Ручне електродугове зварювання

Лабораторна робота № 1

Безпека праці при дуговому зварюванні трубопроводів і конструкцій

1 Мета і завдання лабораторного заняття

Мета лабораторного заняття – навчити студентів уникати основних небезпек та шкідливих впливів, які спричиняють виробничі травми при зварюванні.

У результаті проведення лабораторної роботи студенти повинні знати :

1 До роботи допускаються електрозварювальники, які мають ІІ кваліфікаційну групу з техніки безпеки до 1000 В.

2 Електрогазозварювальникові крім передбаченого нормами спецодягу і спецвзуття треба користуватися шоломом-маскою зі світлофільтром, який треба захищати від бризок розтопленого металу простим склом. При силі зварювального струму від 30 до 75 А рекомендується користуватися світлофільтром Э-1, понад 75 до 200 А – Э-2, понад 200 до 400 А – Э-3, понад 400 А –Э-4. Ці світлофільтри мають класифікаційний номер відповідно 0, 10, 11, 12.

Підсобні робітники, які виконують роботу разом з електрозварником, повинні бути забезпечені захисними окулярами зі світлофільтрами або щитками.

При відчутті різання в очах під час проведення робіт електрозварник повинен негайно звернутися до лікаря.

3 Як обернений провід допускається використовувати сталеві шини будь-якого профілю, але які мають достатню площу поперечного перерізу ( не менше як 25 мм2).

4 Для подавання напруги до зварюваних труб треба використовувати лише спеціальний зварювальний провід. Заборонено використовувати для цього металеві стрижні, стрічки, рейки та інші предмети.

5 Зварювати дозволяється на відстані не менше як 10 м від легкозаймистих або вибухонебезпечних матеріалів та установок ( бочок із пальним, ацетиленових газогенераторів) і не менше як 5 м від горючих матеріалів.

6 Перед початком робіт у котловані треба переконатися у стійкості його схилу або надійності кріплення вертикальних стінок, забрати від брівки котловану обрізки труб та інші предмети, які можуть упасти вниз і покалічити.

7 До початку робіт слід перевірити справність електродотримача і надійність ізоляції його держака, справність запобіжної маски із захисним склом і світлофільтром, а також стан ізоляції проводів, щільність з’єднань контактів зварювального проводу і наявність заземлення корпусу зварювального агрегату.

8 Зварювальні проводи треба прокладати так, щоби їх не пошкодили машини, які тут проїжджають. Ці проводи не повинні торкатися сталевих линв, шлангів для кисню та ацетилену і бути поряд із ацетиленовим генератором або балонами для стиснутого і зрідженого газу .

9 Перед зварюванням слід старанно очистити ( до металевого блиску) дротяною щіткою ребра зварюваного виробу і прилеглу до них зону завширшки 20-30 мм від окалини, іржі, шлаку. Під час проведення цієї операції треба користуватися захисними окулярами зі скельцями, які не б’ються.

10 Ремонтувати зварювальні агрегати , вмикати їх в електромережу і вимикати з неї повинні електромонтери. Ці операції заборонено проводити електрозварникам.

Справність електрозварювальних агрегатів треба перевіряти регулярно. При цьому слід переконатися , що на корпусі нема напруги.

11 При виявленні несправності зварювального агрегату, зварювальних проводів, електродотримача або шолома-маски слід негайно припинити роботу. Відновити її можна тільки усунувши усі несправності.

12 Відстань між грунтом і зварюваним стиком повинна бути не менше як 0.5 м. При зварюванні неповоротних стиків трубопроводу треба користуватися захисним килимком, який охороняє зварювальника від вологи і холоду.

13 У місцях з’єднання труб у нитку ( напустку) траншею треба розширити на 2.5 м у всі сторони від зварюваного стика.

14 При роботі на заболочених та інших мокрих дільницях траси треба взувати гумові чоботи і користуватися спеціальними щитами із дощок.

15 Для захисту від атмосферних опадів, рвучкого вітру чи сонячних променів треба користуватися переносним наметом. Заборонено провадити електрозварювальні роботи просто неба під час дощу, грози, снігопаду.

16 Електрозварникові заборонено :

-залишати без нагляду електродотримач, який перебуває під напругою;

-допускати у зону проведення зварювальних робіт ( на відстань менше як 5 м від стика) сторонніх і не зайнятих цими роботами осіб;

-допускати до роботи допоміжних робітників, якщо вони не мають окулярів зі світлофільтрами В-1 або В-3 ( відповідно при роботі у цеху або на відкритому майданчику);

-торкатися незахищеними руками гарячого електроду і нагрітих місць на зварюваних трубах;

-зварювати при недостатньому освітленні робочого місця;

-працювати при загазованості повітря , витіканні горючих газів або рідин із діючого трубопроводу, прокладеного поряд;

-виконувати роботи , які не входять до його функцій (обслуговування зварювального агрегату, обладнання для підігрівання стиків тощо).

17 Зварювальні роботи при врізанні до діючого трубопроводу або усунення дефектів трубопроводу, виявлених у період його продування газом, дозволяється виконувати тільки після зменшення тиску під безпосереднім керівництвом інженерно-технічного працівника, відповідального за організацію безпечного виконання цих робіт, за наявності підряду-допуску на особливо небезпечні роботи.

Виконувати зварювальні роботи на трубопроводі, резервуарі та інших посудинах, які перебувають під тиском, заборонено.

18 Зварювання на висоті (на повітряних переходах трубопроводу) можуть виконувати електозварювальники, які мають медичні висновки про їх придатність до верхолазних робіт. До початку робіт їх повинен проінструктувати майстер (виконроб) про способи і місця закріплення на висоті запобіжних поясів та інші вимоги техніки безпеки.

Зварювальник, який працює на висоті, повинен користуватися запобіжним поясом, у якого не минув термін випробування і сумкою для перенесення інструментів, електродів і недогарків. Скидати електроди вниз заборонено.

Неможна зварювати з драбини.

19 При ремонті бочок та інших місткостей з-під бензину зварювати дозволено тільки старанно промивши їх гарячою водою , пропаривши або продувши інертним газом. При заварюванні такої тари усі отвори у ній повинні бути відкриті.

20 При зварювальних роботах всередині закритих резервуарів та інших місткостей слід забезпечити надійну вентиляцію робочого місця. Якщо при виконанні зварювальних робіт використовують стиснені гази ( пропан, бутан) і вуглекислоти, витяжна вентиляція повинна мати відсмоктування знизу. Якщо неможна забезпечити потрібну вентиляцію, з дозволу керівника робіт слід використовувати відповідні засоби індивідуального захисту.

При роботі всередині сталевих резервуарів, зварювальник повинен користуватися запобіжним поясом, вільний кінець мотузки від якого є у руках робітника, який його страхує і перебуває поза місткістю, гумовим головним убором, діелектричними калошами, гумовим килимком або іншою підстилкою з ізоляційних матеріалів.

Порожнина резервуарів освітлюється за допомогою світильників, установлених ззовні, або ручних переносних ламп напругою не більше як 12 В.

21 При автоматичному дуговому зварюванні під шаром флюсу слід дотримуватися таких додаткових вимог безпеки :

- флюс, який використовується при автоматичному зварюванні, повинен бути сухий і чистий (флюс, забруднений мастилом, жирами і смолами використовувати неможна);

- очищати шви під флюсом при автоматичному зварюванні слід пневматичними пристроями або металевими щітками і скребками з міцними ручками;

- при обслуговуванні автоматів для електрошлакового зварювання треба користуватися окулярами у лускатій оправі із синіми світлофільтрами, які затримують інфрачервоні промені, небезпечні для зору;

- при зварюванні під флюсом, який містить фтористі сполуки, а також при зварюванні кольорових металів слід використовувати вентиляцію, особливо у закритих приміщеннях;

- при ручному прибиранні флюсу слід користуватися рукавицями;

- для захисту ізоляції проводів, які живлять зварювальним електрострумом автомати з пересувною головкою від механічних пошкоджень їх треба укладати у гумові шланги.

22 Закінчивши роботи, треба зупинити (заглушити) двигун зварювального агрегату, упорядкувати робоче місце, скласти інструмент, захисні пристрої, змотати у бухти зварювальні проводи і сховати їх у спеціально відведені місця.

Уміти :

- надавати першу допомогу при ураженні електричним струмом, напругою;

- надавати першу допомогу при ураженні зору та шкіри;

- надавати допомогу із захисту від отруєння газами, пилом і випарами;

- уміти використовувати вимоги пожежної безпеки, викладені у «Правилах пожежної безпеки при проведенні зварювальних та інших вогневих робіт на об’єктах народного господарства».

2 Теоретичні основи

РОЗРАХУНОК ЗАХИСНОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ

Захисне заземлення – умисне електричне з’єднання із землею або її еквівалентом металевих не струмопровідних частин електроустановок, які можуть бути під напругою.

Захисне заземлення використовується у мережах напругою до 1000 В змінного струму – трифазні три провідні з ізольованою нейтраллю; однофазні двопровідні, ізольовані від землі; двопровідні мережі постійного струму з ізольованою середньою точкою обмоток джерела струму; у мережах понад 1000 В змінного і постійного струму з будь-яким режимом нейтралі.

Заземлення обов’язкове у всіх електроустановках при напрузі 380 В і вище змінного струму, 440 В і вище постійного струму, а у приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних і у зовнішніх установках при напрузі 42 В і вище змінного струму, 110 В і вище постійного струму; при будь-яких напругах у вибухонебезпечних приміщеннях.

Залежно від місця розташування заземлювачів відносно защемлюваного обладнання розрізняють два типи заземлюючих пристроїв : виносне і контурне.

При виносному заземлюючому пристрою заземлювач винесений за межі майданчика, на якому розташовано заземлюване обладнання.

При контурному заземлюючому пристрою електроди заземлювача розташовують по контуру (периметру) майданчика, на якому є заземлюване обладнання, а також всередині цього майданчика.

У відкритих електроустановках корпуси приєднують безпосередньо до заземлювача проводами. У спорудах прокладають магістраль заземлення, до якої приєднують заземлюючі проводи. Магістраль заземлення з’єднують із заземлювачем не менше як у двох місцях.

Як заземлювачі насамперед треба використовувати звичайні заземлювачі у вигляді прокладених під землею металевих комунікацій (за винятком трубопроводів для горючих і вибухонебезпечних речовин, труб теплотрас), металевих конструкцій будівель, з’єднаних із землею, свинцевих оболонок кабелів, обсадних труб артезіанських колодязів, свердловин, шурфів тощо.

Як звичайні заземлювачі підстанцій і розподільних пристроїв рекомендується використовувати заземлювачі опор повітряних ліній електропередачі, з’єднаних із заземлюючим пристроєм підстанції або розподільним пристроєм за допомогою грозозахисних линв ліній.

Якщо опір звичайних заземлювачів задовольняє потрібним нормам Rз, то влаштовувати штучні заземлювачі не треба.

Коли звичайних заземлювачів нема, або використання їх не дає потрібних результатів, використовують штучні заземлювачі: стрижні із кутникової сталі розміром 50*50,60*60, 75*75 мм із товщиною стінки не меншою як 4 мм, із товщиною стінки не меншою як 4 мм, завдовжки 2.5-3 м; сталеві труби діаметром 50-60 мм, завдовжки 2.5-3 м із товщиною стінки не меншою як 3.5 мм; пруткова сталь діаметром не меншим як 10 мм, завдовжки до 10 м. і більше.

Заземлювачі забивають вряд або по контуру на таку глибину, при якій від верхнього кінця заземлювача до поверхні землі залишається 0.5-0.8 м. відстань між вертикальними заземлювачами повинна бути не меншою як 2.5-3 м.

Для з’єднання вертикальних заземлювачів між собою використовують сталеві стрічки завтовшки не менше як 4 мм і перерізом не меншим як 48 мм², або сталевий провід діаметром не меншим як 6 мм. Стрічки (горизонтальні заземлювачі) з’єднують з вертикальними заземлювачами зварюванням.

Магістралі заземлення всередині будівель з електроустановками напругою до 1000 В виконують сталевою стрічкою перерізом не меншим як 100 мм² або сталлю круглого перерізу тієї самої провідності. Відгалуження від магістралі до електроустановок виконують сталевою стрічкою перерізом не меншим ніж 24 мм² або круглою сталлю діаметром не меншим ніж 5 мм.

Нормовані опори заземлюючих пристроїв наведено у табл. 1.1.

Для електроустановок напругою до 1000 В значення Rз подано за умови, що питомий опір ґрунту . При питомому опорі ґрунту понад дозволяється збільшувати вищезазначені величини у , але не більше ніж у 10 разів.

Таблиця 1.1. Допустимі опори заземлюючого пристрою в електроустановках до і понад 1000 В.

Розрахункові струми замикання на землю приймають за даними енергосистеми або розрахунковим способом.

Заземлення методом коефіцієнтів використання розраховують так.

1 Відповідно до ПУЕ встановлюють потрібний опір заземлення Rз.

2 Визначають вимірюванням, розрахунком або на підставі даних аналогічних заземлюючих пристроїв можливий опір розтіканню звичайних заземлювачів Rе.

3 Якщо Rе< Rз, то влаштування звичайного заземлення нетреба.

Якщо Rе>Rз, то треба встановлювати звичайне заземлення.

Опір, Ом, розтіканню звичайного заземлення

Далі розрахунок ведуть за Rи.

4 Визначають питомий опір ґрунту із табл. 1.2. При проведенні розрахунків ці значення треба множити на коефіцієнт сезонності, який залежить від кліматичних зон і виду заземлювача ( табл. 1.3).

Таблиця 1.2. Наближені значення питомих опорів грунтів і води ,

Назва ґрунту	Питомий опір,
Пісок
Супісок
Суглинок
Глина
Садова земля
Глина ( шар 7-10 м) або гравій
Мергель, вапняк, пісок із каменями	1000-2000
Скеля, камені	2000-4000
Чорнозем
Торф
Річкова вода ( на рівнинах)	10-100
Морська вода	0,2-1

Розрахунковий питомий опір ґрунту для стрижневих заземлювачів ( вертикальних заземлювачів) ; для довгого заземлювача ( горизонтальних стрічок) .

5 Визначають опір, Ом, розтіканню одного вертикального заземлювача – стрижневого круглого перерізу (трубчастого або кутників) у землі ( рис. 1.1)

Рисунок 1.1. - Розташування вертикального заземлювача у землі

при цьому l>>d, t_o>>0.5 м;

для кутника з шириною полиці b одержують d=0,95 b.

Усі розміри подано у метрах, а питомий опір грунту в омах, помножених на метр (Ом м).

Опір, ом, розтіканню вертикального заземлювача можна визначити за спрощеними формулами :

для кутника 50*50*5 мм, R_в=0.348_розр.вk_c;

для кутника 60*60*6 мм, R_в=0.298_розр._вk_c;

для кутника 75*75*8 мм, R_в=0.292_розр._вk_c;

для труби діаметром 60 мм l=2 2,5 м, R_в=0.302_розр._вk_c;.

6 Встановивши характер розташування заземлювачів ( у ряд або контуром), визначають кількість вертикальних заземлювачів

де _в – коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів і відстань між ними ( табл.. 1.4, 1.5).

Таблиця 1.3. Ознаки кліматичних зон і значення коефіцієнта k_с

Дані які характеризують кліматичні зони і тип використовуваних заземлюючих електродів	Кліматичні зони України
ІІІ	IV
Кліматичні ознаки зон :
середня багаторічна найнижча температура (січень)	Від -10 до 0 оС	Від 0 до +5оС
Середня багаторічна найвижча температура (липень)	Від +22 до +24 оС	Від +24 до +26 оС
Середньорічна кількість опадів, мм	500	300-500
Тривалість замерзання вод, дн
Значення коефіцієнта kс при використанні стрижневих електродів завдовжки 2-3 м і глибині закладання їх вершини 0,5-0,8 м	1,4-1,6	1,2-1,4
Значення коефіцієнта при використанні довгих електродів і глибині закладання їх вершин 0,8 м	2,0-2,5	1,5-2,0
Значення kс при довжині стрижнів 5 м і глибині закладання вершини 0,7-0,8 м	1,15	1,1

Можна вважати, що кількість вертикальних заземлювачів для визначення _в дорівнює R_в/R_и.

7 При влаштуванні простих заземлювачів у вигляді короткого ряду вертикальних стрижнів розрахунок на цьому можна закінчити і не визначати провідність з’єднувальної стрічки, тому що довжина її відносно невелика ( у цьому випадку фактично опір заземлюючого пристрою буде дещо завищений).

Таблиця 1.4 Коефіцієнти використання _в вертикальних електродів із труб, кутників або стрижнів, розташованих вряд без врахування впливу стрічки зв’язку

При влаштуванні заземлювачів по контуру із низки вертикальних заземлювачів доцільно враховувати і опір розтіканню стрічок ( горизонтальний заземлювач). Для цього на площі встановлення заземлення розплановують, як буде розташовано вертикальні заземлювачі n_в, і визначають довжину , м, з’єднувальної стрічки l_г =1,05n_ва, де а-відстань між вертикальними заземлювачами (звичайно відношення відстані між вертикальними заземлювачами до їх довжини дорівнює а/l=1;2;3).

Рисунок 1.2 – Положення горизонтального заземлювача в землі

8 Визначають опір, Ом, розтіканню горизонтального заземлювача. Для стрижневого круглого перерізу ( рис. 1.2) :

Тут l>d; l>>4t^І. Для стрічки завширшки b одержують d=0.5b. дійсний опір, Ом, розтіканню горизонтального заземлювача з урахуванням коефіцієнта використання , де _г- коефіцієнт використовування горизонтального заземлювача визначається за табл. 1.6,1.7.

Таблиця 1.5 Коефіцієнти використання _в вертикальних електродів із труб, кутників, стрижнів , розташованих по контуру без урахування впливу стрічки зв’язку

Таблиця 1.6 Коефіцієнти використання _г горизонтального стрічкового електрода ( труби, кутники, тощо) при розташуванні вертикальних електродів у ряд

9 Уточнюється опір, Ом, розтіканню заземлювачів з урахуванням опору горизонтального заземлювача

.

10 Визначають уточнену кількість вертикальних заземлювачів. Тут .

Таблиця 1.7 Коефіцієнт використання _г горизонтального стрічкового електроду ( труби, кутники, стрічки тощо) при розташуванні вертикального електроду по контуру

Приклад 1.1

Визначити потрібну кількість кутників розміром 50*50*5 мм завдовжки 3 м для влаштування заземлення трансформаторної підстанції. Заземлювач горизонтальний – сталева стрічка 40*4 мм. Відстань між кутниками 4.5. кутники забито по контуру підстанції. Глибина закладання горизонтального заземлювача 0,7 м. грунт – пісок з питомим опором _гр = 300 Ом*м. Кліматична зона ІІ. Нормований опір заземлюючого пристрою R_зн = 4 Ом.

Розв’язок

1 Згідно з ПУЕ допустимий опір заземлюючого пристрою з урахуванням питомого опору грунту гр дорівнює

Ом

2 Опір розтіканню вертикального заземлювача

= Ом.

Тут d=0.95b; b-ширина полиці кутника; t^/=t_o+0.5l=0.7+0.53=2.2м; _розр.в=_грk_c=300 1.7=510 ( значення коефіцієнта сезонності для вертикальних електродів k_c=1,7 визначено для кліматичної зони ІІ).

3 Кількість вертикальних заземлювачів n_в=R_в/(_вR_и)=139,6/(0,6 12)=19,38, де _в - коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів з урахуванням інтерполяції за табл.5 дорівнює 0,6.

Вважають, що кількість труб при цьому 139,6/12=12. Для встановлення беруть 20 кутників.

4 Довжина горизонтального заземлювача (стрічки) l_г=1,05 n_в а=1,05 4,5 20=94.5 м.

5 Опір розтіканню горизонтального заземлювача

Ом.

де _розр.г=_грk=300 4=1200 Ом м (значення коефіцієнта сезонності для горизонтальної стрічки k_c=4 для кліматичної зони ІІ).

6 Дійсний опір розтіканню горизонтального заземлювача з урахуванням коефіцієнта використання ; _г=0,295 ( див. табл. 7).

7 Опір розтіканню заземлювачів з урахуванням опору горизонтальному розтіканню заземлювача

8 Уточнена кількість вертикальних заземлювачів

Встановлюємо 17 вертикальних заземлювачів (кутників).

ЗАНУЛЕННЯ

Занулення – умисне електричне з’єднання з нульовим захисним провідником металевих не струмопровідних частин, які можуть бути під напругою.

Нульовий захисний провідник – провідник, який з’єднує занульовані частини з глухо заземленою нейтральною точкою джерела струму чи її еквівалентом.

Зона застосування занулення – трифазні мережі до 1000 В із заземленою нейтраллю, мережі постійного струму, якщо середня точка джерела заземлена, а також однофазні мережі змінного струму із заземленим виводом.

У разі пробою фази на металевий корпус електрообладнання виникає однофазне коротке замикання, що спричиняє швидке спрацювання захисту і тим самим автоматичне вимкнення пошкодженої установки від мережі живлення. Таким захистом є : плавкі запобіжники або максимальні автомати, установлені для захисту від струмів короткого замикання; автомати з комбінованим розціплювачем.

Швидке вимкнення пошкодженого електроприймача від мережі призводить до того, що дотикання персоналу до металевого корпусу, який є під напругою, буде короткочасним, що значно зменшить небезпеку ураження.

При замиканні на занулений корпус у мережі одного із фазних проводів виникає струм короткого замикання І_п01.Цей струм визначається фазною напругою джерела живлення U_ф, опором мережі фазного z_ф і нульового проводів:

При належному виконанні занулення І_п01 повинен перевищувати струм спрацювання максимального струмового захисту І_ср і тим самим забезпечувати спрацювання максимального струмового захисту і безпеку осіб, які мають контакт із зануленим електрообладнанням.

При виконанні занулення провідники кола «фаза-нуль» повинні бути вибрані так, щоби при замиканні на корпус виникав струм короткого замикання , який перевищує не менше як у три рази номінальний струм плавкої вставки найближчого запобіжника (у вибухонебезпечних приміщеннях не менше як у чотири рази).

Якщо установка захищена автоматом зі зворотно залежно. Від струму характеристикою, подібною до характеристики запобіжників, струм короткого замикання повинен перевищувати не менше як у три рази номінальний струм розчіплювача (у вибухонебезпечних приміщеннях не менше як у шість разів).

При захисті мереж автоматичними вимикачами , які мають тільки електромагнітний розціплював, опір кола «фаза-нуль» повинен бути такий, щоби був забезпечений струм короткого замикання, який дорівнює значенню уставки струму миттєвого спрацювання, помножений на коефіцієнт, який враховує розкид (за заводськими даними).

Якщо нема заводських даних для автоматів з номінальним струмом до 100 А кратність струму короткого замикання відносно значення уставки повинна дорівнювати 1,4, для автоматів з номінальним струмом понад 100 А кратність дорівнює 1,25. Виконання зазначених вимог забезпечує потрібну швидкодійність процесу захисту. При цьому повна провідність нульових захисних провідників у всіх випадках повинна бути не менша ніж 50 % провідності фазного провідника , що забезпечує потрібне зменшення напруги дотику до спрацювання захисту.

Як нульових захисних провідників правила рекомендують використовувати голі або ізольовані провідники, металеві конструкції будівель, фундаменти, сталеві труби електропроводок, алюмінієві оболонки кабелів, металеві кожухи та опорні конструкції шино проводів, металеві жолоби і лотки електроустановок, металеві стаціонарні відкрито прокладені трубопроводи усіх призначень крім трубопроводів горючих і вибухонебезпечних речовин, каналізацій та центрального опалення тощо.

Занулення розраховується : на вимикаючу здатність; безпечність дотику до корпусу при замиканні фази на землю (розрахунок заземлення нейтралі); безпеку дотику до корпусу при замиканні фази на корпус (розрахунок повторного заземлення нульового захисного провідника).

На вимикаючу здатність розраховують найвіддаленіші в електричному сенсі точки мережі, бо їм відповідає найменше значення струмів короткого замикання І_п01.

Якщо при розрахунку на вимикаючу здатність І_п01kІ_н, то розрахунок на вимикаючу здатність вважається закінченим.

Якщо І_п01<kІ_н, то треба збільшити переріз нульового захисного провідника і розрахунок повторити.

Розрахунок занулення на безпечний дотик до корпусу при замиканні фази на землю зводиться до розрахунку заземлення нейтральної точки трансформатора. Згідно з вимогами ПУЕ опір заземлення нейтралі джерела струму (генератора, трансформатора) у будь-якій порі року повинен бути не більшим як 8 Ом при напрузі 220/127 В, 4 Ом при напрузі 380/220 В і 2 Ом при 660/380 В.

При питомому електричному опорі землі , який перевищує 100 Ом м, допускається збільшувати зазначені значення опору до значень /100, але не більше як у 10 разів.

Розрахунок занулення на безпечність дотику до корпусу при замиканні фази на корпус зводиться до розрахунку повторного заземлення нульового провідника. Згідно з правилами загальний опір розтіканню заземлювачів (у тому числі звичайних) усіх повторних заземлень нульового робочого проводу кожної повітряної лінії передачі у будь-якій порі року повинен бути не більший як 5, 10 і 20 Ом відповідно при лінійних напругах 660, 380, 220 В джерела трифазного струму або 380, 220 і 127 В джерела однофазного струму. При цьому опір розтіканню заземлювача кожного із повторних заземлень повинен бути не більшим як 15, 30 і 60 Ом відповідно при тих самих напругах.

При питомому опорі землі понад 100 Ом м допускається збільшувати зазначені норми у /100, але не більше як у 10 разів. Згідно з ПУЕ повторні заземлення виконуються на кінцях повітряних ліній і їх відгалужень, а також на вводах у будинки, електроустановки яких підлягають зануленню.

Методика розрахунку кількості вертикальних і горизонтальних заземлювачів нейтралі джерела і повторних заземлень аналогічна розрахунку заземлення.

У деяких випадках при замиканні фази на корпус і відмові захисту (з причини несправності автоматичного вимикача, завищених уставок тощо) напруга корпусу відносно землі може існувати тривалий час. Для усунення небезпеки ураження людей струмом, яка при цьому виникає, треба, щоби напруга корпусу відносно землі не перевищувала допустимого значення напруги дотику U_пр.доп ( табл. 1.8). Ця умова буде виконана при певному значенні опору повторного заземлення, яке можна знайти із виразу:

де r_п – опір одного повторного заземлення нульового захисного провідника (усі повторні заземлення мають однаковий опір); n-кількість повторних заземлень нульового захисного провідника; І_п01 - струм однофазного короткого замикання; z₀₃ – повний опір ділянки нульового захисного провідника, по якому проходить струм короткого замикання І_п01:

,

де R₀₃, X₀₃ – активний та індуктивний опір нульового захисного провідника; Х_п - опір взаємоіндукції петлі «фаза-нуль».

Таблиця 1.8 Гранично допустимі рівні струмів і напруг дотику U_доп.пр залежно від тривалості впливу струму на людину

Приклад 1.2

Для лінії, зображеної на рис. 1.3, повторні заземлення нульового проводу виконано у точках А і Б. Визначити допустимі значення опорів rп виходячи із тривало допустимої напруги дотику U_пр.доп =75 В при таких даних :

n=2; опір заземлення нейтралі трансформатора R_з=4 Ом. Для ділянки І : R₀₃=0.308 Ом; Х₀₃=0,184 Ом; Х_п=0,12 Ом; L_п01=390 А. Для ділянки І+ІІ : R₀₃=452 Ом; Х₀₃=0,272 Ом; Х_п=0,15 Ом; L_п01=282 А.

Розв’язок

1 Повний опір ділянки І

Ом.

2 Повний опір для ділянки І+ІІ

Ом.

3 Допустимий повторний опір у точці А

Ом.

4 Допустимий повторний опір у точці Б

Рисунок 1.3 - Розрахункова електрична схема

3 Обладнання, інструменти і матеріали

3.1 Зварювальний пост постійного струму.

3.2 Зварювальний пост змінного струму.

3.3 Амперметри змінного і постійного струму.

3.4 Вольтметри постійного і змінного струму.

3.5 Зварні щитки, маски, спецодяг, рукавиці тощо.

3.6 Огометр МС-05, МС-07, МС-08.

3.7 Заземлюючий контур стаціонарний, горизонтальний, вертикальний та переносний.

4 Методичні вказівки з підготовки і виконання роботи

Будову і роботу обладнання студенти вивчають за наявними у лабораторії інструкціями з технічної експлуатації відповідного обладнання.

Загальний перехідний опір мережі заземлення натповерхні не повинна перевищувати 4 Ом, якщо потужність джерела живлення менша як 100 кВт та опір не більший як 10 Ом.

Постійний заземлюючий пристрій, який перебуває в експлуатації, повинен мати паспорт зі схемою заземлення.

При прийманні заземлюючого пристрою в експлуатацію треба подати :

а) виконавчі креслення і схеми;

б) акт на укладання заземлювачів;

в) протоколи випробувань.

Результати контролю слід занотовувати у спеціальну прошнуровану книгу «Огляд і вимірювання заземлення».

Вимірюючи перехідний опір заземлення користуються спеціальними приладами.

Під час використання приладів швидкість обертання індуктора повинна бути не менша як 120 об/хв.

5 Порядок роботи і оформлення звіту

5.1 Вивчити будову і принцип роботи огометра та інших приладів, які використовуються при визначенні величини перехідного опору заземлення.

5.2 Набути навиків підключення приладу до джерела живлення.

5.3 Для закріплення набутих навиків:

- зарисувати схему заземлення;

- вибрати формулу розрахунку;

- вибрати матеріал для заземлення.

5.4 Прибрати робоче місце.

5.5 Скласти короткий звіт, де вказати придатність заземлюючого контуру.

5.6 Захистити звіт.

6 Контрольні питання

1 У чому полягає гігієна особливостей деяких способів дугового зварювання?

2 Якими оздоровчими заходами керуються при зварювальних роботах ?

3 У чому полягають психологічні і фізичні навантаження , які отримує зварник при ручному дуговому зварюванні ?

4 Які основні шляхи покращення умов праці при дуговому зварюванні ?

5 Як характеризується в гігієнічному відношенні зварювання у середовищі захисних газів ?

6 Як характеризуються умови праці при напівавтоматичному зварюванні під флюсом ?

7 Для чого встановлюють перегородки і кабіни з відкритим верхом ?

8 Яка повинна бути вільна площа у зварювальній кабіні?

9 У які кольори слід фарбувати стіни і обладнання зварювального поста ?

10 У яких випадках зварнику необхідно підстилку, наколінники і підлокітники ?

Лабораторна робота №2

Ручне електродугове зварювання

1. Мета і завдання лабораторного заняття.

Мета лабораторного заняття - навчити студентів вибору типу і, марки електродів і оптимальних параметрів ручного електродугового зварювання, набути практичних навиків по збудженню зварної дуги, по підтриманню постійної довжини дугового проміжку і швидкості зварки в різних просторо­вих положеннях, ознайомлення з будовою і роботою зварного обладнання для ручної дугової зварки.

В результаті проведення лабораторної роботи студенти повинні

ЗНАТИ:

• марки і призначення електродів, їх характеристику;

• типи,склад і призначення обмазки електродів;

• вимоги до електродів;

• будову і фізичні властивості зварної дуги;

• вплив параметрів режиму зварки на формування і якість зварних швів;

• технологію ручної дугової зварки;

• призначення, будову і роботу зварного обладнання для ручної ду­гової зварки;

• основні техніко-економічні показники процесу ручної дугової зварки.

ВМІТИ:

• збуджувати зварювальну дугу, добиваючись оптимальної тривалості коротко-го замикання;

• підтримувати постійною задану довжину дугового проміжку;

• підтримувати постійною задану швидкість зварювання;

• зібрати зовнішню електричну схему зварного поста і підготовити йо­го до ро-боти;

• підібрати режим зварки;

• відрегулювати обладнання на заданий режим зварювання;

• підключити прилади для вимірювання електричних параметрів ре­жиму зва-рювання;

• зварити контрольний шов на заданому режимі;

2. Теоретичні основи

Останнім часом при виготовленні зварних конструкцій на промислових підприємствах в основному використовують механізовані способи зварю­вання. На будівельно-монтажних площадках і в трасових умовах в більшості випадків користуються способами ручного зварювання завдяки високій універсальності його.

Зварювання – процес утворення нероз’ємного з'єднання металів і дея­ких інших твердих матеріалів. Нероз’ємність зварних з’єднань обумовлене виникненням міжатомних і міжмолекулярних сил зчеплення і взаємною ди­фузією атомів зварюваних металів.

При дуговому зварюванні для розплавлення металів використовується теплова енергія електричної (зварювальної) дуги, яка володіє високою тем­пературою (до 6000°С). Дуга горить в атмосфері між зварюваним металом, я’кий прийнято називати основним, і кінцем електроду, закріпленого наелек­тродотримачі.

Електрична дуга являє собою стійкий розряд струму в газовому сере­довищі. Для переборювання струмом великого опору повітряв дуговому проміжку необхідна іонізація середовища, інакше стійкою горіння дуга не буде. При дуговій зварці іонізаторами є пари розплавленого металу, компо­ненти електродного покриття і т.п. При збільшені іонізації дугового проміжку струм зростає а напруга дуги спадає. Отже, для запалювання дуги не­обхідна певна напруга – значно більша, ніж при роботі.

Живлення електричної дуги здійснюється змінним і постійним струмом від спеціальних зварочних джерел живлення.

Зварні шви розрізняють по положенню в просторі: нижні, горизон­тальні, вертикальні, стельові і проміжні; по відношенню до діючихна шви сил: флангові, лобові (торцеві), комбіновані і косі; по прямолінійності: пря­молінійні, кільцеві вертикальні і кільцеві горизонтальні.

На форму, розміри і якість шва значно впливає режим зварювання. Під режимом зварювання розуміють сукупність умов проведення процесу зварки. Параметри режиму зварювання розділяють на основні і допоміжні.

При ручному дуговому зварюванні до основних параметрів режиму відносять струм, вид струму та його полярність, діаметр електрода, напруга дуги, швидкість зварювання. До додаткових елементів режиму при дуговому зварюванні відносять склад і товщину покриття електродів, початкову тем­пературу основного металу, положення електрода в просторі і положення зварюваних заготовок в процесі зварювання.

Значний вплив на формування і якість зварного шва виявляє стабільність процесу дугового розряду, що залежить від постійності довжи­ни дуги, і рівномірність переміщення дуги вздовж осі шва, тобто постійності швидкості зварювання. При порушенні стабільності процесу зварки різко змінюється форма проплавлення основного металу і зростає ймовірність утворення дефектів зварних швів типу непровару кореня шва і кромок звар­них деталей, шлакових включень і т.п.

3.Обладнання інструменти і матеріали.

3.1. Комплекс тренувальний по ручній дуговій зварці КРДЗ.

3.2. 3варочний пост постійного струму.

З.З. Зварочний пост змінного струму.

3.4. Електроди марок УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, ВСЦ-4, АНО-4, і інші діаметром 3-5мм.

3.5. Амперметри змінного і постійного струму до 500 А.

3.6. Вольтметри змінного і постійного струму до 75 В.

3.7. Самопишучий прилад швидкодіючий Н 320-5.

3.8.Зварочні щитки,маски, спецодяг рукавиці і т.п.

3.9. Пластини з мало вуглецевої і низьколегованої сталі товщиною 4-12мм.

4. Методичні вказівки по підготовці і виконанню роботи.

Будову і роботу обладнання студенти вивчають по наявним в лабораторії інструкціях по технічній експлуатації відповідного обладнання.

Запалювання дуги при зварюванні плавлячим електродом зводиться до створення короткочасного короткого замикання електрода на метал і не­гайного розриву для розряду струму. Електрод при включеному струмі при­водять в дотик зі зварюваним металом, після чого зразу відводять його. Тримаючи кінець електрода на повній відстані від деталі, домагаються стабільного горіння дуги.

Після запалювання дуги необхідно весь час підтримувати її довжину постійною, для цього необхідно по мірі розплавлення електрода опускати його в низ і переміщувати в напрямі шва.

Для закріплення набутих навиків студенти на другому занятті викону­ють зварювання контрольних швів. При цьому необхідно підібрати пластини і мало вуглецевої низьколегованої сталі товщиною 4-10мм. Розміром 200x60мм, зачистити їх кромки і підготувати для зварювання, вибрати не­обхідний зварювальний струм в залежності під діаметра електрода і товщи­ни пластини.

Для правильного формування шванеобхідно, щоб електрод був нахи­лений в сторону переміщення (кутом назад). В залежності від товщини ме­талу кількість шарів шва в розділ ці кромок різна крім того в залежності від виду зварного з’єднання і бажаної ширини шва проводять поперечні коли­вання кінцем електрода.

5.Порядок роботи і оформлення звіту.

5.1. Вивчити способи запалення і утримання дуги.

5.2. Для набуття навику "Збудження дуги" необхідно:

• закоротити кінець електрода на робочу поверхню і підняти його над нею;

• добитися оптимального часу короткого замикання електрода на ро­бочій поверхні;

5.3. Метою закріпленнянабутих навиків провести наплавку на пластині контрольних валиків (швів).

Для цього необхідно:

• підібрати марку і діаметр електрода в залежності від ос­новного металу;

• зібрати схему зварочного поста;

• підібрати режим зварювання і відрегулювати обладнання (зварочні джерела живлення) на заданий режим;

• зварити контрольний шов;

5.4. Дослідити стійкість процесу горіння зварної дуги в залежності від її дов­жини, виду і величини струму.

5.5. Привести впорядок робоче місце.

5.6. Скласти короткий звіт, де вказати марку і діаметр електрода, режим зва­рювання, положення шва в просторі, вид і полярність струму, висновки про вплив параметрів режиму зварювання на формування шва.

5.7. Захистити звіт по роботі.

6.Контрольні питання.

6.1. В чому полягає суть ручного дугового зварювання?

6.2. Вкажіть переваги і недоліки ручного зварювання.

6.3. Які сили діють на зварювальну дугу?

6.4. Що являє собою електрична (зварювальна) дуга?

6.5. Що таке пряма і обернено полярність?

6.6. Вкажіть призначення, марки і типи електродів,

6.7. Вкажіть призначення типи і склад електродного покриття.

6.8. Дайте класифікацію зварних швів:

• в залежності від характеру їх розміщення в зварній конструкції;

• в залежності від положення в просторі;

• в залежності від виду (форми) підготовки кромок.

6.9. Яке зварне обладнання і прилади використовуютьсяпри ручному дуго­вому зварюванні?

6.10. Як впливають параметри режиму зварювання на стійкість процесу горіння дуги, на форму і якість зварних швів?

6.11. Методи підвищення продуктивності ручного дугового зварювання.

6.12. Схеми ручного дугового зварювання неповоротних стиків магістральних трубопроводів.

Література.

1. Алексеев Е. К., Мельник В. И. Сварка при строительных и монтажных работах. -М.: Стройиздат, 1968.-178с.

2. Березин В. Я., Супоров Л. Ф. Сварка трубопроводов и конструкций.-М.: Недра,1983.-328с.

3. Хренов К. К. Сварка, резка и пайка металов. -М.: Машиностроение, 1973.-408с

4. Прох Л.С. и др. Справочник по справочному оборудозанию. -Киев: Техніка, 1978.-148с.

де, 1 – зварювальний виріб;

2 – рідний метал;

3 – наплавлений метал;

4 – шлак;

5 – рідкий шлак;

6 – електрична дуга (6000 – 8000 ⁰С);

7 – стержень електрода (стальний, чавунний, мідний, алюмінієвий, нержавійний);

8 – обмазка електродного стержня (тонка, середня, товста, особливо товста);

9 – струмопідвід;

10 – електродотримач (10 різновидностей).

Рисунок 1. Схема РДЗ.

а) d – 325 – 1220 < S (16) б) d – 1220 – 1420 16 – 19 (7)

d – 1020 – 1420 > (15) 19 – 21.5 (8)

21.5 (10)

а) V – подібна розділка кромок. б) комбінована розділка кромок.

Рисунок 2. Схема підготовки кромок для зварювання.

1 – круто падаюча зовнішня характеристика джерел живлення;

2 – статична характеристика дуги;

А і В – точки нестабільного горіння дуги.

Рисунок 3. Вольтамперна характеристика для РДЗ.

а) – крупно крапельне перенесення металу;

б) – дрібне крапельне перенесення металу (струменеве);

І – сила земного тяжіння;

ІІ – сила поверхневого натягу;

ІІІ – електромагнітна, електродинамічна сила;

ІV – сила парів і газів.

Рисунок 4. Схема процесу перенесення електродного металу на вибір.

Висновок:

В даній лабораторній роботі ми вивчили будову зварювального поста, який складається з джерела (трансформатор, генератор), приладів контролю (амперметра, вольтметра). Навчилися наплавленню за допомогою коливання нижньої частини електрода за схемами.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

Визначення коефіцієнтів розправлення і навпаки, втрат на вигорання і розбризкування при одно дуговому зварюванні.

1. МЕТА І ЗАВДАННЯ РОБОТИ.

1.1. Визначити коефіцієнти розплавлення ( )і наплавлення ( ),а та­кож процент втрат електродного металу на вигорання і розбризкування ( ) при дуговому зварюванні в залежності від марки і діаметру електроду, зварю­вального струму, його полярності, а також положення шва в просторі.

1.2. Дослідити впливрежиму ручного дугового зварювання і марки елек­тродів на продуктивність процесу зварювання.

В результаті виконання лабораторної роботи студенти повинні знати:

- марки, призначення, характеристику електродів і їх підготовку до зва­рювання;

- технологію ручного дугового зварювання;

- вплив параметрів режиму зварювання на формування шва;

- фактори, що впливають на коефіцієнти розплавлення і наплавлення;

- основні техніко - економічні, показники процесу ручного електродуго­вого зварювання.

Вміти:

- зібрати зовнішню електричну схему зварювального поста і підготовити його до роботи;

- відрегулювати обладнання на заданий режим зварювання;

- провести експерименти по визначенню коефіцієнтів і електродів різних марок;

- зробити висновок про вплив режиму зварювання на вказані коефіцієнта;

- обґрунтувати практичне використання значень даних коефіцієнтів при розрахунках продуктивності зварювальних робіт і витрат електродного металу при зварюванні конкретних металоконструкцій.

2. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ.

При зварюванні дуга оплавляє з торця електрод і проплавляє на певну глибину основний метал. Частина тепла дуги розсіюється в оточуюче середо­вище.

Кількість тепла, що витрачається на розплавлений електроду, являє собою частину всього тепла, що виділяється зварювальною дугою:

(2.1)

- ефективний ККД процесу розплавлення електроду;

І - зварювальний струм, А;

U - напруга на дузі, В.

Крім тепла дуги на розплавлення електроду впливає також тепло хімічних реакцій, які проходять на кінні електроду при розплавленні покриття металу і тепла Джоуля-Ленца, що виділяється в металевому стержні при протіканні струму.

Дослідниками було встановлено, що термічний ефект хімічних реакцій для різних марок електродів не перевищує 8...9%від загальної кількості тепла, яке виділяється зварювальною дугою, а при нагріванні електроду протікаючим струмом в ньому виділяється біля 80% тепла, необхідного для розплавлення.

Продуктивність розплавлення електроду характеризують коефіцієнтом розплавляння:

(2.2)

G - кількість розплавленого електродного стержня, г;

t - тривалість горіння зварювальної дуги_. год.;

Примінення цього коефіцієнта не має конкретного фізичного трактуван­ня, тому що електрод плавиться не струмом, а за рахунок теплової енергії дути. В той же час оцінка продуктивності розплавлення електроду по коефіцієнту розплавлення виявилась практично зручною.

Іноді про продуктивність розплавлення судять по швидкості плавлення електродного стержня:

()2.3

l₁ - довжина електродного стержня до досліду, мм;

l₂ - довжина електродного стержня після досліду, мм;

t - час горіння дуги, с.

До факторів, що впливають на розплавлення електроду, відносять:

а) стан поверхні електродного дроту.

Акуратна зачистка дроту до металевого блиску збільшує продуктивність розплавленім на 10%.

б) хімічний склад дроту (металевого стержня).

Швидкість плавлення залежить від хімскладу дроту, його теплофізичних властивостей (характеристик). Наприклад: дріт із спокійної сталі плавиться швидше, ніж з киплячої.

в) полярність, струму при зварюванні.

Вплив стану поверхні дроту і його хімскладу на швидкість розплавлення проявляється лише при прямій полярності зварювального струму, при оберненій полярності (плюс на електроді) практично не впливають.

г) тип і товщина покриття електродів.

Встановлено, що компоненти покриття основного характеру знижують напругу на дузі і зменшують швидкість плавлення електроду. Кислі речовини збільшують напругу дуги і збільшують швидкість розплавлення.

При прямій полярності компоненти SiO₂ i Fe₂O₃ сприяють збільшенню швидкості розплавлення. СаСО₃, Са(ОН)₂, ВаSO₄ зі збільшенням товщини покриття знижують продуктив­ність розплавлення.

3. ОБЛАДНАННЯ, ІНСТРУМЕНТИ, МАТЕРІАЛИ.

3.1. Електроди марок УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, АНО-4, ВСЦ-4, ГАРАНТ, ФОКС і інші діаметром 3...5 мм.

3.2. Пластини з маловуглецевої сталі товщиною 6...8 мм, розміром 230x80 мм.

3.3. Зварювальний пост постійного струму.

3.4. Амперметри постійного струму до 500 А і вольтметри до 75 В.

3.5. Годинник технічний або секундомір.

3.6. Вага технічна з різновагами.

3.7. Штангенциркуль, масштабна лінійка.

3.8. Засоби індивідуального захисту зварювальника (щитки, спецодяг, рукавиці і ін.).

4. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ПО ПІДГОТОВЦІ ДО ЗАНЯТТЯ.

Будову і роботу зварювального обладнання, схеми включенняампермет­ра, вольтметра і зварювального поста в цілому, а також вибір режиму зварю­вання студенти вивчають при виконанні лабораторної роботи № 1.

При підготовці до заняття студенти вивчають необхідний теоретичний матеріал в рекомендованій літературі і в даному посібнику.

Студентам необхідно звернути увагу на фактори, які впливають на про­цес горіння дуги, нагрів і плавлення електродного металу, розбризкування ме­талу при зварюванні і визначають в кінцевому підсумкупродуктивність проце­су зварювання і витрати електродного металу.

5. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ І ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ.

5.1. Одержати у викладача електроди, пластини, інструменти.

5.2. Провірити справність роботи обладнання і поста в цілому.

5.3. Зважити пластини, на яких буде проводитися наплавка.

5.4. Визначити вагу 1 смелектронного стержня (без покриття).

5.5. Відрегулювати обладнання на заданий режим роботи.

3.6. Провести наплавку валика на пластині електродом досліджуваної марки.

При цьому заміряти значення зварювального струму 1 час горіння дуги.

5.7. Зачистити валик від шлаку і пластину від крапель електродного металу і зважити її.

5.8. Визначити вагу стержня в огарку електрода.

5.9. Розрахувати коефіцієнти розплавлення і наплавки

5.10. Визначити втрати електродного металу

5.11. Дані дослідів і результати розрахунків внести в таблицю 5.1.

5.12. Дослідити вплив на вказані коефіцієнти діаметру електроду, зварювально­го струму і його полярності, положення шва в просторі. За результатами досліджень впливу зварювального струму побудувати графіки.

.

5.13. Скласти короткий звіт і зробити висновки за результатами досліджень.

5.14. Захистити звіт по роботі.

6. КОНТРОЛЬНІ ПИТАНН