содержащие более 0,35% углерода, и большинство склонных к закалке легированных сталей дают значительные объемные изменения  от структурных превращений. Вследствие этого развивающиеся напряжения оказываются достаточными для возникновения трещин в шве.

Процесс сварки сопровождается резко неравномерным нагревом изделия. Зоны металла, прилегающие к сварному шву, нагреваются теплотой дуги, а затем охлаждаются по мере распространения теплоты в массе металла. В результате местного нагрева и последующего охлаждения происходят объемные изменения металла, приводящие я появлению временных и остаточных деформаций и напряжений. Поэтому для понимания процесса их образования необходимо проанализировать влияние нагрева тела на возникновение в нем деформаций и напряжений.

Сварочно-монтажные работы при строительстве, реконструкции и ремонте газонефтепроводов.

При сварке трубопроводов обычно это делают с помощью центраторов, которые бывают внешние и внутренние, с гидравлическим, пневматическим или механическим приводом. Лучше применять внутренние центраторы. И строительство магистральных трубопроводов обычно осуществляются с их помощью. Внешние центраторы применяются только в случае технической невозможности использовать внутренние. Например, при ремонте магистральных трубопроводов, когда оказывается невозможным или крайне сложным удалить внутренний центратор. А также при сборке трубопроводов малых диаметров и сварке труб с трубными элементами. При сборке резервуаров для базирования и закрепления листов применяют уголковые приспособления, регулируемые чаще всего подбивкой клиньев. Данные приспособления требуют, чтобы к собираемым листам были подварены специальные шайбы. При центрировании деталей подлежащих сварке, в основном требуется выполнить два условия: установить требуемый по технологии зазор между деталями, и обеспечить, чтобы смещение кромок не превышало допустимую величину. Допустимый предел последнего в основном зависит от толщины стенок свариваемых деталей и нормативной документацией устанавливается обычно в пределах от 0,1 до 0,25 толщины стенки но не более 2-х или 3-х мм. Если применяются нижние пределы, то обычно допускают местное превышение по верхним пределам на какой либо ограниченной длине кромки. Обычно 100 мм. Считается, что оптимальный сварочный зазор при ручной и традиционной автоматической сварке под флюсом труб магистральных трубопроводов обычно находиться в пределах от 1,5 до 3,5 мм. В то же время, при использовании многих современных технологий сварки, требуется, чтобы зазора не было вовсе, или, по крайней мере, он не превышал определенную величину, скажем 1 мм. Осуществить сборку без зазоров сложнее. Если же он все-таки есть, то его стараются расположить в верхней части шва. При центрировании без зазора, а также установке секторов медного подкладного кольца, применяемого при некоторых новых видах сварки, осуществляют обстукивание периметра стыка кувалдой. Ударная часть этой кувалды должна быть из цветного металла. Тем не менее, не смотря на наличие такого указания в технологии (о применении кувалды), остаются серьезные вопросы о применении этого метода при сварке на морозе. Сварку стыков труб и трубных секций при строительстве магистральных трубопроводов осуществляют в следующей последовательности и с выполнением следующих условий и требований:

Если требуется по технологии, зону сварки подогревают. Подогрев осуществляют по всему периметру свариваемого стыка. Температуру подогрева необходимо контролировать. Соответствующие приборы чаще всего построены на основе термопар. Необходимо учитывать, что подогретый стык довольно быстро охлаждается и это необходимо учитывать. Для уменьшения скорости охлаждения, стыки нагревают на большую ширину (вплоть до полуметра), применяют теплоизолирующие пояса и защиту от ветра.

                      Сварка при ремонте стальных резервуаров.

Ручную сварку стыковых швов при ремонте резервуаров следует выполнять обратноступенчатым способом.  Длина ступени не должна превышать 200—250 мм.

Сварку основного шва выполняют в несколько слоев в зависимости от толщины металла:

Толщина листов, мм

4-5

6-7

8-9

10-12

12-14

Число слоев

1

2

2-3

3-4

3-4

Для сварки первого слоя следует применять электроды диаметром 3 мм, для сварки остальных слоев - электроды диаметром 4-5 мм. После сварки каждого слоя поверхность шва тщательно зачищают от шлака и брызг металла. Участки слоев шва с порами, раковинами и трещинами должны быть удалены и заварены вновь. 

При строительстве резервуаров применяют следующие виды сварки и сварочного оборудования:

  •  автоматическую сварку под флюсом с помощью сварочных тракторов (сварка днища, понтона и полотнищ крыши);
  •  автоматическую под флюсом с помощью подвесных автоматов (сварка вертикальных и горизонтальных швов стенки);
  •  сварку с принудительным формированием шва (электрошлаковую сварку) - при сварке вертикальных швов стенок резервуаров;
  •  ручную полуавтоматическую сварку порошковой проволокой (все виды швов);
  •  сварку в защитных газах (все виды швов);
  •  ручную дуговую сварку штучными электродами (все виды швов)

                           Сварка захлестов трубопроводов.

Одними из самых сложных условий проведения сварочно-монтажных работ при строительстве или реконструкции трубопроводов является сварка захлесточных стыков. Монтаж захлестов в траншее выполняется при помощи двух трубоукладчиков с применением приспособления для сборки (центровки) стыков - наружного центратора. Этим приспособлением концы двух труб охватываются двумя сжимающимися полукольцами и приводятся в концентричное состояние по наружным диаметрам, в это же время создается нужный зазор.  Сварку захлестов и вставку катушек ведут непосредственно в траншее. При этом не исключена возможность обрушения вертикальных стенок траншеи. Чтобы обеспечить безопасность, в местах врезки устраивают котлованы с местным уширением траншеи и приданием откосам безопасной крутизны с учетом угла естественного откоса грунта. Вынутый грунт располагают на расстоянии не менее 0 5 м от бровки котлована. Подгонка захлестов, или вставка катушек должна производиться в наиболее холодное время суток летом и в наиболее теплое - зимой. Категорически запрещается подгонять эти стыки путем ловли концов при удлинении трубы. Монтаж захлестов и катушек необходимо выполнять только в присутствии прораба или мастера с последующим составлением акта.

                     Вырезка и монтаж катушки на трубопроводе.

Вырезка дефектного участка должна осуществляться:

- безогневым методом с применением труборезных машин (труборезов);

- с использованием энергии взрыва - с применением удлиненных кумулятивных зарядов.

Перед началом работ по вырезке должен быть оформлен наряд-допуск, должны быть отключены станции катодной и дренажной защиты магистрального нефтепровода на расстоянии не менее 10 км в обе стороны от места производства работ. На месте производства работ должна находиться пожарная автомашина и первичные средства пожаротушения, кошма шириной не менее 350 мм и длиной не менее длины окружности ремонтируемого нефтепровода в количестве планируемых резов трубопровода и кошма размерами 2 × 2 м в количестве 2 шт. 

Длина вырезаемого участка трубопровода (детали) должна быть больше дефектного участка не менее чем на 100 мм с каждой стороны, но не меньше диаметра трубопровода. Перед началом работ по резке труб необходимо подготовить ремонтный котлован, трубопровод должен быть вскрыт на расстоянии не менее, чем на 1,5 м от места реза с каждой стороны, просвет между вырезаемой «катушкой» и дном котлована должен составлять не менее 0,6 м, минимальное расстояние между боковыми образующими вырезаемой «катушки» и стенкой котлована должно быть не менее 1,5 м. До начала резки труб изоляционное покрытие в местах резки, в зависимости от способа выполнения операции, должно быть удалено по всей окружности трубы на ширину не менее 50 мм - при использовании энергии взрыва, не менее 600 мм - для труборезных машин. Поверхность трубопровода в местах резки должна быть очищена от изоляции, остатков клея, праймера и мастики. Перед установкой труборезных машин или зарядов котлован необходимо зачистить от остатков изоляционных материалов и замазученного грунта. При проведении работ по вырезке катушки труборезными машинками контроль газовоздушной среды в котловане осуществлять каждые 30 мин. Для устранения загазованности должны применяться приточные вентиляторы с электродвигателями во взрывозащищенном исполнении, оснащенные прорезиненными рукавами для подачи свежего воздуха в рабочую зону котлована и обеспечивающие 8-ми кратный обмен. Вентилятор размещается с наветренной стороны на подготовленной ровной площадке вне котлована не ближе 5 м от бровки. Перед вырезкой «катушки» (детали) на нефтепроводе должна быть установлена шунтирующая перемычка из медного многожильного кабеля, с сечением не менее 16 мм 2 , или из стального прутка, (полосы) сечением не менее 25 мм2. При ремонте нефтепровода на участках с наличием блуждающих токов электрифицированных железных дорог, сечение перемычки должно быть рассчитано на максимальный ток дренажа, но не менее 50 мм2. Вырезаемая «катушка» (деталь) также шунтируется с трубопроводом. При вырезке соединительного элемента (тройника) между собой шунтируются все подходящие трубопроводы и вырезаемый элемент. Концы шунтирующих перемычек и заземляющих проводников должны быть оконцованы медными кабельными наконечниками. Крепление перемычек к трубопроводу (хомутам) и заземляющих проводников к трубопроводу (хомутам) и заземлителю должно выполняться болтовым соединением.

                                     Монтаж трубопровода в нитку.

При сварке трубопровода в нитку сварные стыки должны быть привязаны к пикетам трассы и зафиксированы в исполнительной документации. При перерыве в работе более 2 ч концы свариваемого участка трубопровода следует закрыть инвентарными заглушками для предотвращения попадания внутрь трубы снега, грязи и т. п. Кольцевые стыки стальных магистральных трубопроводов могут свариваться дуговыми методами сварки или стыковой сваркой оплавлением. Допускается выполнение сварочных работ при температуре воздуха до минус 50°С. При ветре свыше 10 м/с, а также при выпадении атмосферных осадков производить сварочные работы без инвентарных укрытий запрещается. Монтаж трубопроводов следует выполнять только на монтажных опорах. Применение грунтовых и снежных призм для монтажа трубопровода не допускается. К прихватке и сварке магистральных трубопроводов допускаются сварщики, сдавшие экзамены в соответствии с Правилами аттестации сварщиков Госгортехнадзора России. Изготовление сварных соединительных деталей трубопровода (отводов, тройников, переходов и др.) в полевых условиях запрещается.

                         Входной контроль и ремонт труб.

Входной контроль труб производят на предмет их соответствия техническим требованиям, изложенным в нормативно-технической документации на трубы, и должен предусматривать все виды проверок, включая дефектоскопию, чтобы подтвердить их соответствие требованиям стандартов и технических условий. Перевозка, подготовка и проверка обсадных труб должны производиться в соответствии с требованиями завода-изготовителя.

Входной контроль труб и соединительных деталей следует производить в соответствии с требованиями СНиП. При входном контроле труб и соединительных деталей следует предусматривать проверку:

  1.  Размер труб
  2.  Номер и дату технических условий
  3.  Марку стали
  4.  Номер партии
  5.  Результаты механических испытаний с указанием, к каким номерам плавок относятся данные испытания
  6.  Результаты гидравлических испытаний
  7.  Результат рентгеновского исследования ( по необходимости)

На внутренней поверхности каждой трубы на расстоянии 500 мм от одного из концов несмываемой краской должна быть нанесена маркировка:

  •  завода-изготовителя
  •  номер плавки
  •  номинальные размеры
  •  номер трубы
  •  месяц и год изготовления трубы
  •  эквивалент углерода

На наружной поверхности труб, на расстоянии 100 мм от конца трубы, клеймами должны быть выбиты следующие данные:

  •  номер трубы
  •  фирменный знак завода

При входном контроле трубы и материалы должны быть проверены на отсутствие дефектов и ухудшение их качества, вызванных нарушениями установленных правил их хранения и транспортировки. При операционном контроле следует проверять правильность подготовки труб и их сборки под сварку, а также осуществлять контроль технологических параметров процесса сварки и качества обработки сварного шва. Необходимо контролировать правильность геометрии разделки свариваемых кромок труб, величину зазоров в стыках и смещения свариваемых кромок. При использовании предварительного подогрева надо контролировать температуру околошовных участков труб перед началом и в процессе сварки, а при электроконтактной сварке проверять наличие и качество зачистки поверхности труб под контактные башмаки сварочной машины. 

Прямые трубы на заводах-изготовителях контролируют, как правило, на автоматических установках. Обычно это установки с иммерсионной локальной ванной. Входной контроль труб диаметром 50 мм на заводах-потребителях выполняют на автоматических установках, а труб большего диаметра - автоматизированным или ручным способом. Гибы труб подвергаются ручному контролю импульсными дефектоскопами. Ультразвуковой метод имеет основное преимущество - он безопасен. Однако в полевых условиях использовать его не просто из-за необходимости обеспечения контакта между излучателем, приемником и объектом, сказывается также изменение температуры объекта контроля. Кроме того, производительность контроля сравнительно невысокая. Перспективными направлениями усовершенствования является автоматизация операций контроля - обеспечение перемещения вдоль шва и поперечного сканирования луча, запись результатов контроля на бумажный носитель. Ультразвуковой метод эффективен на трубосварочных базах, в том числе для входного контроля труб, для выявления расслоения в металле, особенно это важно для торцов труб.

                                   Подводная сварка.

Способ дуговой сварки под водой основан на способности дуги устойчиво гореть в газовом пузыре при интенсивном охлаждении окружающей водой. Газовый пузырь образуется за счет испарения и разложения воды, паров и газов расплавленного металла и покрытия электрода.

(1 – шлак; 2 – дуга; 3 – газовый пузырь; 4 – козырек электрода; 5 – сварочная ванна;
6 – облако мути; 7 – металлический стержень электрода;
9 – водонепроницаемый слой покрытия; 10 – пузырьки газа)

Вокруг горящей дуги выделяется большое количество газов, что приводит к повышению давления в газовом пузыре и частичному выделению газов в виде пузырьков на поверхность воды. Вода разлагается в дуге на свободный водород и кислород, последний соединяется с металлом, образуя оксиды. Взвешенные в воде продукты сгорания металла и обмазки, состоящие преимущественно из окислов железа, образуют облако взвесей, которое затрудняет наблюдение за дугой. Сварку под водой выполняют на постоянном и переменном токе. На постоянном токе дуга горит более устойчиво, чем на переменном, поскольку постоянный ток разлагает воду еще до возбуждения дуги, а переменный ток разлагает воду и образует газовый пузырь в момент короткого замыкания под действием высокой температуры.

С увеличением глубины и давления окружающей среды устойчивость дуги не нарушается, возрастает только напряжение и увеличивается ток. Подводная сварка возможна в пресной речной и соленой морской воде. В качестве источников питания используют однопостовые и многопостовые сварочные агрегаты, сварочные преобразователи и трансформаторы, имеющие напряжение холостого хода 70–110 В. Для ручной дуговой сварки под водой используют электроды диаметром 4–6 мм. Водонепроницаемость покрытия достигается пропиткой такими составами, как парафин, раствор целлулоида в ацетоне, раствор синтетических смол в дихлорэтане, нитролаки и др. Для подводной сварки применяют специальные электрододержатели, которые имеют надежную электроизоляцию по всей поверхности. Смена электрода производится только после отключения сварочного тока. Сварочная цепь имеет прямой и обратный кабели. Силу тока при подводной сварке опирающимся электродом в нижнем положении устанавливают выше, чем при сварке в обычных условиях.

Техника выполнения водолазом-сварщиком сварных соединений под водой более сложна, чем на воздухе. Это связано с плохой видимостью в воде, стесненностью, тяжелым и неудобным для движения водолазным снаряжением, необходимостью дополнительных затрат на преодоление течения, возможностью нарушения устойчивости сварщика на грунте, неприспособленностью человеческого организма к работе на больших глубинах. В связи с этим в сварных соединениях часто наблюдаются дефекты: непровар одной из кромок, подрезы, наплывы, поры и т.п. Кроме ручной сварки для подводных работ применяются полуавтоматы типа ППСР-300-2, «Нептун». Полуавтоматом ППСР-300-2 можно сваривать сталь на глубине до 60 м. В качестве защиты используют углекислый газ. Полуавтомат рассчитан на номинальную силу тока 300 А. При полуавтоматической сварке дуга горит устойчиво, взвесей образуется мало, что почти не мешает наблюдению за дугой.

            Техника безопасности при проведении сварочных работ

Сварочные работы относятся к работам повышенной опасности. Для того, чтобы в процессе сварки не получить травму, необходимо строго соблюдать технику безопасности. Перед тем, как приступить к работе, каждый сварщик должен пройти обязательный инструктаж, основной темой которого и должна стать техника безопасности сварщика и правила безопасности при работе со сварочным оборудованием. Кроме того, обязательными требованиями при выполнении сварочных работ является использование индивидуальных средств защиты и соблюдение технологии сварки. Существующая сегодня сварочная аппаратура требует использования различных газов, сжатого воздуха, электроэнергии. Каждый вид сварки имеет свои особенности и опасные факторы. Именно поэтому техника безопасности сварщика во многом зависит от знаний самого мастера - перед тем, как приступить к работе со сварочной аппаратурой, необходимо внимательно ознакомиться с ее устройством и правилами работы с ней. Также необходимо изучить правила работы с газовыми горелками, баллонами со сжатым воздухом и электрическими приборами.

  •  По правилам техники безопасности вблизи работы сварочного аппарата не должно находиться легковоспламеняющихся предметов.
  •  Баллоны с газом также не должны располагаться около места ведения работ – минимальное расстояние должно составлять5 метров.
  •  Если речь идет о баллонах с горючими газами, то они должны находиться вообще за пределами помещения в специальных стальных шкафах.
  •  Для зажигания газовых горелок запрещается использовать обычные спички – для этого существуют специальные зажигалки.
  •  Если  сварка производится с помощью горелки, работающей от электрического тока, то здесь очень важно проследить, чтобы подходящее к горелке напряжение не превышало 36 В.
  •  Кроме того, необходимо следить и за состоянием электропроводов – они должны быть надежно изолированы. Использовать провода с поврежденной изоляцией запрещено.  
  •  Рукоятка используемой при сварке горелки должна быть изготовлена из специального материала, не допускающего ожог или удар электрическим током.
  •  В помещении, где производятся сварочные работы, должна быть обязательно установлена приточно-вытяжная вентиляция, обеспечивающая постоянный доступ свежего воздуха и вытяжку продуктов горения.
  •  Если производится сварка пластмассовых изделий, то необходимо следить за тем, чтобы на рабочем месте сварщика присутствовало хорошее освещение.

 При соблюдении всех этих правил техники безопасности сварочные работы не будут оказывать  пагубного влияния на здоровье сварщика, а степень опасности работы со сварочной аппаратурой сведется к минимальным значениям.

Организация и проведение огневых и газоопасных работ на пожароопасных и взрывоопасных объектах.

Пожароопасные работы должны проводиться в соответствии с Инструкциями, разработанными на основании Правил пожарной безопасности Российской Федерации и действующих ведомственных руководящих документов, с учетом конкретных производственных условий. 

К огневым работам относятся производственные операции, связанные с применением открытого огня, ценообразования и нагревания до температур, способных вызвать воспламенение материалов и конструкций (электросварка, электрорезка, бензорезка, газосварка, газорезка, применение взрывных технологий, паяльные работы, абразивная очистка, механическая обработка металла с выделением искр, варка битумов и смол, высоковольтные испытания во взрывоопасных зонах при вскрытом взрывозащищенном оборудовании, термитная сварка и т.п.). Проведение огневых работ разрешается только после оформления наряда-допуска. Наряд допуск оформляется отдельно на каждый вид работ, действителен на срок не более 10 дней и может быть продлен еще на 3 дня и обычно утверждается главным инженером данного филиала, а в случае работы по вахтовому методу, начальником вахтовой смены. При проведении огневых работ транспортные и противопожарные средства, спецоборудование, средства радиосвязи и т.п. необходимо располагать с наветренной стороны. Они должны устанавливаться с учетом возможного их быстрого передвижения и маневра. 

 При производстве огневых работ руководитель работ обязан:

  уведомить о начале и окончании работ оператора НПС, который делает об этом запись в оперативном журнале

  находиться на месте огневых работ, и лично осуществлять руководство организацией и безопасным производством работ, контролировать работу исполнителей;

  обеспечить соответствие технологии производства работ, применяемого оборудования и инструментов требованиям стандартов, правил и норм безопасности, соблюдение требований электробезопасности и взрывозащиты;

  своевременно представлять оперативную информацию с места производства работ главному инженеру филиала;

  знать состояние воздушной среды на месте проведения огневых работ и в случае необходимости прекращать огневые работы;

  прекращать огневые работы при возникновении опасной ситуации;

  по окончанию работ лично проконтролировать полноту и качество выполнения работ, приведение в порядок рабочего места и вывода исполнителей, оборудования и техники с места проведения работ, проверить рабочее место на отсутствие возможных источников возникновения огня.

К. газоопасным относятся работы, связанные с осмотром, чисткой, ремонтом, разгерметизацией технологического оборудования, коммуникаций, в т.ч. работы внутри емкостей (аппараты, резервуары, цистерны, а также коллекторы, тоннели, колодцы, приямки и другие аналогичные места), при проведении которых имеется или не исключена возможность выделения в рабочую зону, определяемую в соответствии с ГОСТом 12.1.005-88 (Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны), взрыво- и пожароопасных или вредных паров, газов и других веществ, способных вызвать взрыв, возгорание, оказание вредного воздействия на организм человека, а также работы при недостаточном содержании кислорода (объемная доля ниже 20 %).

                                     Аттестация персонала.

Аттестация персонала по сварочному производству является важнейшим фактором обеспечения качества сварочных работ, что особенно важно для объектов повышенной опасности, подведомственным органам федерального надзора за промышленной безопасностью. При этом под словом аттестация понимают оценку пригодности специалиста к выполнению определенного вида работ. Аттестация персонала сварочного производства (НАКС) является обязательной процедурой для получения допуска к проведению сварочных работ на объектах подконтрольных Госгортехнадзору РФ.
Аттестация сварщиков и специалистов сварочного производства осуществляется с целью установления достаточности теоретической и практической подготовки, проверки навыков и знаний требуемых для выполнения работ на опасных объектах. Аттестация специалистов сварочного производства (НАКС) предусматривает четыре уровня:

I уровень – аттестованный сварщик;

II уровень- мастер-сварщик;

III уровень -технолог-сварщик;

IV уровень - инженер-сварщик.


Все, успешно прошедшие аттестацию специалисты сварочного производства, получают допуск к выполнению только тех видов работ, которые непосредственно указанны в их аттестационных удостоверениях.

Производственную аттестацию подразделяют на первичную, периодическую и внеочередную. 1-ю проводят, если организация-подрядчик впервые начинает использовать данную технологию сварки или при внесении изменений в технологию. Периодическая проводится каждые 3 года, при условии, что не было перерывов в работах более полугода. Внеочередную аттестацию проводят по требованию главного сварщика, при систематическом нарушении организацией-подрядчиком технологии сварки или неудовлетворительном качестве сварочных работ. Допускные испытания сварщиков проводятся при допуске сварщика к выполнению работ, по которым он не аттестован. Срок действия допускного листа на весь период выполняемой работы, если не было перерывов более 3-х месяцев и в технологическую карту не вносились изменения.

Допускные испытания состоят из сварки одного (иногда двух) допускных стыков. Единолично или в составе бригады, всего шва, или какой-либо его части (прохода) (все также, как и при сварке рабочих стыков). Стык вариться в присутствии технического надзора при обеспечении непрерывного пооперационного контроля и последующей оценки качества операций, так и общей качества стыка с помощью визуально-измерительного контроля, радиографического контроля и механическим испытаниям.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19355. Ферриты и их применение в технике сверхвысоких частот 102.5 KB
  Лекция №7 Ферриты и их применение в технике сверхвысоких частот. Ферриты от лат. ferrum железо в прямом смысле химические соединения окиси железа Fe2O3 с окислами других металлов; в более широком понимании сложные окислы содержащие железо и другие элементы. Большин...
19356. Радиокомпоненты. Резисторы. Общие сведения 530 KB
  Лекция №6 Радиокомпоненты. Резисторы. Общие сведения. Резистор это пассивный элемент радиоэлектронной аппаратуры РЭА предназначенный для создания в электрической цепи требуемой величины электрического сопротивления обеспечивающий перераспределение и регули
19357. Проволочные и непроволочные резисторы 51.5 KB
  Лекция №9 Проволочные и непроволочные резисторы Проволочные резисторы обычно предназначены для установки в те цепи где на них происходит рассеяние значительных мощностей причем компонент рассчитанный на мощность 50 Вт является достаточно распространенным возм...
19358. Содержание коррекционно-логопедического воздействия при дислалии. Этапы автоматизации и дифференциации звуков 69.5 KB
  Исходя из цели и задач логопедического воздействия, представляется оправданным выделить следующие этапы работ: подготовительный этап; этап формирования первичных произносительных умений и навыков; этап формирования коммуникативных, умений и навыков.
19359. Катушки индуктивности 124 KB
  Лекция № 12 Катушки индуктивности Классификация и основные технические параметры катушек индуктивности Как магнитное так и электрическое поля создаются тем или иным элементом цепи. В случае статических полей магнитное и электрическое поля могут суще...
19360. Трансформаторы. Определения и классификация 435.5 KB
  Лекция №13 Трансформаторы Определения и классификация Трансформаторами называются электромагнитные устройства имеющие две или большее число индуктивносвязанных обмоток и предназначенные для изменения величины переменного напряжения тока. Трансформатор сос
19361. Технология пайки 54.5 KB
  Лекция №15 Технология пайки. Описание процесса пайки. Пайка образование неразъемного соединения с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления их смачивания припоем затекания припоя в зазор и последующей его кристалли...
19362. Теоретичні засади формування податкової системи 34.54 KB
  Тема1: Теоретичні засади формування податкової системи Сутність і зміст податкової системи Формування податкової системи в історичному аспекті. Умови набуття оподаткування системності. Об’єктивні і суб’єктивні чинники становлення податкової системи Зас...
19363. Податок на додану вартість 27.14 KB
  Тема2: Податок на додану вартість Загальна характеристика ПДВ Платники ПДВ Об’єкт оподаткування База оподаткування та порядок визначення для операцій різних видів Ставки ПДВ Пільги з ПДВ Поняття та порядок обчислення податкових зобов’язань та под...