Особливості зварювального обладнання для виконання робіт в екстримальних умовах

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ТЕРНОПІЛЬСЬКЕ ВИЩЕ ПРОФЕСІЙНЕ УЧИЛИЩЕ № 4 ІМЕНІ МИХАЙЛА ПАРАЩУКА

ОСОБЛИВОСТІ ЗВАРЮВАЛЬНОГО ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВИКОНАННЯ РОБІТ В ЕКСТРИМАЛЬНИХ УМОВАХ

Методична розробка уроку

Автор:

Сойка Володимир Богданович,

викладач загальнотехнічних дисциплін

Тернопіль – 2024

Тема уроку: Особливості зварювального обладнання для виконання робіт в екстримальних умовах

Мета:

•                 Ознайомлення з особливостями зварювального обладнання для виконання робіт в екстримальних умовах.
•                 Вивчення послідовності підготовчих робіт
•                 Виховання зацікавленості та компетентності до обраної професії.

Тип уроку: комбінований

Методи та прийоми викладання: пояснення, демонстрація, бесіда, самостійна робота

Матеріально-технічне забезпечення: презентація, відео

План уроку:

1.              Організаційна частина (1 хвилина)
2.              Актуалізація опорних знань (5 хвилин)
3.              Мотивація навчальної діяльності (2 хвилини)
4.              Основна частина (32 хвилин)
5.              Закріплення вивченого матеріалу, узагальнення і систематизація знань (5 хвилин)

Хід уроку:

1. Організаційна частина (1 хвилина):
   1.            Перевірка наявності учнів;
   2.            Перевірка готовності учнів до уроку;
2. Актуалізація опорних знань (4 хвилин):
   1.            Перевірка домашнього завдання
   2.            Повторювання пройденого матеріалу
3. Мотивація навчальної діяльності (2 хвилини):

Незважаючи на значну кількість наукових досліджень, присвячених зварювальному обладнанню, потреба в розробці нових та вдосконаленні існуючих видів обладнання для зварювання в екстримальних умовах залишається актуальною.

В чому полягає актуальність теми:

•                 Зварювання є одним із найважливіших технологічних процесів у сучасному світі.
•                 Зварювання в екстримальних умовах використовується в різних галузях, таких як:
  •               Підводне зварювання: ремонт суден, offshore конструкцій, прокладання трубопроводів.
  •               Зварювання в космосі: ремонт орбітальних станцій, монтаж космічних апаратів.
  •               Зварювання в умовах низьких температур: будівництво в Арктиці, ремонт нафтогазового обладнання.
  •               Зварювання в умовах високих температур: ремонт печей, турбін, атомних реакторів.

Знання про особливості зварювання в екстремальних умовах дозволяє:

•                 Підвищити безпеку зварювальних робіт:
•                 Дотримуватися правил та норм зварювання.
•                 Використовувати засоби індивідуального захисту.
•                 Запобігати аварійним ситуаціям.
•                 Підвищити ефективність зварювальних робіт:
•                 Вибирати оптимальні режими зварювання.
•                 Зменшувати витрати часу та матеріалів.
•                 Забезпечувати високу якість зварних з'єднань.

4. Основна частина (30 хвилин):
   1.            Оголошення теми і структури уроку

План

1.          Класифікація екстримальних умов зварювання та їх вплив на вигляд зварного шву
2.          Техніка безпеки при зварюванні в екстримальних умовах
3.          Особливості зварювального обладнання для екстримальних умов
4.          Огляд сучасних зразків зварювального обладнання для екстримальних умов

Класифікація екстримальних умов зварювання та їх вплив на вигляд зварного шву

Зварювання в суворих умовах створює унікальні проблеми , які вимагають ретельного розгляду та спеціальних знань. Серед таких умов можуть бути:

•      Низькі та високі температури: Зварювання в умовах Крайньої Півночі або в тропіках.
•      Підвищена вологість: Зварювання під водою або в умовах високої атмосферної вологості.
•      Вибухонебезпечні середовища: Зварювання на нафтопереробних заводах, хімічних підприємствах.
•      Відсутність джерела живлення: Зварювання в польових умовах.
•      Відкритий космос: Зварювання на орбітальних станціях.

Кожен із цих факторів може суттєво вплинути на якість і цілісність зварних швів, якщо їх не врахувати належним чином.

Зварювання за екстремальних температур, наприклад, вимагає іншого підходу порівняно зі стандартними умовами. Тепло, що виділяється під час процесу зварювання, може посилюватися при вже високих температурах, впливаючи на загальну продуктивність зварювання. Подібним чином зварювання при низьких температурах може створити додаткові труднощі через стиснення та розширення матеріалів. Розуміючи унікальні характеристики навколишнього середовища, зварювальники можуть приймати обґрунтовані рішення для досягнення успішних результатів.

Коли мова йде про зварювання в не сприятливих умовах, дуже важливо оцінити потенційні ризики. Наприклад, робота в умовах високої вологості може призвести до утворення вологи, викликаючи пористість і послаблюючи зварний шов.

Корозійне середовище, з іншого боку, може прискорити деградацію матеріалів, порушуючи структурну цілісність зварного шва. Виявляючи й усуваючи ці потенційні небезпеки, зварювальники можуть мінімізувати ризики та виробляти високоякісні зварні шви, які витримують випробування часом.

Важливість заходів безпеки в екстримальних умовах зварювання

Зварювання в екстримальних умовах вимагає суворого дотримання заходів безпеки, щоб захистити здоров’я зварювальника та забезпечити оптимальні результати.

Перш за все, засоби індивідуального захисту (ЗІЗ) відіграють важливу роль у захисті зварників. У суворих умовах ЗІЗ має виходити за рамки стандартного спорядження та включати спеціальне обладнання, таке як термостійкі рукавички, щитки для обличчя із захистом від ультрафіолету та відповідний одяг для захисту від екстремальних температур. Крім того, повинні бути встановлені системи вентиляції, щоб мінімізувати вплив випарів і підтримувати якість повітря.

Зварювання під водою

На цьому фото зображений зварювальник, який працює під водою. Він використовує водонепроникний зварювальний шолом, рукавиці, одяг та взуття. Зварювальне обладнання також є водонепроникним.

Крім того, дуже важливо провести ретельну оцінку ризику перед початком будь-якого зварювального проекту в екстримальних умовах. Виявлення потенційних небезпек, впровадження протоколів безпеки та забезпечення належного навчання зварювальної бригади є ключовими кроками для мінімізації ризиків. Необхідно також проводити регулярні перевірки безпеки та технічне обслуговування обладнання, щоб переконатися, що все працює в належному стані.

Вибір правильного зварювального обладнання для важких умов

Вибір відповідного зварювального обладнання має вирішальне значення для досягнення оптимальних результатів у екстримаьних умовах.

Одним із основних міркувань є  режим зварки, який буде використано.

Різні режими зварювання мають різні рівні придатності для важких умов. Наприклад,  дугове зварювання покритим електродом (ММА) відоме своєю універсальністю та здатністю добре працювати в несприятливих умовах. З іншого боку, дугове зварювання в захисних газах (MIG/MAG, TIG) може бути більш придатним для контрольованих середовищ через його чутливість до вітру та несприятливих погодних умов.

Зварювання при низьких температурах

На цьому фото зображений зварювальник, який працює при низьких температурах. Він використовує утеплений зварювальний шолом, рукавиці, одяг та взуття. Зварювальне обладнання також є утеплене.

Ще одним важливим фактором є вибір витратних матеріалів. У суворих умовах навколишнього середовища витратні матеріали слід вибирати, виходячи з їх стійкості до екстремальних температур, корозії та інших факторів зовнішнього середовища. Використання спеціалізованих електродів і присадних металів може значно підвищити міцність і довговічність зварного шва.

Крім того, вибір зварювального обладнання з надійними характеристиками, такими як захист від атмосферних впливів, температурна компенсація та захист від теплового перевантаження, може забезпечити надійну роботу в екстремальних умовах. Регулярне технічне обслуговування та перевірка обладнання також необхідні для виявлення будь-яких потенційних проблем і швидкого їх вирішення.

Найкращі методи зварювання за екстремальних температур

Зварювання за екстремальних температур вимагає ретельного планування та виконання, щоб подолати проблеми, пов’язані з тепловим розширенням і звуженням.

На цьому фото зображений зварювальник, який працює при високих температурах. Він використовує зварювальний шолом з теплоізоляційним матеріалом, рукавиці, одяг та взуття. Зварювальне обладнання також має теплоізоляцію.

Одним із основних моментів є попередній нагрів основного матеріалу перед зварюванням. Попередній нагрів допомагає мінімізувати різницю температур між зварювальною дугою та основним матеріалом, зменшуючи ризик розтріскування та підвищуючи загальну цілісність зварного шва. Термообробка після зварювання також може бути необхідною в деяких випадках для зняття залишкових напруг.

Крім того, важливий вибір відповідного режими зварювання та витратних матеріалів. Певні процеси зварювання, такі як дугове зварювання самозахисним дротом (FCAW), мають кращу толерантність до коливань температури та можуть забезпечити чудові результати в екстремальних умовах. Подібним чином вибір витратних матеріалів із низьким вмістом водню може допомогти запобігти розтріскуванням, спричиненим воднем, яке є більш поширеним у середовищах з високою температурою.

Щоб забезпечити належну якість зварювання , дуже важливо стежити та контролювати міжпрохідну температуру під час зварювання. Перевищення рекомендованого інтервалу міжпрохідних температур може призвести до різних дефектів, у тому числі до розтріскування зони термічного впливу (ЗТВ). Застосування спеціалізованих пристроїв моніторингу температури та впровадження методів міжпрохідного охолодження може допомогти підтримувати бажаний температурний діапазон.

Зварювання в корозійних середовищах вимагає додаткових захисних заходів для запобігання передчасній деградації зварного шва та оточуючих матеріалів.

На цьому фото зображений зварювальник, який використовує захисні заходи при зварюванні в корозійних середовищах. Він використовує зварювальний шолом, рукавиці, одяг та взуття, які стійкі до дії корозії. Зварювальні матеріали також стійкі до корозії. Зварний шов буде покритий захисним покриттям.

Одним із основних етапів є вибір відповідного присадного металу з високою корозійною стійкістю. Нержавіюча сталь та інші корозійно-стійкі сплави зазвичай використовуються в таких середовищах завдяки їхній здатності протистояти корозійній дії хімічних речовин, вологи та інших корозійних агентів. Використання  інгібіторів корозії та захисних покриттів може додатково збільшити довговічність зварного шва.

Ще одним важливим аспектом є правильна підготовка поверхні перед зварюванням. Ретельне очищення основного матеріалу та видалення будь-яких забруднень, таких як іржа або фарба, є важливими для забезпечення міцного з’єднання між зварним швом і основним металом. У деяких випадках може знадобитися застосувати спеціальні методи очищення, такі як травлення або абразивне очищення, щоб досягти бажаного стану поверхні.

Крім того, слід ретельно вибирати захисні гази та флюси, щоб забезпечити належний захист від корозії. У деяких випадках можна використовувати інертні гази, такі як аргон або гелій, для створення безкисневого середовища, що запобігає окисленню та мінімізує ризик корозії.

Поради щодо зварювання на великій висоті

Зварювання на висоті створює унікальні проблеми через знижений атмосферний тиск і рівень кисню. У цьому розділі ми обговоримо кілька порад щодо подолання цих проблем і забезпечення успішного зварювання на великій висоті.

Зварювання в космосі

На цьому фото зображений зварювальник, який працює в космосі. Він використовує легкий та міцний зварювальний шолом з вбудованою системою подачі повітря. Зварювальне обладнання також є легким та міцним, а також розроблено для роботи в умовах вакууму.

Однією з ключових міркувань є налаштування параметрів зварювання для компенсації зниженого атмосферного тиску. Знижений тиск впливає на стабільність дуги та теплопередачу, що вимагає регулювання зварювальної напруги та швидкості подачі дроту. Ознайомлення з інструкціями виробника зварювального обладнання та експериментування з різними налаштуваннями можуть допомогти досягти оптимальних результатів.

Крім того, через зниження рівня кисню на великих висотах важливо забезпечити належне покриття газом під час зварювання. Збільшення швидкості потоку захисних газів може компенсувати нижчий рівень кисню та запобігти забрудненню. Крім того, використання спеціальних витратних матеріалів із підвищеною стабільністю дуги може покращити якість зварювання на великій висоті.

Нарешті, адаптація до високогірних умов важлива для гарного самопочуття зварювальника. Середовище на великій висоті може становити ризик для здоров’я, наприклад, висотну хворобу та зневоднення. Адекватна гідратація, регулярні перерви та моніторинг симптомів є важливими для забезпечення безпеки та продуктивності зварювальної бригади.

Зварювання в обмеженому просторі: міркування щодо безпеки

Робота в обмеженому просторі представляє унікальні проблеми безпеки, які необхідно вирішити, щоб запобігти нещасним випадкам і забезпечити добробут зварювальників.

На цьому фото зображений зварювальник, який працює в  обмеженому просторі. Він використовує компактний зварювальний шолом, гнучкі рукавиці, одяг, який не сковує рухів, та зварювальні фартухи та накидки.

Перш за все, належна вентиляція має вирішальне значення в замкнутих приміщеннях, щоб мінімізувати ризик впливу небезпечних випарів і газів. Щоб забезпечити безпечне робоче середовище, слід забезпечити достатній потік повітря за допомогою систем вентиляції або вентиляторів. Також рекомендується контролювати якість повітря за допомогою детекторів газу, щоб виявити будь-яку потенційну небезпеку.

Крім того, важливо мати повне розуміння замкнутого простору та його потенційних небезпек. Проведення ретельної оцінки ризиків і впровадження відповідних протоколів безпеки, таких як належне освітлення, надійна опора та захист від падіння, є важливими для запобігання нещасним випадкам. Для підтримки постійного зв’язку зі зварювальною бригадою слід використовувати системи зв’язку, такі як двостороннє радіо.

Крім того, зварювальники, які працюють у обмеженому просторі, повинні пройти спеціалізовану підготовку, щоб справлятися з унікальними проблемами, пов’язаними з обмеженим простором. Ця підготовка повинна включати дії в надзвичайних ситуаціях, плани порятунку та протоколи надання першої допомоги, характерні для замкнутих просторів.

Технічне обслуговування та догляд за зварювальним обладнанням у важких умовах

Належне технічне обслуговування та догляд за зварювальним обладнанням мають вирішальне значення для забезпечення оптимальної продуктивності та довговічності, особливо в суворих умовах.

Регулярна перевірка зварювального обладнання має важливе значення для виявлення будь-яких потенційних проблем до їх загострення. Це включає перевірку на наявність ослаблених з’єднань, пошкоджених кабелів і зношених деталей. Необхідно також проводити періодичне калібрування зварювального обладнання, наприклад зварювальних апаратів і газових регуляторів, щоб забезпечити точні показання та постійну продуктивність.

Не менш важливим є очищення та захист зварювального обладнання від несприятливих умов навколишнього середовища. Після кожного використання зварювальники повинні очищати обладнання, видаляючи будь-яке сміття, бризки або забруднення. Нанесення захисних покриттів або зберігання обладнання в контрольованому середовищі може допомогти запобігти корозії та продовжити термін його служби.

Крім того, слід дотримуватися правил зберігання та транспортування зварювального обладнання. Обладнання слід зберігати в сухому та безпечному місці, подалі від екстремальних температур і вологості. Під час транспортування вкрай важливо закріпити обладнання, щоб запобігти його пошкодженню, і забезпечити його належний захист від негоди.

Висновок

Зварювання в суворих умовах вимагає поєднання знань, навичок і ретельного планування для отримання якісних зварних швів, які відповідають вимогам складних умов. Розуміючи унікальні міркування, пов’язані зі зварюванням за екстремальних температур, корозійних середовищ, у місцях на великій висоті та в обмеженому просторі, зварювальники можуть оптимізувати свою роботу, забезпечуючи безпеку.

Впровадження відповідних заходів безпеки, вибір правильного зварювального обладнання та дотримання найкращих практик є важливими для успішного зварювання в суворих умовах. Регулярне технічне обслуговування та догляд за зварювальним обладнанням сприяють досягненню оптимальної продуктивності та збільшенню терміну служби.

Незважаючи на труднощі, з відповідними знаннями та практикою зварювальники можуть подолати будь-які перешкоди та досягти успіху у зварюванні в суворих умовах.

Постійно розширюючи свої знання, залишаючись в курсі галузевих досягнень і практикуючи безпечні та ефективні методи зварювання, зварювальники можуть справлятися з найважчими умовами та створювати зварні шви виняткової якості.

https://www.youtube.com/watch?v=Xzrng6GrxXA

https://www.youtube.com/watch?v=l1knCR6xAzo

5. Закріплення вивченого матеріалу, узагальнення і систематизація знань (5 хвилин)
   1.            Чому зварювання за екстремальних температур може бути складним?
   1.   Зварнику стає занадто жарко або занадто холодно.
   2.   Процес зварювання стає менш ефективним.
   3.   Тепло від зварювання може вплинути на загальну якість зварювання.
   4.   Зварнику потрібно робити більше перерв.
   2.            Засоби індивідуального захисту (ЗІЗ) для зварювання в суворих умовах повинні включати:
   1.   Стандартний зварювальний шолом, рукавички та одяг
   2. Термостійкі рукавички, щитки для обличчя із захистом від ультрафіолету та відповідний одяг
   3.   Лише респіраторна маска
   4.   Нічого з вище
   3.            Чому важлива правильна підготовка поверхні перед зварюванням в корозійних середовищах?

1.   Для покращення естетики зварного шва
2. Для забезпечення міцного з’єднання між зварювальним швом і основним металом
3.   Для захисту зварювальника від ультрафіолетового випромінювання
4.   Для економії часу під час зварювання
   4.            Яку характеристику повинні мати зварювальні матеріали в умовах сильного холоду?

1.   Мала вага
2. Висока стійкість до екстремальних температур
3.   Яскравий колір для кращої видимості
4.   Короткий термін зберігання
   5.            Що важливо для забезпечення оптимальної продуктивності та довговічності зварювального обладнання в суворих умовах?

1.   Регулярне обслуговування та догляд
2.   Нечасті перевірки
3.   Зберігання обладнання при екстремальних температурах
4.   Використання обладнання без його очищення
   6.            Який вид зварювального режиму відзначається універсальністю і здатністю добре працювати в несприятливих умовах?

1.   Газове зварювання металу (GMAW)
2.   Дугове зварювання порошковим сердечником (FCAW)
3.   Зварювання під флюсом (SAW)
4. Дугове зварювання покритим електродом (MMA)

Використана література:

https://tikweld.com/blog/welding-in-harsh-environments-tips-and-best-practices-/

Зварювання: Підручник / За ред. Б.Є. Патона. – К.: Вища школа, 2004. – 400 с.

Зварювання: Навчальний посібник / За ред. В.П. Калиниченка. – К.: Аграр Медіа Груп, 2017. – 360 с.

ДСТУ EN 1011-1:2015 Зварювання. Зварні з'єднання. Частина 1: Загальні вимоги до зварних з'єднань.

ДСТУ EN 1011-2:2015 Зварювання. Зварні з'єднання. Частина 2: Технічні вимоги до зварних з'єднань із сталей.

ДСТУ ISO 15609-1:2015 Зварювання та суміжні процеси. Зварювання дугою плавким електродом. Частина 1: Загальні вимоги до обладнання.