Охрана труда и техника безопасности при производстве газосварочных и электросварочных работ

 

Заключение

Сварочная техника и  технология развиваются всё быстрее  и быстрее, подчиняясь скорости нового времени. Совершенствуются уже давно  известные приёмы сварки и осваиваются  новые. Металлы, которые считались  несвариваемыми (например, титан и вольфрам), теперь поддаются сварке.

С внедрением передовых  технологий совершенствуются методы сварки металлов и сплавов, которые плохо  поддаются обработке сваркой. В  числе таких материалов и чугуны. Возможность воздействовать на строение чугуна, варьируя химический состав, условия кристаллизации и термической обработки делает чугун универсальным литейным материалом с широким спектром эксплуатационных свойств. Однако, вместе с тем этот сплав весьма хрупкий и непрочный, что предполагает использование сварки в ремонтных целях. О способах, приёмах и материалах для сварки чугуна я рассказал (надеюсь, достаточно объёмно), в своей дипломной работе. Безусловно, время не стоит на месте, и доказательством этому служит создание новых, гораздо более эффективных способов сварки (это относится не только к сварке чугуна).

И в заключение, я хочу сказать: каким бы совершенным не было оборудование и технологии, ничто  не сможет заменить человека – его  знаний, мастерства, навыков и искренней  преданности своему делу. Ведь даже при высокой степени автоматизации остаётся ещё много работ, недоступных для выполнения разного рода автоматам и роботам (и речь идёт не только о сварке).

 

Литература

1) Беккер А.А., Агаев  Т.В. Охрана и контроль загрязнения  природной среды. С.-П.: Гидрометиздат, 2003.

2) Болховитов Н.Ф. Металловедение  и термическая обработка. М.: Машгиз, 2003.

3) Глизманенко Д.Л.  Сварка и резка металлов. М.: Высшая  школа, 2002.

4) Голицын А.Н. Основы  промышленной экологии. М.: Академия, 2002.

5) Лашко Н.Ф., Лашко-Авакян С.В. Металловедение сварки. М.: Машгиз, 2002.

6) Рыбаков В.М. Дуговая  сварка. М.: Высшая школа, 2003.

7) Соколов И.И. Дуговая  сварка и резка металлов. М.: Высшая  школа, 2003.

8) Яковлев А.П., Фоминых  В.П. Электросварка. М.: Высшая  школа, 2002.

 

 

 

Сварочные свойства чугуна

 

 

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом (содержание углерода более 2%) и относится к группе плохо сваривающихся металлов. Плохая свариваемость чугуна объясняется высоким содержанием углерода, а также серы и фосфора. Содержание серы в чугуне допускается до 0,15%, а фосфора — до 0,5%.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают два вида чугуна: серый и белый. Серый чугун  имеет в изломе серый цвет. Большинство  отливок изготовляют из серого чугуна. Серый чугун хорошо обрабатывается резанием. В белом или отбеленном чугуне весь углерод находится в химическом соединении с железом в виде цементита (Fe₃C) Цементит очень тверд и хрупок, поэтому белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью и не поддается обработке обычным режущим инструментом. В изломе белый чугун имеет белый цвет. Если белый чугун подвергать длительному отжигу (томлению), то цементит в чугуне распадается и углерод выделяется в свободном состоянии.

Чугун, полученный путем отжига из белого чугуна, называют ковким. В отличие от серого чугуна в ковком чугуне углерод находится не в виде пластинчатого графита, а в виде хлопьевидного. Ковкий чугун хорошо обрабатывается режущим инструментом и по сравнению с серым чугуном обладает более высокими механическими свойствами, в особенности пластичностью и вязкостью.

В промышленности получил большое  применение высокопрочный и легированный чугун. В высокопрочном чугуне углерод  находится в виде шаровидного  графита. Этот чугун обладает высоким  пределом прочности (40—60 кгс/мм²), а также достаточной пластичностью. Легированный чугун в отличие от обычного содержит в своем составе один или несколько легирующих элементов.

Чугун сваривают обычно только при  ремонтно-восстановительных работах  и при исправлении дефектов в чугунных отливках. Основные факторы, затрудняющие сварку чугуна, следующие:

образование трещин в околошовных  зонах в процессе сварки и при  охлаждении после сварки, причина  — низкие пластические свойства и  возникновение в процессе сварки больших внутренних напряжений;

при сварке наблюдается выгорание  кремния, сопровождающееся появлением отбеленных зон в металле шва  и в основном металле, прилегающем  к шву, высокая твердость этих зон затрудняет последующую механическую обработку и, кроме того, приводит к образованию трещин;

чугун при нагреве очень быстро переходит из твердого состояния  в жидкое, и наоборот, это почти  исключает сварку в потолочном положении  и затрудняет в других положениях;

интенсивное выгорание углерода делает сварной шов пористым, на образование пористости также влияет быстрый переход чугуна из жидкого состояния в твердое, при котором газы не успевают удалиться из сварочной ванны;

при сварке происходит окисление кремния, окислы кремния имеют температуру  плавления выше, чем свариваемый  металл, и потому затрудняют процесс сварки;

чугунные изделия имеют разнообразный  химический состав и структуру. Разнообразие химического состава и структуры  иногда может наблюдаться в различных  участках одного и того же изделия. Это происходит в результате того, что более тонкие части чугунных отливок остывают быстрее и в них наблюдается частичный отбел, а более толстые части остывают медленнее и имеют структуру серого чугуна. Наиболее плохо сваривается чугун с крупнозернистой структурой. Чугун с мелкозернистой структурой сваривается значительно лучше. На структуру чугуна влияет в основном его химический состав.

Чугунные детали, работающие длительное время при высоких температурах, почти не поддаются сварке. Это  происходит в результате того, что  под действием высоких температур (300—400° С и выше) углерод и кремний окисляются и чугун становится очень хрупким. Чугун с окисленным углеродом и кремнием называют горелым. Также плохо свариваются чугунные детали, работавшие длительное время в соприкосновении с маслом и керосином. В таких случаях поверхность чугуна как бы пропитывается маслом и керосином, которые при сварке сгорают и образуют газы, способствующие появлению сплошной пористости в сварном шве.

Способы сварки чугуна

Чугун можно сваривать дуговой  сваркой металлическим или угольным электродами, газовой сваркой, термитной  сваркой и заливкой жидким чугуном.

По состоянию свариваемой детали различают три способа сварки чугуна: холодную, полугорячую и  горячую. Холодную сварку выполняют без подогрева свариваемых деталей, полугорячую — при полном или местном подогреве до температуры 300—400° С, горячую — при полном нагреве до температуры 600—800° С. Эти способы сварки подразделяют на отдельные методы в зависимости от вида сварки, применяемых электродов и присадочного металла.

Выбор способа или метода сварки зависит от требований, предъявляемых  к сварному соединению, а в некоторых  случаях и от производственных возможностей. При выборе метода сварки учитывают: необходимость в механической обработке металла шва и околошовной зоны после сварки, необходимость получения однородности металла шва с металлом свариваемых деталей, требования к плотности сварного шва; нагрузки, при которых должны работать свариваемые детали.

Холодная сварка

Этот способ сварки имеет несколько  разновидностей: стальными электродами, стальными электродами со специальными покрытиями, стальными электродами  с помощью шпилек, чугунными электродами,

комбинированными электродами, медными  электродами, электродами из монель-металла, электродами из никелевого аустенитного чугуна, газовая (ацетилено-кислородным пламенем).

Сварку стальными электродами  применяют при ремонте неответственных  чугунных изделий небольших размеров с малым объемом наплавки, не требующих после сварки механической обработки. Сварное соединение неоднородно по структуре, часто не обладает плотностью и имеет низкую прочность.

Сварку электродами с защитно-легирующими  покрытиями выполняют с V-образной или X-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина отдельных наплавленных участков сварного шва не должна превышать 100—120 мм. После наплавки отдельных участков им дают возможность остыть до температуры 60—80° С. При сварке изделий толщиной 8—15 мм сварку ведут с увеличенной шириной усиления шва (рис. 193). Сварку электродами с покрытиями ОММ-5 и К-5 можно выполнять на переменном или на постоянном токе. Наилучшие результаты получают при сварке электродами с покрытием УОНИ-13/45. Сварку электродами с покрытием УОНИ производят на постоянном токе обратной полярности.

Сварка с помощью шпилек требует  специальной подготовки изделий  под сварку. Этим способом восстанавливают  ответственные изделия как малых, так и больших габаритов (гидравлические и воздушные цилиндры, станины прессов, станков и т. д.), работающие при значительных нагрузках и не требующие обработки после сварки.

При этом способе кромки свариваемых  деталей скашивают под углом 45° (при толщине деталей свыше 5—6 мм). Общий угол разделки должен составлять 90°. В подготовленных кромках просверливают  отверстия и нарезают резьбу. В  отверстия ввертывают шпильки из низкоуглеродистой стали. Шпильки располагают в шахматном порядке (рис. 194). Они могут быть разных диаметров в зависимости от толщины свариваемых деталей, при толщине свариваемых деталей до 10 мм диаметр шпилек не должен превышать 6 мм. При большей толщине свариваемых деталей диаметр шпилек ориентировочно выбирают по табл. 270. При этом в разделку устанавливают шпильки большего диаметра, а около разделки ставят шпильки меньшего диаметра, как показано на рис. 194. Высота возвышения шпилек над поверхностью свариваемого металла должна быть 0,5—1,0 диаметра шпильки. Перед сваркой шпильки плотно ввертывают в тело свариваемого металла. Глубина посадки шпилек должна составлять 1—2 диаметра шпильки. Разделка кромок может быть V-образная и Х-образная. Наиболее часто применяют V-образную разделку, на половину толщины свариваемого металла. Подготовленный под сварку с ввернутыми шпильками металл должен быть очищен от грязи, масла, влаги и литейной корки.

Сварку выполняют на постоянном или переменном токе с использованием электродов с защитно-легирующими покрытиями типов Э42, Э42А, Э50 и Э50А. При толщине металла до 5 мм диаметр электрода

берут 3—4 мм, при толщине 5—10 мм —  диаметр 4-5 мм. Ориентировочный режим  сварки следующий:

Диаметр электрода, мм…………………………….. 3 4 5

Сила тока, А …………………………………………. 90—100 130—160 180 — 200

В процессе сварки вначале обваривают шпильки кольцевыми швами, затем  заполняют участки между обваренными  шпильками. После этого заплавляют уже всю разделку. При выполнении всех перечисленных операций сварку нужно вести короткими участками по 100—150 мм, чтобы не разогревать сильно изделие. Во избежание сильного коробления количество наплавленного металла должно быть минимальным, тонкостенные изделия рекомендуется перед сваркой закреплять.

При толщине металла 10 мм в ответственных деталях рекомендуется устанавливать между шпильками анкеры, изготовленные из полосовой или круглой низкоуглеродистой стали. Анкеры устанавливают под углом 45° или перпендикулярно к сварному шву (рис. 195), после того как будут заварены участки между шпильками. Анкеры должны плотно прилегать средней частью к наплавленному металлу, а концами — к свариваемой детали. По толщине анкеры можно заваривать неполностью. Длину анкеров берут в зависимости от ширины свариваемого участка, а толщину или диаметр — в пределах 6—12 мм.

Стальными электродами со специальным  покрытием сваривают изделия  несложной формы, средних размеров и веса, с толщиной стенок до 15 мм, работающие при незначительных статических  и ударных нагрузках. Сварное  соединение неоднородно по структуре, однако металл сварного шва по составу и свойствам достаточно близок к серому чугуну. При правильном и достаточно тщательном выполнении сварки можно получить плотное соединение, поддающееся обработке режущим инструментом. Этот метод сварки пригоден для заварки литейных дефектов с небольшим объемом наплавки.

Существует несколько составов специальных покрытий электродов. Эти  покрытия в основном состоят из графита, ферросилиция и меди. В зависимости  от процентного содержания тех  или иных компонентов в электродном покрытии можно получить различный химический состав наплавленного металла. Важную роль в составе покрытия играет ферросилиций, который как графитизатор способствует получению серого чугуна. Стальные электроды со специальными покрытиями имеют стальной стержень из низкоуглеродистой сварочной проволоки Св-08 или Св-08А. Составы наиболее распространенных специальных покрытий приведены в табл. 271. Режимы сварки берут такие же, как и при сварке чугуна обычными стальными электродами.

Сварку чугунными электродами  в холодном состоянии в большинстве  случаев применяют для исправления  дефектов чугунного литья — мелких литейных пор, рыхлостей, раковин и трещин. Металл сварного шва можно получить близким по химическому составу к основному металлу, однако в металле сварного шва и прилежащих к нему зонах наблюдается отбел, что затрудняет последующую механическую обработку.

Чугунные электроды изготовляют  из круглых литых прутков следующих  размеров (мм):

Диаметр………………………………… 4 6 8, 10, 12

Длина………………………………….. 250 350 450

Допускаемое отклонение длины прутков  ± 15 мм. На поверхности прутков не должно быть пор, раковин и других дефектов. Прутки изготовляют из чугуна двух марок: А и Б (табл. 272). Прутки марки А применяют для газовой сварки и для стержней электродов при горячей

сварке, марки Б — для стержней электродов, предназначенных для  холодной, полугорячей и горячей  сварки. Компоненты электродных покрытий для чугунных электродов замешивают на жидком стекле.

Чугунными электродами можно сваривать  только в нижнем положении как на постоянном, так и на переменном токе. Режимы сварки приведены в табл. 273.

Медными электродами сваривают  изделия, работающие при незначительных статических нагрузках, а также изделия, требующие плотных швов. Выполненный медными электродами сварной шов обрабатывают нормальным режущим инструментом. Этот способ сварки можно применять для заварки мелких дефектов в отливках, а также для ремонта малогабаритных деталей.

Медные электроды изготовляют  из стержней диаметром 3—6 мм, которые  затем обертывают стальной низкоуглеродистой  лентой или проволокой. На подготовленный стержень наносят меловое покрытие. Вместо обертки из стальной ленты для медных электродов применяют также специальное покрытие, имеющее следующий состав (частей по массе):

Титановая руда…………………………………….. 5

Ферросилиций ……………………………………… 50