Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего образования

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра Сварочное производство и технология конструкционных материалов

Контрольная работа

По дисциплине Сварочно-монтажные работы

Выполнил: ст. гр. ГНП-13-1 бз

Мухайлов Э.Ф

Принял: доцент Федосеева Е.М.

Пермь 2016



Содержание

1. Оценить свариваемость стали 15Г2СФ. Указать условия проведения сварочных работ

2. Назначить режим ручной дуговой сварки электродами с основным типом покрытия труб диаметром 1020 мм и толщиной стенки 13 мм

3. Сравните ручную дуговую сварку и автоматическую сварку под флюсом

4. Рассмотрите технологию сварки захлестов

Список литературы



1. Оценить свариваемость стали 15Г2СФ. Указать условия проведения сварочных работ

Свариваемостью называется способность металлов образовывать при установленной технологии сварки сварное соединение, металл шва которого имел бы механические свойства, близкие к основному металлу. При определении понятия свариваемости различают металлургическую и технологическую свариваемость. Совокупность технологических характеристик основного металла, определяющих его реакцию на изменения, происходящие при сварке, и способность при принятом технологическом процессе обеспечивать надежное в эксплуатации и экономичное сварное соединение, объединяют в понятие «свариваемость». Свариваемость не является неотъемлемым свойством металла или сплава, подобно физическим свойствам. Кроме технологических характеристик основного металла свариваемость определяется способом и режимом сварки, составом дополнительного металла, флюса, покрытия или защитного газа, конструкцией сварного узла и условиями эксплуатации изделия. По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хорошо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся[1, стр 46].

Таблица 1. Классификация сталей по свариваемости

Группа сталей	Свариваемость	Эквивалент Сэ, %	Технологические меры
			подогрев	термообработка
			перед сваркой	во время сварки	перед сваркой	после сварки
1	Хорошая	< 0,2	-	-	-	Желательна
2	Удовлетворит.	0,2 - 0,35	Необходим	-	Желательна	Необходима
3	Ограниченная	0,35 - 0,45	Необходим	Желателен	Необходима	Необходима
4	Плохая	> 0,45	Необходим	Необходим	Необходима	Необходима



Более всего на свариваемость оказывают влияние химический состав сплава, фазовая структура и ее изменения в процессе нагрева и охлаждения, физико-химические и механические свойства и др.

В зависимости от марки основного металла и условий эксплуатации конструкции изменяется и совокупность показателей, определяющих понятие свариваемости. Так, под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, работающих при статических нагрузках, понимают возможность при обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное с основным металлом, без трещин в металле шва и без снижения пластичности в околошовной зоне. Металл шва и околошовной зоны в рассматриваемом случае должен быть стойким против перехода в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкций и при концентрации напряжений, обусловленной формой узла.

При сварке легированных сталей, применяемых для изготовления химической аппаратуры, под свариваемостью кроме указанных выше показателей подразумевают также стойкость против образования трещин и закалочных структур в околошовной зоне и обеспечение специальных свойств (коррозионной стойкости, прочности при высоких или низких температурах). При наплавке деталей, работающих на истирание, особое значение приобретает стойкость металла шва против эрозии, т. е. постепенного разрушения его вследствие механического износа.

Физическая свариваемость является необходимым, но недостаточным условием существования функциональной свариваемости. Достаточным условием для обеспечения функциональной свариваемости является технологическая свариваемость.

Технологическая свариваемость - это комплексная характеристика металлов и сплавов, отражающая их реакцию на процесс сварки и определяющая относительную техническую пригодность материалов для выполнения заданных сварных соединений, удовлетворяющих условиям их последующей эксплуатации. Понятие технологической свариваемости часто используют на практике при сравнительной оценке существующих и разработке новых материалов без их прямой привязки к конкретному виду сварных изделий. Чем больше применимых к данному металлу видов сварки и шире для каждого вида сварки пределы оптимальных режимов, обеспечивающих возможность получения сварных соединений требуемого качества, тем лучше его технологическая свариваемость.

Классификация материала и применение марки 15Г2СФ

Марка: 15Г2СФ

Классификация материала:

Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций

Дополнительные сведения о материале:

Сталь кремнемарганцовистая с медью

Применение: Для сварных конструкций

Химический состав материала 15Г2СФ в процентном соотношении

сварочный сталь электрод дуговой

Таблица 2. Химический состав материала 15Г2СФ в процентном соотношении

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	V	Cu
0.12 - 0.18	0.4-0.7	1.3 - 1.7	до 0.3	до 0.04	до 0.035	до 0.3	0.005-0.1	до 0.3

Согласно таблице 2, данная сталь 15Г2СФ относится к группе хорошо свариваемых и при проведении сварочных работ особых условий (подогрева либо термообработки) не требует.



2. Назначить режим ручной дуговой сварки электродами с основным типом покрытия труб диаметром 1020 мм и толщиной стенки 13 мм.

Ручная дуговая сварка, принципы процесса, характеристики дуги

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный или переменный сварочный ток. Дуга расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие и основной металл как показано на (Рис. 1). Расплавляющийся металлический стержень электрода в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну. В сварочной ванне электродный металл смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность.

Глубина, на которую расплавляется основной металл, называется глубиной проплавления. Она зависит от режима сварки (силы сварочного тока и диаметра электрода), пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия (торцу электрода и дуге сообщают поступательное движение вдоль направления сварки и поперечные колебания), от конструкции сварного соединения, формы и размеров разделки свариваемых кромок и т. п. Размеры сварочной ванны зависят от режима сварки и обычно находятся в пределах: глубина до 7 мм, ширина 8--15 мм, длина 10--30 мм. Доля участия основного металла в формировании металла шва обычно составляет 15--35%.

Рис. 1. Схема ручной дуговой сварки

Расстояние от активного пятна на расплавленной поверхности электрода до другого активного пятна дуги на поверхности сварочной ванны называется длиной дуги. Расплавляющееся покрытие электрода образует вокруг дуги и над поверхностью сварочной ванны газовую атмосферу, которая, оттесняя воздух из зоны сварки, препятствует взаимодействиям его с расплавленным металлом. В газовой атмосфере присутствуют также пары основного и электродного металлов и легирующих элементов. Шлак, покрывая капли электродного металла и поверхность расплавленного металла сварочной ванны, способствует предохранению их от контакта с воздухом и участвует в металлургических взаимодействиях с расплавленным металлом.

Кристаллизация металла сварочной ванны по мере удаления дуги приводит к образованию шва, соединяющего свариваемые детали. При случайных обрывах дуги или при смене электродов кристаллизация металла сварочной ванны приводит к образованию сварочного кратера (углублению в шве, по форме напоминающему наружную поверхность сварочной ванны). Затвердевающий шлак образует на поверхности шва шлаковую корку.

Длина дуги зависит от марки и диаметра электрода, пространственного положения сварки, разделки свариваемых кромок и т. п. Нормальная длина дуги считается в пределах Lд = (0,5 -- 1,1) dэл (dэл -- диаметр электрода). Увеличение длины дуги снижает качество наплавленного металла шва ввиду его интенсивного окисления и азотирования, увеличивает потери металла на угар и разбрызгивание, уменьшает глубину проплавления основного металла. Также ухудшается внешний вид шва.

Таблица 3. Диаметры электродов и сварочный ток

Диапазон применения

По толщине свариваемого металла:

- однопроходная сварка -1...4 мм

- двухстороння в два прохода - до 6 мм

- многопроходная - по ГОСТ 5264-80 - до 120 мм,

по правилам и нормам принятым в атом ной энергетике ПН АЭ Г-7-009-89 - до 200 мм

По положениям: - во всех пространственных положениях.

По свариваемым материалам:

- сварка конструкционных и теплоустойчивых сталей (электроды по ГОСТ 9467-75);

- сварка высоколегированных сталей с особыми свойствами (электроды по ГОСТ 10052-75);

- сварка чугуна;

- сварка алюминия;

- сварка меди.

Типы электродов (покрытие, функции покрытия)

Покрытие электрода предназначено для повышения устойчивости горения дуги, обра зования комбинированной газошлаковой защиты, легирования и рафинирования металла. Для изготовления покрытий применяют различные материалы (компоненты).

1. Газообразующие компоненты - органические вещества: крахмал, пищевая мука, дек стрин либо неорганические вещества, обычно карбонаты (мрамор СаСО₃, магнезит МgСО₃ и ДР-).

2. Легирующие элементы и элементы-раскислители: кремний, марганец, титан и др., используемые в виде сплавов этих элементов с железом, так называемых ферросплавов. Алюминий в покрытие вводят в виде порошка-пудры.

3. Ионизирующие или стабилизирующие компоненты, содержащие элементы с низким потенциалом ионизации, а также различные соединения, в состав которых входят калий, на трий, кальций, мел, полевой шпат, гранит и др.

4. Шлакообразующие компоненты, составляющие основу покрытия, - обычно это руды (марганцовая, титановая), минералы (ильменитовый и рутиловый концентраты, полевой шпат, кремнезем, гранит, мрамор, плавиковый шпат и др.)

5. Связующие - водные растворы силикатов натрия Na₂OSiO; и калия K₂OSiO₂, называемые натриевым или калиевым жидким стеклом, а также натриево-калиевым жидким стеклом.

6. Формовочные добавки -- вещества, придающие обмазочной массе лучшие пластические свойства, - бентонит, каолин, декстрин, слюда и др.

Для повышения производительности сварки, увеличения количества дополнительного металла, вводимого в шов, в покрытии электродов может содержаться железный порошок до 60% массы покрытия. Многие материалы, входящие в состав покрытия, одновременно выполняют несколько функций, обеспечивая и газовую защиту в виде газа СО₂, и шлаковую защиту в виде СаО и т. д.

ГОСТ 11969-93 устанавливают следующие положения при сварке ( рис. 2)

Рис. 2 Положения при сварке

Таблица 4. Величина зазоров в сварных соединениях, выполняемых различными способами сварки

Способ сварки	Диаметр электрода или сварочной проволоки, мм	Величина зазора, мм
Автоматическая сварка в среде защитных газов на оборудовании CRC-Evans AW	0,9 / 1,0	Без зазора. Допускается наличие зазора не более 0,5 мм на участках стыка длиной до 100 мм
Автоматическая сварка в среде защитных газов на оборудовании Saturnax фирмы Serimer Dasa	1,0	Без зазора. Допускаются локальные зазоры до 0,5 мм на длине до 100 мм
Ручная дуговая сварка электродами с основным видом покрытия	2,5 / 2,6	от 2,0 до 3,0 включ.
	3,0 / 3,2	от 2,5 до 3,5 включ.
Ручная дуговая сварка электродами с целлюлозным видом покрытия (на спуск)	3,2 4,0	от 1,0 до 2,5 включ.
		от 1,5 до 2,5 включ.
Ручная дуговая сварка электродами с целлюлозным видом покрытия (на подъем)	3,2	от 1,5 до 3,5 включ.
Механизированная сварка методом STT	1,14	от 2,5 до 4,0 включ.
Двусторонняя автоматическая сварка под флюсом	3,0 / 3,2 / 4,0	Без зазора. Допускается наличие зазора не более 0,5 мм на участках стыка длиной до 100 мм
Автоматическая сварка в среде защитных газов на оборудовании СWS.02 фирмы Pipe Welding Technology	1,0	Без зазора, допускаются локальные зазоры до 0,5 мм на длине до 100 мм
Механизированная сварка самозащитной порошковой проволокой типа Иннершилд	1,6 (1,7)	от 2,5 до 3,5

3. Сравните ручную дуговую сварку и автоматическую сварку под флюсом

Электродуговой сваркой называется сварка плавлением, при которой нагрев свариваемых кромок осуществляется теплотой электрической дуги. Ручную дуговую сварку широко применяют в судостроении и судоремонте при соединении заготовок из сталей и цветных металлов благодаря ее универсальности и возможности выполнять процесс во всех пространственных положениях свариваемого шва.

Ручная дуговая сварка плавящимися толстопокрытыми электродами имеет наибольший объем применения из всех дуговых способов сварки. Схема процесса сварки приведена на рис. 3. Питание дуги осуществляется от сварочного генератора или выпрямителя постоянным током или от сварочного трансформатора - переменным током. Наиболее широкое применение находит постоянный ток. В настоящее время применяются только толстопокрытые электроды, т. е. такие, у которых на металлический пруток определенных размеров («стержень») наносится обмазка (электродное покрытие).

Состав покрытия при расплавлении вместе со стержнем обеспечивает защиту от окисления и азотирования металла шва и определенное легирование направленного металла для придания ему необходимых механических свойств, а также придает устойчивость горению дуги.

При питании дуги постоянным током в зависимости от марки электрода (в соответствии с рекомендациями паспорта электродов) может применяться прямая или обратная полярность подключения.

Прямой полярностью называют такую, когда отрицательный полюс источника питания подключают к электроду, положительный - к изделию. Обратная полярность - плюс на электрод, минус на изделие. Для большинства марок качественных электродов рекомендуется обратная полярность.

Рис. 3. Ручная дуговая сварка металлическим электродом с покрытием

Дуга горит между стержнем электрода 1 и основным металлом 7. Под действием теплоты дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическую сварочную ванну 4. Капли жидкого металла 8 с расплавляемого электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 2, образуя газовую защиту 3, вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла.

Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги металл сварочной ванны затвердевает и образует сварной шов 6. Жидкий шлак по мере остывания образует на поверхности шва твёрдую шлаковую корку 5, которая удаляется после остывания шва. Для обеспечения заданного состава и свойств шва сварку выполняют покрытыми электродами, к которым предъявляют специальные требования (стальные покрытые электроды для ручной дуговой сварки и наплавки изготовляют в соответствии с ГОСТ 9467-75).

Широко применяют автоматическую сварку плавящимся электродом под слоем флюса. Флюс насыпается на изделие слоем толщиной (50-60) мм, в результате чего дуга горит не в воздухе, а в газовом пузыре, находящемся под расплавленном при сварке флюсом и изолированным от непосредственного контакта с воздухом. Этого достаточно для устранения разбрызгивания жидкого металла и нарушения формы шва даже при больших токах. При сварке под слоем флюса обычно применяют силу тока до (1000-1200) А, что при открытой дуге невозможно. Таким образом, пари сварке под слоем флюса можно повысить сварочный ток в 4-8 раз по сравнению со сваркой открытой дугой, сохранив при этом хорошее качество сварки при высокой производительности. При сварке под флюсом металл шва образуется за счет расплавления основного металла (около 2/3) и лишь примерно 1/3 за счет электродного металла. Дуга под слоем флюса более устойчива, чем при открытой дуге. Сварка под слоем флюса производится голой электродной проволокой, которая с катушки подается в зону горения дуги сварочной головкой автомата, перемещаемой вдоль шва. Впереди головки по трубе в разделку шва поступает зернистый флюс, который, расплавляясь в процессе сварки, равномерно покрывает шов, образуя твердую корочку шлака.

Таким образом, автоматическая сварка под слоем флюса отличается от ручной сварки по следующим показателям: стабильное качество шва, производительность в (4-8) раз больше, чем при ручной сварке, толщина слоя флюса - (50-60) мм, сила тока - (1000-1200) А, оптимальная длина дуги поддерживается автоматически, шов состоит на 2/3 из основного металла и на 1/3 дуга горит в газовом пузыре, что обеспечивает отличное качество сварки.

Преимущества сварки под слоем флюса:

· повышенная производительность;

· возможность резкового увеличения силы сварочного ток. Лучшее использование тока заметно экономит расход электроэнергии;

· заключение дуги в газовый пузырь со стенками из жидкого флюса практически сводит к нулю потери металла на угар и разбрызгивание, суммарная величина которых не превышает 2% веса расплавленного электродного металла. Отсутствие потерь на угар и разбрызгивание и уменьшение доли электродного металла в образовании шва позволяют весьма значительно экономить расход электродной проволоки;

· отсутствие брызг;

· максимально надёжная защита зоны сварки;

· минимальная чувствительность к образованию оксидов;

· мелкочешуйчатая поверхность металла шва в связи с высокой стабильностью процесса горения дуги;

· не требуется защитных приспособлений от светового излучения, поскольку дуга горит под слоем флюса;

· низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва;

· малые затраты на подготовку кадров;

· отсутствует влияния субъективного фактора.

· сварные швы получаются равномерного и очень высокого качества;

Недостатки сварки под слоем флюса:

· трудозатраты с производством, хранением и подготовкой сварочных флюсов;

· расход флюса по весу в среднем равняется весу израсходованной проволоки, и стоимость его оказывает существенное влияние на общую стоимость сварки;

· трудности корректировки положения дуги относительно кромок свариваемого изделия;

· невидимость места сварки, закрытого толстым слоем флюса. Невидимость места сварки повышает требования к точности подготовки и сборки изделия под сварку, затрудняет сварку швов сложной конфигурации;

· нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях без специального оборудования;

· отсос и сбор флюса, пересыпка для повторного его использования являются дополнительными источниками пылевыделения. Установлено, что при повторном использовании флюса запыленность воздушной среды выше в 2 раза, чем при сварке под свежим флюсом.

Параметры режима при автоматической сварке под слоем флюса делят на:

· основные;

· дополнительные

К основным параметрам режима сварки относят:

· сварочный ток (род тока и полярность);

· напряжение на дуге;

· скорость сварки;

· электродная проволока (диаметр проволоки и скорость подачи проволоки)

К дополнительным параметрам режима сварки относят:

· вылет электродной проволоки;

· состав и строение флюса (плотность флюса, размеры частиц);

· сварочная позиция;

· угол наклона электрода при сварке

Режимы сварки влияют на:

· форму шва, от которой в свою очередь зависят вероятность появление горячих трещин и других дефектов;

· механические свойства сварных соединений

Например:

Коэффициент формы шва: F = е/h,

е - ширина шва, h - глубина проплавления

Если коэффициент формы шва F=1,3….1,6, то вероятность появления трещин уменьшается.

Основным условием для успешного ведения процесса сварки является поддержание стабильного горения дуги.

Определенной силе сварочного тока при данном диаметре проволоки и напряжении на дуге должна соответствовать определенная скорость подачи проволоки.

4. Рассмотрите технологию сварки захлестов

Захлест -- соединение двух участков трубопроводов в месте технологического разрыва.

Место для захлеста при опережающем строительстве переходов и горизонтальных углов поворота следует выбирать на прямолинейных участках.

Приямки следует отрывать по ходу разработки траншей с точной привязкой к месту захлеста.

Размеры приямка должны быть не менее показанных на рис. 4.



Рис. 4. Расположение приямка при сварке захлеста: 1 - стык захлеста; 2 - приямок в траншее; 3 - трубопровод

Разрыв по засыпке трубопровода должен обеспечить свободный монтаж захлеста. При этом в траншее необходимо оставлять незасыпанным один из примыкающих участков трубопровода на расстоянии 60-80 м от планируемого места захлесточного стыка.

Практика предварительного планирования захлестов в местах необходимых технологических разрывов должна обеспечить выполнение захлестов без отставаний от линейного потока.

Преимущественным видом монтажа технологического захлеста является вариант, когда оба конца трубопровода свободны (не засыпаны землей) и находятся в траншее (или на ее "бровке").

В зависимости от конкретных условий строительства может быть применен также вариант, когда один конец трубопровода защемлен (засыпан или соединен, например, с крановым узлом), а другой имеет свободное перемещение[6,стр 22].

В тех случаях, когда обеспечивается полное или одностороннее свободное перемещение трубопровода, замыкание трубопровода следует осуществлять сваркой одного кольцевого стыка-захлеста (рис. 5, схема а).

Рис. 5. Две схемы сварки захлестов:а - сварка захлеста без нагрузки; б - сварка захлеста с нагрузкой

В том случае, если оба конца защемлены (рис. 5, схема б), возникает необходимость вварки катушки с выполнением двух кольцевых стыков.

Сборка разнотолщинных элементов при монтаже захлестов не допускается.

При монтаже захлестов запрещается:

- натягивать стыкуемые трубы;

- изгибать их силовым воздействием механизмов;

- нагревать трубу вне зоны непосредственного монтажа захлесточного стыка.

При выполнении захлеста в условиях свободного перемещения трубопровода (рис. 5, схема а) работы необходимо проводить в следующей последовательности:

- один из концов трубопровода заранее подготовить под сварку и уложить на опоры высотой 50-60 см по оси трубопровода;

- плеть, образующую другой участок трубопровода, вывешивать рядом с первой и производить разметку места реза только с помощью унифицированного шаблона;

- произвести резку и формирующую разделку с помощью унифицированной кромкорезательной машины;

- в процессе стыковки осуществить подъем обрезанной плети трубоукладчиками на высоту не более 1 м на расстоянии 60-80 м от конца; упругое провисание обрезанного торца позволяет совместить один торец с другим;

- не допускается стропить трубу для подъема в местах расположения кольцевых сварных швов.

При выполнении захлеста в условиях защемления концов трубопровода (рис. 5, схема б) работы необходимо проводить в следующей последовательности:

- изготовить катушку из трубы с той же фактической толщиной стенки, того же диаметра и того же прочностного класса, что и соединяемые трубы; ширина катушки должна быть не менее диаметра соединяемой трубы; равенство толщин стенок катушки и соединяемой трубы должны регистрироваться с помощью УЗК-толщиномера;

- с помощью трубоукладчика пристыковывают катушку к трубопроводу, выставляют требуемый зазор и производят сварку

- сборку второго стыка начинают производить по окончании сварки первого стыка.

Перерывы в процессе сварки захлестов недопустимы: захлест должен быть сварен за один прием - от начала до конца.

Смещение кромок в потолочной части от "5 часов" до "7 часов" должно быть не более 1 мм, на остальной части периметра, согласно общей регламентации, не более 3 мм.

Величина зазора, измеряемая после выполнения прихваток, должна составлять 2,5±0,5 мм независимо от толщины стенки трубы. Если в процессе сборки не удалось выдержать минимально допустимый зазор (фактический зазор оказался меньше 2 мм), этот участок должен быть пропилен абразивным кругом толщиной 2,5 мм.



Список литературы

1. ГОСТ 380-2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки

2. РД 153-006-02 «Инструкция по технологии сварки при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов»

3. СТО Газпром 2-2.2-115-2007 «Инструкция по сварке магистральных газопроводов с рабочим давлением до 9.8 МПа включительно»

4. ВСН 006-89 Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Сварка

5. ПБ 03-605-03. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов

6. ВСН 311-89 Монтаж стальных вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов

Размещено на Allbest.ru

...