Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1 Роль и значение профессии электрогазосварщик
Современный мир полностью держится на металле. Без него нельзя постро ить высокие здания, машины, корабли. Металл применяется повсеместно: в быту, в промышленности, в строительстве. Поэтому, специалист по металлу, соеди няющий металлические детали в сложные конструкции при помощи электриче ской сварки, будет нужен всегда. Сварщик — профессия ответственная, почти виртуозная, от качества работы которого зависит многое — долговечность и ус тойчивость строительных конструкций, работа и срок службы различной техники.
Временем возникновения профессии сварщик можно считать 1802 год, когда В. Петров открыл эффект электрической дуги, при возникновении которой между двумя угольными электродами, создаётся высокая температура. Эта температура настолько высока, что позволяет расплавлять металлы. С момента этого открытия и до его промышленного применения прошёл немалый период времени. Но спус тя десятилетия, метод соединения металлов электродуговым способом произвёл революцию в различных отраслях промышленности, строительства и стал массо вой технологией соединения материалов....
Сварочные работы применяются во многих отраслях промышленности. Сварщики трудятся на стройплощадках, создавая конструкции и системы различ ных коммуникаций, в промышленности, где применяют свой опыт и навыки в машиностроении, кораблестроении и в других областях, таких как, энергетика, нефтеперерабатывающая промышленность, сельское хозяйство. Трудно назвать такой сегмент производства, где не применялся бы труд сварщика.
Сварщик, как профессия, подразделяется на несколько специализаций: свар щик ручной дуговой сварки, газосварщик, оператор автоматических сварочных аппаратов. Рабочие всех этих специальностей занимаются одним делом — соеди нением металлических конструкций, сложных аппаратов, деталей, узлов методом сплавления металлов. От мастерства сварщиков зависит качество сварочных швов. Любые ошибки, небрежность, допускаемые в работе, могут привести к ка тастрофическим последствиям. Страшно подумать, к чему могла бы привести не-
качественная работа по сварке нефте- или газопроводов. Сварщик — профессио нал должен знать электротехнику, технологию плавления металлов, свойства га зов, применяемых для антиокисления, методы и принципы действия используе мых агрегатов и оборудования. Большое значение имеет соблюдение техники безопасности и производственной санитарии.
К плюсам профессии можно отнести престижность и высокую востребован ность на рынке труда, как в государственном секторе экономики, так и в частном. Молодым специалистам, только что окончившим училище, работу долго искать не придётся — она находит их сама. Сварщиков без опыта охотно принимают в жилищно-коммунальные хозяйства, в частные организации сферы обслуживания. С приобретением опыта, им поручаются более ответственные дела и работы в промышленности, на стройках. Соответственно, увеличивается зарплата.
Тяжёлые условия труда, работа на открытых строительных площадках при любой погоде, большая нагрузка на зрение из-за высокой яркости электрической дуги, инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Электросварщики относят ся к профессиям «горячего цеха» из-за высокой вредности производства вследст вие большого выделения газов и тепла при сварочных работах
Объекты профессиональной деятельности:
- технологические процессы сборки и электрогазосварки конструкций;
сварочное оборудование и источники питания, сборочно-сварочные при
способления;
детали, узлы и конструкции из различных материалов;
- конструкторская, техническая и нормативная документация.
Обучающийся по профессии Сварщик (электросварочные и газосварочные
работы) готовится к следующим видам деятельности:
Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях.
Наплавка дефектов деталей и узлов машин, механизмов, конструкций и от ливок под механическую обработку и пробное давление.
Дефектация сварных швов и контроль качества сварных соединений.
2 Прогрессивные технологии и передовые приемы труда
Во второй половине XX в. произошел переход от машинно-технической ре волюции к научно-технической, которая характеризуется широким использовани ем наукоемких технологий. В начале третьего тысячелетия сварка является одним из ведущих технологических процессов создания материальной основы совре менной цивилизации.
Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки и родственных технологий. До 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и со оружений. Во многих случаях сварка является единственно возможным или наи более эффективным способом создания неразъемных соединений конструкцион ных материалов и получения ресурсосберегающих заготовок, максимально при ближенных по геометрии к оптимальной форме готовой детали или конструкции. Непрерывный рост наукоемкости сварочного производства способствует повы шению качества продукции, ее эффективности и конкурентоспособности.
Сегодня сварка применяется для неразъемного соединения широчайшей гаммы металлических, неметаллических и композиционных конструкционных материалов в условиях земной атмосферы, Мирового океана и космоса. Несмотря на непрерывно увеличивающееся применение в сварных конструкциях и изделиях легких сплавов, полимерных материалов и композитов, основным конструкцион ным материалом остается сталь. Именно поэтому мировой рынок сварочной тех ники и услуг возрастает пропорционально росту мирового потребления стали. К началу XXI в. он оценивается примерно в 40 млрд. долларов, из которых около 70 % приходится на сварочные материалы и около 30 % - на сварочное оборудова ние.
Отмеченные особенности определяют общую положительную тенденцию роста мирового производства сварных конструкций, динамичного развития миро вого и регионального рынков сварочной техники и материалов, а также объемов научных исследований и разработок по совершенствованию сварки и родствен-
ных технологий. Основываясь на анализе, проведенном академиком Б.Е. Патоном, выделим основные направления развития сварки и родственных технологий в XXI в. Сначала несколько слов об общих тенденциях применительно к нашей стране.
Дуговая и контактная сварка останутся по-прежнему доминирующими спо собами соединения металлов. Предполагается, что доля ручной дуговой сварки покрытыми электродами к 2010 г. составит 20 - 25 % от общего объема сварки.
Доля механизированных и автоматических способов сварки в защитных га зах, заменяющих ручную дуговую, составит в будущем 50 - 55 % общего ее объ ема.
Развитие сварки под флюсом, доля которой к 2010 г. составит ~ 17 % в об щем ее объеме, связано с созданием более совершенного оборудования. Учитывая мировые тенденции расширения области применения прогрессивных ресурсосбе регающих технологий можно предположить, что доля лазерной технологии в сва рочном производстве в предстоящее десятилетие существенно увеличится и дос тигнет 6 - 8 % общего объема сварочных работ.
Такие способы сварки, как электронно-лучевая, диффузионная и высокочас тотная, занимают важное место в общих технологических процессах обработки металлов и будут развиваться в зависимости от нужд и запросов промышленно сти.
Оборудование. Лидирующее положение на рынке будет занимать оборудова ние для дуговой сварки, доля которого будет только возрастать в основном за счет оборудования для сварки порошковой и сплошной проволокой при сокращении доли оборудования для ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Развитие дуговой сварки во многом определяется техническим прогрессом и разработками новых источников питания, полуавтоматов и автоматов. По-видимому, найдут широкое применение источники питания, позволяющие обеспечить гибкое фор мирование внешних и динамических характеристик. Новые подающие механизмы должны иметь специальные устройства для программного управления параметра ми режима сварки.
Схемы управления целесообразно выполнять на основе модульных решений
с широким применением микропроцессорной техники. В ближайшие годы будет создано унифицированное оборудование нового поколения на блочно-модульной основе для дуговой сварки. В частности, находятся в разработке автомат для им-пульсно-дуговой сварки плавящимся электродом с синергетическим управлением, полуавтоматы для плазменной сварки и наплавки и другое современное оборудо вание с возможностями активного контроля качества сварки. При этом важно со вершенствовать системы слежения за стыком, автоматизировать подачу, удержа ние и уборку флюса, разрабатывать формирующие устройства.
Основным направлением совершенствования оборудования для электронно лучевой сварки будет являться реализация возможности получения изделий про странственно сложной формы за счет компьютерного управления всеми подсис темами установки и ходом технологического процесса. Оборудование для кон тактной сварки будет относительно долго удерживать второе место на рынке сва рочного оборудования. Доля его в ближайшие годы будет несколько возрастать.
Объем оборудования для газовой сварки и резки будет сокращаться, хотя до ля его останется значительной. Создание гибких модулей для плазменных сварки, резки и нанесения покрытий, автоматизация процессов плазменной обработки яв ляются важнейшими направлениями работ инженеров и конструкторов. Повыше ние качества и работоспособности сварных конструкций непрерывно связано с совершенствованием такого важного и трудоемкого процесса, как неразрушаю-щий контроль качества сварных соединений.
Поэтому должны получить дальнейшее развитие работы по созданию совре менной аппаратуры для неразрушающего контроля качества как в заводских ус ловиях, так и на монтаже. Особенно актуальна работа по созданию портативной аппаратуры для ультразвукового контроля, которая позволила бы с большой дос товерностью определять и описывать дефекты в трехкоординатных плоскостях в автоматическом режиме.
Для контроля состояния сварных конструкций в процессе их эксплуатации необходимо дальнейшее развитие средств технической диагностики.
В настоящее время все более широкое применение находит технология аку-
стоэмиссионной диагностики, основанной на анализе сигналов, возникающих при деформировании материалов конструкции. Она обеспечивает возможность экс плуатации конструкций по фактическому состоянию. Успешно прошел промыш ленные испытания электромагнитно-акустический дефектоскоп.
Материалы. Ощутимые изменения наблюдаются на мировом рынке свароч ных материалов. Материалы для механизированных видов сварки, в первую оче редь порошковая и сплошная проволоки, уверенно теснят по объемам продаж на рынке покрытые электроды для ручной дуговой сварки. Эти тенденции должны сохраниться, что в обозримом будущем приведет к стабилизации применения по крытых электродов на уровне 15-25 % вместо 20-30 % в настоящее время.
Основные направления — разработка сварочных материалов специального на значения, обеспечивающих соединение высокопрочных сталей и сплавов, разно родных, многослойных и композиционных материалов. Кроме того, актуальной является задача создания сварочных материалов, оптимальных как по количест венному содержанию компонентов, так и по экономическим показателям. Также должны учитываться гигиенические характеристики выделяющихся сварочных аэрозолей. В связи с этим возникает необходимость обоснования введения новых компонентов в шихту с учетом высказанных выше требований и оценки диапазо на их концентраций.
Известно, что для сварных конструкций требуются хорошо свариваемые ма териалы. Рациональное использование новых конструкционных материалов с вы сокими показателями механических свойств позволяет эффективно решать про блемы снижения металлоемкости, повышения надежности и долговечности свар ных конструкций.
Будет непрерывно расширяться применение высокопрочных сталей в ответ ственных сварных конструкциях. Все более широкое применение находят высо копрочные алюминиево-литиевые сплавы, сплавы с предельно высоким легиро ванием, а также сплавы, которые содержат в своем составе эффективные модифи каторы - скандий, цирконий, одновременно улучшающие свариваемость материа лов и механические свойства сварных соединений. Ведутся работы по созданию
новых конструкционных, хорошо сваривающихся титановых сплавов, обладаю щих высокой прочностью и коррозионной стойкостью.
В последние десятилетия в качестве конструкционного материала все боль шее внимание привлекают полимеры и композиты на их основе. Выгодно отлича ясь рядом свойств, они успешно конкурируют с традиционными материалами, а в некоторых областях являются практически незаменимыми. Активно проводятся исследования по созданию новых композиционных материалов на основе поли мерных или металлических матриц с наполнителями, существенно повышающи ми показатели прочности и жесткости указанных материалов.
Технологии. Сварка и родственные технологии продолжают активно и все сторонне развиваться как вглубь, так и вширь. Создаются теоретические и техно логические предпосылки изготовления новых изделий в традиционных областях сварочного производства, а также освоения все более широких сфер применения, которые раньше считались «экзотическими». Отметим ряд достижений в области совершенствования существующих технологических сварочных процессов, кото рые могут быть развиты в XXI в.
Для соединения деталей больших толщин разработан новый процесс элек тродуговой сварки с использованием специального закладного электрода, предва рительно введенного в узкий зазор между свариваемыми деталями и покрытого тонким слоем (около 1 мм) изолирующего покрытия. Сварку выполняют в верти кальном положении за один проход. При этом не требуется устройств, обеспечи вающих перемещение электрической дуги. Последняя движется самостоятельно по торцу плоского электрода в пределах всей ширины зазора, обеспечивая необ ходимое проплавление кромок.
Сварка закладным электродом выполняется в автоматическом режиме. По сравнению с другими видами сварки толстого металла она имеет следующие пре имущества: возможность сварки в монтажных условиях и труднодоступных мес тах с обеспечением высокой производительности. Большие возможности в со вершенствовании сварки в защитных газах открывает применение тонкой прово локи диаметром 0,6 - 1,6 мм. Одним из перспективных направлений развития
сварки является активация процессов в сварочной ванне и дуге, горящей в инерт ных газах, введением микродоз редкоземельных химических элементов и их со единений.
Очевидно, что в ближайшем будущем одной из основных задач в области теории сварочных процессов будет доведение и взаимная увязка математических моделей, описывающих многообразие явлений, до той степени совершенства, при которой проведение эксперимента с металлом станет не правилом, а особым ис ключением. Увеличение номенклатуры материалов, областей их применения, по вышение требований к прочности и долговечности соединений требует сущест венного углубления знаний в этой сфере и углубления исследований, в том числе дальнейшего совершенствования подходов к конструированию узлов и соедине ний, к учету особенностей их работы при различных условиях нагружения.
3 Технологическая часть
3.1 Основные характеристики и назначение сварочных
трансформаторов
Источники переменного тока находят широкое применение при ручной дуго вой сварке штучными электродами, при механизированной сварке под флюсом и при аргонодуговой сварке легких сплавов.
Узлом современных источников переменного тока является специальный, как правило, однофазный сварочный трансформатор той или иной конструкции. Трансформатор разделяет сварочную цепь и силовую сеть, понижает напряжение сети до необходимого для сварки значения, самостоятельно или в комплекте с до полнительными устройствами обеспечивает формирование требуемых статиче ских внешних характеристик и регулирование сварочного тока. По этому основ ному узлу источники переменного тока часто называют просто сварочными трансформаторами.
Конструкции сварочных трансформаторов весьма разнообразны. В зависимо сти от способа регулирования сварочного тока их можно подразделить на три группы устройств:
устройства, связанные с применением подвижных магнитопроводов и обмо ток;
устройства, связанные с подмагничиванием магнитопроводов постоянным током;
устройства тиристорного регулирования;
Статические характеристики
ПВХ - падающая внешняя характеристика
ЖВХ - жесткая внешняя характеристика
ВАХ - вольт-амперная характеристика
Статической внешней характеристикой источника называют зависимость на пряжения вторичной цепи от тока U2=f(I2). Ток вторичной цепи является свароч-
ным током. Вторичное напряжение при разомкнутой сварочной цепи называется напряжением холостого хода U20, а при некотором значении сварочного тока -рабочим напряжением на зажимах источника.
Условно внешние характеристики подразделяются на крутопадающие (ПВХ) и пологопадающие (жесткие - ЖВХ). Вид внешних характеристик обычно связан с особенностями сварочного процесса, для которого предназначен источник.
Требования к виду внешних характеристик определяются такими показате лями сварочного процесса, как тип электрода (плавящийся, неплавящийся), ха рактер среды, в которой происходит сварка (открытая дуга, дуга под флюсом, в защитных газах), степень механизации процесса (ручная, полуавтоматическая, автоматическая сварка), способ регулирования режима горения дуги (саморегули рование, автоматическое регулирование напряжения дуги).
Так, для ручной дуговой сварки покрытыми штучными электродами, аргоно-дуговой сварки вольфрамовым электродом, механизированной сварки под флю сом на автоматах с регулированием скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения дуги используются ПВХ (рис 1, а). При ПВХ источ ник работает в режиме регулятора сварочного тока. При этом сварочный ток мо жет регулироваться в заданном диапазоне от минимального 121 до максимального 122 значения плавно или ступенями. По технологическим (сварочным) и экономи ческим соображениям наиболее часто используется плавно-ступенчатое регули рование, когда две (или более) ступени регулирования сочетаются с плавным ре гулированием тока внутри каждой ступени. Регулирование сварочного тока при ПВХ производится при приблизительном постоянстве напряжения холостого хода U20. Часто при плавно-ступенчатом регулировании переход на ступень малых токов сопровождается повышением напряжения холостого хода U'20.
Рис 1. Внешние вольт-амперные характеристики
Каждому значению сварочного тока соответствует определенное условное значение рабочего напряжения. Так, при ручной дуговой сварке штучными элек тродами согласно требованию ГОСТ 95-77 рабочее напряжение (в вольтах) и сва рочный ток связаны соотношением:
U2 = 20 + 0,0412
Каждому виду сварки соответствует определенная крутизна наклона ПВХ. Так, например, наиболее крутые характеристики используются для аргонодуговой сварки, более пологие - для ручной сварки штучными электродами, еще более по логие - для сварки под флюсом.
Регулирование длины дуги в процессе сварки при ПВХ осуществляется ру кой сварщика или системой регулирования длины дуги сварочного автомата.
При автоматической сварке под флюсом при постоянной, не зависящей от напряжения дуги скорости подачи электродной проволоки используются ЖВХ (рис 1, б).
Источник питания при ЖВХ работает как регулятор напряжения. Рабочее напряжение регулируется в заданных пределах от минимального до максимально го значения, причем диапазон регулирования его выбирается в строгом соответст-
вии с заданным диапазоном сварочного тока. Регулирование напряжения при ЖВХ также может быть плавным, ступенчатым и смешанным. Значение свароч ного тока определяется скоростью подачи электродной проволоки, а источник пи тания задает напряжение дуги и обеспечивает саморегулирование длины дуги.
В сварочных трансформаторах для сварки под флюсом согласно ГОСТ 7012-77 рабочее напряжение (в вольтах) и сварочный ток связаны соотношением:
для сварочных трансформаторов на номинальный ток 1000 А
Ш= 19 + 0,03712
для трансформаторов на номинальный ток 2000 А
U2= 13 + 0,031512
Скорость нарастания напряжения на дуговом промежутке при обрыве сва рочного тока. Известно, что скорость нарастания напряжения на дуговом проме жутке (при обрыве сварочного тока в предыдущем полупериоде) определяется его проводимостью. При этом происходит своеобразное саморегулирование процесса повторного зажигания: чем быстрее убывает проводимость, тем больше скорость нарастания напряжения.
При полном разрыве сварочной цепи напряжение на электродах должно мгновенно возрасти до текущего значения напряжения холостого хода сварочного трансформатора. Однако в реальных сварочных трансформаторах вследствие демпфирующего действия вихревых токов, возникающих в магнитопроводах и конструктивных элементах трансформатора, процесс нарастания напряжения происходит в два этапа.
Рис 2. Кривые напряжения на вторичной обмотке сварочного трансформато ра и разрядного тока
Скорость нарастания напряжения, измеренная непосредственно на дуговом промежутке во время сварки, не может характеризовать динамические свойства сварочных трансформаторов, так как на нее существенно влияет остаточная про водимость дугового промежутка. Поэтому сравнение динамических свойств трансформаторов предложено производить на физической модели. Первичная об мотка исследуемого сварочного трансформатора замыкается накоротко, а вторич-
ная обмотка подсоединяется через переключатель полярности и тиристор к пред варительно заряженному конденсатору. Кривая разрядного тока ip представляет собой полуволну синусоиды (рис 2, б). Под действием разрядного тока создается поле рассеяния, которое наводит вихревые токи в элементах конструкции свароч ного трансформатора. В конце полупериода разряда вследствие односторонней проводимости тиристора происходит обрыв тока и создаются условия, свойствен ные сварочной цепи в начале каждого полупериода сварки. Спад напряжения и2 на вторичной обмотке происходит сначала скачком, а потом по экспоненте.
Величина AU и время t3 характеризуют динамические свойства сварочных трансформаторов; очевидно, чем больше эти величины, тем хуже динамические свойства.
Во ВНИИЭСО проведена сравнительная оценка динамических свойств раз личных конструкций сварочных трансформаторов. Исследовались массовые сва рочные трансформаторы с подвижными катушками ТД-500 и подвижным шунтом СТШ-500, а также трансформаторы с подмагничиванием установок аргонодуго-вой сварки УДГ-301, УДАР-300 и трансформаторы экспериментальных установок ТСГП-200 с прямоугольной формой кривой тока.
Характер изменения напряжения и2 на вторичной обмотке сварочного трансформатора и разрядного тока ip регистрировался двухлучевым импульсным осциллографом с калиброванной длительностью развертки. Типичные осцилло граммы процесса приведены на (рис 2, в). Ввиду того что для оценки динамиче ских свойств источников необходим только конечный участок кривой 2 с момента обрыва разрядного тока, этот участок осциллографировался при больших скоро стях развертки (рис 2, г).
Результаты исследований показывают, что исключительно высокие динами ческие свойства во всем диапазоне регулирования имеет источник ТСГП-200 с дросселем насыщения на тороидальных магнитопроводах, что согласуется с его высокими сварочными показателями. Его динамические свойства существенно выше, чем у признанных сварочных трансформаторов с механическим регулиро ванием (ТД, СТШ).
Динамические свойства источников установок УДГ-301 и УДАР-300 сущест венно зависят от режима (от тока подмагничивания).
Форма кривой сварочного тока
Устойчивость процесса сварки на переменном токе в значительной степени зависит от формы кривой сварочного тока. При искажении формы кривой тока относительно синусоидальной, с замедлением его прохождения через нулевые значения, наблюдается снижение стабильности горения дуги. При изменении формы тока до синусоидальной и далее до трапецеидальной и прямоугольной ус тойчивость горения дуги возрастает. Это явление полностью согласуется с совре менными представлениями о физических процессах, происходящих при повтор ном возбуждении открытых дуг переменного тока. Как известно, основным меха низмом развития открытой дуги в начале каждого полупериода переменного тока является разогрев дугового газа после некоторого его охлаждения при смене по лярности. Все меры, способствующие ускорению нагрева газа после перехода то ка через нуль, направлены на повышение стабильности дуг.
Рис 3. Осциллограммы мощности и напряжения дуги. Режим сварки 180 А, 16В
На рис 3 представлены осциллограммы мощности и напряжения дуги при ар-гонодуговой сварке от источника с прямоугольной (а) и синусоидальной (б) фор-
мой тока. Более равномерное распределение мощности дуги в источнике с прямо угольной формой тока сопровождается снижением пика напряжения повторного зажигания.
Надежное повторное зажигание дуги в источниках с тиристорным фазовым регулированием при искажении формы кривой сварочного тока практически не возможно без использования импульсных генераторов.
Постоянная составляющая тока
Различие физических свойств электрода и изделия, особенно сильное, на пример, при сварке вольфрамовым электродом алюминиевых сплавов, приводит к тому, что напряжение дуги в одном полупериоде резко отличается от напряжения дуги в другом полупериоде. При этом, если не принять специальных ограничи тельных мер, в сварочной цепи возникнет значительная постоянная составляющая тока.
Постоянная составляющая сварочного тока создает в сварочном трансформа торе постоянное магнитное поле, вызывающее рост намагничивающего тока, снижение отдаваемой трансформатором мощности и коэффициента мощности. Значительная постоянная составляющая тока отрицательно сказывается на техно логии сварки.
Среди многих известных способов устранения или ограничения постоянной составляющей тока практическое применение находит только один - включение в сварочную цепь громоздкой и дорогостоящей конденсаторной батареи, препятст вующей протеканию в цепи постоянного тока.
В последние годы предложено новое, компактное и экономичное диодно-тиристорное устройство для ограничения постоянной составляющей тока. Уст ройство прошло промышленные испытания и внедрено в установках аргонодуго-вой сварки УДГ-301-1 и УДГ-501-1.
Компенсация реактивной мощности
Сварочные трансформаторы являются потребителями энергии с низким ко эффициентом мощности. Коэффициент мощности трансформаторов для ручной дуговой сварки, которые обычно не отключаются от сети при холостом ходе,
можно увеличить, подключив параллельно первичной обмотке сварочного транс форматора косинусный конденсатор соответствующей мощности. Средневзве шенный коэффициент мощности такого трансформатора, работающего при про должительности нагрузки ПН = 0,6.
Сварочные трансформаторы должны отвечать следующим требованиям:
Напряжение холостого хода на вторичной обмотке сварочного трансформа тора должно быть таким, чтобы была возможность начального и повторных воз буждений дуги и поддержания ее горения в процессе сварки при всех значениях сварочного тока, на который рассчитан трансформатор.
Должна быть обеспечена возможность регулирования режима сварки в ши роких пределах.
Как и в других источниках питания, при работе сварочного трансформатора постоянно чередуются три режима: холостой ход, работа под нагрузкой и корот кое замыкание. Для современных источников питания дуги переменного тока па дающую внешнюю характеристику получают путем искусственного увеличения индуктивного сопротивления. Конструктивно трансформаторы для питания сва рочной дуги можно разделить на следующие основные группы:
трансформаторы с дросселями, выполненные в виде двух раздельных аппара тов или в виде одного аппарата;
трансформаторы с развитым магнитным рассеянием;
3.2 Принцип работы
Силовые трансформаторы предназначены для питания током силовых и ос ветительных установок, они обычно трансформируют (преобразовывают) ток вы сокого напряжения, поступающий по линиям электропередачи, в ток более низко го рабочего напряжения (380—220 В). Это вторичное напряжение постоянно и не должно меняться от нагрузки. Режим короткого замыкания для них является ава рийным, так как при этом растет ток до недопустимых пределов, происходят пе регрев и выход из строя обмоток трансформатора.
В отличие от силовых сварочные трансформаторы работают в режиме ме няющихся напряжений и тока и рассчитаны на кратковременные короткие замы кания сети.
Для сварки переменным током широко применяют однофазные трансформа торы, которые разделяют силовую и сварочную цепи и понижают высокое напря жение 380 или 220 В до величины не более 80 В. Внешняя вольтамперная харак теристика вторичной цепи этих трансформаторов, т. е. зависимость между вели чиной сварочного тока и напряжением, должна обеспечивать ведение устойчиво го сварочного процесса, учитывающего статическую характеристику сварочной дуги.
Наличие индуктивного сопротивления необходимой расчетной величины обеспечивает в трансформаторах стабилизацию дуги и ее восстановление при частом изменении полярности переменного тока.
Сварочные трансформаторы применяются для ручной дуговой сварки штуч ными электродами и в защитном газе, а также для сварки под флюсом. Внешние вольтамперные характеристики трансформаторов для ручной дуговой сварки подразделяются на крутопадающие. Эти трансформаторы работают в режиме ре гулятора сварочного тока, который осуществляется путем изменения индуктивно го сопротивления обмоток. Трансформаторы, предназначенные для питания авто матизированной сварки при постоянной, не зависящей от напряжения дуги скоро сти подачи электродной проволоки, имеют жесткую внешнюю характеристику.
Рис.1. Сварочный трансформатор с развитым магнитным рассеиванием и
подвижными обмотками (разрез)
1 — ходовой винт; 2 — магнитопровод; 3 — ходовая гайка; 4 и 5 — вторич ная и первичная обмотки; 6 — рукоятка
Рис.2. Электрические схемы сварочных трансформаторов я — ТД-102 и ТД-306; б — ТД-300 и ТД-500
3.3 Устройство сварочного трансформатора ТДМ-315
Трансформатор сварочный ТДМ - 315 предназначен для дуговой сварки пла вящимся электродом на переменном токе малоуглеродистых и низколегирован ных сталей.
Трансформатор имеет падающие внешние характеристики, необходимые для ручной дуговой сварки покрытыми электродами.
Основные преимущества:
плавно-ступенчатая регулировка сварочного тока в широком диапазоне;
наличие защиты от тепловой перегрузки;
быстроразъемные и безопасные токовые разъемы;
легкое зажигание и устойчивое горение дуги;
класс изоляции Н;
принудительное охлаждение;
малая масса и габариты;
для удобства перемещения в монтажных условиях установлен на колеса.
Технические характеристики:
|
Наименование параметра |
ТДМ-315 |
|
|
|
12 ступень |
|
|
Напряжение питающей сети, В |
2x380 |
|
|
Частота питающей сети, Гц |
50 |
|
|
Регулирование сварочного тока |
плавно-ступенчатое |
|
|
Номинальный сварочный ток, А |
155 |
|315 |
|
Продолжительность включения при номинальном токе и цикле 5 мин, ПВ % |
60 |
ТГо |
|
Пределы регулирования сварочного тока, А |
70-180 |
1180-325 |
|
Номинальное рабочее напряжение, В |
26 |
(32 |
|
Напряжение холостого хода, В, не более |
67 |75 |
|
Потребляемая мощность, кВА, не более |
13 |24,5 |
|
Диаметр электрода, мм |
2-6 |
|
Тип воздушного охлаждения |
принудительное |
|
Материал обмотки трансформатора |
медь |
|
Габаритные размеры, мм |
360x360x940 |
|
Масса, кг |
53 |
Сварочный трансформатор предназначен для питания одного сварочного по ста однофазным переменным током частотой 50 Гц. При ручной дуговой сварке, резке и наплавки металлов покрытыми металлическими электродами
Трансформатор работает в следующих условиях
а) интервал температур от - 45°С до + 45°С
б) относительная влажность воздуха не более 80% при + 20°С.
в) высота над уровнем моря не более 1000 м
Предусмотрено использование штучных сварочных электродов диаметром 2...6 мм всех марок
Трансформаторы выполняются на одно напряжение сети
а) 220 В, 50 Гц б) 380 В, 50 Гц
Климатическое исполнение У, категория 2 по ГОСТ 15150-69
Трансформатор представляет собой переносную (передвижную) установку в однокорпусном исполнении с естественной вентиляцией, обеспечивающую пре образование электрической энергии сети в электрическую энергию требуемого для процесса дуговой сварки напряжения, создающую необходимую падающую характеристику и обеспечивающую плавное регулирование сварочного тока в требуемых пределах.
Каждый трансформатор выполняется только на одно напряжение сети; 220 или 380 вольт.
Трансформатор состоит из следующих основных узлов: магнитопровода, сердечника, трансформаторных обмоток (первичной и вторичной), магнитного
шунта, автоматического выключателя и кожуха.
Трансформатор однофазный с магнитопроводом стержневого типа. Обмотки трансформатора имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Катушки первичной и вторичной обмотки неподвиж ны. Катушки обмоток выполнены из изолированного алюминиевого (медного) провода марки АПСД. Обмотки от сердечника магнитопровода изолированы стеклопластиком и пропитаны электротехническим лаком.
Сердечник трансформатора собран из листов электротехнической стали тол щины 0,5 мм.
Сварочный ток регулируется вращением рукоятки, находящейся на верхней панели трансформатора. При вращении ходового винта рукояткой перемещается магнитный шунт. Опускание магнитного шунта приводит к уменьшению величи ны сварочного тока и наоборот при его поднятии сила сварочного тока увеличи вается.
Подключение сетевых проводов к трансформатору осуществляется через клеммы, расположенные на выключателе. Включение и выключение трансформа тора производится выключателем.
Для удобства перемещения трансформатор снабжен колесами и двумя руч ками, расположенными на крышке кожуха.
3.4 Обслуживание сварочного трансформатора ТДМ-315
Перед первым пуском трансформатора или перед пуском трансформатора, длительное время не бывшего в употреблении, а также при изменении места ус тановки необходимо:
а) очистить трансформатор от пыли, продув его сухим сжатым воздухом;
б) подключить трансформатор к сети, подсоединив сетевые провода к клем
мам выключателя, находящегося на задней панели (подпись 220В или 380В), сняв
и установив крышку задней панели. При подключении к сети трансформатора на
220 В использовать "фазу + 0", а трансформатора на 380 В - "фаза + фаза". Реко
мендуемое сечение медных изолированных проводов для подключения транс
форматора к сети - 6 кв. мм.;
в) провода для Сварки подключать к клеммам передней панели (надпись
60В), сечением не более 70 кв.мм.;
г) заземлить отдельными проводами корпус трансформатора и зажим свароч
ной цепи, к которому подключается провод идущий к свариваемому изделию
(«масса»);
д) тщательно затянуть все контактные зажимы.
Включать трансформатор без заземления недопустимо
е) проверить состояние электрических проводов и контактов
ж) убедиться, что концы рабочего кабеля не касаются один другого, присое
диненный электрододержатель и конец второго рабочего провода не касаются од
новременно металлической поверхности;
з) для подключения к сети необходимо установить пусковое устройство на
ток 60... 100А;
Сварку, резку, наплавку производить согласно общим рекомендациям.
Время непрерывного горения сварочной дуги должно быть ограничено (ПН 60 %) во избежания перегрева, поэтому периоды сварки должны чередоваться с обязательными перерывами в работе (паузами).
Для обеспечения бесперебойной длительной работы трансформатора произ-
водите ежедневные и периодические (через 100. 200 часов работы, но не реже од ного раза в месяц) осмотры.
При ежедневном обслуживании:
а) перед началом работы произвести внешний осмотр трансформатора для
выявления случайных повреждений отдельных наружных частей и устраните за
меченные неисправности;
б) проверить состояние болтовых соединений токоведущих частей и подтя
нуть ослабшие контакты;
в) проверить заземление трансформатора.
При периодическом обслуживании необходимо:
а) очистить трансформаторы от пыли и грязи, для чего продуть его струёй
сжатого воздуха, а в доступных местах протереть чистой мягкой ветошью. В слу
чае необходимости подкрасить поврежденные места, предварительно очистить их
от ржавчины и обезжирить;
б) проверить и подтянуть все резьбовые соединения;
в) проверить состояние электрических контактов и если необходимо, обеспе
чить надежный электрический контакт;
г) смазать тугоплавкой смазкой трущиеся части ходового винта.
Руководители эксплуатационных служб должны постоянно помнить и требо вать от подчиненных надлежащей качественной организации и выполнения тех нического обслуживания, что продлит срок службы трансформатора и предотвра тит несчастные случае поражения электрическим током.
Трансформатор должен храниться в сухом вентилируемом помещении при температуре от минус 50 град. С до плюс 50 град. С и относительной влажности не более 80%. Помещение должно быть изолировано от проникновения различно го рода газа и паров, способных вызвать коррозию. Категорически запрещается хранить в одном помещении с трансформатором материалы или имущество, ис парения которых
Преимущества сварочных трансформаторов
дешевизна изготовления (сварочный трансформатор примерно в 2-4 раза де-
шевле сварочного выпрямителя и в 6-10 раз дешевле сварочного агрегата анало гичной мощности);
высокий КПД (обычно 70-90%);
сравнительно низкий расход электроэнергии;
простота эксплуатации и ремонта.
Недостатки сварочных трансформаторов
для качественной сварки обычно требуются специальные электроды для пе ременного тока, обладающие повышенными стабилизирующими свойствами;
низкая стабильность горения дуги (при отсутствии встроенного стабилизато ра горения дуги);
в простых трансформаторах - зависимость от колебаний сетевого напряже ния.
4 Научная организация труда и безопасные приемы работ
В процессе работы электросварщик постоянно обращается с электрическим током, поэтому все токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно изолированы. Ток величиной 0,1 А и выше опасен для жизни и может привести к трагическому исходу. Опасность поражения электрическим током зависит от многих факторов и в первую очередь от сопротивления цепи, состояния организма человека, влажности и температуры окружающей атмосферы, напряжения между точками соприкосновения и от материала пола, на котором стоит человек.
Сварщик должен помнить, что первичная обмотка трансформатора соединена с силовой сетью высокого напряжения, поэтому в случае пробоя изоляции это напряжение может быть и во вторичной цепи трансформатора, т. е. на электрододержателе.
Напряжение считается безопасным: в сухих помещениях до 36 В и в сырых до 12 В.
При сварке в закрытых сосудах, где повышается опасность поражения электрическим током, необходимо применять ограничители холостого хода трансформатора, специальную обувь, резиновые подстилки; сварка в таких случаях ведется под непрерывным контролем специального дежурного. Для сни жения напряжения холостого хода существуют различные специальные устройства — ограничители холостого хода.
К сварочным работам допускаются лица не моложе 18 лет после сдачи техминимума по правилам техники безопасности.
Организация каждого рабочего места должна обеспечивать безопасное выполнение робот.
Рабочее места должны быть оборудованы различного рода ограждениями, защитными и предохранительными устройствами и приспособленными.
Для создания безопасных условий робот сварщиков необходимо учитывать кроме общих положений техники безопасности на производстве и особенности
выполнение различных сварочных работ. Такими особенностями являются возможные поражения электрическим током, отравления вредными газами и парами, ожоги излучением сварочной дуги и расплавленным металлом, поражения от взрывов баллонов со сжатыми и сжиженными газами.
Электрическая сварочная дуга излучает яркие видимые световые лучи и невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные. Световые лучи оказывают ослепляющие действия. Ультрафиолетовые лучи вызывают заболевания глаз, а при продолжительном действии приводят ожогам кожи.
Для защиты зрения и кожи лица применяют щитки, маски или шлемы, в смотровые отверстия вставляют светофильтры, задерживающие и поглощающие лучи. Для предохранения рук сварщиков от ожогов и брызг расплавленного металла необходимо использовать защитные рукавицы, а на тело надевать брезентовую спец. одежду.
В процессе сварки выделяется значительное количество аэрозоля, которое приводит к отравлению организма. Наиболее высока концентрация пыли и вредных газов в облаке дыма, поднимающегося из зоны сварки, поэтому сварщик должен следить за тем, чтобы поток не падал за щиток. Для удаления вредных газов пыли из зоны сварки необходимо устройство местной вентиляции, вытяжной и общеобъемной приточной - вытяжкой. В зимнее время приточная вентиляция должна подавать в помещение подогретый воздух. При отравлении пострадавшего необходимо вынести на свежей воздух, освободить от стесненной одежды и предоставить ему покой до прибытия врача, а при необходимости следует применить искусственное дыхание.
Электробезопасность
Поражение электрическим током происходит при соприкосновении человека с токоведущими частями оборудования. Сопротивление человеческого организма в зависимости от его состояния (утомляемость, влажность кожи, состояния здоровья) меняется в широких приделах от 1000 до 20000 Ом. Напряжение холостого хода источников питания дуги достигает 90В, а сжатой дуги - 200В в соответствии с законом Ома при неблагоприятном состоянии сварщика через него
может пройти ток, близкий к предельному: I - г
Для предупреждения возможного поражения электрическим током при выполнении электросварочных работ необходимо соблюдать основные правила:
Корпуса оборудования и аппаратуры, к которым подведен электрический ток, должны быть заземлены;
Все электрические провода, идущие от распределительных щитков и на рабочие места должны быть надежно изолированы и защищены от механических повреждений;
Запрещается использовать контур заземления, металлоконструкции зданий, а также трубы водяной и отопительной систем в качестве обратного провода сварочной цепи;
При выполнении сварочных работ в нутрии замкнутых сосудов (котлов, емкостей, резервуаров, ит.п.) следует применять деревянные щиты, резиновые коврики, перчатки, галоши: Сварку необходимо проводить с подручным, находящимися вне сосуда. Следует помнить, что для осветительных целей внутри сосудов, а также в сырых помещениях применяют электрический ток напряжением не выше 12В, а в сухих помещениях - не выше 36В, в сосудах без вентиляции сварщик должен работать не более 30 минут с перерывами для отдыха на свежем воздухе.
Монтаж, ремонт электрооборудования и наблюдение за ним должны выполнять электромонтеры.
Сварщикам категорически запрещается исправлять силовые электрические цепи. При поражении электрическим током необходимо выключить ток первичной цепи освободить от его воздействия пострадавшего, обеспечить к нему доступ свежего воздуха, вызвать врача, а при необходимости до прихода врача сделать искусственное дыхание.
Пожарная безопасность
Причинами пожара при сварочных работах могут быть искры или капли расплавленного металла и шлака, неосторожное обращение с пламенем горелки при наличии горючих материалов в близи рабочего места сварщика. Опасность
пожара особенно следует учитывать на строительно-монтажных площадках и при ремонтных работах в не приспособленных для сварки помещениях.
Для предупреждения пожаров необходимо соблюдать следующие противопожарные меры:
нельзя хранить вблизи от места сварки огнеопасные или легковоспламеняющиеся материалы, а также производить сварочные работы в помещениях, загрязненных ветошью, бумагой, отходами дерева и т.п.;
- запрещается пользоваться одеждой и рукавицами со следами масел, жиров,
бензина, керосина и других горючих жидкостей;
- выполнять сварку и резку свежевыкрашенными маслеными красками
конструкций до полного их высыхания
запрещается выполнять сварку аппаратов, находящихся под электрическим
напряжением, и сосудов находящихся под давлением;
нельзя проводить без специальной подготовки сварку и резку емкостей из-
под жидкого топлива;
При выполнении в помещениях временных сварочных работ деревянные полы, настилы и помосты должны быть защищены от воспламенения листами асбеста или железа;
Нужно постоянно иметь и следить за исправным состоянием противопожарных средств - огнетушителей, ящиков с песком, лопат, ведер, пожарных рукавов ит.п., а также содержать в исправности пожарную сигнализации;
После окончания сварочных работ необходимо выключить сварочный аппарат, а также убедиться в отсутствии горящих предметов. Средствами пожаротушениями являются вода, пена, газы, пар, порошковые составы и др.
Для подачи воды в установки пожаротушения используют специальные водопроводы. Пена представляет собой концентрированную эмульсию диоксида углерода в водном растворе минеральных солей, содержащих пенообразующие вещества.
При тушении пожара газами и паром используют диоксид углерода, азот,
дымовые газы и др.
При тушении керосина, бензина, нефти, горящих электрических проводов запрещается применять воду и пенные огнетушители. В этих случаях следует пользоваться, углекислотными или сухим огнетушителями.
НОТ
Технологический процесс изготовления конструкций является основным до кументом, определяющим всю производственную деятельность предприятия.
Технологический процесс должен обеспечивать: получение качественных сварных узлов, соответствующих чертежам и техническим условиям; минималь ные затраты времени и средств на изготовление сварных узлов за счет внедрения прогрессивных методов изготовления и максимальной степени механизации и ав томатизации всех производственных процессов; поточность производства внутри каждой технологической группы сварных узлов.
Технологический процесс должен быть комплексным, т. е. охватывать все стадии производства, начиная от поступления материалов в заготовительный цех и кончая отправкой готовой продукции; в него должны быть включены и вспомо гательные операции. В технологический процесс закладываются лучшие показа тели уровня механизации и автоматизации основных и вспомогательных процес сов.
Нормы времени и зарплата на отдельные операции сводятся в нормативы за трат времени и производственной зарплаты на изделия в разрезе цехов, профессий и разрядов. Эти нормы служат основой для определения необходимого состава производственных рабочих по профессиям и разрядам, для определения произ водственной зарплаты и загрузки оборудования.
Перед разработкой технологии сборочно-сварочных работ рекомендуется предварительно осуществить проверку сварных узлов на технологичность. Она производится с целью унификации конструктивных элементов сварных узлов; удобства выполнения сборочных и сварочных операций; максимального выпол нения сварных соединений механизированными способами сварки; уменьшения количества элементов сварных узлов за счет применения пространственных и
гнутых профилей; уменьшения номенклатуры материалов и заготовок в сварной конструкции; проверки обоснованности и достижимости требований к точности сварной конструкции; проверки правильности конструктивного оформления эле ментов сварных соединений, обоснованности размеров швов, их типа и порядка выполнения.
При разработке технологического процесса выбирают наиболее прогрессив ный и экономичный для конкретных производственных условий способ сварки.
При выборе вида, метода и способа сварки нужно учитывать следующие факторы:
материал (род, сортамент, химсостав, толщина); конструкцию изделия, тип
соединения (встык, внахлестку, втавр и др.);
положение шва в пространстве (нижнее, вертикальное, горизонтальное, по
толочное);
длину швов и их конфигурацию;
программу выпуска и тип производства. При выборе технологического про
цесса следует учитывать, что:
автоматическая сварка под слоем флюса позволяет сваривать с относитель
но большой скоростью листы толщиной до 50 мм без скоса кромок. Производи
тельность этого вида сварки в зависимости от технологических условий выше
производительности ручной сварки в 4—12 раз. Качество металла шва при сварке
под флюсом обычно не ниже качества шва, полученного при ручной сварке луч
шими электродами;
электрошлаковая сварка применяется при необходимости соединения эле
ментов конструкций без предварительной подготовки кромок;
полуавтоматическая сварка в среде защитных газов позволяет механизиро
вать сварку швов любой протяженности и сложности;
контактная сварка — один из распространенных производственных спосо
бов сварки металла ограниченных толщин. Сварка бывает точечная, шовная,
рельефная и стыковая. Она позволяет сравнительно просто механизировать и ав
томатизировать основные и вспомогательные операции сварки;
- ручная дуговая сварка применяется только в индивидуальном и мелкосе рийном производстве, для прихваток и в местах, недоступных для автоматической и полуавтоматической сварки или когда применение механизированной сварки экономически не целесообразно.
Электросварочные работы должны выполняться в соответствии с требова ниями ГОСТ 12.3.003—75, ГОСТ 12.3.002—75 и Правил пожарной безопасности.
Учитывая особые условия производства сварочных работ и прежде всего на открытом воздухе, при монтаже на высоте и на ограниченных площадях при ре конструкции, устройстве линейных сооружений, нахождении в сосудах и в замк нутых объемных конструкциях, а также повышенную опасность самих работ от бор персонала, допускаемого к выполнению этих работ, производится особенно тщательно.
Электросварщики, поступающие на работу, должны пройти предваритель ный медицинский осмотр, а в последующем проходить периодические медицин ские осмотры в установленном порядке.
К работе по электросварке допускаются лица: прошедшие обучение, инст руктаж и проверку знаний техники безопасности и имеющие квалификационное удостоверение; Электросварочные работы должны выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.3.003—75, ГОСТ 12.3.002—75 и Правил пожарной безо пасности.
Учитывая особые условия производства сварочных работ и прежде всего на открытом воздухе, при монтаже на высоте и на ограниченных площадях при ре конструкции, устройстве линейных сооружений, нахождении в сосудах и в замк нутых объемных конструкциях, а также повышенную опасность самих работ от бор персонала, допускаемого к выполнению этих работ, производится особенно тщательно.
Электросварщики, поступающие на работу, должны пройти предварительный медицинский осмотр, а в последующем проходить периодиче ские медицинские осмотры в установленном порядке.
Список использованной литературы