Сварка плавлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

сварка сталь проволока плавление

Одной из важнейших задач в подготовке специалиста - научить творчески, применить при решении поставленных задач приобретенные знания. При принятии сложных инженерных решений далеко не все может быть формализовано. Одной из целей выполняемого проекта является развитие инженерного мышления, в том числе умения использовать предшествующий опыт, нащупывать новые идеи, моделировать, используя аналоги.

Сваркой называется процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании, или совместном действии того или другого (ГОСТ 2601-84).

Сущность сварки плавлением состоит в том, что металл по кромкам свариваемых частей оплавляется под действием теплоты источника нагрева. Источником нагрева могут быть электрическая дуга, газовое пламя, расплавленный шлак, плазма, энергия лазерного луча. При всех видах сварки плавлением образующийся жидкий металл одной кромки соединяется и перемешивается с жидким металлом другой кромки, создаётся общий объём жидкого металла, который называется сварочной ванной. После затвердевания металла сварочной ванны получается сварочный шов.

Среди большого разнообразия различных видов сварки плавлением ведущее место занимает дуговая сварка, источником теплоты при котором служит электрическая дуга.

В 1802 году российский учёный В.В. Петров открыл явление электрического дугового разряда и указал на возможность использования его для расплавления металла.

В 1882 году другой учёный-инженер Н.Н. Бенардос, работая над созданием крупных аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов.

В 1888 году российский инженер Н.Г. Славянов предложил производить сварку плавящимся металлическим электродом.

В 1924 - 1935 годах в основном применяли ручную сварку электродами с тонкими ионизирующими (меловыми) покрытиями. С 1935-1939 годов стали применять толстопокрытые электроды. Для электродных стержней использовали легированную сталь, что позволило использовать сварку для изготовления промышленного оборудования и строительных конструкций. В процессе развития сварочного производства была разработана технология сварки под флюсом. Сварка под флюсом позволила увеличить производительность процесса в 5-10 раз. В начале пятидесятых годов Институтом электросварки им. Е.О. Патона была разработана электрошлаковая сварка, что позволило заменить литые и кованые крупногабаритные детали сварными.

С 1948 года получили промышленное применение способ дуговой сварки в инертных защитных газах: ручная неплавящимся электродом, механизированная и автоматическая неплавящимся и плавящимся электродом. В 1950 - 1952 годах в ЦНИИТмаше при участии МВТУ и ИЭС им. Е.О. Патона была разработана сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа.

В конце пятидесятых годов французскими учёными был разработан новый вид электрической сварки плавлением, получивший название электронно-лучевой сварки.

К сварке плавлением относится также газовая сварка, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки.

1. Описание изделия

Даня конструкция представляет собой ёмкость из ст.30 ХГСА. Толщина стенки термоса 2 мм. Конструкция работает под давлением 25 атм.

Рис. 1. Изделие «Термос»

2. Характеристика материала изделия

Сталь марки 30ХГСА легированная сваривается ограниченно, рекомендуется подогрев и последующая термообработка. Флокеночувствительна, склонна к отпускной хрупкости. Изготавливаемые изделия: фланцы, лопатки компрессорных машин, рычаги, ответственные сварные конструкции, и др.

Таблица 1. Химический состав, в %

Таблица 2. Механические свойства стали

Основными легирующими элементами рассматриваемой стали, являются хром. Хром обеспечивает окалиностойкость стали, и в незначительной степени влияет на жаропрочность стали. Также хром усиливает закаливаемость стали особенно при увеличении содержания углерода. В небольших количествах он способствует повышению ударной вязкости при комнатных и повышенных температурах. При малом содержании углерода и в присутствии марганца и кремния хром в количестве до 1 % не ухудшает свариваемость стали.

3. Особенности и трудности сварки. Подготовка к сварке материала, из которого изготавливается конструкция

Стали в условиях сварочного термитного цикла в участках зоны термического влияния (а также и в металле шва, если по составу он подобен свариваемому металлу) закаляются с высокой твердостью и низкой деформационной способностью. В результате деформации, сопровождающие сварку, а также высокие остаточные и структурные напряжения длительного действия, всегда имеющиеся в сварных соединениях в исходном состоянии после сварки, могут привести к образованию холодных трещин. Они, как правило, образуются на последней стадии непрерывной охлаждения (обычно при температуре +100 °С и более низких) или при выдержке металла при комнатной температуре. Водород, находящийся в сварных соединениях диффундирующий даже при низких температурах, значительно способствует образованию холодных трещин.

Крупнозернистый металл швов, а также металл в зоне термического влияния более склонен к образованию трещин, чем мелкозернистый. Поэтому модифицирование металла швов, предусматривающее измельчение зерна (например, титаном) и применение более жестких режимов (с меньшей погонной энергией), уменьшают вероятность образования трещин.

Радикальной мерой предотвращения трещин является предварительный и сопутствующий подогрев. Обычно для этих сталей рекомендуется общий (или иногда местный) подогрев с последующей термообработкой. Для стали марки 30ХГСА принимается температура подогрева 100…120 °С.

4. Обоснование выбора способа сварки

При сварке легированных сталей плавящимся электродом в углекислом газе обеспечивается достаточное оттеснение воздуха от сварочной зоны, но металл может значительно окисляться. Для предотвращения окисления основных легирующих элементов в электродную проволоку необходимо вводить достаточное количество раскислителей.

Сварлегированных сталей под высококремнистыми высокомарганцовистыми флюсами не обеспечивает требуемого качества в связи с кремнемарганцевосстановительными процессами, при которых происходит выгорание хрома и уменьшение в швах кремния и марганца, приводящие к снижению пластичности и вязкости этих сталей.

Исходя из сказанного, назначаем: сварку заданной конструкции будем производить плавящимся электродом в среде защитного газа (СО₂); местный подогрев заготовок до 100…120 °С.

Для сварки изделия применим сварку плавящимся электродом в среде защитного газа. Технологическими преимуществами названного вида сварки являются относительная простота процесса сварки. Небольшой объем шлаков, участвующих в процессе сварки в СО₂, позволяет в ряде случаев получить швы высокого качества.

Сущность сварки в защитных газах состоит в том, что зона сварки защищается от окружающей среды кроме паров металла еще защитными газами, подаваемыми в зону сварки. В качестве защитного газа, применим углекислый газ. Углекислый газ, предназначенный для сварки, должен соответствовать ГОСТ 8050-76. В зависимости от содержания СО₂ ГОСТом предусмотрены два сорта сварочной углекислоты: I сорт с содержанием СО₂ не менее 99,5%, II сорт с содержанием СО₂ не менее 99%.Выбираю I сорт.

5. Обоснование выбора подготовительных операций

Большое влияние на качество сварного соединения и экономичность процесса сварки оказывают чистота кромок и прилегающей к ним поверхности основного металла, точность подготовки кромок и сборки под сварку. Заготовку для свариваемых деталей следует изготовлять из предварительно выправленного и зачищенного металла. Вырезку деталей и подготовку кромок осуществляют механической обработкой (на пресс-ножницах, кромкострогальных и фрезерных станках), газокислородной и плазменной резкой и др. После применения тепловых способов резки кромки зачищают от грата, окалины и т. п. (шлифовальными кругами, металлическими щетками и др.).

В некоторых случаях при спорке высоколегированных сталей основной металл в зоне термического влияния после резки также удаляют механическим путем. Перед сборкой кромки и прилегающий участки околошовного металла (на 40 мм от кромки) должны быть очищены от масла, ржавчины и других загрязнений металлическими щетками, дробеструйной обработкой или химическим травлением. Детали собирают на прихватках (коротких швах) длиной 20…30 мм и более или в специальных сборочных приспособлениях.

Данное изделие идёт без разделки кромок т.к. толщина кромок 2 мм.

6. Обоснование выбора типа сварочной проволоки

При выборе сварочной проволоки руководствуются химическим составом материала проволоки, т.е. по химическому составу сварочная проволока должна, на сколько это возможно, соответствовать химическому составу основного материала.

Сварочная проволока, предназначенная для сварки легированных сталей, регламентируется ГОСТ 2246-70.

Для сварки стали 30ХГСА рекомендуется сварочная проволока марки Св-18ХГС или Св-18ХМА. Применяю проволоку Св-18ХГС т.к. считаю её более подходящей по химическому составу.

Таблица 3. Химический состав сварочной проволоки Св-18ХГС

7. Расчёт параметров режима сварки

Назначаем шов С2 - стыковой шов по ГОСТ 1477-76;

Рис. 2 Стыковое соединение

1. Определяем величину сварочного тока

Принимаем ток в диапазоне150-170А

2. Зная, что напряжение на дуге 32-40В для расчета принимаем U=36В

3. Определяем ширину шва

b=Y S

b= 2.7 2=5.4 мм

4. Находим выпуклость шва

С= b/ Y1

С= 5.4/ 5=1.08 мм

5. Определяем площадь наплавленного металла

F=0.75 b С

F=0.75 5.4 1.08=0.1см

6. Определяем коэффициент наплавки

А+В / bл

2.3+0.65 156/ 0.8=12.9 г/а ч

12.9+0.5=13.4 г/а ч

6. Определяем скорость сварки

Vсв= /(F Y)

Vсв= 13.4 156/(0.1 7.8 100)=27.5 м/ч6.

7. Определяем скорость подачи электродной проволоки

Vпр= 4 /(П b Y)

Vпр= 4 156 13.4 /(3.14 0.8 7.8)=53.3 м/ч

Сварочную проволоку применяю диаметром 0.8мм

Расход газа принимаю 8-10 л/мин

Режимы для сварки можно взять из ОСТ 92-1146 -76.

8. Выбор электротехнического сварочного оборудования

Комплект сварочного оборудования для полуавтоматической сварки состоит из источника питания, сварочного аппарата и механизма подачи сварочного материала в зону сварки.

Для сварки изделия «Термос» подходит полуавтомат сварочный типа ПДГ-508 и комплекте с выпрямителем ВД-502-2У2,а также комплект оборудования SYNERMIG-401.Выбираю комплект оборудования SYNERMIG-401, т.к. он экономичнее, компактнее, современнее, и позволяет получить более качественное сварное соединение.

Таблица 4. Диапазоны режимов сварки SYNERMIG-401

Таблица 5. Расход защитного газа

Полуавтомат сварочный «SYNERMIG», далее полуавтомат, применяется для сварки конструкционных, высоколегированных сталей и

алюминиевых сплавов в среде защитных газов СО_2, Аr,и их смеси_.

Полуавтомат имеет инвентарный источник питания, подающий механизм с системой стабилизации скорости подачи проволоки. Сварочный аппарат оборудован микропроцессором, который позволяет работать как в импульсном, так в стандартном диапазоне.

Система управления дает возможность простому выбору оптимальных сварочных параметров в зависимости от типа и толщины свариваемого материала, защитного газа, диаметра и типа сварочной проволоки.

Подающий механизм расположен на штифте на верхней части источника питания.

Элементы системы управления расположены на лицевой панели источника питания и подающего механизма. Полуавтомат должен быть запитан от сети 3х380 В.

Рисунок 3. Принципиальная схема внешних соединений полуавтоматического сварочного аппарата SYNERMIG-401.

9. Режимы после сварочных операций

После сварки произвести зачистку околошовной зоны при помощи пневмотурбинки ИП-2020. Далее изделие подвергают термообработке -закалка 860-880 С охлождение в масле с последующим отпуском 620-640 С охлождение в масле. Проверку проводить как внешним осмотром, так и ультрозвукавым методом контроля т.к. изделие работает под высоким давлением.

Размещено на Allbest.ru