Классификация сварочных процессов и оборудования
Сварочные технологии разделяют по способу защиты сварочной ванны, типу электрода и характеру переноса металла. Выбор сварочного оборудования зависит от толщины соединяемых деталей, требуемой производительности и пространственного положения шва. Основные группы включают ручную дуговую сварку покрытым электродом, механизированную сварку плавящейся проволокой в среде защитного газа и аргонодуговую сварку неплавящимся вольфрамовым электродом. Каждый процесс предъявляет разные требования к источнику тока, оснастке и расходным материалам. Подробнее о выборе оборудования и расходных материалов для этих процессов можно узнать на nord-gaz.ru.
Источник сварочного тока выполняет функцию регулирования силы тока и напряжения дуги. Для стабильного горения дуги важны род тока, напряжение холостого хода и продолжительность включения при заданной нагрузке. Тонкий металл сваривают током от 30 до 80 А, тогда как толстые сечения требуют диапазона 150–300 А и выше. Несоответствие параметров приводит к прожогам, непроварам или чрезмерному разбрызгиванию.
Ручная дуговая сварка покрытым электродом
Процесс основан на плавлении металлического стержня с покрытием. Покрытие электрода образует шлаковую защиту сварочной ванны и создаёт газовую среду, вытесняющую атмосферный воздух. Метод применяют для углеродистых и низколегированных сталей толщиной от 2–3 мм до десятков миллиметров. Оборудование включает источник переменного или постоянного тока, держатель электрода и обратный кабель с зажимом заземления. Постоянный ток обратной полярности обеспечивает более глубокое проплавление, прямой полярности — меньшее тепловложение в электрод.
Механизированная и аргонодуговая сварка в защитном газе
Механизированная сварка использует непрерывно подаваемую проволоку и наружный защитный газ. Скорость подачи проволоки связана с силой тока, а расход газа влияет на стабильность дуги и пористость шва. Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом применяется для нержавеющих сталей, алюминия, титана и магниевых сплавов. Горелка оснащается керамическим соплом, цангой и системой подачи газа. Для алюминия используют переменный ток, для сталей — постоянный ток прямой полярности. Толщина свариваемых деталей обычно не превышает 4–6 мм без разделки кромок.
Технические газы для сварочных работ
Технические газы выполняют функцию защиты расплавленного металла от кислорода и азота воздуха, а также служат топливом для газопламенной обработки. Защитный газ вытесняет атмосферный воздух из зоны сварки и предотвращает окисление шва. Чистота газа регламентируется маркой: для аргона высшего сорта объёмная доля основного вещества не ниже 99,993 %. Наличие влаги сверх нормы вызывает пористость и водородное растрескивание.
Инертные и активные защитные газы
Инертные газы — аргон и гелий — не вступают в химическое взаимодействие с расплавленным металлом. Аргон используют для сварки нержавеющих сталей, алюминия, меди и титана. Гелий повышает температуру дуги и применяется для толстых алюминиевых конструкций или при необходимости увеличения скорости сварки. Активные газы — углекислый газ и кислородсодержащие смеси — применяют для углеродистых и низколегированных сталей. Углекислый газ диссоциирует в дуге с выделением кислорода, что улучшает стабильность процесса, но повышает разбрызгивание. Типовой расход защитного газа составляет от 8 до 18 л/мин в зависимости от диаметра сопла, вылета проволоки и скорости потока воздуха в помещении. Превышение расхода вызывает турбулентность и подсос атмосферного воздуха, снижение — недостаточную защиту и окисление шва.
Горючие газы, кислород и правила обращения с баллонами
Для газовой сварки и резки применяют ацетилен, пропан-бутановые смеси и кислород. Ацетилен хранится в баллонах с пористой массой, пропитанной ацетоном, при давлении до 1,9 МПа. Кислородные баллоны рассчитаны на давление 15 МПа. Газовый редуктор понижает давление газа из баллона до рабочего значения и поддерживает заданный расход. Баллоны маркируются цветом корпуса и надписью: кислород — синий, ацетилен — белый, пропан — красный. Хранение баллонов предусматривает вертикальное положение с закреплением, удаление от источников тепла не менее чем на 5 м, раздельное размещение горючих газов и кислорода. Вентиль открывают плавно, без резких движений, с предварительным сбросом давления из редуктора. Кислород запрещено использовать для очистки одежды, продувки оборудования и удаления пыли, так как контакт кислорода с маслом или органическими материалами может привести к самовоспламенению.
Средства защиты сварщика
Средства индивидуальной защиты закрывают лицо, органы дыхания, кожу и конечности от излучения, брызг расплавленного металла и вредных аэрозолей. Подбор средств зависит от сварочного процесса, силы тока, длительности работы и концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
Защита лица, глаз и органов дыхания
Сварочная маска фильтрует оптическое излучение дуги — ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное. Светофильтры с автоматическим затемнением изменяют степень затемнения в диапазоне DIN 9–13 в зависимости от яркости дуги. Для сварки на малых токах достаточно затемнения DIN 9–10, для высоких токов и плазменной резки требуется DIN 12–13. Органы дыхания защищают фильтрующими респираторами класса FFP2 или FFP3 при концентрации сварочного аэрозоля ниже предельно допустимой. При работе с нержавеющими сталями, оцинкованными поверхностями или в замкнутых объёмах применяют изолирующие средства с принудительной подачей очищенного воздуха под маску.
Защита кожных покровов от брызг и теплового воздействия
Костюм сварщика изготавливают из огнестойких материалов — хлопчатобумажных тканей с огнезащитной пропиткой, спилка или арамидных волокон. Рукава должны полностью закрывать предплечья, а брюки — верх обуви. Краги из спилка защищают кисти и запястья от брызг и контактного тепла. Обувь имеет термостойкую подошву и металлический подносок, закрывающий пальцы от падающих предметов. Фартук из кожи или спилка применяется при сварке в нижнем положении и газовой резке.
Опасные факторы сварочных работ
При сварке образуются сварочный аэрозоль, оптическое излучение, шум, а также создаётся опасность поражения электрическим током и возникновения пожара. Сварочная дуга создаёт ультрафиолетовое и инфракрасное излучение с температурой столба от 5000 до 30000 К в зависимости от режима.
Сварочный аэрозоль, излучение дуги и шум
Сварочный аэрозоль содержит мелкодисперсные частицы металлов и оксидов. Размер частиц преимущественно менее 1 мкм, поэтому они проникают в альвеолярные отделы лёгких. Состав аэрозоля зависит от типа электрода и свариваемого металла: при сварке оцинкованной стали выделяется оксид цинка, нержавеющих сталей — соединения хрома и никеля. Концентрация аэрозоля в зоне дыхания без вентиляции может превышать предельно допустимую в десятки раз. Принудительная вентиляция удаляет вредные газы и сварочную пыль, снижая экспозицию. Уровень шума при механизированной сварке и плазменной резке достигает 85–95 дБА, что требует применения средств защиты органа слуха при длительной работе.
Электробезопасность и пожарная защита
Напряжение холостого хода сварочного источника обычно не превышает 70–90 В для ручной дуговой сварки и 113 В для некоторых процессов плазменной резки. Заземление защищает от поражения электрическим током при повреждении изоляции. Сварочный пост оборудуют автоматическим выключателем и устройством защитного отключения. Пожарная защита включает удаление горючих материалов из зоны радиусом 5 м, применение экранов и искрогасителей, а также наличие огнетушителей. После окончания работ осматривают место сварки в течение 30–60 минут для выявления скрытых очагов тления.