Ферма — это решетчатая конструкция — система стержней из профильного проката или труб, соединенных в узлах таким образом, что стержни испытывают растяжение или сжатие, а иногда сжатие с продольным изгибом. Металлические сварные фермы широко используют при строительстве промышленных и гражданских зданий, мостов, мачт, вышек и т. д. Это объясняется высокой прочностью и жесткостью ферм и небольшими затратами металла на их изготовление.
Рис.1.1. Ферма
Ферма состоит из элементов: пояс, стойка, раскос, шпренгель (опорный раскос).
2. Материалы, необходимые для выполнения работ
Для сварки фермы был выбран прокат профильной трубы 50 х 25мм из стали 09Г2С. Стенка трубы 1,12 мм, длина — 6,12 м.
Сталь 09Г2С — низколегированная конструкционная для сварных работ. 09Г2С — сталь, свариваемая без ограничений, при сварке не требует подогрева и последующей термообработки, не флокеночувствительна и не склонна к отпускной хрупкости.
Химический состав в % стали 09Г2С:
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
N |
Cu |
As |
|
до 0.12 |
0.5-0.8 |
1.3-1.7 |
до 0.3 |
до 0.04 |
до 0.035 |
до 0.3 |
до 0.008 |
до 0.3 |
до 0.08 |
|
Для сварки фермы подходят следующие марки сварочной проволоки: Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-18ХГС. Для полуавтоматической сварки в углекислом газе (СО 2 ) использовать сварочную проволоку, желательно омедненную, диаметром 0,6-1 мм, также нельзя использовать ржавую и гнутую сварочную проволоку.
При сварке используется проволока Св-08Г2С-О. Омеднение защищает проволоку от окисления и улучшает токоподвод.
Основные характеристики Св-08Г2С-О:
- проволока выпускается диаметром 0,8;
- 1,0;
- 1,2;
- 1,4;
- 1,6;
- 2,0;
- 2,5;
- 3,0;
- 3,8;
- 4,0;
- 5,0 мм;
- обработка поверхности: без покрытия, омедненная, полированная (остаточная смазка менее 0,03%), химически полированная проволока;
- газозащитная — CO 2 или смесь Ag-80% и CO?-20%;
- тип тока: постоянный обратной полярности.
Защитным газом в данной сварке выступает углекислый газ (СО 2 ).
Углекислый газ является активным, это значит, что он защищает зону сварки от воздуха, растворяется в жидком металле, либо вступает с ним в химическое взаимодействие.
Углекислый газ бесцветный, со слабым запахом, с резко выраженными окислительными свойствами, хорошо растворяется в воде. Тяжелее воздуха в 1,5 раза, может скапливаться в плохо проветриваемых помещениях, в колодцах, приямках. ферма сварка шов труба
Для снижения влажности СО 2 , рекомендуется установить баллон вентилем вниз и через 1-2 ч открыть вентиль на 8-10 с для удаления воды. Перед сваркой из нормально установленного баллона выпускают небольшое количество газа, чтобы удалить попавший внутрь воздух. В углекислом газе сваривают чугун, низко- и среднеуглеродистые, низколегированные конструкционные коррозионностойкие стали. Цвет баллона — черный, надпись желтая.
СО 2 используется для ручной дуговой сварки на переменном и постоянном токе в различных пространственных положениях ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей с нормативным пределом прочности до 500 МПа.
3. Оборудование, инструменты, приспособления, инвентарь
Для сварки фермы рациональнее применить полуавтоматическую сварку в углекислом газе. Конструктивно сварочный полуавтомат состоит из источника тока (выпрямителя) и механизма подачи сварочной проволоки, выполненных в одном корпусе или раздельно и комплектуется сварочной горелкой (рис.3.1.).
Основной принцип полуавтоматической сварки MIG/MAG заключается в том, что металлическая проволока во время сварки подается в зону сварки через сварочную горелку и плавится в электрической дуге. Сварочная проволока при этом методе играет двойную роль — она является токопроводящим электродом и служит присадочным материалом.
Рис. 3.1. Основной механизм подачи проволоки толкающего типа с обычной горелкой
Исходя из конструктивных особенностей оборудования для полуавтоматической сварки в углекислом газе используют полуавтомат «Спутник». Силовой блок питания вырабатывает переменный сварочный ток, силовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, дроссель сглаживает пульсации тока после преобразования, блок управления включает и выключает силовой блок питания, пневмоклапан для подачи защитного газа в зону сварки и подающий механизм. Шлангом управления производится включение блока управления и производится сварка. На панели управления расположены все органы управления полуавтомата (кроме кнопки включения схемы, она на ручке шланга управления): регулировка подачи электродной проволоки, регулировка силы сварочного тока и напряжения, тумблер включения сети, сигнальная лампа (показывает наличие напряжения), универсальный разъем для подключения шланга управления, вывод для подключения кабеля обратного тока (массы).
Принцип работы полуавтомата основан на сварке металлов в среде защитного газа плавящимся электродом.
Посредством шланга управления в место сварки автоматически подается электрод и защитный газ, а перемещение сварочной горелки по шву производится вручную сварщиком.
Порядковый номер полуавтомата выбит на передней панели около подающего механизма и на табличке на задней панели. Пломбировка полуавтомата отсутствует.
Во время работы полуавтомата необходимо соблюдать время периода работы и паузы (ПВ), т.к. во время сварки происходит нагрев дросселя, силового выпрямителя и силового трансформатора, при нагреве они могут выйти из строя. Время сварки 3 минуты. Время паузы (перерыва) 2 минуты.
Во время паузы происходит охлаждение за счет естественной вентиляции силовых агрегатов полуавтомата через имеющиеся вентиляционные отверстия в корпусе.
Для сварки использовать сварочную проволоку, желательно омедненную, диаметром 0,6-1 мм (комплект поставки по диаметр 0,8 мм) нельзя использовать ржавую и гнутую сварочную проволоку. Запрещается перемещать полуавтомат за шланг управления. Способ регулирования сварочного тока ступенчатый.
Таблица 3.1. Технические характеристики полуавтомата «Спутник»:
Технические характеристики |
||
Напряжение питания сети, В |
380 |
|
Максимальный сварочный ток полуавтомата, А |
175 |
|
Номинальное рабочее напряжение полуавтомата, В |
32 |
|
Максимальный режим работы ПВ, % |
60 |
|
Частота питающей сети, Гц |
50 |
|
Диаметр используемой проволоки, мм |
0,8-1,2 |
|
Скорость вылета электрода, м/мин |
0-11 |
|
Потребляемая мощность, кВт не более |
3,5 |
|
Масса полуавтомата, кг |
85 |
|
Размеры |
1000х815х355 |
|
Кроме сварочного полуавтомата сварка в углекислом газе предусматривает использование дополнительного оборудования — подогревателя и осушителя.
Подогреватель используется только при сварке в углекислом газе. Испарение жидкого СО 2 при большом его расходе приводит к резкому понижению температуры. Влага, содержащаяся в газе, замерзает в редукторе. Для безопасности подогреватель питается постоянным (20 В) или переменным током (36 В).
Рис.3.2. Подогреватель: 1 — корпус, 2 — кожух, 3 — змеевик, 4 — теплоизоляция, 5 — нагревательный элемент, 6 — накидная гайка.
Осушитель поглощает влагу из углекислого газа. Выпускается двух модификаций: высокого и низкого давления. Осушитель высокого давления устанавливают перед регулятором (редуктором), а низкого — после него. Влагопоглощающим веществом служит силикагель или алюмогликоль. Путем прокаливания при 250-300 ?С эти вещества поддаются восстановлению.
Рис.3.3. Осушитель: 1 — втулка, 2 — накидная гайка, 3 — пружина, 4 — сетка, 5 — фильтр, 6 — осушающий материал, 7 — сетчатая шайба, 8 — корпус, 9 — штуцер.
4. Технологический процесс
1. Подготовка металла к сварке: низколегированные стали разрезают на заготовки газовой, плазменной или воздушно-дуговой резкой с последующей зачисткой участков нагрева резцовыми или абразивными инструментами до удаления следов огневой резки. Перед сборкой стыка свариваемые кромки на ширину до 20 мм зачищают до металлического блеска и обезжиривают. Стыки собирают в сборочных приспособлениях или с помощью прихваток. Их ставят с применением присадочных проволок той же марки, какой будет выполнена сварка.
Высота прихватки равна 0,6 — 0,7 толщины свариваемых деталей, но не менее 3 мм, при толщине стенки до 10 мм или 5-8 мм при толщине стенки более 10 мм. Прихватки необходимо выполнять с полным проваром. Их поверхность должны быть тщательно зачищена. Прихватки, имеющие недопустимые дефекты следует удалить механическим способом. Сварочную проволоку в течение 1,2 — 2 ч прокаливают при температуре 150 — 250?С. Ржавчина на проволоке резко ухудшает стабильность процесса сварки. Удалять ржавчину рекомендуется травлением проволоки в 5 % — ном растворе соляной кислоты с последующим прокаливанием 1,5 — 2 ч при температуре 150 — 250?С.
2. Технологический процесс
1. На стеллажах, пользуясь фиксаторами, ограничителями и закрепляющими устройствами, выкладывают согласно чертежу первые ветви верхнего и нижнего пояса фермы.
2. В узловых точках поясов устанавливают косынки, прижимают их струбцинами или скобками к ветвям поясов и прихватывают.
3. Проверяют правильность положения поясов и узловых точек, измеряя линейкой или струной по направлению стоек, раскосов и связей их теоретическую длину между взаимно противоположными точками и одновременно наносят на косынках риски по направлению элементов решетки.
4. Выкладывают первые ветви стоек и раскосов, выдерживая величину минуса в каждом узле и, ориентируясь по совпадению рисок на косынках и на концах стержней решетки, прижимают стержни к косынкам и ставят прихватки.
5. Кантуют собранную ветвь фермы на 180°, выкладывают согласно чертежу прокладки на поясах и элементах решетки, прижимают их и прихватывают.
6. Выкладывают вторые ветви поясов, стоек, раскосов и связей, ориентируясь по первой ветви каждого элемента, прижимают их и прихватывают к косынкам и прокладкам.
7. Производят сварку собранной фермы. Сварку узлов начинают от середины фермы и ведут симметрично к ее концам. В каждом узле сначала приваривают косынки к поясам, а затем стойки и раскосы к косынкам.
8. Кантуют второй раз ферму на 180° и производят в таком же порядке сварку узлов со стороны первых ветвей поясов, стоек и раскосов.
9. После сварки всех швов ферма подвергается заключительным операциям, по окончании которых поступает в склад готовой продукции.
5. Технология выполнения швов
Узлы фермы сваривают последовательно — от середины фермы к опорным узлам. Сначала выполняют стыковые, а затем угловые швы. Если швы разного сечения, то вначале накладывают швы с большим сечением, а затем с меньшим. Каждый элемент при сборке прихватывают швом длиной 30-40мм. Близко расположенные швы не выполняются сразу. Сначала дают остыть тому участку основного металла, где будет накладываться близко расположенный шов. Это снизит перегрев металла и пластические деформации. Контроль продольного шва выводят на торец привариваемого элемента на длину 20 мм. (см.рис.5.1.)
Рис.5.1. Длина продольного шва.
При сварке деталей ферм используют следующие виды соединений:
— нахлесточное соединение с обваркой контура уголка прочнее и жестче (рис.5.2.).
Целесообразно перекрещивать полки уголков, перпендикулярные к плоскости соединения. Во избежание появления в стержнях лишних изгибающих и крутящих моментов целесообразно соединять элементы фермы так, чтобы линии центров изгиба сечений пересекались в одной точке.
Рис.5.2.
Соединение полками, обращенными в одну сторону компактнее (см.рис.5.3.).
Рис.5.3.
- узел фермы с косынкой — жесткость соединения усиливают косынками. Соединение с накладными косынками значительно прочнее и жестче (рис.5.4.).
Рис.5.4.Узел фермы с косынкой.
— узел фермы с накладкой: к горизонтальному стержню фермы, представляющему в сечении двутавр, приваривается двумя угловыми швами 1 надставка. При длине швов более 500 мм они накладываются обратноступенчатым способом. Два стержня, каждый из которых состоит из двух уголков, устанавливаются на надставку и прихватываются к ней с таким расчетом, чтобы геометрические оси стержней и балки пересекались в одной точке. Сначала накладываются лобовые швы 2, затем фланговые 3 и 4, направление сварки которых должно быть от лобового шва к краям надставки. Во избежание коробления надставки швы 3 и 4 следует накладывать одновременно с обеих сторон надставки либо поочередно с одной и с другой стороны (см.рис.5.5.).
Рис. 5.5. Узел фермы с надставкой.
Конец продольного шва выводят на торец привариваемого элемента на дли
— узел фермы с прокладкой используют в случае, когда сечение всех стержней состоит из парных элементов — уголков или швеллеров. Парные элементы стержней соединяют между собой с зазором, в который вставляется прокладка. Сначала приваривается горизонтальный стержень к прокладке швами 1 и 2. Сварку рекомендуется вести одновременно с обеих сторон прокладки двумя сварщиками. Затем таким же образом приваривается вертикальная стойка, а потом две наклонные стойки.
Рис.5.6. Узел фермы с прокладкой.
6. Выбор режима сварки
Качество сварки в значительной мере зависит от правильности выбора режимов работы сварочного полуавтомата, а также от правильности выбора сварочных материалов (сварочной проволоки).
Для регулировки расхода защитного газа используют газовый редуктор. Защитный газ, который подается в зону сварки через газовое сопло, защищает дугу и сварочную ванну с расплавленным металлом. Металл в расплавленном состоянии химически активен и может взаимодействовать с защитным газом.
В зависимости от толщины свариваемого металла сварщик выбирает режим работы переключателем силы тока и подачи электрода. Расстояние от края защитной трубки и свариваемой деталью 7-14 мм.
Толщина свариваемого металла — 2 мм. Зазор между свариваемыми деталями устанавливается около 0,8 мм.
Рассмотрим оптимальные режимы сварки при толщине металла 2 мм:
? Диаметр проволоки 0,8 мм
? Сварочный ток — около 200 А
? Напряжение на дуге — 22 В
? Скорость сварки — 55 м/ч
? Вылет электрода — 13 мм
? Расход газа — 7 л/мин
? Число проходов — 1
7. Требования качества выполненных работ
Сварные конструкции контролируют на всех этапах их изготовления. Кроме того, систематически проверяют приспособления и оборудование. При предварительном контроле подвергаются проверке основные и вспомогательные материалы, устанавливается их соответствие чертежу и техническим условиям,
После заготовительных работ детали подвергают чаще всего наружному осмотру, т.е. проверяют внешний вид детали, качество поверхности, наличие заусенцев, трещин, забоин и т.п., а также измеряют универсальными и специальными инструментами, шаблонами, с помощью контрольных приспособлений. Особенно тщательно контролируют участки, подвергающиеся сварке. Профиль кромок, подготовленных под сварку плавлением, проверяют специальными шаблонами, а качество подготовки поверхности — с помощью оптических приборов или специальными микрометрами.
Во время сборки и прихватки проверяют расположение деталей друг относительно друга, величину зазоров, расположение и размер прихваток, отсутствие трещин, прожогов и других дефектов в местах прихваток и т.д. Качество сборки и прихватки определяют главным образом наружным осмотром и обмером.
Наиболее ответственным моментом является текущий контроль выполнения сварки. Организация контроля сварочных работ может производиться в двух направлениях: контролируют сами процессы сварки либо полученные изделия.
8. Организация рабочего места
Для сварки и сборки фермы создаются специализированные сварочные участки — сборочно-сварочные цехи, которые оборудованы грузоподъемными устройствами, сборочными стеллажами, кондукторами и кантователями. Применение грузоподъемных устройств должно быть предусмотрено на сборке при сварке отдельных изделий массой более 20 кг каждое. Ширина проходов между оборудованием, движущимися механизмами и перемещаемыми деталями, а также между стационарными многопостовыми источниками питания должна быть не менее 1,5 м. Размещение сварочного оборудования должно обеспечивать безопасный к свободный доступ к нему.
При хранении свариваемых заготовок, сварочных материалов и готовой продукции в цехе не должны возникать какие-либо помехи естественному освещению, вентиляции, безопасной эксплуатации сварочного оборудования, проезду, проходу и использованию пожарного оборудования и средств защиты работающих. Сварочные участки, сообщающиеся проемами со смежными помещениями, где не производится сварка или резка металлов, должны иметь механическую вытяжную вентиляцию независимо от наличия фонарей.
Для улавливания сварочного аэрозоля у места его образования на стационарных постах, а также где это возможно по технологическим условиям на нестационарных постах следует предусматривать местные отсосы.
При газовой сварке, резке и нагреве поверхностей металла внутри закрытых или не полностью закрытых пространств (крупногабаритные конструкции типа ферм) должна быть устроена вентиляция с помощью местных отсосов или предусмотрена общеобменная вентиляция как за счет удаления из них загрязненного воздуха, так и путем подачи в них чистого воздуха.
Для ослабления передачи шума и вибрации по воздуховодам и трубопроводам присоединять их к вентиляторам и насосам следует при помощи гибкой вставки из прорезиненной ткани или резинового патрубка.
Цех должен быть оборудован для эвакуации людей аварийным электроосвещением, обеспечивающим освещенность в проходах не менее 0,5 лк. Запрещается подключать к сети аварийного освещения другие токоприемники.
Цех сборки ферм должен быть обеспечен первичными средствами пожаротушения в соответствии с требованиями пожарного надзора.
Цеха необходимо постоянно содержать в чистоте и порядке, своевременно удалять мусор и отходы производства.
9. Безопасные приемы труда
Для предупреждения несчастных случаев при сварке необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:
Для защиты глаз необходимо работать с предохранительным щитком или в шлеме со вставленными в них темными стеклами.
Сварщик должен работать в брезентовой одежде, защищающей тело от ожогов, и в резиновой обуви, предупреждающей поражение электрическим током. Одежда и обувь должны быть сухими. Под ноги следует подстилать резиновый коврик, а при работе сидя пользоваться деревянным табуретом.
Сварка на расстоянии меньше 5 м от горючих или взрывчатых материалов запрещается.
Вспомогательным рабочим, участвующим в осуществлении процесса сварки, должны выдаваться ручные щитки с защитными красными или зелеными стеклами.
Сварщику запрещается выполнять какой-либо ремонт сварочной аппаратуры.
При использовании баллонов со сжатыми газами необходимо соблюдать установленные меры безопасности: не бросать баллоны, не устанавливать их вблизи нагревательных приборов, не хранить вместе баллоны с кислородом и горючими газами, баллоны хранить в вертикальном положении. При замерзании влаги в редукторе баллона с СО 2 отогревать его только через специальный электроподогреватель или обкладывая тряпками, намоченными в горячей воде. Категорически запрещается отогревать любые баллоны со сжатыми газами открытым пламенем, так как это почти неизбежно приводит к взрыву баллона.
При сварке в защитных газах, кроме соблюдений мер, общих для всех способов сварки, необходимо учитывать, что углекислый газ и аргон в 1,5-2 раза тяжелее воздуха. Эти газы могут скапливаться в нижней части отсека, помещения, в связи с чем устройства вытяжной вентиляции нужно устанавливать не только в зоне дыхания сварщика, но и в нижней части помещения. Выбрасывать воздух нужно за пределы рабочих зон. Мощность вытяжной вентиляции на 1 кг наплавленного металла не менее 150 м 3 /ч.
Безопасное обращение с газовыми баллонами и их хранение
При обращении с газовыми баллонами и их хранении рекомендуется соблюдать следующие практические меры. При транспортировке и складировании необходимо дополнительно принимать во внимание указания официальных органов.
К обращению с газовыми баллонами допускать только лиц, имеющих достаточный опыт и квалификацию.
Газовый баллон представляет собой сосуд под высоким давлением и с ним необходимо обращаться осторожно.
Никогда не снимать и не портить этикетки, прикрепленные изготовителем на баллонах.
До того как использовать баллон, убедиться в правильном его содержимом.
До того как использовать газ, ознакомиться с его свойствами и риском, связанным с его использованием.
В случае неуверенности в правильном обращении с каким-нибудь газом, связаться с изготовителем газа.
Всегда пользоваться защитными перчатками.
Не поднимать баллон за колпак и крышку.
Для перемещения баллонов всегда пользоваться тележкой или ящиками для баллонов.
При перемещении баллона защитный колпак должен всегда находиться на своем месте.
Для выявления утечек использовать мыльный раствор.
Всегда пользоваться регулятором давления, предназначенным для данного газа. Использовать вставки запрещено.
Перед подключением оборудования к баллону, проверить его правильный класс давления.
Предотвратить обратный поток газа в баллон (напр., обратным клапаном), прежде чем подключать баллон.
В случае повреждения баллона в работе, он должен быть четко замаркирован и возвращен поставщику. Ни в коем случае не пытаться ремонтировать баллон или скрывать дефекты, так как это может вызвать риск опасности для других.
Баллоны должны храниться в отведенном для них хорошо вентилируемом месте.
Электробезопасность
Это система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля, статистического электричества.
Общие требования электробезопасности регламентируются по ГОСТу.
Электросварщики ручной дуговой сварки должны иметь квалификационную группу по технике безопасности не ниже 2 и такую же группу по электробезопасности. Сварщик должен знать, что электротравмы возникают при прохождении тока через тело человека, его здоровья, переутомление, нервного возбуждения, электропроводности кожи. Тяжесть поражения электрическим током зависит от величины тока и напряжения, от пути прохождения тока, длительности его воздействия и от частоты тока. Ток величиной 0,002 А — переноситься безболезненно, до 0,05А — вызывает болевое ощущение, более 0,05А опасен. В сырых помещениях напряжение безопасно до 12В, в сухих 42в.
Заземление запретное представляет собой соединение металлическими проводами частей электрического устройства (например: корпуса сварочного трансформатора) с землей.
Случаи поражения электрическим током занимают удельный вес в общем объеме травматизма, поэтому каждый рабочий сварщик должен хорошо знать не только меры предотвращения поражения электрическим током, но и правила освобождения человека от действующего на него тока и правила оказания первой доврачебной помощи.
Пожарная безопасность
Перед работой необходимо изучить инструкции по охране труда и технике безопасности: причиной пожара при сварочных работах могут быть искры и капли расплавленного металла и шлака, при наличии горюче — смазочных материалов и легко воспламеняющихся вблизи проведения сварочных работ. Для предупреждения пожара необходимо соблюдать следующие мероприятия:
- запрещается работать в грязной, замасленной спецодежде, рукавицах;
- запрещается выполнять сварку аппаратов, находящихся под электрическим напряжением и сосудов, находящихся под давлением;
- нельзя проводить без специальной подготовки, сварку и резку емкостей из под жидкого топлива;
- при выполнении в помещениях временных сварочных работ деревянные полы, настилы и подмости должны быть защищены от воспламенения листа асбеста или железа;
- нужно постоянно иметь противопожарные средства огнетушители, ящики с песком, лопаты, ведра, пожарные рукава и т.п.
и следить за их исправным состоянием, а так же содержать в исправности пожарную сигнализацию.
После окончания сварочных работ необходимо выключить аппарат, убедиться в отсутствии горящих или тлеющих предметов.
Список используемой литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kontrolnaya/na-temu-sborka-metallokonstruktsiy-fermyi/
1. Смирнов И.О. Основы электрогазосварки: учебник.- 2 — е изд.- М.: ИТК Дашков и К, 2009. — 322 с.
2. Чернышов Г.Г. Справочник электрогазосварщика и газорезчика: уч-к нач. проф. обр./ Г.Г. Чернышов, Г.В. Полевой, А.П. Выборнов и др.; под ред. Г.Г. Чернышова. М.: ИЦ Академия, 2006. — 400 с.
3. Чеба, В.А. Сварочные работы. учеб. пособие для нач. проф. обр./ В.А. Чебан.- Изд. 7-ое. Ростов н/Д: Феникс, 2010.- 412 с.
4. Адаскин, А.М. Материаловедение (металлообработка): учебник для нач.проф.обр. / А.М. Адаскин, В.М. Зуев. — 3- изд., стер.- М.: ИЦ Академия, 2008. — 240 с.
5. Куликов, О.Н. Охрана труда при производстве сварочных работ: учеб. пособие для нач. проф. образования/ О.Н. Куликов, Е.И.Ролин.- М.:ИЦ Академия,2004. — 176 с.
6. Интернет-ресурсы.