Описание технологического процесса дуговой сварки стыкового соединения из алюминия марки АД1, толщиной 6 мм, длиной 200 мм

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Челябинской области

ГБОУ СПО (ССУЗ) «Саткинский политехнический техникум имени А.К. Савина»

Курсовая работа

На тему: Описание технологического процесса дуговой сварки стыкового соединения из алюминия марки АД1, толщиной 6 мм, длиной 200 мм

Руководитель, преподаватель

Мартынец Е.Д.

Выполнил студент

Злобин Д.А.

2014

Содержание

Введение

1. Характеристика и область применения алюминия марки АД1

2. Выбор сварочных материалов

2.1 Выбор сварочной проволоки

2.2 Выбор защитного газа

3. Выбор сварочного оборудования

3.1 Выбор сварочного полуавтомата для сварки алюминия марки АД1

3.2 Выбор источника питания для полуавтоматической сварки алюминия

3.3 Основные инструменты и принадлежности при полуавтоматической сварке алюминия марки АД1

4. Технология полуавтоматической сварки в аргоне алюминия марки АД1

4.1 Трудности при сварке алюминия

4.2 Выбор режима полуавтоматической сварки в аргоне алюминия марки АД1 толщиной 6 мм

4.3 Описание технологии полуавтоматической сварки в аргоне алюминия марки АД1 толщиной 6 мм и длиной 200 мм

5. Мероприятия по технике безопасности и охране труда при полуавтоматической сварке неплавящимся электродом в среде аргона

5.1 Защита от излучения электрической дуги

5.2 Защита от поражения электрическим током

5.3 Защита от газов и испарений

Используемая литература

Введение

алюминий сварка электрод аргон

В 1986 году отмечалось столетие производства алюминия. В 1886 году, ровно сто лет назад, одновременно в разных странах, независимо и даже не подозревая, друг о друге -- Эру из Франции и Холл из США подали заявки в бюро патентов на производство алюминия электрохимическим способом. Именно это изобретение послужило рождением алюминиевой металлургии. Поэтому 1886 год считается годом его изобретения, хотя первый алюминий был изобретен еще в 1825 году Эрстедом, а уже с 1854 года начался промышленный выпуск его во Франции. Но химический способ его получения имел очень высокую себестоимость и сложный процесс, поэтому оказался не перспективен. Ведь за 35 лет, используя этот метод, было получено всего 200 тон промышленного алюминия.

С 1886 года производство промышленного алюминия постоянно увеличивалось, а после окончания войны оно начало набирать обороты. Алюминий среди всех цветных металлов занимает лидирующее место по объемы производства, а также применения, которое не уступает никому, за исключением стали. Производство алюминия растет большими темпами, опережая другие металлы. На сегодняшний день выпуск алюминия во всем мире превышает 20 миллион тонн в год. Впервые алюминий стал применяться в строительстве спустя десять лет после изобретения электрохимического способа его получения. Одним из первых зафиксированных объектов строительства с его применением считается Римская церковь -- Сан-Джиакино, его купол, сооруженный в 1897 году, состоит из алюминиевых листов. История умалчивает, по каким именно причинам использовали алюминий, а не привычные материалы для кровли: цинковые, медные или свинцовые. Например, в Канаде примерно в этом же году были изготовлены из алюминия декоративные карнизы, которые установили в жилых домах. Аналогичных случаев того времени известно не мало, но почему-то в печати о них сведений не сообщалось. Скорее всего, мы не узнали бы сегодня и об этих упомянутых конструкциях, если бы не было случайно обнаружено в 50-х годах прошлого века во время ремонта, что алюминиевая кровля, прослужившая более полувека, оказалась в хорошем состоянии просто прекрасно сохранилась.

Однако, в сороковых годах прошлого века алюминий не применялся в строительстве, так как им безраздельно завладела авиация. Поэтому зачастую даже в настоящее время алюминий продолжают называть -- «крылатым металлом». Хотя еще задолго до первых алюминиевых самолетов были возведены различные строительные конструкции из этого металла. После окончания войны в строительстве стали массово использовать алюминий. Если сравнить его по объему применения в строительстве с другими металлами, то он уступает только стальным конструкциям, но по некоторым видам конструкций, а также изделий он превзошел сталь и многие другие материалы, в некоторых случаях в несколько раз. Например, к концу 70-х годов прошлого века в Японии -- 98-99% всех изготавливаемых окон производится именно из алюминия. В США используют в 50 раз больше алюминиевых окон, чем стальных, вентилируемые алюминиевые фасады применяют в 5-6 раз чаще, а также в качестве обшивки стен его используют в 5 раз чаще, чем сталь.

В Советском Союзе начали применять алюминиевые конструкции около 50 лет назад. В 1957 году впервые в нашей стране был создан специализированный отдел, который на экспериментальной базе занялся разработкой алюминиевых конструкций. Начиная с 1957 года по 1969 год, считаются годами интенсивных поисков рационального использования алюминия, его исследований, а также проведение экспериментального проектирования. Объем применения алюминия для изготовления различных конструкций был незначительный. Но, несмотря на это, созданные разнообразные конструкции в 60-х годах послужили хорошим толчком для развития в нашей стране промышленности алюминиевых конструкций. Вот некоторые конструкции, которые были созданы в Советском Союзе за 60-е годы: Московский дворец съездов, Останкинская телевизионная башня, комплекс зданий в Москве -- Всесоюзного института по разработке легких сплавов и др.

В стоимости алюминия наблюдаются интересные перемены. Например, в 1925 алюминий стоил дороже железа в 1500 раз, на сегодняшний день -- его стоимость превышает цену железа лишь втрое. Хотя сегодня алюминий и дороже углеродистой стали, но зато значительно дешевле нержавеющей. Если сделать расчет стоимости стальных изделий и алюминиевых, учитывая при этом их массу и коррозийную устойчивость, то в наши дни оказывается намного выгоднее использовать алюминий, а не сталь.

1. Характеристика и область применения алюминия марки АД1

Алюминий - химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева (порядковый номер 13, атомный вес 26,9815). Элементарная кристаллическая решетка алюминия - куб с центрированными гранями.

В зависимости от содержания примесей алюминий подразделяют на:

- технический (от 99,85 до 99,0% Al),

- высокой чистоты (от 99,95 до 99,995% Al)

- особой чистоты (не менее 99,999% Al).

Температура плавления алюминия высокой чистоты (99,996%) 660 °С, технического алюминия (99,5%) - 658 °С.

Скрытая теплота плавления алюминия 408,37 Дж/г.

Температура кипения 2270...2500 °С, скрытая теплота испарения алюминия 8816...9644 Дж/г.

Предел прочности отожженного технического алюминия 80...110 МПа, нагартованного - 150...250 МПа.

Предел текучести 50...80 МПа и 120...240 МПа соответственно.

Относительное удлинение отожженного алюминия 32 - 40%, нагартованного - 4...8%.

Алюминий обладает большим сродством к кислороду и восстанавливает большинство металлов из их окислов. На воздухе алюминий покрывается токисной пленкой, которая защищает его от дальнейшего окисления и взаимодействия с окружающей средой. Наличие этой пленки обеспечивает сравнительно высокую коррозионную стойкость алюминия в ряде сред: во влажной атмосфере, в концентрированной азотной кислоте, во многих органических кислотах. Однако любое нарушение сплошности окисной пленки вызывает появление очагов коррозии. Алюминий растворяется при нагреве в щелочах, в разведенных азотной и серной кислотах.

Применение чистого алюминия для изготовления сварных конструкций ограничено вследствие его низкой прочности. В отдельных случаях его используют в химическом машиностроении, в изделиях для пищевой, электротехнической промышленности. Для сварных конструкций используют различные полуфабрикаты из алюминиевых сплавов (листы, полосы, плиты, трубы, прокат различных профилей).

Для изготовления сварных конструкций разработаны свариваемые сплавы: АД, АД1, АМц, АМг, АМг3, АМг5В, АМг6, АВ, АД31, АД33, АД35.

Расшифровка сплава АД1:

А - Алюминий

Д - Дюралюмин

Цифра - Порядковый номер

Сплав АД1- это алюминий технической чистоты, содержащий до 0,7% примесей, главные из которых - Fe и Si.

Примеси Fe и Si., а так же некоторых других металлов несколько повышают прочностные характеристики, но значительно снижают показатели пластичности и электропроводность сплава.

Технический Аl имеет высокую химическую стойкость в ряде сред, превосходя другие металлы. Высокая химическая стойкость алюминия объясняется на его поверхности тонкой, но достаточно плотной окисной пленки.

Коррозионная стойкость алюминия тем выше, чем меньше содержание примесей (особенно Fe и Si.). Практически не снижают коррозионной стойкости лишь магний и марганец. Полуфабрикаты из сплава АД1 поставляются в отожженном и горячепрессованном состоянии. Однако независимо от состояния поставки заключительной операцией обработки прессованных профилей является правка растяжением, а также на роликоправильных машинах. При правке несколько повышаются прочностные свойства и интенсивно снижаются показатели пластичности.

Применяется для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, полос, плит, профилей, панелей, прутков, труб, проволоки, штамповок, и поковок) методом горячей или холодной деформации, а также слитков и слябов.

2. Выбор сварочных материалов

2.1 Выбор сварочной проволоки

Для получения сварных швов заданных геометрических размеров и требуемых свойств при сварке неплавящимся электродом в большинстве случаев используют как присадочный материал сварочную проволоку по ГОСТ 7871-75 «Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов». СВ-97, СВ-А85, СВ-АМц.

Перед сваркой с поверхности сварочной проволоки необходимо удалить консервационную смазку. Обезжиривают проволоку бензином типа «Калоша», уайт-спиритом и органическими растворителями. Для удаления окисной пленки необходима химическая обработка. Наиболее распространена следующая технология химической обработки:

- травление в 5%-ном растворе каустической соды NaOH при температуре 60...65 °С в течение 2...3 минут;

- промывка в горячей (45...50°С) воде, затем в холодной проточной воде;

- осветление в 15...30%-ном растворе азотной кислоты HNO3 при температуре 60...65 °С в течение 2...3 минут;

- сушка при температуре 60...70 єС до полного удаления влаги. Обработанную проволоку хранят в герметичной таре. Срок хранения ее не должен превышать установленного (как правило, не более 12 часов). Целесообразнее обрабатывать количество проволоки в пределах объема выполняемой работы или сменной потребности. Обработанную проволоку во избежание загрязнений поверхности разрешено брать только в чистых перчатках или рукавицах.

2.2 Выбор защитного газа

Аргон (лат. Argon), Ar, химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева, относится к инертным газам; атомный номер 18, атомная масса 39,948. При обычных условиях Аргон - газ без цвета, запаха и вкуса. К открытию Аргона привело обнаруженное в 1892 году Дж. Рэлеем превышение на 0,0016 г/л (при 0 °С и 101325 Н/м²) плотности азота из воздуха по сравнению с плотностью азота, полученного из его соединений. В 1894 Рэлей и У. Рамзай выделили из азота воздуха газ, обладающий химические инертностью (греч. argos - бездеятельный). После открытия других инертных газов они были объединены в отдельную нулевую группу периодической системы; теперь общепринято рассматривать их как главную подгруппу VIII группы.

Аргон выпускается по ГОСТ 10157 - 62 Аргон газообразный чистый трех марок: А, Б и В.Аргон маркиА чистотой 99 99 % предназначен для сварки активных и редких металлов ( титана, циркония, ниобия) и сплавов на их основе, а также для сварки наиболее ответственных конструкций из других материалов. Аргон марки Б чистотой 99-96% предназначен для сварки сплавов на основе алюминия и магния. Аргон марки В чистотой 99 90 % предназначен для сварки нержавеющих и других высоколегированных сталей, а также изделий из чистого алюминия.

В промышленности Аргон получают в процессе разделения воздуха при глубоком охлаждении. Возможно получение Аргона из продувочных газов колонн синтеза аммиака. Отделять Аргон от других инертных газов лучше всего газохроматографическими методами. Аргон широко используется при термической обработке легко окисляющихся металлов. В защитной атмосфере из Аргона проводят, например, сварку и резку различных редких и цветных металлов, плавку Ti, W, Zr и т. д. В атмосфере Аргона выращивают кристаллы полупроводниковых материалов. Аргоном заполняют электрические лампочки (Аргон снижает скорость испарения вольфрама и позволяет увеличить светоотдачу). Аргоновые трубки применяют для рекламы (сине-голубое свечение). На определении отношения 40Аr:40К основан один из методов определения возраста минералов. Радиоактивный Аргон иногда применяют для контроля вентиляционных систем.

3. Выбор сварочного оборудования

3.1 Выбор сварочного полуавтомата для сварки алюминия марки АД1

Для изготовления сварных конструкций из алюминия используют все известные способы механизированной и ручной дуговой сварки: с использованием флюсов - механизированная сварка по флюсу, под флюсом, ручная дуговая сварка покрытым металлическим электродом; в защитных газах - неплавящимся и плавящимся электродом, сварка свободной и сжатой дугой. При выборе способа сварки учитывают требования к сварным соединениям, к внешнему виду сварного шва, допустимые деформации, производительность, универсальность способа, условия выполнения сварочных работ.

Выбор способа сварки во многих случаях зависит от толщины металла и типа соединения. Стыковые соединения толщиной до 3 мм предпочтительно сваривать неплавящимся электродом в аргоне. Однопроходную двухстороннюю сварку плавящимся электродом в аргоне применяют при толщинах до 16 мм; в смеси аргона и гелия - до 25 мм; по и под флюсом до 28 мм. Максимальная толщина листов, свариваемых за один проход однофазной дугой с неплавящимся электродом, 8...10 мм, трехфазной дугой 20...30 мм. Наименьшая толщина стыковых соединений - мм; использование малоамперной сжатой дуги (микроплазменная сварка) позволяет сваривать металл толщиной 0,2 мм.

Дуговая сварка в среде защитных газов является одним из широко применяемых технологических процессов в машиностроении.

Сущность процесса сварки в среде защитных газов неплавящимся и плавящимся электродами такова. В первом случае электрическая дуга возбуждается между вольфрамовым или угольным электродом и основным металлом и горит в среде защитного газа. Для заполнения разделки в дугу подается присадочная проволока.

При сварке плавящимся электродом электрическая дуга горит в среде защитного газа между сварочной проволокой и основным металлом. Проволока подается механически с постоянной скоростью или переменной, зависящей от напряжения дуги.

Установка для сварки в среде защитных газов состоит из источника тока, сварочного автомата и полуавтомата, набора газоэлектрических горелок, очистителя и баллонов с газами.

Для полуавтоматической сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов применяются специальные шланговые полуавтоматы (ПШВ-1); сварочная головка полуавтомата перемещается вдоль шва сварщиком в ручную, выполняя шов сварочной проволокой подаваемой механически диаметром 1 - 2 мм.

Полуавтомат ПШВ-1М применяют для сварки изделий толщиной 0,5--5 мм во всех пространственных положениях. Он состоит из горелки, ранца и переносного аппаратного шкафа. На ранце установлена катушка для присадочной проволоки и электродвигатель с редуктором. Подающий механизм полуавтомата тянущего типа. На сварочной горелке расположены два подающих ролика.

Вращение от электродвигателя с редуктором с помощью гибкого валика передается на ведущий подающий ролик. Подающие ролики протягивают проволоку в горелку. Электрическая схема полуавтомата обеспечивает плавное регулирование скорости подачи присадочной проволоки диаметром 1--2 мм от 5 до 50 м/ч.

В процессе сварки горелка опирается на присадочную проволоку, которая непрерывно подается в зону сварки. Проволока оплавляется и передвигает полуавтомат вдоль шва со скоростью, равной скорости ее подачи.

Горелка полуавтомата снабжена комплектом сменных цанг, обеспечивающих закрепление неплавящегося электрода диаметром 2--6 мм. Охлаждение горелки водяное.

Таблица 3.1.1.- Технические характеристики

Технические характеристики	TIG 275	TIG 375
Питание, В	230/400/415/1/50-60	230/400/415/1/50-60
Диапазон сварочного тока AC, А	5-340	5-420
Диапазон сварочного тока DC, А	2-340	2-420
Напряжение холостого хода, В	75	80
Сварочный ток, А	275/40%	375/40%
Габариты, мм	787x559x660	787x559x660
Вес, кг	180	230

Рисунок 3.1.1.- Схема полуавтомата для аргонодуговой сварки

3.2 Выбор источника питания для полуавтоматической сварки алюминия

Источник питания должен обеспечивать легкое зажигание и устойчивое горение дуги, создавая необходимое напряжение и силу тока в сварочной цепи.

Внешняя характеристика. Свойства источника питания определяются его внешней характеристикой, представляющей кривую зависимости между током (I) в цепи и напряжением (U_и) на зажимах источника питания.

При падающих внешних характеристиках напряжение холостого хода источника питания всегда выше рабочего напряжения дуги, что облегчает ее возбуждение.

Трансформаторы (источники питания переменным током).

Это специальные виды однофазных и трехфазных трансформаторов, а также электромашинные генераторы повышенной частоты (400--500 Гц). Существуют два основных принципа построения сварочных трансформаторов: с нормальным магнитным рассеянием и дополнительным индуктивным сопротивлением дросселем и искусственно увеличенным магнитным рассеянием.

В качестве источников питания дуги переменного тока при сварке алюминия используют сварочные трансформаторы двух основных групп: с отдельным дросселем типа СТЭ-24, СТЭ-34 и др. и со встроенным дросселем типа СТН-500, СТН-700, ТСД- 500, ТСД-1000 и др.

Трансформаторы типа СТШ с магнитным шунтом также относятся ко II группе. Конструкция трансформаторов разработана Институтом электросварки им. Е. О. Патона. Магнитопровод 1 собран из листовой трансформаторной стали толщиной 0,5 мм. Катушки первичной обмотки 3 выполнены из алюминиевого провода и жестко закреплены у нижнего ярма. Катушки вторичной обмотки 2 изготовлены из голой алюминиевой шины, намотанной на ребро. Между витками катушек проложены асбестовые прокладки. Выводные концы обмоток армированы медными наконечниками.



Рисунок 3.2.1 - Схема трансформатор типа СТШ

Осцилляторы

Осциллятором называется прибор, служащий для получения переменного тока высокой частоты (до 250 000 гц) и повышенного напряжения (до 2500 в). Ввиду малой электрической мощности осциллятора (130--150 вт) создаваемое им высокое напряжение не опасно для человека. Применение осциллятора при сварке:

а) облегчает возбуждение дуги переменного тока в начале сварки и при переходе тока через нулевое значение;

б) делает возможным сварку на переменном токе электродами без покрытия (голыми);

в) обеспечивает устойчивость процесса сварки тонкого металла переменным током малой величины.

При наличии осциллятора дуга возбуждается настолько легко, что даже не требуется касания электрода детали. С осциллятором можно сваривать тонкий металл током от 10 а и выше, что при обычном способе питания током столь малой величины затруднено в связи с неустойчивостью горения дуги. Осцилляторы используются главным образом при аргоно-дуговой сварке переменным током неплавящимся электродом, а также при сварке тонкого металла.

В зависимости от типа осциллятора применяют параллельное (рис. 3.2.2, а) и последовательное (рис. 3.2.2б) включение его в цепь сварочного тока. Преимуществом параллельного включения является возможность использования осциллятора при любой величине сварочного тока. Недостатком же являются значительная величина выходного высокочастотного напряжения, которое при отсутствии дуги может достигать нескольких кв; в случае попадания его на обмотки сварочного трансформатора или дросселя может произойти пробой изоляции и выход оборудования из строя. Кроме того, параллельное включение требует большей мощности осциллятора и увеличивает создаваемые им радиопомехи. При последовательном включении благодаря наличию конденсатора С_б (см. рис. 3.2.2б) высокочастотное напряжение не превышает нескольких десятков вольт, что исключает возможность пробоя изоляции и уменьшает радиопомехи. Недостатком последовательного включения является ограничение допустимой величины сварочного тока, определяемой сечением выходной обмотки осциллятора.

1 - осциллятор

2 - свариваемый металл

3 - электрод

Др - сварочный регулятор (дроссель)

Ст - сварочный трансформатор

С_к, С_р, С₆ - конденсаторы

Рисунок 3.2.2.- Схема осциллятора

3.3 Основные инструменты и принадлежности при полуавтоматической сварке алюминия марки АД1

Эффективность газовой защиты сварочной ванны во многом зависит от аэродинамических свойств проточной части сопла горелки. Наиболее широкое применение нашли сопла, имеющие коническую камеру на входе газа и цилиндрический канал на выходе. Длина начального участка газовой струи, осуществляющего защитные функции, для такой конструкции сопла приблизительно равна внутреннему диаметру цилиндрического канала. Это позволяет производить сварку при выдвижении вольфрамового электрода из соплана расстояние 4--10 мм.

В большинстве конструкций горелок газ вводится в сопло через 8--16 каналов диаметром 1--2 мм. Защитные свойства газового потока улучшаются при вводе газа в соплочерез сетчатые пористые мелкоячеистые фильтры.

Ориентировочная зависимость между внутренним диаметром цилиндрической части сопла и сварочным током приведена ниже:

Сварочный ток, А.	100	200	300	400	500
Диаметр сопла, мм	6--8	10--12	14--16	18--20	20--22

Конструктивное исполнение сопла горелки зависит от удобства выполнения швов в трудно доступных местах, глубоких разделках. Так, при сварке листов металлов толщиной свыше 20 мм без разделки кромок, собранных с щелевым зазором, применяются горелки, сопла которых вводятся в щелевой зазор и располагаются непосредственно над сварочной ванной. При сварке высокоактивных металлов, таких, как титан, цирконий, или в случае работы на открытых площадках при наличии сквозняков на сопла дополнительно устанавливаются защитные приставки или камеры. Качественная газовая защита в них создается надежными местными сопротивлениями движения газа по всему периметру, например в виде шторок, исключающих засасывание воздуха в защищаемое пространство.

На неплавящемся электроде выделяется значительное количество теплоты. Отвод ее может осуществляться либо непосредственно корпусом горелки, либо с помощью специального теплоносителя, чаще всего воды. Иногда горелку охлаждают защитным газом.

По конструкции горелка для ручной сварки должна быть легкой и удобной, в том числе и для сварки в труднодоступных местах. В частности, она должна иметь рукоятку (держатель); место закрепления вольфрама часто соединяются рукояткой поворотной (гибкой) связью, позволяющей изменять угол между вольфрамовым электродом и рукояткой. Горелки для ручной сварки выпускаются на токи до 500 Аи, как правило, имеют водяное охлаждение. Горелки с естественным воздушным охлаждением применяются в специальных случаях, например для сварки в монтажных условиях на токах до 150 А. Горелка состоит из корпуса, рукоятки, соединительных проводов и шлангов. В рукоятке смонтирована кнопка для включения и выключения процесса сварки. Корпус и рукоятка соединены шарнирно, что позволяет изменять угол между ними для удобства в работе при сварке в труднодоступных местах. Для большей гибкости сварочный кабель разделен на две параллельные ветви, каждая из которых заключена в резиновую трубку. Корпус горелки, сопло и обе ветви сварочного кабеля охлаждаются проточной водой. Сопла выполнены из меди и устанавливаются на корпусе через резиновые манжеты.



1 -- сопло,

2 -- вольфрамовый электрод,

3 -- корпус,

4 -- сварочная проволока,

5 -- рукоятка,

6 -- механизм подачи сварочной проволоки

Рисунок 3.3.1.- Горелка для сварки неплавящимся электродом

Сварочные кабели

Кабели сварочные предназначены для соединения электродо-держателей с источником сварочноготока, поэтому к ним предъявляются особые требования. Сварочные кабели должны быть гибкими, чтобы можно было быстро менять их положение в разных положениях сварщика, поэтому они изготавливаются из тонких медных проволок, их изоляция из гибкой и прочной, влагостойкой и маслостойкой резины. Сечение жилы сварочного кабеля должно соответствовать максимальному сварочному току, получаемому от применяемых источников.

В табл. 3.3.2 приведены основные данные современных сварочных кабелей, где в обозначении марки кабеля КГ и КОГ -- кабель гибкий и особо гибкий, 1 -- одна жила в кабеле, цифры после знака умножения -- сечение жилы кабеля.

Таблица 3.3.2 Данные сварочных кабелей

Марка кабеля	Сечение жилы, мм2	Допустимый сварочный ток, А
КГх16 КОГ1х16	16	80
КГ1х25 КОГ1х25	25	125
КГ1х35 КОПх35	35	175
КГ1х50 КОГ1х50	50	25
КГ1х70 КОГ1х70	70	350
КГ1х95 КОГ1х95	95	485
КГ1х120 КОПх120	120	600

4. Технология полуавтоматической сварки в аргоне алюминия марки АД1

4.1 Трудности при сварке алюминия

Высокая активность алюминия с кислородом способствует созданию на его поверхности тугоплавкой пленки оксида алюминия (А1₂О₃), которая препятствует сплавлению основного и электродного металлов. Это происходит из-за большой разницы температур, требуемых для плавления. Так как для плавления основного металла требуется всего 658 °С, а оксид алюминия плавится при температуре 2050 °С, то в массиве сварочного шва появляются не провары и шлаковые включения. Это отрицательно сказывается на механической прочности сварного соединения и чтобы преодолеть эту технологическую трудность, нужно применять ряд специальных способов.

Свариваемости алюминия мешают органические водосодержащие загрязнения (пыль, жировая пленка и т.д.), имеющиеся на кромках свариваемых деталей, а легирование некоторых сплавов повышенной прочности цинком и магнием становится причиной появления холодных трещин.

Адсорбированная влага, газонасыщенность основного и присадочного материалов способствуют появлению большого количества пор. Учитывая все вышеизложенные явления, препятствующие нормальному свариванию алюминия, кромки и поверхности перед сваркой нужно тщательно готовить.

4.2 Выбор режима полуавтоматической сварки в аргоне алюминия марки АД1 толщиной 6мм

Параметры режима сварки выбирают в зависимости от марки и толщины свариваемого металла, типа сварного соединения. Ориентировочные режимы ручной и механизированной сварки приведены в справочной литературе. Литературные данные требуют экспериментальной проверки и корректировки. При отсутствии сведений в справочной литературе параметры режима определяют экспериментально на образцах из свариваемого металла.

Таблица 4.2.1 - Режимы полуавтоматической сварки алюминия

4.3 Описание технологии полуавтоматической сварки в аргоне алюминия марки АД1 толщиной 6 мм и длиной 200 мм

При толщине листов свыше 5 мм применяют односторонний скос кромок с углом раскрытия 60°.

При сварке зазор между кромками должен выбираться по таблице 4.3.1.

Таблица 4.3.1 - Значение зазоров при сварке алюминия

Толщина листов, мм	До 12	14-20	25 и более
Зазор, мм (не более)	1	2	2,5
Местные зазоры, мм, на длине до 300 мм (не более)	До 3	До 4	До4

Сварку осуществляют с подогревом металла до температуры 200-250 °С при толщине металла 6-10 мм.

Длина нагреваемого участка должна быть не менее 200 мм. Сварка производится на поддерживающих прокладках. При толщине до 14 мм шов сваривается в 1--2 слоя, свыше 14 мм -- в 2--3 слоя.

Свариваемые кромки заготовок, деталей должны быть обработаны механическим способом (строжкой, фрезерованием, обработкой на токарных станках). В отдельных случаях допустимо получение заготовок (деталей) резкой механическими ножницами, штамповкой без последующей обработки свариваемых кромок режущим инструментом. Форма и геометрические параметры свариваемых кромок должны соответствовать:

- ГОСТ 14806-80 - Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры;

- ГОСТ 27580-88 - Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

Заготовки (детали) перед сваркой необходимо обезжирить и химическим способом удалить окисную пленку. Малогабаритные заготовки обрабатывают полностью. Поверхность крупногабаритных заготовок полностью обезжиривают. Окисную пленку допускается удалять химической обработкой только на участке шириной не менее 100 мм от свариваемых кромок с обеих сторон. Если невозможно обработать поверхность этих заготовок химическим способом, то в отдельных случаях после обязательной экспериментальной проверки допускается зачистка стальными проволочными щетками с предварительной и последующей протиркой зачищенных участков поверхности спиртом или ацетоном. Щетки должны быть изготовлены из проволоки диаметром не более 0,2 мм. В процессе работы их необходимо периодически промывать в растворителе.

Отрезок времени между химической обработкой и механической зачисткой не должен быть более 4 часов. Нельзя для этого использовать обработку абразивными кругами или шлифовальной бумагой, в также нельзя применять пескоструйные и дробеструйные аппараты, так как это может привести к появлению шлаковых включений в массиве шва и к другим дефектам, что будет отражаться на качестве сварного соединения.

Рисунок 4.3.1 - Схема процесса сварки вольфрамовым электродом в среде аргона

Сборку под сварку выполняют в сборочно-сварочных приспособлениях.

Наиболее рациональны приспособления с зажимами клавишного типа. Приспособление должно быть укомплектовано сменной подкладкой, т.к. сварку стыковых соединений обычно выполняют на подкладках с канавкой, обеспечивающих сохранение сварочной ванны и формирование обратной стороны шва. Для подкладок применяют пластины из нержавеющей стали или меди, предварительно выполнив в них канавки, ширина которых должна быть не менее двух-трех кратной толщины свариваемых деталей. При сварке на больших токах применяют специальные прокладки с водяным охлаждением. При толщине свариваемых деталей до 3 мм прихватку выполняют на всю их глубину, а при большей их толщине глубина прихватки будет зависеть от формы разделки и требований, которым должно отвечать сварное соединение.

Непосредственно перед установкой заготовок в приспособление торцы их свариваемых кромок необходимо прошабрить; подкладку протереть спиртом или ацетоном. Поджатие свариваемых кромок к подкладке допустимо с зазором не более 0,5 мм. Допустимо смещение кромок не более 0,5 мм.

Для предупреждения попадания вольфрама в металл шва сварочную дугу зажигают на технологической планке из того же (свариваемого) металла или графита. Расстояние между поверхностью пластины и электродом устанавливают 1,5...2 мм. (При отсутствии осциллятора сварочную дугу зажигают касанием электрода поверхности пластины). Защитный газ для продувки магистрали подают за 10...15 с до зажигания дуги.

После зажигания дуги и разогрева торца электрода ее переносят (не прерывая горения дуги) на свариваемое изделие. Угол наклона электрода к изделию устанавливают равным 60...80°. Угол между вольфрамовым электродом и присадочной проволокой 80...90°. Расстояние между нижним срезом сопла и поверхностью должно быть минимальным (5...10 мм), но достаточным для наблюдения за дугой и формированием сварного шва. Длина выступающей из сопла части электрода обычно равна 2...5 мм при сварке стыковых соединений и до 8 мм при сварке угловых, тавровых соединений. Сварку выполняют при минимальной длине дуги (1...5 мм).

Перемещение электрода и присадочной проволоки должно быть равномерным. Нагретый конец присадочной проволоки не должен находиться за пределами газовой защиты. Поперечные колебания присадки и вольфрамового электрода недопустимы. Как правило, ручную дуговую сварку выполняют «левым» способом. При левом способе сварки горелку перемещают справа налево, а присадочная проволока должна быть впереди горелки. При этом пламя направляют от шва, в этом случае сварщик хорошо видит шов и может обеспечить равномерную ширину и высоту валика, т. е. хороший внешний вид его. Данный способ применяется при толщине металла до 4-5 мм.

Для уменьшения внутренних усилий и деформаций свариваемых узлов, изделий из алюминия и его сплавов при полуавтоматической сварке неплавящимся электродом с присадкой и без неё в аргоне используют те же технологические приемы, что и при РДС покрытыми металлическими электродами сталей и сплавов: сварку от середины к краям; обратноступенчатый способ; сварку “каскадом”, “горкой” и т.п., т.к. длина шва составляет 200 мм, то сварку можно выполнять на проход.

При механизированной сварке сварщик-оператор после установки заготовок в сборочно-сварочном приспособлении проверяет правильность сборки (зазоры, смещение кромок), направление оси электрода вдоль свариваемых кромок, расстояние между торцом электрода и поверхностью заготовок, готовность к работе аппарата. Установив аппарат в начальное (исходное) положение, оператор запускает его. Как правило, в сварочном аппарате после нажатия кнопки “Пуск” предусмотрены: продувка магистрали защитного газа 15...20 с; автоматическое включение осциллятора и отключение его после возбуждения дуги; пуск механизмов перемещения дуги и подачи присадочной проволоки после заданной выдержки времени или при достижении заданного значения сварочного тока. В процессе сварки оператор контролирует параметры режима сварки и положение сварочной дуги относительно свариваемых кромок. Для окончания сварки он использует кнопку “Стоп”. При этом прекращается перемещение аппарата и подача присадочной проволоки. Сварочный ток плавно снижается до обрыва дуги. Подача защитного газа продолжается 25...30 с. после обрыва дуги для защиты нагретого металла и вольфрамового электрода.

При многопроходной сварке, при перекрытии (замыкании) швов или их участков, при механизированной и ручной дуговой сварке необходима тщательная зачистка от окисной пленки поверхности ранее выполненных швов или их участков перед выполнением последующих. (Зачистка проволочными щетками с последующей протиркой спиртом или ацетоном).

Для получения мелкозернистой структуры металла шва охлаждение детали после сварки должно быть замедленным. После остывания сварной шов следует слегка проковать.

Чтобы уменьшить внутренние напряжения деталей из литых сплавов, их после сварки отжигают при 300--350 °С с последующим медленным охлаждением.

5. Мероприятия по технике безопасности и охране труда при полуавтоматической сварке неплавящимся электродом в среде аргона

В нашей стране забота о людях - одна из основных задач, выдвигаемых при организации производственных участков. В связи с этим исключительно большое внимание на отечественных предприятиях уделяется вопросам техники безопасности и охраны труда. Знание правил техники безопасности и охраны труда совершенно необходимо при всех видах электродуговой сварки. Это объясняется тем, что электродуговая сварка при неправильной организации сварочных работ сопровождается рядом явлений, вредно действующих на здоровье сварщиков и окружающих их лиц. К этим явлениям относятся: а) излучения электрической дуги, вызывающие ожог кожи и заболевание глаз; б) поражение электрическим током, приводящее к нервному расстройству, а в некоторых случаях к смерти; в) вынужденное неудобное положение тела сварщика; г) загрязнение воздуха пылью и вредными газами, результатом чего может быть поражение легких и отравление организма; д) разбрызгивание расплавленного металла, нагрев электродов и основного металла, что приводит к ожогам. Действие всех вышеперечисленных факторов может быть полностью ликвидировано. Это возможно при соблюдении правил по охране труда и технике безопасности.

5.1 Защита от излучения электрической дуги

Электрическая сварочная дуга - сильный источник лучистой энергии. Электрическая дуга излучает невидимые инфракрасные, видимые световые и невидимые ультрафиолетовые лучи. Являясь составными частями одного лучевого потока, эти лучи вызывают различные заболевания. Невидимые инфракрасные лучи, особенно при длине волны от 0,00076 до 0,0015 мм и длительном облучении, вызывают общую потерю зрения. Это заболевание носит название катаракта хрусталика. При правильном подборе защитных стекол инфракрасные лучи полностью поглощаются.

Видимые световыё лучи, имея длину волны от 0,00076 до 0,0004, при кратковременном облучении действуют ослепляюще, а при длительном вызывают ослабление зрения. Это объясняется тем, что яркость видимых лучей электрической дуги больше примерно в 10000 раз яркости лучей, которые могут быть переносимы без напряжения незащищенным глазом. Ультрафиолетовые лучи, имея длину волны от 0,0004 до 0,00022 мм, даже при сравнительно кратковременном облучении (в течение нескольких минут) вызывают заболевание глаз. Это заболевание носит название светобоязнь и сопровождается острой болью и слезотечением. Светобоязнь при нормальном исходе проходит через 2-3 дня, не вызывая никаких последствий.

Облучение ультрафиолетовыми лучами в течение 1-3 час вызывает ожог кожи. Ожог кожи наблюдается, главным образом, у сборщиков и у работающих вблизи мест сварки. У сварщиков тело защищается во время работы одеждой, лицо и шея щитком, а руки рукавицами.

Действие ультрафиолетовых лучей уменьшается с увеличением расстояния, и на расстоянии более 10 м сильно ослабевает. Для защиты глаз при сварочных работах на отечественных предприятиях применяются темные стекла марки ЭС. Эти стекла снижают яркость видимой части светового потока электрической дуги, а также поглощают инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Стекла ЭС выпускаются трех номеров: ЭС-100 (самое светлое), применяющееся при сварке на токе до 100 а, ЭС-300, применяющееся при сварке на токе 100-300 а и ЭС-500, применяющееся при сварке на токе свыше 300 а. Стекла ЭС имеют размер 115X52 мм и вставляются в щитки и маски электросварщиков. Стекла ЭС предохраняются от брызг расплавленного металла обычными прозрачными стеклами, которые сменяются по мере загрязнения. Заменять стекла ЭС какими-либо иными стеклами или набором цветных стекол запрещается, так как это может привести к заболеванию глаз.

Для предупреждения ожогов кожи и заболевания глаз под действием лучей электрической дуги необходимо предусматривать, помимо индивидуальных средств защиты, общие средства-Эти общие средства должны надежно предохранять от лучей лиц, окружающих сварщика. К ним относятся: 1) кабины с дверями, закрытыми брезентовыми занавесками, в случае, когда сварочные работы ведутся на одном месте; 2) переносные щиты и ширмы, если сварочные работы носят временный характер. Кроме того, все работники сварочных цехов и работники, имеющие отношение к этим цехам, должны проходить специальный инструктаж, так как заболевание глаз из-за поражения лучами дуги наблюдается чаще у вновь принятых на работу.

На видных местах в сварочных цехах и отделениях необходимо иметь плакаты с надписями: «Береги глаза от света электрической дуги», «Не смотри на электрическую дугу, это приводит к заболеванию глаз», «Смотри на электрическую дугу через защитное стекло марки ЭС».

5.2 Защита от поражения электрическим током

Несмотря на сравнительно низкое напряжение источников сварочного тока при электродуговой сварке, возможно поражение работающих электрическим током. При этом поражение может быть даже смертельным. В связи с этим при электродуговой сварке необходимо строго выполнять правила техники безопасности в отношении защиты от поражения электрическим током. Основные пункты этих правил следующие: сварочные провода на всей длине должны иметь надежную изоляцию.

Их присоединение к контактным болтам клеммных досок источников сварочного тока необходимо производить с помощью наконечников, Электрододержатель должен быть снабжен изолированной рукояткой. Место крепления сварочного провода к держателю также должно быть надежно изолировано. Особенно тщательно следует изолировать части электрододержателя при работе в труднодоступных, а также в сырых местах и при повышенной температуре окружающего воздуха.

Корпус мотора [сварочной машины и кожух сварочного трансформатора должны быть подключены к общей сети заземления медным проводом сечением не менее 6 мм² или стальной шиной сечением не менее 12 мм². Кроме того, у сварочного трансформатора кожух должен быть соединен с магнитопроводом медной шиной сечением не менее 6 мм². Медная шина к магнитопроводу крепится пайкой мягким припоем. К кожуху трансформатора шина крепится болтом для заземления.

Электросварщик не должен самостоятельно производить присоединение сварочной установки к силовой сети, постановку плавких вставок на щите силовой сети, отключать сварочную установку от сети, а также производить ремонт подключенной к сети установки. Все эти работы должны выполняться электромонтерами с соблюдением общих электротехнических правил для силовых установок.

Спецодежда электросварщика должна быть сухой и исправной. Куртка, брюки, фартук и рукавицы должны быть из брезента или сукна. Ботинки или кожаные сапоги должны иметь кожаную подошву, прикрепленную деревянными гвоздями. Резиновые подошвы ботинок и сапог должны быть приклеены путем горячей вулканизации или клеем. Во время работы электросварщик должен находиться на резиновом коврике, сухих деревянных досках, сухом асбесте или другой изоляционной подкладке. При работе в сухих помещениях лампы местного электрического освещения должны питаться током с напряжением не выше 36 в, а в сырых помещениях и закрытых сосудах не выше 12 в.

При работах в сосудах, штольнях, коробках и других труднодоступных местах электросварщик должен иметь подручного. Подручный в случае поражения электросварщика током выключает сварочную установку и оказывает пострадавшему первую помощь. При сильном поражении электрическим током, когда пострадавший не подает признаков жизни, необходимо до прихода врача делать искусственное дыхание до тех пор, пока пострадавший не очнется. Для этого пострадавшего укладывают на спину, под лопатки подкладывают мягкий сверток так, чтобы голова была немного ниже туловища. Ворот, пояс должны быть расстегнуты, рот раскрыт, язык вытянут.

При этом челюсти необходимо разжать куском дерева, деревянной рукояткой инструмента, куском текстолита. После этого оказывающий помощь становится со стороны головы пострадавшего берет руки около локтей, отводит их назад и в этом положении удерживает 2-3 секунды (вдох). Затем руки ведут к груди, прижимают к ней, выдерживают в этом положении 2-3 секунды (выдох), снова отводят назад, повторяя ритмично указанные движения. Выполнение указанных выше пунктов правил техники безопасности позволяет предохранить работающих от поражения электрическим током.

При сварочных работах необходимо всегда помнить, что напряжение в сварочной цепи (особенно при холостом ходе) опасно для жизни человека. Эта опасность возрастает в случае, когда кожа человека влажная или повреждена.

5.3 Защита от газов и испарений

Загазованность и задымленность.

Дым, выделяющийся при сварке - смесь очень мелких частиц и газов. Большинство компонентов выделяющегося при сварке дыма: хром, никель, мышьяк, асбест, марганец, кремний, бериллий, кадмий, окислы азота, хлороокись углерода, акролеин, соединения фтора, оксид углерода, кобальт, медь, свинец, озон, селен, и цинк могут быть чрезвычайно токсичны.

Дым и газы во время сварки образуют следующие составляющие:

частицы свариваемого основного материала или используемого присадочного металла;

частицы покрытия и краски на свариваемом металлическом изделии, или обмазка электродов;

защитные газы; продукты химических реакций в результате воздействия ультрафиолетового излучения

сварочной дуги и выделяющейся теплоты;

компоненты используемых расходных материалов;

загрязняющие примеси в воздухе, например пары чистящих и обезжиривающих средств.

излишняя задымленность может вызвать кратковременное и длительное негативное воздействие на здоровье рабочего персонала:

Опасность вредного воздействия газов

Большую часть выделяющихся или используемых во время сварки газов составляют: озон, азот и моноокись углерода (угарный газ), кроме того выделяются и другие опасные газы - фосфин и фосген. Озон образуется в результате химической реакции под воздействием ультрафиолетового излучения на атмосферный кислород. Озон - это бесцветный газ, сильно раздражающий слизистую и дыхательные пути. Азот (окисел азота) образуется в результате химической реакций атмосферного азота и кислорода под воздействием излучения сварочной дуги и нагретого металла. Азот негативно воздействует на легкие. Угарный газ образуется во время сварки плавящимся электродом в среде активных газов (MAG) в процессе расщепления углекислого газа. Угарный газ останавливает процесс обогащения крови кислородом. Другие негативные факторы воздействия на здоровье персонала

Респираторы

Респираторы должны подбираться соответственно факторам риска. Рекомендуется использовать соответствующие респираторы в любом случае, когда приходиться сталкиваться с канцерогенными веществами (вызывающими рак), присутствующими даже в очень низкой концентрации, а также в случае угрозы жизни или здоровью. При работе в замкнутых пространствах, когда уменьшается содержание атмосферного кислорода, требуется применять автономный дыхательный аппарат.

Сварочное производство является вредным для организма человека, так как сопровождается выбросом тепловой энергии, выделением в воздух пыли и газа, а в некоторых случаях сварка- это еще и сильный шум.

Сварочная пыль - это результат окисления в воздухе испаренного металла, защитного газа, легирующих металлов и флюса. Испарения при контакте сварочной дуги с металлом поднимаются вверх, окисляясь постепенно, превращаясь в мелкую пыль в воздухе. Равномерное распределение микроскопических частиц (2-5 мкм) по помещению существенно затрудняет борьбу со сварочной пылью.

Самые вредные вещества при сварочных работах - это оксиды марганца и кремния, составляющие 40% и 18% от всей части пыли соответственно. Попадая в организм, соединения марганца способны вызывать поражение ЦНС, нарушить работу легких, печени и кровеносной системы. Оксиды кремния, вдыхаемые человеком, также нарушают работу всех многих органов, вредны и соединения хрома и цинка, выделяющиеся, правда, в меньших количествах при сварке.

Кроме того, в воздух выделяется вольфрам и ванадий, железо и алюминий, никель и медь, а также иные элементы, вредное воздействие которых на организм человека доказано медиками. Двуокись азота, выделяемая в воздух в процессе сварки, а также иные окислы азота, приводят к нарушениям в работе кровеносной и дыхательной системы.

Бороться с пылью можно при помощи постоянного проветривания помещения, где проводится сварка, необходимо использовать и специализированное защитное оборудование. Но вредные вещества при сварочных работах, с которыми невозможно справиться проветриванием. Речь идет о лучистой энергии, инфракрасной и ультрафиолетовой радиации. Неправильная организация труда влечет ожоги открытых участков тела и общий перегрев организма. Негативное воздействие на организм оказывает и шум в процессе проведения некоторых мероприятий (плазменно-дуговая резка, сборка, рихтовка).

Эффективно бороться с вредными веществами при сварочных работах можно только правильной организацией рабочего процесса. Необходимо использовать все современные средства индивидуальной защиты и правильно организовывать производственный процесс.

Используемая литература

1. Киселев С.Н. Газоэлектрическая сварка алюминиевых сплавов. - М.: Машиностроение, 2000. - 176 с.

2. Никифоров Г.Д. Металлургия сварки плавлением алюминиевых сплавов - М.: Машиностроение, 2003. - 264 с.

3. Рабкин Д.М., Игнатьев В.Г., Довбищенко И.В., Дуговая сварка алюминия и его сплавов. М.: Машиностроение, 2001. - 95 с.

4. Верховенко В.Л., Справочник сварщика. Мн., 2002.

5. Геворкян В.Г., Основы сварочного дела. М.,1998.

6. Некрасов Ю.И., Справочник молодого газосварщика и газорезчика. М., 1984.

7. Петров Г.Л., Тумарев А.С., Теория сварочных процессов. М., 2004.

8. Стеклов О.И., Основы сварочного производства. М.,1995

9. Технология важнейших отраслей промышленности. / Под редакцией Гимберга А.М., Хохлова Б.А. М., 1995

10. Технология металлов и конструкционные материалы. / Под ред. Б.А. Кузьмина, М., 2003

11. http://www.intertehno.ru/articles/c4/33/

Размещено на Allbest.ru