Зварювання є одним з основних технологічних процесів, широко застосовуваних у виробництві і будівництві. Зварюванням одержують нероз’ємні з'єднання деталей і заготівель з металів та інших конструкційних матеріалів.
Найбільш розповсюдженими є дугові способи зварювання. Явище дугового електричного розряду було відкрито російським вченим, професором фізики Петербурзької медико-хірургічної академії В.В. Петровим у 1802 р. Однак в той час це відкриття не знайшло практичного застосування через низький рівень розвитку техніки. Тільки через 80 років, у 1882 р. російський винахідник М.М. Бенардос розробив і запропонував практичний спосіб використання електричної дуги для зварювання металів. За цим способом зварювання проводилося електричною дугою, збуджуваної між вугільним електродом і виробом. У 1988 р. російський інженер-винахідник Н.Г. Славянов розробив спосіб зварювання за допомогою металевого електрода. М.М. Бенардос і Н.Г. Славянов розробили основні положення також інших методів зварювання: з декількома електродами, у захисних газах, контактного зварювання. Подальший розвиток зварювальна техніка одержала в 30-ті роки. У 1929 р. радянський інженер-винахідник Д.А. Дульчевський розробив спосіб автоматичного дугового зварювання під флюсом. Цей спосіб був вивчений, розвинутий і впроваджений у промисловість, завдяки Інституту електрозварювання під керівництвом Е.О. Патона. Після Великої Вітчизняної війни в СРСР був створений цілий ряд НДІ, що займалися дослідженнями в галузі електрозварювання (Всесоюзний НДІ електрозварювального устаткування, Всесоюзний НДІ автогенного машинобудування та інш.).
За визначенням зварювання - це процес одержання нероз’ємних з’єднань деталей за допомогою встановлення міжатомних зв'язків між частинами, що з'єднуються, при їх нагріванні і (або) пластичному деформуванні.
Існуючі засоби зварювання підрозділяють на три класи (ГОСТ 19521):
- термічний клас - зварювання з використанням теплової енергії (дугове, електрошлакове, плазмене, газове та інш., здійснюване плавленням крайок);
- термомеханічний клас - зварювання з використанням теплової енергії і тиску (контактне, дифузійне, газопресове та інш.);
- механічний клас - зварювання з використанням механічної енергії і тиску (холодне, вибухом, ультразвукове, тертям та інш.).
За родом захисту зварювальної ванни, зони дуги і металу, що зварюється, відрізняють зварювання в захисних газах і їх сумішах, під флюсом, у вакуумі та інш.
За ступенем механізації зварювання буває ручне, механізоване та автоматичне. Ручне дугове зварювання виконується електродами, переміщення яких, маніпуляції їх робочими торцями і підтримка постійної довжини дуги здійснюється вручну; механізоване - при механічній подачі електродного дроту з бухти (котушки) і ручному переміщенні дуги; автоматичне - при механічних подачі електродного дроту і переміщенні дуги.
За умовами спостереження за процесом горіння дуги відрізняють зварювання відкритою і закритою дугою. У першому випадку за дугою спостерігають через спеціальні захисні світлофільтри. В другому випадку зварювання роблять під флюсом.
За видом застосовуваних електродів відрізняють зварювання електродами, що плавляться і не плавляться.
За родом струму зварювання буває на постійному і змінному струмі. Зварювання на постійному струмі проводиться при прямій (мінус на електроді) або оберненій (плюс на електроді) полярності.
Як уже говорилося, найбільш поширеними є дугові способи зварювання, при котрих нагрів крайок, що зварюються, здійснюється теплотою електричної дуги. Електрична дуга - це стійкий електричний розряд у газовому середовищі між електродами, здійснюваний за високої щільності струму і супроводжуваний виділенням великої кількості теплоти. У свою чергу, електричний розряд у газі - це електричний струм, що проходить через газове середовище завдяки наявності в ньому вільних електронів, а також негативних і позитивних іонів, спроможних переміщатися між електродами під дією прикладеного електричного поля (або різниці потенціалів між електродами).
|
|
Рис.9.9 - Схема електричної дуги
1-електрод, 2-стовп дуги, 3- деталь, що зварюється.
Проаналізуємо схему електричної дуги (рис.9.9). У дуговому проміжку є такі області: катодна, що примикає до негативного полюса, - катоду; анодна, що примикає до позитивного полюса, - аноду; стовп дуги, що знаходиться між цими областями. На поверхні анода і катода утворюються активні плями з яскравим світінням, через які проходить весь зварювальний струм.
Висока пожежна небезпека зварювальної дуги обумовлюється:
- при зварюванні вугільним електродом температура в катодній області досягає 32000С, в анодній - 39000С в стовпі дуги – 6000-80000С При зварюванні металевим електродом температура катодної зони складає біля 24000С, а анодної зони - 26000С.
- у середньому тільки 60...70% теплоти дуги використовується на нагріванні і плавленні металу. Інша частина теплоти розсіюється в навколишнє середовище через випромінювання і конвекцію.
Втрати теплоти при ручному дуговому зварюванні становлять приблизно 25% (20% іде в навколишнє середовище через випромінювання і конвекцію парів і газів, 5% - чад і розбризкування матеріалу, що зварюється). Втрати теплоти при автоматичному зварюванні під флюсом становлять усього 17% (16% витрачається на плавлення флюсу, 1% - на чад і розбризкування металу). Тому ручне дугове зварювання найбільш пожежонебезпечне серед інших видів дугового зварювання.
Початок зварювальної дуги починається з короткого замикання зварювального кола - контакту між електродом і деталлю. При цьому відбувається виділення теплоти і швидке розігрівання місця контакту. Ця початкова стадія потребує підвищеної напруги зварювального струму. Надалі відбувається деяке зменшення опору дугового проміжку, що викликає зниження напруги до межі, необхідної для підтримки стійкого горіння дуги. У процесі зварювання при переході крапель електродного металу у зварювальну ванну відбуваються дуже часті короткі замикання зварювального кола. Разом з цим змінюється довжина зварювальної дуги. При кожному короткому замкненні напруга падає до нульового значення. Для наступного відновлення дуги необхідна напруга порядку 25...30 В. Така напруга повинна бути забезпечена за час не більше 0,05 сек, щоб підтримати горіння дуги в період між короткими замиканнями. Варто врахувати, що при коротких замиканнях зварювального кола виникають великі струми, що можуть викликати перегрів у проводі і обмотках джерела струму.
Для забезпечення процесу зварювання джерела живлення дуги повинні задовольняти таким вимогам:
- напруга холостого ходу повинна бути достатньою для легкого початку дуги і у той же час не повинна перевищувати норм безпеки. Максимально припустима напруга холостого ходу для джерел змінного струму - 80 В (реально - 65 В), для джерел постійного струму – 100 В;
- напруга стійкого горіння дуги повинна швидко встановлюватися і змінюватися, в залежності від довжини дуги. Зі збільшенням довжини дуги напруга повинна швидко зростати, а зі зменшенням - швидко зменшуватися;
- струм короткого замикання не повинен перевищувати зварювальний струм більш ніж на 40-50%. При цьому джерело струму повинно витримувати тривалі короткі замикання зварювального кола. Ця умова необхідна для збереження обмоток джерела струму від перегріву та пошкодження;
- потужність джерела струму повинна бути достатньою для виконання зварювальних робіт.
Найпростіші схеми електрозварювання на змінному і постійному струмах електродами, що плавляться, приведені на рис.9.10, 9.11 відповідно.
|
|
Рис.9.10 - Схема установки для зварювання змінним струмом
1-пусковий щиток, 2-проводи, що підводять, 3-зварювальний трансформатор, 4-регулятор зварювального струму (дросель), 5-сполучні проводи (ПРГД), 6-обернений провід, 7-електро-дотримач, 8-електрод, 9- частини, що зварюються.
Рис.9.11 - Схема установки для зварювання постійним струмом
1-пусковий щиток, 2-проводи, що підводять, 3-електродвигун, 4-генератор змінного струму, 5 - випрямляч, 6-сполучні проводи (ПРГД), 7-обернений провід, 8-електродотримач, 9-електрод, 10-частини, що зварюються.
Електрозварювальні роботи відносяться до вогневих робіт. До горючого середовища в даному випадку відноситься: ізоляція зварювальних проводів, обмоток зварювальних машин і апаратів, дерев'яні конструкції будинків, будівельні відходи і т.п. Часто зварювальні роботи провадяться в апаратах і машинах, у яких обертаються або оберталися горючі або вибухонебезпечні матеріали. Джерелом запалювання може бути зварювальна дуга, іскри від розпечених предметів, що зварюються, а також розпечені залишки електродів (недогарки). Небезпечна зона поширення іскор від місця зварювання становить до 14 м по радіусу. Пожежна небезпека від недогарків виникає частіше усього при зварюванні на висоті. Розпечені недогарки, що вибиваються з електродоутримувача, падаючи на розташовані нижче площадки, можуть викликати загоряння горючих матеріалів, що знаходяться там.
Розвиток пожежі від іскор і розпечених недогарків протікає звичайно приховано і виявляється через тривалий час після зварювання. Посадова особа, відповідальна за пожежну безпеку ділянки, де проводилося електрозварювання, повинна забезпечити перевірку місця проведення таких робіт протягом 2 годин після їх закінчення. Неправильна експлуатація і несправність зварювального обладнання можуть бути причиною пожеж і поза зоною зварювальних робіт.
Причиною виникнення пожежі при неправильно виконаному оберненому проводі можуть явитися блукаючі струми. Якщо опір оберненого проводу вище, ніж інших обхідних шляхів, по яких може пройти струм, то частина зварювального струму протікає по цих обхідних шляхах, створюючи іскріння і нагрів місць з перехідними опорами.
Вимоги пожежної безпеки під час проведення електрозварювальних робіт.
Місця проведення зварювальних робіт можуть бути:
- постійними, що організуються в спеціально обладнаних цехах, майстернях або відкритих площадках;
- тимчасовими, коли вогневі роботи проводяться безпосередньо в необхідному місці.
Організація постійних і тимчасових місць електрозварювальних робіт визначається наявністю 2-х документів:
1) наказом власника підприємства по режиму проведення робіт;
2) інструкцією про заходи пожежної безпеки.
Наказ власника підприємства звичайно містить:
- заборону електрозварювальних та інших робіт без дотримання правил будови зварювальних установок, правил безпеки і вимог, передбачених протипожежною інструкцією;
- вказівки про режим організації і виконання постійних і тимчасових електрозварювальних робіт;
- питання взаємовідносин виконавців робіт з робітниками пожежної охорони в частині протипожежного контролю за цими роботами;
- вказівки про режим початку і закінчення робіт;
- перелік заходів щодо кваліфікаційного підготування робочих, організації профілактичних ремонтів обладнання;
- перелік цехів і приміщень, у яких виробництво зварювальних робіт пов'язано з особливою небезпекою і може бути дозволено тільки старшим керівництвом об'єкта.
Інструкція про заходи пожежної безпеки встановлює порядок і спосіб забезпечення пожежної безпеки, обов'язки і дії робітників у випадку виникнення пожежі, включаючи порядок оповіщення людей і повідомлення про пожежу пожежній охороні, евакуації людей, матеріальних цінностей, застосування засобів пожежогасіння і взаємодії з підрозділами пожежної охорони. В інструкціях для окремих ділянок повинні вказуватися: категорія приміщення за ОНТП 24-86, вимоги щодо утримання евакуаційних шляхів і виходів, місця для куріння і вимоги до них, порядок складання робочих місць, утримання і збереження спецодягу, умови проведення зварювальних робіт; порядок огляду, вимикання електроустановок, приведення в пожежонебезпечний стан приміщення і робочих місць, закриття приміщень після закінчення роботи тощо.
При організації тимчасових місць проведення зварювальних робіт керівник підприємства повинен оформити наряд-допуск на проведення робіт. У ньому вказується: виконавець робіт, вид і місце проведення робіт, час початку і закінчення проведення робіт, заходи пожежної безпеки при виконанні робіт, особа, відповідальна за пожежну безпеку на місці проведення робіт.
Проведення робіт погоджується з пожежною охороною або фахівцем з пожежної безпеки підприємства, а у випадку їх відсутності - зі службою охорони праці. Наряд надається тільки на один зварювальний пост і на термін не більше 1 доби. При переміщенні робіт на інший пост наряд є недійсним.
Проведення зварювальних робіт на постійних і тимчасових місцях дозволяється тільки після застосування заходів, що виключають можливість виникнення пожежі: очищення робочого місця від горючого матеріалу, захист горючих конструкцій, забезпечення первинними засобами пожежогасіння.
Після закінчення електрозварювальних робіт виконавець зобов'язаний оглянути місце їх проведення і усунути можливі причини виникнення пожежі.
Під час перерв у роботі, а також наприкінці робочої зміни зварювальна апаратура повинна відключатися від мережі.
Забороняється:
- починати зварювальні роботи при несправній апаратурі;
- розміщати постійні місця для проведення зварювальних робіт у пожежонебезпечних і вибухонебезпечних приміщеннях;
- припускати до зварювальних роботіт осіб, що не мають кваліфікаційних посвідчень і не пройшли навчання за програмою пожежно-технічного мінімуму і щорічної перевірки знань з одержанням спеціального посвідчення;
- проводити зварювання свіжопофарбованих конструкцій і виробів до повного висихання фарби;
- користуватися одягом і рукавицями зі слідами масел і жирів, бензину, гасу й інших ГР;
- зберігати в зварювальних кабінах одяг, ГР та інші горючі предмети і матеріали;
- припускати торкання електричних проводів з балонами, наповненими стиснутим, скрапленим або розчиненим газом;
- виконувати електрозварювальні роботи на апаратах і комунікаціях, заповнених горючими і токсичними матеріалами, а також на таких, що знаходяться під тиском негорючих рідин, газів, парів і повітря або під електричною напругою;
- проводити електрозварювальні роботи на елементах будівель, виготовлених з легких металевих конструкцій з горючими і важкогорючими утеплювачами.
Вимоги до робочого місця і зварювального обладнання.
Установка для ручного зварювання повинна бути забезпечена вимикачем або контактором, покажчиком величини зварювального струму і запобіжником у первинному колі.
Однопостові зварювальні двигуни-генератори і трансформатори захищаються запобіжниками тільки з боку мережі живлення.
З'єднання зварювальних проводів слід робити за допомогою опресовки, зварювання, пайки або спеціальних затискачів. Підключення проводів до електродоутримувача виробу, що зварюється, і зварювального апарату здійснюється за допомогою мідних кабельних наконечників, скріплених болтами з шайбами.
Забороняється використовувати проводи голі або з пошкодженою ізоляцією, а також застосовувати нестандартні запобіжники.
Проводи, що підключаються до зварювальних апаратів, розподільчих щитів й іншого обладнання, а також до місць зварювальних робіт, повинні бути надійно ізольовані і у потрібних місцях захищені від дії високої температури, механічних пошкоджень і хімічних впливів.
У випадку проведення зварювальних робіт, пов'язаних з частими переміщеннями зварювальних установок, повинні застосовуватися механічно тривкі шлангові кабелі.
Кабелі (електропроводи) електрозварювальних машин повинні розміщатися від трубопроводів кисню на відстані не менше 0,5 м; від трубопроводів ацетилену та інших горючих газів - не менше 1 м.
Оберненим провідником, що з'єднує виріб, що зварюється, з джерелом зварювального струму можуть служити сталеві або алюмінієві шини будь-якого профілю, зварювальні плити, стелажі і сама зварювана конструкція за умови, що її переріз забезпечує безпечне за умовами нагрівання проходження струму.
З'єднання між собою окремих елементів, використовуваних як обернений провідник, необхідно виконувати за допомогою болтів, струбцин, затискачів.
Використання в якості оберненого провідника внутрішніх залізниць, мереж заземлення або занулення, а також металевих конструкцій будівель, комунікацій і технологічного обладнання забороняється.
У випадку проведення електрозварювальних робіт у вибухонебезпечних і пожежонебезпечних приміщеннях, оберненим провідником може бути тільки ізольований провід, причому за якістю ізоляції він не повинен поступатися прямому провіднику, приєднаному до електродотримача.
Конструкція електродотримача для ручного зварювання повинна забезпечувати надійний затискач і швидку зміну електродів, а також виключати можливість короткого замикання його корпусу на деталь, що зварюється, під час тимчасових перерв у роботі або у випадку його випадкового падіння на металеві предмети. Ручка електродотримача повинна бути виготовлена з негорючого діелектричного теплоізолюючого матеріалу.
Електроди повинні бути заводського виготовлення і відповідати номінальній величині зварювального струму.
Недогарки електродів варто складати в спеціальний металевий ящик, встановлений біля місця проведення зварювальних робіт.
Перед зварюванням електроди повинні бути просушені при температурі, зазначеній в паспортах на конкретний тип електродного покриття. Покриття електродів повинно бути однорідним, щільним, без набряків, напливів і тріщин.
Електрозварювальна установка на увесь час роботи повинна бути заземлена. Крім заземлення основного електрозварювального обладнання, у зварювальних установках потрібно безпосередньо заземлити той затискач повторної обмотки зварювального трансформатора, до якого приєднується обернений провідник.
Над переносними і пересувними електрозварювальними установками, застосовуваними на відкритому повітрі, повинні бути споруджені навіси з негорючих матеріалів для захисту від атмосферних осадків.
Технологічне обладнання і планово-попереджувальний ремонт зварювального обладнання повинні проводитися відповідно до графіка. Щодня після закінчення роботи необхідно проводити очищення агрегатів і пускової апаратури.
Температура нагрівання окремих частин зварювального агрегату не повинна перевищувати 750С.
Опір ізоляції струмопровідних частин зварювального апарата повинно бути не нижче 0,5 МОм. Ізоляцію потрібно перевіряти не рідше 1 разу в 3 місяця (у випадку автоматичного зварювання під флюсом - 1 раз на місяць). Ізоляція повинна витримувати напругу 2 кВ протягом 0,12 год.
Відстань від машин крапкового, шовного і рельєфного зварювання, а також від машин стикового зварювання до місць перебування горючих матеріалів і конструкцій повинна бути не менше 4 м, а у випадку зварювання деталей перерізом більше 50 мм2 - не менше 6 м.
| « 9.3.3 Пожежна профілактика побутових електронагрівальних приладів. | 9.4 Тепловий розрахунок мереж » |