Технология производства сварочных работ

Электросварка металлов: виды, технологии, особенности

Электросварка является самым популяным на сегодня способом сварки металла. Данный метод основан на использовании электрической дуги для плавления краев. В статье описаны физические процессы, протекающие при электросварочных работах. Приведена классификация видов электросварки и их отличия друг от друга. Описаны причины возникновения дефектов на сварных швах и методы контроля качества сварных соединений.

Что такое электросварка

Если быть точным, то электросварка – процесс жесткого неразъемного соединения металлических заготовок, путем плавления основного и присадочного металлов с их последующей кристаллизацией. Сварочные работы производятся посредством электрического тока в среде защитного газа. В процессе электросварки используется сварочный трансформатор, сварочная головка с присадочным материалом (электродом) и свариваемые между собой детали. От трансформатора на сварочную головку подается положительный заряд электрического тока, на свариваемые детали – отрицательный заряд (заземление).

При поднесении электрода к заземленному металлу под действием электрического тока происходит зажигание сварочной дуги. Электрод разогревается до температуры плавления, расплавляя при этом кромки основного металла обеих соединяемых деталей. Заряженные положительно частицы расплавленного электрода притягиваются к заземленному основному металлу и переходят в сварочную ванну, перемешиваясь с основным металлом. При остывании сварочной ванны перемешанные частицы основного и присадочного металлов кристаллизуются и образуют сварочный шов – он и является монолитным неразъёмным соединением двух металлических деталей.

! Для правильной кристаллизации расплавленного металла в сварочной ванне необходима ее полная изоляция от кислорода. Это достигается за счет подачи в область сварки защитного газа, который вытесняет молекулы кислорода из зоны кристаллизации и обеспечивает получение качественного сварного соединения.

Классификация

В зависимости от способа подачи присадочного материала к сварочной ванне различают следующие типы электросварки.

Ручная дуговая сварка плавящимся электродом

В качестве присадочного материала в данном случае выступает электрод (металлический стержень из калиброванной проволоки длинной 400 – 450 мм и диаметром 2, 3, 4, 5 мм и выше). Защитный газ образуется в результате сгорания обмазки электрода (рутила, целлюлозы и др.). Подача электрода в сварочную ванну осуществляется поступательным движением руки сварщика.

Полуавтоматическая сварка проволокой в газовой среде

В качестве сварочного материала используется сварочная проволока, намотанная на катушку. Диаметр проволоки – 1,2 или 1,6 мм. Катушка вставляется в сварочный полуавтомат с тянущим механизмом, что позволяет подавать проволоку в зону сварки нажатием на установленную на сварочной головке кнопку. В качестве защитного газа выступает подающийся под давлением углекислый газ или аргон.

Автоматическая сварка под флюсом

Намотанная на катушки сварочная проволока большого диаметра (3, 4, 5 мм) непрерывно подается в зону сварки через автоматический подающий механизм. Для защиты от кислорода на сварочную ванну автоматически подсыпается флюс, под слоем которого происходит процесс плавления и кристаллизации.

Виды дефектов сварных швов и причины их возникновения

По требованию нормативных документов механические свойства сварного соединения не должны отличаться от свойств основного металла. Причины появления дефектов вытекают из нарушений технологического процесса сварки, в котором оговорены все требования к сварочным материалам, квалификации сварщика, последовательности наложения сварочных швов, температурные режимы остывания сварного соединения.

К дефектам сварных швов относится:

• деформации основного металла,
• трещины,
• поры,
• свищи,
• непровары,
• подрезы,
• несплавления,
• нарушения геометрии сварного шва и др.

Причины могут быть следующими

• Несоответствие сварочных материалов требованиям технологического процесса. К таким несоответствиям относится: Повышенная влажность обмазки электродов; перед применением электроды должны пройти сушку в термических печах по режиму, предусмотренному технологией. Ржавчина или грязь на сварочной проволоке для автоматической или полуавтоматической сварки; сварочная проволока с отклонениями от ТУ должна проходить механическую очистку на специальных установках. Несоответствие химического состава защитного газа технологическим требованиям.
• Низкий уровень квалификации сварщика. Для подтверждения своего уровня квалификации сварщики заваривают образцы, которые проходят УЗК и МПД контроль, а также механические испытания на растяжение, излом и т.д. По результатам испытания образцов сварщику присваивается соответствующий квалификационный разряд. Разряд исполнителя, требуемый для проведения сварочных работ указывается на титульном листе технологического процесса к каждому сварному узлу. Выполнение сварки менее квалифицированным сварщиком со стопроцентной гарантией приведёт к появлению дефектов.
• Нарушение режимов сварки. В техпроцессе указываются оптимальные режимы настройки сварочного трансформатора, скорость подачи сварочной проволоки, толщина и очерёдность наложения сварочных валиков. Желание исполнителя повысить производительность своей работы за счёт увеличения режимов неминуемо приводит к дефектным сварным соединениям.
• Нарушением режимов остывания сварного узла после сварки. Для образования сварного шва с равномерной структурой без внутренних и наружных трещин остывание должно происходить равномерно со скоростью, оговорённой в технологии. Результат нарушения этого раздела техпроцесса очевиден.

Методы контроля качества сварных соединений

Требования к качеству сварных швов в машиностроении достаточно высоки. Если наружные дефекты можно обнаружить при простом визуальном осмотре сварного шва, то выявление внутренних дефектов возможно только с помощью испытаний и спецоборудования. Основная задача любого метода контроля это определение степени однородности структуры сварного шва и выявление участков с обнаруженными посторонними включениями или пустотами.

Контроль качества сварного соединения может быть следующим:

• Контроль керосином. Такой вид контроля применяется для сварных швов в открытых металлических емкостях, требующих герметичных соединений деталей. В этом случае с одной стороны шов покрывается водным раствором мелового порошка. После высыхания мела с другой стороны шва наносится керосин. Через некоторое время при наличии дефектов в сварном соединении керосин проступает через них и образует темные пятна на меловом покрытии. Дефектные участки шва выбираются механическим путём и перевариваются. После чего проводится повторный контроль керосином.
• Контроль давлением. Используется для контроля сварных соединений закрытых емкостей. Входные отверстия закрытой емкости герметично закрываются и вовнутрь подаётся сжатый воздух с избыточным давлением. Если на протяжении определённого времени стрелка манометра не показывает снижение давления внутри емкости, то все швы считаются годными. Если давление падает, то дефектные участки выявляют с помощью обмыливания мыльным раствором и исправляют.
• Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) – применяется при выявлении наружных дефектов сварного шва. Зачищенное до металлического блеска сварное соединение покрывается специальным раствором – индикатором и просвечивается лампой с ультра-фиолетовым излучением. В случае обнаружения повышенной концентрации раствора – индикатора дефектный участок бракуется и подлежит исправлению.
• Ультразвуковой контроль (УЗК) – применяется для обнаружения внутренних дефектов и основан на принципе изменения длины звуковой волны при прохождении через материалы различной плотности. Изменение длины волны при прохождении через дефектный участок фиксируется прибором и определяется глубина залегания некачественного наплавленного металла.
• Рентгеноскопия. Метод контроля применяется для сложнодоступных сварных швов, к которым другие методы контроля невозможны. При прохождении через сварной шов рентгеновских лучей дефектные участки с отличной от основного состава плотностью проявляются на рентгеновском снимке. По форме и размерам дефектного участка определяется природа появления дефекта и принимается решение о браковке или разбраковке сварного соединения.

Если вас интересует сварка нержавейки, черных и цветных металлов с соблюдением стандартов качества, то компания ЗАО «Завод Пиляко» готова предложить свои услуги. Наши профессиональные сварщики проведут сварочные работы в соответсвии с самыми строгими технологичекими требованиями. Мы осуществляем ручную дуговую сварку, полуавтоматическую в газовой среде, а также аргоновую TIG (ТИГ)-сварку. Будем рады сотредничеству!

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов, сплавов и других однородных или разнородных материалов в результате образования атомно-молекулярных связей между частицами соединяемых заготовок.

Для получения сварного соединения требуется сблизить соединяемые поверхности на расстояния, в пределах которых начинают действовать межатомные силы сцепления, и создать необходимые для возникновения межатомных или межмолекулярных связей условия: определенные температуру, время контакта и качество поверхности. Указанные условия реализуются различными способами сварки путем энергетического воздействия на материал в зоне сварки. Энергия вводится в виде теплоты, упруго-пластической деформации, электронного, ионного и других видов облучения. В результате поверхностные атомы свариваемых материалов (металлов и кристаллических неметаллических материалов) образуют общие для соединяемых заготовок кристаллические решетки, а на поверхности пластмасс происходит объединение частей молекулярных цепей. Прочность и другие свойства сварных соединений определяются свариваемостью материалов.

Свариваемость — свойство материалов образовывать при установленной технологии сварки сварные соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Свариваемость определяется типом и свойством структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных металлов и сплавов в месте соединения, как правило, образуется структура, идентичная или близкая структуре заготовок. Этому случаю соответствует хорошая свариваемость материалов.

При сварке разнородных материалов в зависимости от различия их физико-химических свойств в месте соединения образуется твердый раствор с решеткой одного из материалов либо химическое или интерметаллидное соединение с решеткой, резко отличающейся от решеток исходных материалов. В этом случае материалы относятся к категории удовлетворительно или плохо сваривающихся.

По методу объединения поверхностей соединяемых заготовок различают способы сварки плавлением и давлением.

Сварка плавлением осуществляется местным расплавлением кромок свариваемых заготовок (при необходимости присадочного материала) с образованием общей сварочной ванны расплавленного материала, после затвердевания которой образуется соединение в виде сварного шва. К сварке плавлением относятся: дуговая сварка, электрошлаковая, газовая, плазменная, лучевая и др.

Сварка давлением осуществляется путем совместной пластической деформации соединяемых заготовок при температуре ниже температуры плавления. В процессе деформации происходит разрушение окисных пленок и частичное удаление их из зоны контакта. В результате обеспечиваются плотный контакт между заготовками и условия для возникновения межатомных связей. К сварке давлением относятся: контактная, газопрессовая, диффузионная, термокомпрессорная, ультразвуковая, взрывом, трением и холодная.

Впервые сварка металлов плавлением была осуществлена в России в конце XIX столетия инженерами Н.Н. Бенардосом и Н.Н. Славяно- вым, предложившими практически пригодные способы сварки с использованием электрической дуги. Н.Н. Бенардос в 1882 г. использовал электрическую дугу для сварки и резки металлов с использованием угольного электрода, Н.Н. Славянов в 1888 г. разработал способ дуговой сварки металлическим электродом.

В 1877 г. в США Томсоном был запатентован способ стыковой сварки сопротивлением, основанный на нагреве поверхностей контакта между заготовками при прохождении электрического тока.

В 1897 г. Н.Н. Бенардос запатентовал устройство для точечной контактной сварки, в котором в качестве электродов были использованы угольные стержни.

Газовая сварка разработана во Франции. В 1895 г. химик Ле-Ша- телье получил ацетиленокислородное пламя, а в 1902 г. инженеры Пикар и Фуше создали промышленные газовые горелки.

Родоначальником автоматической дуговой сварки под флюсом стал академик Е.О. Патон, возглавлявший Институт электросварки АН УССР.

В настоящее время сварка развивается в направлении совершенствования ранее известных способов и разработки новых эффективных способов с применением современных источников энергии, таких как электронный луч, высокотемпературная плазма, ультразвук и т.д. В последнее время для сварки начали применять оптические квантовые генераторы — лазеры. Большое внимание уделяют разработке и совершенствованию способов сварки материала в твердом состоянии без расплавления: холодной, диффузионной в вакууме, термокомпрессорной, взрывом и т.п.

Широкое применение сварки объясняется следующими ее технико-экономическими преимуществами:

• • экономией металла и ускорением производственного процесса по сравнению с другими способами соединения заготовок (так, замена литых и кованых конструкций на прокатно-сварные позволяет экономить металл до 40—50% от массы изделия);
• • возможностью получать рациональные конструкции из различных профилей проката;
• • большим экономическим эффектом при ремонтных работах по исправлению и восстановлению изношенных деталей, а также при исправлении брака литья.

Особенности сварочного производства на предприятии

Во многих отраслях необходимы сварочные работы, их можно встретить буквально повсюду: от ремонта инженерных коммуникаций до изготовления космических кораблей. Поэтому старые сварочные предприятия продолжают функционировать и вслед за ними открываются новые заводы. При этом возрастает нехватка грамотных специалистов, выполняющих работу качественно и быстро. К новым сотрудникам предъявляются строгие требования, которые постоянно усложняются.

Но это лишь одна из особенностей, если мы говорим про производство сварочных работ. В данном материале мы расскажем вам все основы сварочного производства и поведаем, какими навыками должен обладать человек, выбравший специальность «сварочное производство». Кто знает, быть может после прочтения вы поймете, куда поступать и кем работать.

Организация производства

С организации начинается все. Вы можете нанять профессионалов, закупить качественные материалы, установить передовое сварочное оборудование. Но если работу организовать неправильно, то все достоинства квалифицированных кадров и современной техники не будут иметь никакого смысла. Так что начнем именно с организации.

Итак, сварка может осуществляться на двух типах объектов: это может быть строительно-монтажный или ремонтный объект за пределами цеха, а может быть отдельно стоящий завод. Считается, что работа на заводе более благоприятна. Сотрудники работают в отапливаемых и вентилируемых цехах, в их распоряжении зачастую более технологичное оборудование.

В процессе работы те же сварщики могут сосредоточить свое внимание на качестве получаемого шва, на соблюдении технологии сварки и так далее. В отличие от работников, выполняющих ремонт на улице, которым может мешать неблагоприятная погода, недостаточная технологичность их оборудования и многие другие факторы. Тем не менее, на обоих объектах всегда требуются профессиональные мастера.

Также есть еще одно отличие. Зачастую работникам «на выезде» даются индивидуальные задачи и каждый из них сам отвечает за результат. В лучшем случае к ним приставят прораба или другого руководителя, чтобы тот следил за ходом работ. На заводе все гораздо сложнее.

Во-первых, сварка в пределах цеха более универсальна. В цеху можно выполнить сварку любого уровня сложности, так что при выполнении особо ответственных работ необходима соответствующая организация. Трудятся сварщики первого уровня, главные сварщики, технологи и инженеры. Все они работают по конвейерному типу, т.е. один сотрудник выполняют порученную ему часть работ и передает ее следующему по уровню сотруднику (от сварщика к главному сварщику, от главного сварщика к технологу и так далее).

Как вы понимаете, при такой работе неизбежен человеческий фактор. Также при большом количестве ответственных лиц одно из них может выполнить работу недостаточно качественно, из-за чего пострадает вся производственная цепочка. Здесь могут возникнуть абсолютно любые проблемы. Начиная с того, что сварщики неправильно подобрали режим сварки, заканчивая специалистами по контролю качества, которые не смогли выявить скрытые дефекты и выпустили на рынок бракованное изделие.

Также на производстве помимо самой сварки нужно выполнить ряд других работ. Например, разработать проект производства сварочных работ и в целом составить подробный пакет технической документации. Это требует не только знаний, но и опыта. Такую работу поручают инженерам. Именно они составляют чертежи и технологические карты, подбирают оптимальные режим сварки и комплектующие для выполнения работы. Вся документация утверждается, проверяется другими специалистами и только после этого попадает в руки главному сварщику, который уже раздает указания сварщикам первого уровня.

В конечном итоге, организация сварочного производства, разработка документации и прочие этапы должны привести к одному результату — выполнению качественного и долговечного сварного соединения. Да, столько нюансов необходимо соблюсти, чтобы просто выпустить одно изделие.

Техническое оснащение

Основы сварочного производства не заканчиваются на организации. Ведь помимо сотрудников на рабочем месте присутствует еще и оборудование. Базовый комплект состоит из инвертора, трансформатора и выпрямителя. Таким оборудованием должно комплектоваться любое производство, даже самое маленькое.

Подобный набор оборудования обусловлен его универсальностью. С помощью инвертора даже новички смогут правильно зажечь дугу и сформировать шов. С помощью трансформатора профессиональные мастера смогут генерировать любое значение тока. А с помощью выпрямителя можно добиться более качественного соединения.

Если производство более-менее крупное, то в распоряжении сварщиков будут более технологичные аппараты. Они могут обладать особыми функциями или вовсе выполнять всю работу, практически не требуя присутствия человека. Такой процесс называется автоматизацией. Давайте остановимся на этом подробнее.

Механизация и автоматизация сварочного производства — необходимая мера, если завод намерен стабильно выпускать большое количество продукции. За счет технологического прогресса мы получили возможность изготавливать современные «умные» сварочные аппараты, упрощающие ручной труд сварщика. Простейший пример автоматизации — полуавтоматический сварочный аппарат, подающий проволоку в сварочную зону с помощью специального механизма, вместо того, чтобы подавать ее вручную.

Не забывайте, что оборудование и технология сварочного производства всегда взаимосвязаны. И если на предприятии планируют использовать современные технологии сварки, то и оборудование должно быть соответствующим. В последние годы механизация сварочного производства достигла невероятных высот. На заводах все чаще встречаются полностью роботизированные сварочные аппараты, работающие по заданной заранее программе. Такие роботы вообще не требуют присутствия сварщика на рабочем месте.

Требования к работникам

Не нужно забывать и о работниках. Ведь именно от их профессионализма зависит конечный результат.

Начнем со сварщиков. Это первый уровень сварочного производства. На производстве их может быть от двух человек до бесконечности. При этом у каждого сварщика есть свой разряд и специальное удостоверение, в котором указано, к какому типу работ может быть допущен тот или иной сварщик. Обычно, сварщикам самого низкого разряда доверяют выполнение простейших операций, не требующих большого опыта и особых навыков.

Далее идут главные сварщики. Они почти не занимаются сваркой, скорее контролируют работу сварочной бригады, состоящей из сварщиков первого уровня. Главные сварщики раздают указания касаемо необходимых объемов работ, проводят инструктажи и так далее. Это второй уровень сварочного производства.

За ними идет техник или технолог. Он относится к третьему уровню. Техник сварочного производства следит за всем сварочным процессом, контролирует всех сварщиков и отвечает за контроль качества сварных соединений.

На последнем четвертом уровне находятся инженеры. От них зависит вообще все. Если инженер допустит ошибку, то она «аукнется» на всех остальных уровнях и приведет к браку. Инженеры составляют всю документацию и решают, как будет производиться сварка. Именно здесь на сварочное производство высшее образование является просто необходимостью.

Все сотрудники, от сварщиков до инженеров, должны раз в несколько лет сдавать специальный экзамен от НАКС. Также рекомендуется проходить постоянные курсы повышения квалификации, чтобы не пропустить появление новой технологии сварки.

Вместо заключения

Сварочное производство — сложный процесс, состоящий из множества людей и этапов. Именно по этой причине важно знать и понимать нюансы работы каждого сотрудника, чтобы избежать ошибок. Желаем удачи в работе!

Технология производства сварных конструкций — особенности и основные этапы

Содержание:

Сварные металлоконструкции давно нашли свое применение в строительной отрасли, в машиностроении, в автомобильной промышленности и в других сферах производства. С каждым годом производство сварных конструкций показывает все увеличивающиеся темпы развития — и причина этого состоит в том, что потребители поняли все преимущества металлических конструкций, произведенных с помощью сварки.

К достоинствам сварных конструкций относится:

• высокое качество и прочность соединения;
• надежность;
• удобство применения;
• долгий срок службы;
• небольшой вес;
• экономия металла.

Если же говорить о недостатках сварных металлических конструкций, то к ним можно отнести неустойчивость металла к коррозии. Но современные технологии изготовления металлоконструкций и способы обработки металла позволяют легко справиться с этой проблемой.

Особенности сварных конструкций.

1. Сварные конструкции характеризуются максимально прочным соединением отдельных деталей между собой, так как технология производства сварных конструкций основана на слиянии частей конструкций в единое целое на молекулярном уровне. Металл на краях деталей расплавляется до жидкого состояния, и таким образом происходит обмен молекулами. В результате получается конструкция по своей прочности максимально близкая к прочности цельной детали.
2. Еще одной особенностью сварных конструкций является то, что для их изготовления требуется меньше метала, чем для изготовления конструкций, соединенных с помощью заклепок или литых соединений. Причем, экономия может достигать довольно значительных объемов — до 20%, а это значит, что сварное соединение можно считать эффективным не только с точки зрения расхода материалов, но и с точки зрения стоимости всей металлоконструкции. То есть получается, что изготовление металлоконструкций с помощью сварного соединения экономически обладает большей рентабельностью, чем любые другие конструкции.
3. Имеется у сварных конструкций и еще одна отличительная черта, логично вытекающая из предыдущей особенности — они весят меньше, чем конструкции, сделанные методом литья или собранные с помощью заклепочного соединения. И при этом по своей прочности они ничуть не уступают, а даже превосходят эти виды конструкций.

Технология изготовления сварных конструкций.

Технология производства сварных конструкций включает в себя несколько основных этапов. Для изготовления подобных металлоконструкций можно применять различные методы сварки — от автоматической и полуавтоматической до ручной электродуговой. Сварка может вестись в среде защитных газов, под флюсом и т.д. Способы сварных соединений также могут быть различными — тавровыми, торцевыми, стыковыми, угловыми и т.д.

Первым этапом производства сварных конструкций является подготовка всей технической документации, необходимой для создания детали, к которой предъявляются определенные требования.

Также важным этапом производства сварных конструкция является подготовка отдельных деталей к сварке. И здесь самое большое внимание следует уделять подготовке кромок деталей. Кромки стачиваются под определенным углом — и сделать это можно как с помощью шлифовальной машины, так и при помощи обычного напильника. Форма разделки кромок также может быть различной, но наиболее эффективной считается Х-образная разделка. Дело в том, что именно такой подход к разделке кромок может гарантировать максимально низкий объем наплавленного металла, получаемого в процессе разогрева кромок деталей, а это значит, что и качество получаемого соединения будет выше.

Одним из важных этапов при производстве сварных конструкций является их сборка. Это не только процесс, который требует большого внимания, но и работа, обладающая большой трудоемкостью — например, если производство конструкции носит индивидуальный характер, то процесс сборки может занимать до 50% всего времени ее изготовления. Дело в том, что именно от качества сборки зависит дальнейшее качество всего сварного соединения. Основными требованиями, предъявляемыми к сборке сварной конструкции, являются:

• точное соответствие размерам, указанным в проектной документации
• правильное расположение зазоров и их постоянные размеры
• точное расположение деталей конструкции, в полном соответствии с проектной документацией
• точность плоскостей конструкции и углов, под которыми они пересекаются
• обеспечение минимально возможного допуска смещения деталей, если производится их стыковое соединение.

В заключении нужно отметить, что разработка технологии производства сварной конструкции производится индивидуально для каждой отдельной подобной конструкции в соответствии с технической документацией, требованиями, предъявляемыми к готовому изделию, а также имеющимся в распоряжении производителя оборудованием.