Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

сварка фланец днище металл

Определить технологию сварки днища с фланцем. Назначить возможную рабочую температуру по вашей технологии изготовления, оценить свариваемость металла, предложить технологию испытаний и предложить пробы, выбрать вид и способ сварки плавлением, назначить подготовку кромок под сварку, определить количество переходов, выбрать сварочные материалы, назначить термические операции, определить режимы сварки, предложить вид термической резки заготовок. Принятые решения обосновать. Соединение считать равнопрочным.

Материал: Днище сталь Х18Н12Т,

Фланец сталь 16ГС

Тип производства: единичное

Днище-1, Фланец-2

1. Оценка свариваемости

Рассматриваемые стали обладают хорошей свариваемостью. Технология сварки должна обеспечивать определенный комплекс требовании, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела механических свойств основного металла. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкции допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние. В отдельных случаях к сварному соединению предъявляют дополнительные требования (работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках, пониженных температурах и т. д.). Однако во всех случаях технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности и долговечности конструкции.

Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки и предыдущей и последующей термической обработкой. Химический состав металла шва зависит от доли участия основного и электродного металлов и образовании шва и взаимодействий между металлом и шлаком и газовой фазой. Повышенные скорости охлаждения металла шва способствуют увеличению его прочности, однако при этом снижаются пластические свойства и ударная вязкость. Это объясняется изменением количества и строения перлитной фазы. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. Влияние скорости охлаждения в наибольшей степени проявляется при дуговой сварке однослойных угловых швов и последнего слоя многослойных угловых и стыковых швов при наложении их на холодные, предварительно сваренные швы. Металл многослойных швов, кроме последних слоев, подвергающийся действию повторного термического цикла сварки, имеет более благоприятную мелкозернистую структуру. Поэтому он обладает более низкой критической температурой перехода в хрупкое состояние. Пластическая деформация, возникающая в металле шва под действием сварочных напряжений, также повышает предел текучести металла шва.

Структура, а значит и свойства основного металла в околошовной зоне, зависят от его химического состава и изменяются от термического цикла сварки.

Химический состав стали 16ГС , %

Предел текучести условный, кг/мм².......................................…… 35

Предел прочности при растяжении, кг/мм²................................... 50

Относительное удлинение, %.............................………………… 18

Свариваемость - без ограничений

Возможные способы сварки: РДС; АДС в газах.

Химический состав стали Х18Н12Т, %

Предел текучести условный, кг/мм².......................................…… 20

Предел прочности при растяжении, кг/мм²................................... 52

Относительное удлинение, %............................... ……………….20

Свариваемость - без ограничений

Возможные способы сварки: РДС; АДС под флюсом; АДС в газах; КТС.

Примечание: Несклонна к отпускной хрупкости.

2. Выбор вида и способа сварки

Для сварки разнородных сталей (низколегированная 16ГС и высокохромистая Х18Н12Т применяются ручная дуговая сварка покрытыми электродами типа ЭАФ-1МФ, ЭА-2 и сварка в среде углекислого газа /1/. Сварка в защитных газах имеет ряд преимуществ: обеспечивает более качественный шов и имеет возможности для автоматизации. РДС имеет меньшую производительность и требует высокую квалификацию сварщика. Учитывая единичный характер производства, выбираем ручную дуговую сварку.

2.1 Выбор электродов

При сварке низколегированных сталей с высокохромистыми наиболее подходящими являются электроды ферритно-аустенитного класса, обеспечивающие достаточную стабильность металла шва даже при значительном проплавлении низколегированной стали. Термообработка после сварки в этом случае не требуется.

Таблица 2

Химический состав электродов ЭАФ-1МФ по ГОСТ 10052-70 (%)

Химический состав электродов ЭА-2 по ГОСТ 10052-70 (%)

3. Подготовка сварных соединений под сварку и определение необходимого числа проходов

Экспериментально исследовано, что форма проплавления основного металла практически не зависит от типа шва и соединения от параметров разделки. Форма проплавления основного металла определяется, прежде всего основными составляющими режима сварки, то есть (Iсв, Uсв, Vсв). Тип шва и соединения и параметры разделки кромок прежде всего определяют форму усиления шва и долю участия основного металла в сварном шве, а также создает пределы для формы проплавления. При малых углах скоса кромок для получения полного проплавления устанавливают зазоры между свариваемыми листами или применяют специальные методы сварки.

Величина зазора, угол скоса кромок и глубина разделки определяют в основном, при данном режиме сварки, форму усиления и долю участия основного металла в сварном шве. Чем больше зазор, угол скоса кромок и глубина разделки, тем меньше усиления шва и доля участия основного металла в шве.

Важную роль в параметрах сварного шва играет площадь наплавленного металла. Зная количество наплавленного металла за один проход можно определить сколько проходов необходимо сделать, чтобы заварить полностью все пространство шва. Сварные соединения для фиксации входящих в них деталей относительно друг друга и выдерживания необходимых зазоров перед сваркой собирают в сборочных приспособлениях или при помощи прихваток. Длина прихваток зависит от толщины и изменяется в пределах 20--120 мм при расстоянии между ними 500-- 800 мм. Сечение прихваток равно примерно ¹/з сечения шва, но не более 25--30 мм². Их рекомендуется накладывать со стороны, обратной наложению основного однопроходного шва или первого слоя в многопроходных швах. При сварке прихватки следует переплавлять полностью, так как в них могут образовываться трещины ввиду высокой скорости теплоотвода. Поэтому перед сваркой прихватки тщательно зачищают и осматривают. При наличии в прихватке трещины ее вырубают или удаляют другим способом.

Выбор способа заполнения разделки при многослойной сварке зависит от толщины металла и термообработки стали перед сваркой. При появлении в швах дефектов (пор, трещин, непроваров, подрезов и т. д.) металл в месте дефекта удаляется механическим путем, газопламенной, воздушно-дуговой или плазменной строжкой и после зачистки подваривается. Следует помнить, что при сварке низколегированных сталей выбор техники и режима сварки влияет па форму провара, долю участия основного металла в формировании шва, а также на его состав и свойства.

3.1 Определение геометрических параметров и количества проходов стыкового соединения

При сварке под слоем флюса внутреннего шва выберем вид соединения С11(стыковое соединение с разделкой кромок с остающейся подкладкой). Параметры соединения выбираем в зависимости от толщины привариваемого изделия.

3.1.1 Определения площади наплавленного металла

Где S-толщина металла; B-зазор между кромками; E-ширина валика;

G-высота усиления

мм²

3.1.2 Определение числа проходов

F₁-площадь наплавленного металла при первом проходе

F₁=(6…8)D_Э=85=48 мм²

F_П - площадь последующих проходов

F_П=(8…12)D_Э=115=66 мм²

Число проходов равно четырем

3.1.3 Угловое соединение

Наложение наружного шва необходимо для условия равнопрочности и для защиты корня шва от проникновения влаги и других веществ, которые ускоряют процессы коррозионного разрушения. Вид углового соединения У6.

4. Определение режимов сварки

а) Определения режимов сварки стыкового соединения расчетным путем.

Определения глубины проплавления:

Н_ПР= (2…3) =+2,5=10,5 мм, где S-толщина материала

Определения силы тока:

I_СВ=Н_ПР100/К=10,5100/1=1050 А, где К=(0,75…1,45)

Определение диаметра электрода:

мм, где j-плотность тока

Определения напряжения на дуге:

24,47 В

Определения скорости сварки:

V_СВ=1000=26.6 (м/час),

где А=28 коэффициент при D_Э=6 мм

Определение погонной энергии:

(Дж/м)

5. Методы оценки склонности сварного соединения к образованию холодных и горячих трещин с использованием технологических проб

5.1 Горячие трещины

Горячими трещинами называются хрупкие межкристаллитные разрушения сварного шва или околошовной зоны, возникающие в области температурного интервала хрупкости (в области температур солидуса) в результате воздействия термодеформационного сварочного цикла. Согласно общепринятым представлениям, они возникают в том случае, если интенсивность нарастания деформаций в металле сварного соединения в период остывания приводит к деформациям большим, чем его пластичность в данных температурных условиях. Характерной особенностью горячих трещин является межкристаллитный характер их развития. Способность сварного соединения воспринимать без разрушения деформации, вызванные термодеформационным циклом сварки, определяет уровень его технологической прочности.

Существуют различные методы оценки склонности металла шва к образованию горячих трещин. Рассмотрим некоторые из них: метод МВТУ и листовую пробу МВТУ.

Оценку по методу МВТУ проводят с помощью специальной машины, в которой составной образец, состоящий из двух небольших пластин, в процессе сварки подвергается принудительной деформации путем испытания на растяжения (рис 1.2).

Скорость деформации в процессе опыта сохраняется постоянной. При оценке металла сваривают серию составных образцов на неизменном режиме. При этом, изменяя скорость принудительной деформации от образца к образцу, находят наименьшую критическую скорость деформации, при которой в металле шва начинают появляться горячие трещины. Эта величина принимается за показатель технологической прочности, характеризующий стойкость металла шва к образованию горячих трещин.

Рис 1.2

Составная листовая проба Боленрата, МВТУ (рис 1.3) также позволяет количественно оценить склонность металла к образованию горячих трещин. Проба представляет собой набор пластин различной толщины, собранных на прихватках. Деформация формоизменения возникает главным образом от изгиба образцов вследствие неравномерного нагрева по ширине. При малой ширине пластин нагрев более равномерен и деформация не велика. С увеличением ширины пластины степень неравномерности нагрева, а следовательно, и изгиб пластин увеличивается, а затем с увеличением обшей жесткости опять уменьшается. Показателем сопротивляемости образованию трещин является диапазон значений ширины пластин, при котором образуются трещины. Чем он меньше, тем выше сопротивляемость к образованию горячих трещин.

Существенный недостаток всех жестких проб в том, что они не дают представления о запасе пластических свойств или на сколько, они исчерпаны, а позволяют получить чисто качественную оценку в установлении факта образования трещины.

5.2 Холодные трещины

Холодные трещины своё название получили в связи с тем, что их появление наблюдается при относительно низких температурах равных 400 С и ниже или при нормальной температуре спустя некоторое время после сварки (десятки минут, часы, иногда и через более длительное время). Характерный признак холодных трещин, это блестящий излом без следов высокотемпературного окисления.

Для объяснения природы образования холодных трещин ранее использовали две гипотезы - закалочную и водородную. Согласно закалочной гипотезы образования холодных трещин объясняется мартенситным превращением, приводящим к возникновению высоких внутренних напряжений, вызванных изменением объема при фазовом превращении и одновременно снижением пластичности металла. Согласно водородной гипотезе возникновение трещин объясняется выделением растворенного в металле водорода в микронесплошности, имеющейся в металле, и созданием в них высокого давления молекулярного водорода при низких температурах. Повышенное давление водорода создает вокруг микронесплошностей поле высоких напряжений, что приводит к развитию деформаций и разрушению металла.

При оценке склонности металла к образованию холодных трещин на образцах особое внимание необходимо уделять созданию на стадиях охлаждения такого напряженного состояния, которое возникает в металле около шовной зоны в реальных сварных конструкциях.

Также существуют различные методы оценки и к образованию холодных трещин в сварном соединении.

Метод ИМЕТ-4 рассчитан на определение склонности к образованию холодных трещин металла после обработки по различным термическим и термодеформационным циклам. Плоские образцы из испытуемого материала нагревают по определенной программе проходящим током, нагружают в требуемом интервале температур в процессе охлаждения и затем выдерживают при постоянной нагрузке до разрушения. В качестве показателя сопротивляемости образованию холодных трещин служит минимальная нагрузка, при которой происходит разрушение.

Кроме методов, обеспечивающих количественную оценку сопротивляемости образованию холодных трещин, используют пробы, имитирующие реальное сварное соединение.

Проба Кировского завода предусматривает наплавку валика на образец специальной формы (рис 1.4.). Образец изготавливают из пластины толщиной 12 мм, имеющей в центре цилиндрическую выточку, на плоскость которой наплавляют валик (сварной шов) при различных условиях охлаждения образца.

По результатам испытаний стали делят на 4 группы:

хорошо сваривающиеся - не образующие трещин при охлаждении обратной стороны образца водой в процессе сварки;

удовлетворительно сваривающиеся - не образующие трещин при охлаждении образца на воздухе;

ограниченно сваривающиеся - требующие подогрева образца перед сваркой до температуры 100 - 150 С с последующим охлаждением на воздухе;

плохо сваривающиеся - требующие более высокого подогрева.

Рис 1.4

6. Выбор вида термической резки заготовок

Выбор способа резки заготовок является важной задачей на стадии проектирования, так как от выбора способа зависит не только производительностью, но и качество сварных соединений, а значит конструкции в целом. На мой взгляд, резку заготовок нужно производить плазменной струёй. Сущность способа состоит в следующем: плазма- ионизированный газ, содержащий электрические, частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000-30000 С, имеет высокую электропроводность и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю получают в специальных плазматронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.

Дуговая плазменная струя - интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ёе можно использовать для нагрева, сварки. или резки, как электропроводных металлов, так и неэлектропроводных материалов. Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от величины сварочного тока и напряжения, состава, скорости и расхода истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки и т.д.

Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минус на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в некоторых случаях и более высоким; для питания плазматрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В.

Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза. В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно - водородные, аргон-азотные, азотоводородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержащих двухатомные газы, энергетически более эффективно. В последнее время, циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять автоматически.

Литература

1. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. акад. Б.Е. Патона. М., “ Машиностроение ”, 1974.

2. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т. I. Свариваемость материалов. изд./Под. ред. Э.Л. Макарова. М.: Металлургия, 1991.

3. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т. II. Технология и оборудование. Справ. изд./Под. ред. В.М. Ямпольского. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 1997.

4. Справочник сварщика. Под. ред. В.В. Степанова. М.: Машиностроение, 1975.

Размещено на Allbest.ru