Сварочным постом называется рабочее место сварщика, укомплектованное оборудованием для выполнения сварочных работ - источником питания, сварочными проводами, электрододержателем, защитным щитком, приспособлениями для сборки и сварки, вспомогательными инструментами.
Сварочные посты могут быть стационарными и передвижными.
Стационарные посты располагаются в цехе, преимущественно в отдельных сварочных кабинетах, в которых сваривают изделия небольших размеров. Стенки кабин могут быть изготовлены из тонкого металла, фанеры, брезента. Фанера и брезент должны быть пропитаны огнестойким составом, например раствором алюмокалиевых квасцов. Каркас кабины изготовляют из стальной трубы или уголка. Пол в кабине должен быть выложен из огнестойкого материала (кирпича, бетона, цемента). Стены окрашивают в светло-серый цвет красками, хорошо поглощающими ультрафиолетовые лучи. Освещенность кабины должна быть не менее 80 лк. Кабину оборудуют местной вентиляцией с воздухообменом 40 м³/ч на каждого рабочего. Детали сваривают на рабочем столе высотой 0,5-0,7 м. В ряде случаев на столе устанавливают различные приспособления для сборки и сварки изделий. Если выполняются однотипные работы, то стол заменяют манипулятором или другим приспособлением, на котором изделия собираются и свариваются в удобном для сварщика положении. В зависимости от свариваемых материалов и применяемых электродов для ручной дуговой сварки применяют источники переменного или постоянного тока с крутопадающей характеристикой. В кабине устанавливают рубильник или магнитный пускатель для включения источника сварочного тока. Передвижные сварочные посты, как правило, применяют при монтаже крупногабаритных изделий (трубопроводов, металлоконструкций, сосудов) и ремонтных работах. При этом часто используют переносные источники питания. Для защиты рабочих от излучения дуги служат щиты. Чтобы предохранить сварочный пост от дождя и снега, используют навесы, а на монтаже - передвижные машинные залы.
Оборудование сварщика. Для нормальной работы сварщик должен быть обеспечен следующим оборудованием. Защитные щитки и маски. Для предохранения глаз и кожи лица сварщика от вредного влияния излучения электрической дуги и брызг расплавленного металла используют щитки и маски, которые изготовляют из легкого токонепроводящего материала (фибры, спецфанеры). Светофильтры. Для защиты от вредных излучений применяют светофильтры типа С темно-зеленого цвета. Зеленый цвет светофильтров благоприятно действует на органы зрения, не утомляет их и улучшает общее самочувствие сварщиков. Существуют 13 классов светофильтров типа С для сварки на токах 13-900 А, что позволяет точнее подобрать необходимую оптическую плотность светофильтра в зависимости от сварочного тока и вида сварки и обеспечить оптимальный яростный контраст, снизить напряжение и утомление глаз сварщика. Размеры светофильтров – 520102 мм. Светофильтр вставляют в рамку щитка. Щитки комплектуются стеклом для защиты светофильтра от брызг металла и защитным оргстеклом, которое необходимо 2-3 раза в месяц заменять новым. Сварка покрытыми электродами при токе 100 А выполняется со светофильтром С5, 200 А-С6, 300 А-С7, 400 А-С8, 500-600 А - С9 и т.д. При сварке плавящимся электродом тяжелых металлов в инертном газе пользуются светофильтром на номер меньше, а легких металлов – на номер больше по сравнению со светофильтром для сварки покрытыми электродами. Сварка в СО2 на токах 50-100 А выполняется со светофильтром С1, 100-150 А-С2, 150-250 А-С3, 250-300 А-С4, 300-400 А-С5 и т.д.
Инструмент сварщика. Электрододержатели. Основным рабочим инструментом сварщика при ручной дуговой сварке является электрододержатель, который предназначен для закрепления электрода и подвода к нему сварочного тока. Используются пассатижные (ЭП и ЭД), рычажные (ЭР), защелочные (ЭДС и ЭУ), винтовые (ЭВ) и другие электрододержатели. Сварочные кабели. Для подвода тока к электрододержателю и изделию от источника питания применяют гибкие кабели марок РГД, РГДО и РГДВ. Длина гибкого кабеля, к которому подсоединен электрододержатель, обычно равна 2-3 м, остальная его часть может заменяться кабелями марок КРПГН, КРПНТ и КРПСН. Применять кабель длиной более 30-40 м не рекомендуется, так как это вызывает значительное падение напряжения в сварочной цепи, что отрицательно сказывается на качестве сварки. Кабель, соединяющий свариваемое изделие с источником питания, может быть более жестким и менее дорогостоящим, например ПРН. Сечение сварочных кабелей выбирают в зависимости от тока дуги и допустимых нагрузок. Например, площадь сечения одножильного кабеля для сварочного тока 200 А берут 40 мм², 300 А-70 мм², 400 А-120 мм². Для разъемного соединения сварочных кабелей применяют соединительные муфты МС-2, МСБ-2, М-315, М-500. Неразъемно кабели соединяют с помощью специального соединителя ССП-2, который состоит из токоподвода, покрытого изоляционным материалом, и винтов, зажимающих сварочный кабель. К источнику питания сварочные кабели подключают медными кабельными наконечниками или присоединительной муфтой МС-3. Обратный кабель к заземляемому изделию присоединяется клеммами заземления КЗ-2. Комплекты. Промышленностью выпускаются три вида комплекта для электросварщика: КИ-125, КИ-315, Ки-500. В каждый комплект входят: муфта соединительная М-315 или М-500, электрододержатель типа ЭД со сварочным кабелем, запасные части к электрододержателю, стекла и светофильтры для щитка или маски сварщика, зажимы контактные, шлакоотделитель, металлическая щетка. Кроме того, для сварщиков изготовляются наборы инструментов ЭНИ-300 и ЭНИ-300/1. В каждом таком наборе имеются: электрододержатель с запасными частями, соединительная муфта, клемма заземления, щетка-зубило, отвертка с диэлектрической ручкой, две диэлектрические ручки, плоскогубцы комбинированные, ключ гаечный разводной, клеймо сварщика, молоток, два защитных светофильтра, стекло покровное для щитка или маски сварщика, отрезок кабеля марки РГД длиной 3 м. Набор размещается в металлическом ящике размером 415х290х80мм.
Дополнительный инструмент сварщика. На рабочем месте сварщик должен иметь: стальную щетку для зачистки кромок изделия перед сваркой и удаления с поверхности швов остатков шлака, молоток-шлакоотделитель для удаления шлаковой корки и брызг металла, зубило, набор шаблонов для контроля размеров швов, личное клеймо, метр, отвес, стальную линейку и угольник. Для зачистки шва и околошовной зоны используют шлифовальную машинку (КПМ-37) с набором абразивных кругов и металлических щеток. Инструменты и электроды хранятся в специальных ящиках, сумках или пеналах. Для сушки электродов служат специальные пеналы, подключаемые к сварочному источнику тока.
Электрическая сварка плавлением. Дуговая сварка. Сварочной дугой называется устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной газовой среде или среде паров между двумя электродами или электродом и деталью, использующимися при сварке. Сварочная дуга характеризуется большой плотностью тока и высокой температурой.
Для поддержания такого разряда нужной продолжительности необходимо иметь в промежутке между электродами электрически заряженные частицы - электроны, а также положительные и отрицательные ионы. Процесс образования ионов и электронов называется ионизацией, а газ, содержащий электроны и ионы,- ионизированным. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Ионизированный газ концентрируется в объеме около 1 см³. Но и в этом небольшом пространстве различают три области. Две из них – катодная и анодная – пограничные между электродами и ионизированным газом. В этих областях наблюдается значительное падение напряжения, вызванное образованием около электродов пространственных зарядов (скоплением заряженных частиц). На поверхности анода и катода образуются электродные пятна, через которые проходит сварочный ток. Электродные пятна выделяются яркостью свечения. Третью областью, расположенную между катодной и анодной областями, называют столбом дуги. Для питания дуги переменным током применяют сварочные трансформаторы, при постоянном токе-сварочные генераторы или сварочные выпрямители.
Дуговая сварка классифицируется по следующим признакам:
- виду электрода (плавящийся и неплавящийся)
- по виду дуги (свободная или сжатая)
- по характеру воздействия дуги на основной металл (прямого или косвенного действия, трехфазной дугой).
Дуговая сварка покрытыми электродами. Плавящиеся электроды подразделяются на штучные, проволочные и ленточные. Они применяются как сплошного сечения, так и порошковые. Неплавящиеся электроды подразделяются на вольфрамовые, угольные и графитовые. Дуговую сварку производят постоянным током прямой и обратной полярности, переменным током как промышленной, так и повышенной частоты и пульсирующим током. При этом сварка может быть выполнена как одно-, двух– и многодуговая (с раздельным питанием каждой дуги), так и одно-, двух– и многоэлектродная (с общим подводом сварочного тока). Ручная дуговая сварка может производиться неплавящимся и плавящимся электродами. Первый способ осуществляют следующим образом. Свариваемые кромки изделия приводят в соприкосновение. Между неплавящимся (угольным, графитовым) электродом и изделием возбуждают дугу. Кромки изделия и вводимый в зону дуги присадочный материал нагреваются до плавления; образуется ванночка расплавленного металла. После затвердения металл ванночки образует сварной шов. Этот способ используется при сварке цветных металлов и их сплавов, а также при наплавке твердых сплавов. Второй способ, выполняемый плавящимся электродом, является основным при ручной дуговой сварке. Электрическая дуга возбуждается между металлическим электродом и свариваемыми кромками изделия. Теплота дуги расплавляет электрод и кромки изделия. Получается общая ванна расплавленного металла, которая, охлаждаясь, образует сварной шов. Существенным недостатком данной сварки является малая производительность процесса и зависимость качества сварки от квалификации сварщика.
Дуговая сварка под флюсом. Горение электрической дуги происходит между плавящимся электродом и деталью под слоем сварочного флюса, полностью закрывающего дугу и сварочную ванну от взаимодействия с воздухом. Выполнение автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом путем механизации осуществляется путем основных движений, выполняемых сварщиком при ручной сварке, - подачи электрода вдоль ее оси в зону дуги и перемещения его вдоль свариваемых кромок изделия. При проведении полуавтоматической сварки механизирована подача электрода в зону дуги, а перемещение электрода вдоль свариваемых кромок сварщик производит вручную. При автоматической сварке механизированы все операции, необходимые для процесса сварки. Жидкий металл сварочной ванны защищают от воздействия кислорода и азота воздуха расплавленным шлаком, образованным от плавления флюса, подаваемого в зону дуги. После затвердевания металла сварочной ванны образуется сварочный шов. Недостатком процесса сварки является трудность сварки деталей небольших толщин, выполнения коротких швов и швов в основных положениях, отличных от нижних.
Дуговая сварка в защитных газах. Горение электрической дуги происходит в среде специально подаваемых в зону сварки защитных газов. Дуговая сварка в защитном газе выполняется неплавящимся (вольфрамовым) или плавящимся электродом. В первом случае сварной шов формируется за счет металла расплавляемых кромок изделия. Во втором случае в зону дуги подается присадочный металл. Тогда подаваемая в зону дуги электродная проволока расплавляется и участвует в образовании сварного шва. Защиту расплавленного металла от окисления и азотирования осуществляют струей защитного газа, оттесняющего атмосферный воздух из зоны дуги. Сварка выполняется ручным, механизированным или автоматическим способом. Сварка в защитных газах отличается широким разнообразием и применяется для широкого круга металлов и сплавов.
Электрошлаковая сварка. Электрошлаковая сварка является бездуговым процессом. Данная сварка осуществляется путем сплавления металла свариваемых кромок изделия и электрода теплотой, выделяемой током при прохождении через расплавленный шлак. Шлак защищает расплавленный металл от воздействия воздуха. Формирование сварного шва осуществляется с помощью движущихся вдоль кромок медных ползунов с водяным охлаждением. Выполнение сварки происходит чаще всего при вертикальном положении свариваемых деталей с зазором между ними. Для формирования шва по обе стороны зазора устанавливают медные ползуны-кристаллизаторы, охлаждаемые водой. Электрошлаковую сварку применяют для соединения деталей больших толщин (20-1000 мм и более).
Специальные виды сварки. Электронно-лучевая сварка. Электронно-лучевая сварка производится путем использования кинетической энергии концентрированного потока электронов, движущихся с большой скоростью в вакууме. Высокий вакуум, образуемый в сварочной камере, позволяет значительно снизить потери кинетической энергии электронов и обеспечивает химическую и тепловую защиту катода и свариваемого изделия. При этом раскаленный вольфрамовый катод, размещенный в фокусирующей головке, излучает поток электронов. Под действием высокого напряжения (30-100 кВ) межу катодом и ускоряющим электродом (анодом) поток электронов приобретает значительную кинетическую энергию. После этого при помощи магнитной линзы поток электронов фокусируется в узкий луч, который с помощью магнитной отклоняющей системы направляется точно на свариваемые кромки изделия.
Питание установки осуществляется высоковольтным источником постоянного тока.
Плазменная сварка. Плазменной сваркой называют сварку плавлением, при которой нагрев производится сжатой дугой. Основана данная сварка на использовании струи ионизированного газа – плазмы, содержащей электрически заряженные частицы и способной проводить ток. Различают плазменную струю прямого и косвенного действий. Плазмообразующий газ (аргон, азот, водород), подаваемый в сопло плазмотрона, сжимает столб дуги, горящей между вольфрамовым электродом и свариваемым изделием. При этом происходит значительное повышение температуры столба дуги и ионизации плазмообразующего газа. Струей нагретого до 10 000-20 000 К ионизированного газа – плазмы – сваривают самые различные тугоплавкие сплавы, металлы и неметаллические материалы, в том числе и неэлектропроводные. Энергия дуговой плазменной струи зависит от сварочного тока, напряжения, расхода газа, скорости сварки и других параметров. Источники питания дуги должны иметь рабочее напряжение более 120 В. Плазмообразующий газ служит также для защиты расплавленного металла от атмосферного воздуха. Иногда для защиты расплавленного металла подают отдельную струю более дешевого газа, который, имея более низкую температуру, одновременно охлаждает сопло плазмотрона. В некоторых типах плазмотронов применяют водяное охлаждение.
Лазерная сварка. Лазерная сварка основана на том, что при большом усилении световой луч способен плавить металл. Для получения такого луча применяют устройства, называемые лазерами. Схема действия рубинового лазера такова. Искусственный рубиновый кристалл расположен в кварцевой трубке, которая представляет собой спиральную газоразрядную лампу, наполненную газом ксеноном. При замыкании выключателя происходит разряд высоковольтного конденсатора и в кварцевой лампе появляется вспышка света, в результате чего рубиновый кристалл испускает импульс мощного светового луча. Импульсы светового луча фокусируются и направляются в зону сварки. Сварка ведется как бы отдельными точками, перекрывающими друг друга.
