Подготовка и осуществление технологических процессов изготовления сварных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Петровский колледж»

(ФГОУ СПО «Петровский колледж»)

Курсовая работа

ПМ.01. «Подготовка и осуществление технологических процессов

изготовления сварных конструкций»

По МДК.01 .01. «Технология сварочных работ»

Санкт-Петербург

2015 г.

Содержание

Введение

1. Описание металлоконструкции

2. Техническая характеристика основного материала

3. Свариваемость основного материала

4. Особенность сварки основного материала

5. Характеристика способов сварки, выбор применяемых

6. Техническая характеристика сварочных материалов

7. Расчет параметров режима сварки РДС

8. Расчет параметров режима сварки перспективного способа

9. Технологические мероприятия по снижению сварочных напряжений и деформаций

Список литературы

Введение

Сваркой называется процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Сварку использовали еще в седьмом тысячелетии до нашей эры, когда древние люди научились выплавлять различные металлы. Поверхности просто нагревали и сдавливали. Чуть позже возник всем известный способ сварки - кузнечный, когда сильно нагретые детали проковывали. Для всех этих видов сварки не требовались сварочные электроды.

Современные сварочные процессы разработаны не так давно, в первой половине ХХ-го века, хотя зарождались в XIX веке. В 1802 году профессор Санкт-Петербургской медико-хирургической академии Петров Василий Владимирович (1761-1834) открыл и наблюдал дуговой разряд от построенного им сверхмощного "Вольтового столба". Профессор Петров первым предложил для мгновенного плавления металлов использовать электрическую дугу. Изначально при дуговой сварке не использовались расходные сварочные материалы, основным видом электросварки была сварка дугой с использованием неплавящегося угольного электрода. В 1881 году русский изобретатель Н.Н.Бенардос (1842-1905гг.) применил электрическую дугу для соединения и разъединения стали. Дуга Н.Н. Бенардоса горела между угольным электродом и свариваемым металлом. Присадочным прутком для образования шва служила стальная проволока, а в качестве источника электрической энергии использовались аккумуляторные батареи. Сварка, предложенная Н.Н. Бенардосом, применялась в России в мастерских Риго-Орловской железной дороги при ремонте подвижного состава.

Спустя короткое время, в 1888 году, заменили уголь на голый металлический электрод (пруток), изготавливавшийся из холоднокатаной стали отсюда было положено начало дуговой сварке плавящимся электродом. В том же году русский инженер Н.Г.Славянов (1854-1897гг.) разработал научные основы дуговой сварки, применил флюс для защиты металла сварочной ванны от воздействия воздуха, предложил наплавку и сварку чугуна. Н.Г.Славянов изготовил сварочный генератор своей конструкции и организовал первый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897г.

Толстое электродное покрытие появилось в 1912 году, и представляло собой обертку из синего асбеста, пропитанного жидким стеклом сварной шов получался без дефектов и его прочность стала равной прочности основного металла. Уже в начале 20-х гг. под руководством профессора В.П.Вологдина на Дальнем Востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлов.

Мощный толчок в развитии сварочное производство получило в годы Второй Мировой войны, когда под руководством академика Е.О.Патона был внедрён промышленный способ автоматической сварки под флюсом. Это событие позволило в несколько раз увеличить темпы промышленного производства в первую очередь танков, что сыграло огромную роль в ключевых сражениях Великой Отечественной и в конечном итоге повлияло решающим образом на ход войны.

После войны, начиная с конца 1940-х годов, развитие сварки в нашей стране пошло по нарастающей: получила промышленное применение сварка в защитном газе, в 1949 году был разработан метод электрошлаковой сварки, позволяющей сваривать металлы практически любой толщины, а в 1952 году была внедрена полуавтоматическая сварка в углекислом газе. В последующие годы в стране стали применяться: сварка ультразвуком, электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением и др. В начале 1980-х годов была разработана и начала применяться порошковая проволока малого диаметра (1,2-1,6 мм).

Сварка во многих случаях заменила такие трудоёмкие процессы изготовления конструкций, как клёпка и литьё, соединение на резьбе и ковка.

Преимущество сварки перед этими процессами следующие:

-экономия металла - 10...30% и более в зависимости от сложности конструкции

-уменьшение трудоёмкости работ и уменьшение их стоимости

-удешевление оборудования

-возможность механизации и автоматизации сварочного процесса

-возможность использования наплавки для восстановления изношенных деталей

-герметичность сварных соединений выше, чем клепаных или резьбовых

-уменьшение производственного шума и улучшение условий труда рабочих

В дальнейшем сварка будет одним из лидирующих технологических процессов в производстве и в строительстве. Больше половины потребления мирового стального проката идет на изготовление сварных сооружений и конструкций. Подвергаются процессу сварки практически все металлы и неметаллы в различных условиях - на земле, в космосе и в морских глубинах. Толщина элементов свариваемых деталей различна, от микрона до метра, а масса сварных конструкций - от грамма до тысяч тонн. Иногда сварка - это единственно возможный (эффективный) способ для создания неразъемных соединений цельной конструкции.

1. Основные параметры и характеристики металлоконструкции "Бак ёмкостью 50м3"

Металлическая конструкция "Бак ёмкостью 50м3" должна соответствовать требованиям ГОСТ 1510-84 «Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, хранение и транспортирование» и должна быть изготовлена в соответствии с требованиями правил ПБ03-584-03 «Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных».

"Бак ёмкостью 50м3" изготовлен из коррозионно-стойкой стали средней прочности типа 10Х18Н10Т (550 Мпа) и имеет наиболее распространённую цилиндрическую форму и представляет собой горизонтально ориентированную пустотелую сварную конструкцию, состоящую из цилиндрической обечайки, плоских днищ.

"Бак ёмкостью 50м3"предназначен для эксплуатации в У (УХЛ) климате по ГОСТ 15150-69 категории размещения 2 - для эксплуатации под навесом или в помещениях (объемах), где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, при отсутствии прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков.

"Бак ёмкостью 50м3"по правилам ПБ03-584-03 относится к группе 5а с внутренним давлением до 0,07 МПа, исполнение «под налив», поэтому нагрузка на стенки и опорные конструкции «Бака» в основном связаны с гидростатическим давлением столба жидкости в "Бак ёмкостью 50м3", её динамической неуравновешенностью и массой топлива.

Рисунок 1 Объёмная модель сварной металлоконструкции "Бак ёмкостью 50м3"

Длина - 10450мм

Диаметр - 2500мм

Масса конструкции 5202 кг

В связи с предписанными режимами эксплуатации, к "Бак ёмкостью 50м3" для хранения топлива предъявляются следующие технические требования:

сохранение прочностных характеристик баковой конструкции, позволяющих воспринимать статические и динамические нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации;

минимальность весовых характеристик;

максимальное использование рабочего пространства;

герметичность конструкции;

конструкция "Бак ёмкостью 50м3" не подлежит последующим разборке и сборке и должна функционировать на протяжении всего заложенного срока эксплуатации.

Эти требования обуславливают геометрическую конфигурацию "Бак ёмкостью 50м3" и применение сварки в качестве метода соединения деталей. Для обеспечения надлежащей жёсткости конструкции цилиндрическая обечайка сваривается из листовой заготовки с толщиной стенки 6 мм. Левое и правое днища имеют толщину стенок 6 мм. В верхней части обечайки стенки «Бака» имеется люк-лаз, предназначенный для доступа в "Бак ёмкостью 50м3", для проведения работ по монтажу, а также других технологических нужд.

К сварным швам предъявляются требования по плотности и герметичности, форма швов должна соответствовать ГОСТ 5264-80 «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».

Технологические требования к конструкции:

Конструкция "Бак ёмкостью 50м3" должна иметь относительно простую конфигурацию и компоновку, и относительно небольшой диаметр, что позволит для многих операций применить уже имеющееся простое оборудование, применявшееся для уже отработанных изделий, для сборки узлов использовать элементы УСПС, использовать имеющиеся типовые технологические процессы, например на сборку-сварку обечаек, что повышает технологичность изделия и позволяет вести сварку с минимальными затратами.

2. Требования к основному материалу

Для изготовления топливного "Бак ёмкостью 50м3" необходимо применение материала, отвечающего следующим требованиям:

-коррозионная стойкость;

-высокая удельная прочность;

- приемлемая жесткость;

-хорошая свариваемость;

-сравнительно невысокая стоимость.

Основываясь на этих требованиях, в качестве материала для изготовления топливного "Бак ёмкостью 50м3" выбирается стальной сплав 10Х18Н10Т:

Сталь 10Х18Н10Т является низкоуглеродистой (содержание С<0,25%) доэвтектоидной (содержание С<0,8%) высоколегированной качественной (содержание серы и фосфора до 0,035% каждого отдельно) сталью аустенитного класса с особыми свойствами (коррозионностойкостью), полученной в электродуговых печах.

Химический состав стали регламентируется ГОСТ 5632-72 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные» и устанавливает следующее процентное содержание легирующих элементов:

Таблица 1 Химический состав стали 10Х18Н10Т в процентах по ГОСТ 5632-72

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	Прочее
до 0.1	до 0.8	до 2	10- 11	до 0.02	до 0.035	17 - 19	до 0.3	0.8 Ti, остальное Fe

Механические свойства стали регламентируются положениями ГОСТ 7350-77 «Прокат тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный. Технические условия» и устанавливаются в следующих пределах:

Таблица 2 Механические свойства стали 10Х18Н10Т при t=20°С по ГОСТ 7350-77

Сортамент	Размер, мм	, МПа	, МПа	, %	y, %	KCU, кДж / м2	Термообработка
Лист тонкий		530	205	40			Закалка 1050 - 1080°C,Охлаждение вода,
Трубы горячедеформированные		550	226	40

Исходные заготовки поставляются в виде листового проката, уголков и труб.

Требования к листовому прокату регламентируются положениями ГОСТ 19903-74 «Прокат листовой горячекатаный. Сортамент». В соответствии с ним к листовому прокату устанавливаются следующие требования точности:

а) по размерам с указанием размеров по толщине, ширине и длине;

б) по толщине (±0,18 мм при толщине 6 мм и ширине до 1500 мм)

в) предъявляются требования по ширине проката в зависимости от толщины и вида кромки (+10 мм для листов с обрезной кромкой и толщиной 3 мм);

г) по длине проката в зависимости от толщины и ширины (+15 мм для листов толщиной 3мм и длиной свыше 1500 мм);

д) по плоскостности на 1 метр длины в зависимости от точности прокатки и толщины поката (8ч15 мм);

е) по серповидности (2 мм на 1 м длины).

В соответствии с ГОСТ 5632-72 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные» лист стали 10Х18Н10Т горячекатаный нормальной точности (Б), улучшенной плоскостности (ПУ), с обрезной кромкой (О), размером по ГОСТ 19903-74 - 3Ч1250Ч3750 мм, термически обработанный, травленый, группа поверхности М3б имеет обозначение:

Лист

;

Упаковка в пачки, маркировка, транспортирование и хранение - по ГОСТ 7566-81.

Допускается вместо маркировки непосредственно на верхнем листе пачки наносить маркировку на металлическую карту размером не менее 200Ч300 мм, которую прочно прикрепляют не менее чем в двух местах к упаковочной ленте на верх пачки листов.

Листы упаковывают в пачки. Пачки или пакеты должны быть обвязаны упаковочной лентой по ГОСТ 3560-73, ГОСТ 6009-74 или другой нормативно-технической документации.

Листы транспортируют всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки, действующими на данном виде транспорта, и условиями погрузки и крепления грузов.

Требования к трубному прокату регламентируются положениями ГОСТ 9940-81 «Трубы бесшовные горячедеформированные из коррозионно-стойкой стали»

В соответствии с ним к трубному прокату устанавливаются следующие требования точности:

а) по наружному диаметру и толщине стенки - ± 1,5% (обычной точности);

б) по кривизне труб на 1 метр длины в зависимости от толщины стенки (1,5ч3 мм);

Трубный прокат, используемый в производстве "Бак ёмкостью 50м3" изготавливают мерной длины.

Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение труб - по ГОСТ 10692.

Основной материал поставляется в виде полос, листов, труб, уголков. В соответствии с ГОСТ 19903-74 ,

Б- металлопрокат поставляется нормальной точности

ПН- Нормальная плоскостность

НО- с необрезанной кромкой

Отклонение по толщине метало прокат: при толщине металла 4мм отклонения составляют +0,2 /-0,4

При толщине металла 6мм и ширине 1100мм предельное отклонение составляет +0,25/ -0,6, а при ширине 2550 и 2600 предельное отклонение составляет +0,45/-0,6.

Отклонения по ширине метало проката

При ширине проката 650, 700 и 1100мм отклонение +10мм, а при ширине проката 2550 и 2650мм отклонение составит +15мм

Отклонения по длине метало проката

При длине проката 2000мм отклонение +10мм, при длине 2100 и 5050мм отклонение составит +25мм, а при длине проката 7900 отклонение составит +35мм.

Отклонения от плоскостности

Для всего листового метало проката составляет не более 12 мм

Серповидность метало проката не должна превышать 2мм., на один метр длинны.

Резка листов должна проводиться под прямым углом. Косина реза и серповидность не должны выводить листы за номинальные размеры по ширине и длине.

В листах и рулонах с не обрезной кромкой надрывы и другие дефекты (если они имеются на кромках) не должны превышать половины предельных отклонений по ширине и выводить листы за номинальный размер по ширине.

Измерение толщины проката проводят: на листах - на расстоянии не менее 100 мм от торцов и не менее 40 мм от кромок.

3. Свариваемость основного материала

Согласно ГОСТ 26001 «Свариваемость - свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия»

В сварочной практике существуют такие понятия, как физическая и технологическая свариваемость.

Физическая свариваемость подразумевает возможность получения монолитных сварных соединений с химической связью. Такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами.

Технологическая свариваемость - это характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами. В этом случае свариваемость рассматривается как степень соответствия свойств сварных соединений одноименным свойствам основного металла или их нормативным значениям

Сложность понятия о свариваемости материалов говорит о том, что при оценке свариваемости следует учитывать взаимосвязь сварочной технологии с конструкцией изделия, сварочных металлов и материалов.

Так как количество показателей, характеризующих свойства основного металла, велико, свариваемость является комплексной характеристикой, включающей следующее:

· реакцию металла на термодеформационный цикл сварки, проявляющийся в склонности к росту зерна, структурным и фазовым изменениям в металле шва и в зоне термического влияния;

· чувствительность к окислению и порообразованию;

· сопротивляемость образованию горячих трещин;

· сопротивляемость образованию холодных трещин;

· соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационным требованиям по прочности, пластичности, выносливости, ползучести, жаростойкости, жаропрочности, коррозионной стойкости и т.п.

Показатели свариваемости как одиночные, так и представляющие собой сочетание нескольких показателей, служат основанием для выбора способа сварки, сварочных материалов, применения регулирования технологических параметров сварочных процессов. Общим для всех показателей свариваемости является их зависимость от химического состава стали и структурно-фазового состояния сварного соединения.

Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод. Свариваемость ухудшается при увеличении содержания углерода, а также ряда других элементов. Главными трудностями при сварке легированных сталей является их склонность к образованию закалочных структур, горячих и холодных трещин, а также ухудшение механических свойств - в первую очередь снижение пластичности в зоне сварного соединения. Чем выше содержание углерода в стали, тем сильнее проявляются эти недостатки, и тем труднее обеспечить необходимые свойства соединения.

Наиболее частыми показателями при определении свариваемости являются склонность к образованию холодных и горячих трещин.

Горячие трещины при сварке - хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния, возникающие в твердо-жидком состоянии при завершении кристаллизации, а также в твердом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзеренной деформации. Они могут возникать при неблагоприятном сочетании некоторых факторов, связанных с понижением деформационной способности металла вследствие наличия в структуре легкоплавких эвтектик, дефектов кристаллического строения, выделения хрупких фаз и т.д

Вероятность появления при сварке или наплавке горячих трещин можно определить по:

показателю Уилкинсона (H.C.S):

H.C.S. = 1000•C•(S + P + Si/25 + Ni/100)/(3•Mn + Cr + Mo + V) (1)

где H.C.S - показатель Уилкинсона

С, Mn, Si, Cr, Ni, Си, V, Р - массовые доли углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %.

Условием появления горячих трещин является

Н.С.S. <. 4 -не склонная для сталей с

Н.С.S. <2 -не склонная Для сталей с

Европейский стандарт EN 1011-2 : 2001 рекомендует оценивать опасность образования горячих трещин в сварных х швах по соотношению :

UCS = 230 С + 190 S + 75 Р + 45 Nb- 12,3 Si - 5,4 Мn - 1, (2)

где

UCS (units of crack susceptivity) - единицы склонности к горячим трещинам;

С , S и др. - химические элементы, %.

Значения UCS < 10 соответствуют высокой сопротивляемости образованию горячим трещинам, UCS > 30 низкой сопротивляемости горячим трещинам.

Применительно к хромоникелевым аустенитным сварным швам используют параметр, оценивающий степень их аустенитности:

(3)

где

Сг, Ni и др. - химические элементы, % [(S + Р) < 0,035 %].

Если (Сг_э / Ni_э) < 1,5, то сварные швы потенциально склонны к кристаллизационным горячим трещинам.

Холодные трещины чаще всего возникают из-за закаливаемости стали при быстром охлаждении и насыщении металла шва и зоны термического влияния водородом. Они, как правило, зарождаются по истечении некоторого времени после сварки и наплавки и развиваются в течение нескольких часов или даже суток.

Для оценки склонности металла к появлению холодных трещин чаще всего используется углеродный эквивалент С_экв , которым можно пользоваться как показателем, характеризующим свариваемость, при предварительной оценке последней. Для этой цели имеется ряд уравнений.

С_экв = С +Mn/6 + Si/24 + Сr/5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + Р/2, (4)

где С_экв - углеродный эквивалент

С, Mn, Si, Cr, Ni, Си, V, Р - массовые доли углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %.

Эту зависимость в ГОСТ 27772 - 88 рекомендуют для оценки свариваемости проката для строительных конструкций.

Европейская ассоциация по сварке (МИС) рекомендует зависимость

С_э = С + Мn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15, (5)

где С_экв - углеродный эквивалент

С, Mn, Si, Cr, Ni, Си, V, Р - массовые доли углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %.

В России наиболее распространенным и приемлемым для сталей является следующее:

С_э = С + Mn/6 + Cr/5 + V/5 + Mo/4 + Ni/15 + Са/15 + Cu/13 + P/2 (6)

где С_экв - углеродный эквивалент

С, Mn, Si, Cr, Ni, Си, V, Р - массовые доли углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %.

Пределы значения эквивалента углерода при использовании различных методик варьируется, однако для всех перечисленных формул считается, что если , то сталь трудно свариваемая.

H.C.S = 1000*0,1*(0,02+0,035+(11/100) / (3*2+19)=0,66

UCS = 230*0,1 + 190*0,02 + 75*0,035 - 12,3*0,8 - 5,4*2 - 1= 6,125

Crэкв/ Niэкв = (19+1,5*0,8+3*0,6) / (11+22*0,1+0,31*2) = 22/13,82 = 1,6

Сэкв = 0,1+2/6+0,8/24+19/5+11/40+0,035/2 =4,55

Сэкв = 0,1+2/6+19/5+11/15 = 4,96

Сэкв = 0,1+2/6+19/5+11/5+0,035/2 = 6,12

Сталь 10Х18 Н10Т не склонна к образованию горячих трещин

Сталь 10Х18 Н10Т имеет склонность к образованию холодных трещин

Для обеспечения качественного сварного соединения необходимо соблюдать режим сварки и отвода тепла (не допускать быстрого охлаждения, приводящего к образованию закалочных структур). Рекомендуется проведение термической обработки.

4. Особенности сварки основного материала

Сплав 10Х18Н10Т имеет такой химический состав: железо (в основном), углерод (менее 0,10%), хром (17-19%), марганец (менее 2%), никель (от 9 до 11%), сера (менее 0,02%), кремний (не более 0,8%), а также титан (примерно 0,8%). В присутствии 0,1% углерода сталь имеет при >900°С полностью аустенитную структуру, что связано с сильным аустенитообразующим воздействием углерода. Соотношение концентраций хрома и никеля оказывает специфическое воздействие на стабильность аустенита при охлаждении температуры обработки на твердый раствор (1050-1100°С).

Введением титана устраняется склонность к межкристаллитной коррозии, т.к. он сильный карбидообразующий элемент. Он в процессе кристаллизации связывает углерод в тугоплавкий карбид TiC, поэтому исключается возможность образования карбидов хрома и уменьшение его концентрации в аустените.

Сталь данной марки находит широкое применение в самых различных областях. Так, из нее изготавливают конструкции, работающие с агрессивными средами (азотной кислотой и другими окислителями). Такую сталь применяют при производстве теплообменного, емкостного и другого оборудования.

Рассматриваемая нами сталь стойко выдерживает влияние коррозии при температуре до 900°С. Сталь 10Х18Н10Т хорошо поддается горячей обработке, и хорошо сваривается без ограничений как ручной, так и автоматической сваркой.

При ручной сварке используются электроды типов: ЦЛ-11; ЦЛ-9; ОЗЛ-22; ОЗЛ-8; АНВ-32; и т. д. из импортных электродов подходят ESAB 61.25 и ESAB 61.30. В качестве материала для стержня используются Св-07Х25Н1 и Св-07Х19Н10Б.

5. Характеристика способов сварки, выбор оптимальных

Сварка - технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Сварка - экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимым с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.

В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.).

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная и др.).

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др.).

Электродуговая сварка

Дуга - мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения.

Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга, которая горит между электродом и заготовкой. В зависимости от материала и числа электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие способы дуговой сварки:

а) Сварка неплавящимся (графитным или вольфрамовым) электродом, дугой прямого действия, при которой соединение выполняется путем расплавления только основного металла, либо с применением присадочного металла.

б) Сварка плавящимся (металлическим) электродом, дугой прямого действия, с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сварочную ванну жидким металлом.

в) Сварка косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, неплавящимися электродами. При этом основной металл нагревается и расплавляется теплотой столба дуги.

г) Сварка трехфазной дугой, при которой дуга горит между электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.

Питание дуги осуществляется постоянным или переменным током. При применение постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярностях. В первом случае электрод подключают к отрицательному полюсу (катод), во втором - к положительному (анод).

Ручная дуговая сварка

Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом - дуга горит между стержнем электрода и основным металлом. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя газовую защитную атмосферу вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковые ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и образуется сварочный шов. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку.

Ручная сварка удобна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях - нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном, при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы. Ручная сварка обеспечивает хорошее качество сварных швов, но обладает более низкой производительностью, например, по сравнению с автоматической дуговой сваркой под флюсом.

Производительность процесса в основном определяется сварочным током. Однако ток при ручной сварке покрытыми электродами ограничен, так как повышение тока сверх рекомендованного значения приводит к разогреву стержня электрода, отслаиванию покрытия, сильному разбрызгиванию и угару расплавленного металла. Ручную сварку постепенно заменяют полуавтоматической в атмосфере защитных газов.

Сварка в среде защитных газов

При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струей защитного газа.

В качестве защитных газов применяют инертные газы (аргон и гелий) и активные газы (углекислый газ, азот, водород и др.), а иногда - смеси двух газов и более.

Сварка в среде защитных газов в зависимости от степени механизации процессов подачи присадочной или сварочной проволоки и перемещения сварочной горелки может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.

По сравнению с ручной сваркой покрытыми электродами и автоматической под флюсом сварка в защитных газах имеет следующие преимущества: высокую степень защиты расплавленного металла от воздействия воздуха; отсутствие на поверхности шва при применении аргона, оксидов и шлаковых включений; возможность ведения процесса во всех пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за процессом формирования шва и его регулирования; более высокую производительность процесса, чем при ручной дуговой сварке; относительно низкую стоимость сварки в углекислом газе.

Области применения сварки в защитных газах охватывают широкий круг материалов и изделий (узлы летательных аппаратов, элементы атомных установок, корпуса и трубопроводы химических аппаратов и т.п.). Аргонодуговую сварку применяют для цветных (алюминия, магния, меди) и тугоплавких (титана, ниобия, ванадия, циркония) металлов и их сплавов, а также легированных и высоколегированных сталей.

Автоматическая под флюсом

При этом способе сварки электрическая дуга горит под зернистым сыпучим материалом, называемым сварочным флюсом. Под действием тепла дуги расплавляются электродная проволока и основной металл, а также часть флюса. В зоне сварки образуется полость, заполненная парами металла, флюса и газами. Расплавленный флюс, окружая газовую полость, защищает дугу и расплавленный металл в зоне сварки от вредного воздействия окружающей среды, осуществляет металлургическую обработку металла в сварочной ванне.

Достоинства способа:

повышенная производительность; минимальные потери электродного металла (не более 2%); 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, сварка всех металлов и сплавов, разнородных металлов.

Недостатки способа:

трудозатраты связанные с производством, хранением и подготовкой сварочных флюсов; трудности корректировки положения дуги относительно кромок свариваемого изделия; неблагоприятное воздействие на оператора; нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях без специального оборудования.

Недостатком (и весьма существенным) данного способа специалисты считают ограниченность положений для ведения работ. Поскольку отклонение от горизонтального даже на 10 градусов приводит к стеканию флюса и металла, сварочный процесс можно осуществлять только в положении снизу. Так же сварка под слоем флюса применяется, преимущественно, для длинных сварных соединениях

Контактная сварка

Контактная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов - пластическая деформация, в ходе которой формируется сварное соединение.

Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, причем максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта.

На поверхности свариваемого металла имеются пленки оксидов и загрязнения с малой электропроводимостью, которые также увеличивают электросопротивление контакта. В результате в точках контакта металл нагревается до термопластического состояния или до оплавления. При непрерывном сдавливании нагретых заготовок образуются новые точки соприкосновения, пока не произойдет полное сближение до межатомных расстояний, т.е. сварка поверхностей.

Контактную сварку классифицируют по типу сварного соединения, определяющего вид сварочной машины, и по роду тока, питающего сварочный трансформатор. По типу сварного соединения различают сварку стыковую, точечную, шовную.

В результате анализа металлоконструкции «Бак емкостью 50 м3» и способов сварки сделан вывод, что для изготовления металлоконструкции возможны следующие способы сварки

При единичном и мелкосерийном производстве наиболее целесообразным будет применение РДС

В мелкосерийном и серийном производстве сочетание автоматической сварки под слоем флюса для соединения стыковых длинномерных швов и сварки в среде защитных газов для сварки коротких и средних швов.

6. Характеристика применяемых сварочных материалов

Сварочными материалами называют расходные материалы, используемые при сварке.

Сварочные материалы могут выполнять следующие функции:

· обеспечение необходимых геометрических размеров сварного шва;

· получение металла сварного шва с требуемым химическим составом и свойствами;

· обеспечение защиты расплавленного металла от воздействия воздуха - газовой, шлаковой или газошлаковой;

· обеспечение стабильности процесса сварки;

· удаление вредных примесей из металла шва.

Виды сварочных материалов

Сварочные электроды и присадочные прутки	плавящиеся электроды с покрытием (с кислым, основным, рутиловым, целлюлозным, смешанным покрытием), неплавящиеся электроды
Сварочная проволока	сплошная, порошковая, активированная
Флюсы	защитные и электропроводные
Газы	защитные (инертные и активные), горючие газы и газы, поддерживающие горение
Керамические подкладки	для сварки стыковых швов, угловых и тавровых швов, все позиционные, круглые и др. виды

Сварочные электроды

Ввиду единичности производства с целью снижения расходов и учитывая возможность последующего монтажа изделия в полевых условиях принять для использования ручную дуговую сварку покрытыми электродами как наиболее универсальную, позволяющую вести сварку в любых пространственных положениях с минимумом применяемой номенклатуры.

Сварочные электроды должны:

обеспечивать определённые механические свойства наплавленного металла и сварного соединения, а также химический состав металла шва, предусмотренный ГОСТами;

обеспечивать лёгкое зажигание дуги, её устойчивое и спокойное горение без чрезмерного разбрызгивания металла и шлака;

обеспечивать равномерное плавление покрытия без откалывания кусков и образования чехла или козырька;

обеспечивать равномерное покрытие расплавленного металла шлаком, обеспечивающее правильное формирование сварного шва;

обеспечивать лёгкое удаление шлака после остывания металла;

обеспечивать получение наплавленного металла без пор, надрывов и трещин.

На электроды, использующиеся при сварке стали 10Х18Н10Т, действуют ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация и общие технические условия» и ГОСТ 10052-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами»

Требования к покрытию электродов по ГОСТ 9466-75:

Покрытие электродов должно быть плотным, прочным, без вздутий, пор, наплывов, трещин.На поверхности покрытия электродов допускаются поверхностные продольные трещины и местные сетчатые растрескивания, протяженность (максимальный размер) которых не превышает трехкратный номинальный диаметр электрода, если минимальное расстояние между ближайшими концами трещин или (и) краями участков местного сетчатого растрескивания более трехкратной длины более протяженной трещины или участка растрескивания. металлоконструкция бак дуговой сварка

На поверхности покрытия электродов допускаются местные вмятины глубиной не более 50 % толщины покрытия в количестве не более четырех при суммарной протяженности до 25 мм на одном электроде.

Две местные вмятины, расположенные с двух сторон электрода в одном поперечном сечении, могут быть приняты за одну, если их суммарная глубина не превышая 50 % толщины покрытия.

На поверхности покрытия допускаются местные задиры протяженностью не более 15 мм при глубине не более 25 % номинальной толщины покрытия числом не более двух на одном электроде.

Покрытие не должно разрушаться при свободном падении электрода плашмя на гладкую стальную плиту с высоты, не более:

1 м - для электродов диаметром менее 4 мм;

0,5 м - для электродов диаметром 4 мм и более.

При проверке допускаются частичные откалывания покрытия общей протяженностью до 5 % длины покрытой части электрода.

Разность толщины покрытия в диаметрально противоположных участках электрода не должна превышать значений, определяемых ГОСТ 9466-75.

Тип электрода для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами, химический состав наплавленного металла и механические свойства металла шва и наплавленного металла определяются ГОСТ 10052-75. Согласно ему для сварки стали 12Х18Н10Т применяются электроды типа Э-02Х21Н10Г2 отечественных и импортных производителей со стержнем из сварочной проволоки, предназначенной для изготовления электродов по ГОСТ 2246-70 или по техническим условиям, устанавливающим химический состав металла проволоки и предусматривающим остальные требования по ГОСТ 2246-70.

Таблица 3 Химический состав и свойства металла шва электродов типа Э-02Х21Н10Г2.

Тип электрода	Химический состав наплавленного металла, %	Механические свойства металла шва
	углерод	кремний	марганец	хром	никель	сера	фосфор	, кгс/мм2	, %	?н, кгс ? м/см2
						не более
Э-02X21H10Г2	До 0,03	До 1,10	1,00 - 2,50	18,00 - 24,00	9,00 - 11,50	0,020	0,025	55	30	10

Для сварки «Бак емкостью 50 м3» выбраны электроды шведского концерна ЭСАБ - ОК 61 .30: универсальные электроды со сверхнизким содержанием углерода для сварки нержавеющих сталей 03Х18Н11, 06Х18Н11, 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т.

Электроды шведской фирмы ЭСАБ марки ОК 61.30 являются наиболее технологичными и в силу своего качества недорогими электродами для сварки высоколегированных коррозионно-стойких сталей. Электроды аттестованы НАКС, имеют рутиловый тип покрытия, вследствии чего не залипают при сварке, легко зажигаются при повторном поджиге, мало подвержены порообразованию, дают хорошее формирование шва с мелкой чешуйчатостью и обратным валиком при односторонней сварке на весу с самоотделяемостью шлака и, вкупе с минимальным разбрызгиванием, обеспечивают комфортный режим работы сварщика при сварке в любом пространственном положении и, в целом, снижают требования к квалификации сварщика.

Обеспечивают стойкость против межкристаллитной коррозии.

Полная техническая характеристика электродов ОК 61.30 и характеристики наплавленного металла приведены в приложении Б.

Электроды должны быть упакованы в герметизируемые пластмассовые коробки (пеналы). Масса электродов в коробке или пачке не должна превышать:

3 кг - для электродов диаметром до 2,5 мм;

5 кг - для электродов диаметром 3,0 - 4,0 мм;

На каждой коробке или пачке с электродами должна иметься этикетка или маркировка, содержащая следующие данные:

а) наименование или товарный знак предприятия-изготовителя;

б) условное обозначение электродов;

в) номер партии и дату изготовления;

г) область применения электродов;

д) режимы сварочного, тока в зависимости от диаметра электродов и положения сварки или наплавки;

е) особые условия выполнения сварки или наплавки;

ж) механические и специальные свойства металла шва, наплавленного металла или сварного соединения, не указанные в условном обозначении электродов;

з) допустимое содержание влаги в покрытии перед использованием электродов;

и) режим повторного прокаливания электродов;

к) массу электродов в коробке или пачке.

Каждая партия электродов должна сопровождаться сертификатом, удостоверяющим соответствие электродов требованиям настоящего стандарта и стандартами или технических условий на электроды данной марки. В сертификате указывают:

-наименование или товарный знак предприятия-изготовителя;

-условное обозначение электродов;

-номер партии и дату изготовления;

-массу нетто партии в килограммах;

-марку проволоки электродных стержней с указанием обозначения стандарта или технических условий;

-фактический химический состав наплавленного металла;

-фактические значения показателей механических и специальных свойств металла шва, наплавленного металла или сварного соединения, являющихся приемо-сдаточными характеристиками электродов конкретной марки.

Транспортная маркировка - по ГОСТ 14192-77. При этом наносят манипуляционные знаки «Осторожно, хрупкое!» и «Боится сырости». Электроды транспортируют любыми видами транспорта крытыми транспортными средствами в соответствии с правилами перевозок, действующими на конкретном виде транспорта.

Электроды следует хранить в сухих отапливаемых помещениях при температуре не ниже плюс 15°С в условиях, предохраняющих их от загрязнения, увлажнения и механических повреждений.

Флюсы

Для изготовления конструкции применяется флюс марки АН-26С ГОСТ 9087-81

Таблица 4.Химический состав флюса АН-26С ГОСТ 9087-81,%.

углерода	Кальций фтористый	Оксид (III) Железа	Сера	Фосфор
Не более 0,05	20-24	Не более 1,5	Не более 0,08	Не более 0,08

Флюсы должны изготовляться в виде однородных зерен. Содержание инородных частиц (нерастворившихся частиц сырьевых материалов, футеровки, угля, графита, кокса, металлических частиц и др.) должно быть не более: 0,5 % от массы флюса

Цвет зерен от желтого до коричневого всех оттенков; размер зерен 1,3-1,8; объемная масса 1,3-1,8 кг/дм3

Флюсы принимают партиями. Партия должна состоять из флюса одной марки и оформляться одним документом о качестве, содержащим:

товарный знак или наименование и товарный знак предприятия-изготовителя;

марку флюса;

номер партии;

массу партии;

результаты химического анализа;

дату изготовления;

обозначение настоящего стандарта.

Масса партии должна быть не более 80 т.

Химический состав флюсов определяют по ГОСТ 22974.0-ГОСТ 22974.13.

Влажность флюсов - 0,08 %

Работающие с флюсами должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты в соответствии с типовыми отраслевыми нормами, утвержденными в установленном порядке.

При применении сварочных флюсов следует руководствоваться требованиями ГОСТ 12.3.003 и санитарными правилами при сварке, наплавке и резке металлов, утвержденных Минздравом СССР.

Транспортная маркировка - по ГОСТ 14192 с нанесением основных, дополнительных, информационных надписей и манипуляционного знака “Беречь от влаги”, выполняемых водостойкой краской на ярлыке. При отгрузке флюса в транспортной таре каждое грузовое место должно иметь транспортную маркировку.

Флюс должен быть упакован в бумажные мешки по ГОСТ 2226. Масса нетто одного мешка от 20 до 50 кг. Взвешивание должно проводиться с погрешностью не более 1 % от массы мешка.

Флюс должен транспортироваться в крытых транспортных средствах любым видом транспорта в соответствии с правилами перевозки, погрузки и крепления грузов, действующими на соответствующем виде транспорта.

Упаковка, транспортирование и хранение флюсов, отправляемых в районы Крайнего Севера или приравненные к ним, - по ГОСТ 15846 группа 146 - флюсы сварочные плавленые.

Допускается упаковывание флюсов в бумажные мешки по ГОСТ 2226 с полиэтиленовым вкладышем по ГОСТ 19360.

Флюс должен храниться в крытых неотапливаемых складских помещениях по группе хранения 3ЖЗ ГОСТ 15150.

Гарантии изготовителя

Изготовитель гарантирует соответствие флюса требованиям настоящего стандарта при соблюдении условий транспортирования, хранения и эксплуатации.

Гарантийный срок хранения флюсов - 2 года со дня изготовления.

Сварочная проволока

Для сварки металлоконструкции «Бак ёмкостью 50 м3» принимаю сварочную проволоку Св - 06Х19Н9Т.

Таблица 5 Химический состав проволоки Св-06Х19Н9Т (%) по ГОСТ 2246-70.

Марка проволоки	C	Si	Mn	Ti	Cr	Ni	S	P
Св-08Г2С	Не более 0,08	0,4-1,0	1,0 -2,0	0.5-1.0	18-20		Не более
						8,0-10,0	0,015	0,030

По виду поверхности легированная проволока поставляется неомедненная;

Овальность проволоки не должна превышать половины предельного отклонения по диаметру.

Проволока в мотках (катушках, кассетах) должна состоять из одного отрезка, свернутого не перепутанными рядами и плотно укатанного таким образом, чтобы исключить возможность распушивания или разматывания мотка. Концы проволоки должны быть легко находимы. Допускается контактная стыковая сварка отдельных кусков проволоки одной плавки: при этом зона сварного соединения должна соответствовать требованиям настоящего стандарта.

Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, раковин, забоин, окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. На поверхности проволоки допускаются риски (в том числе затянутые), царапины, местная рябизна и отдельные вмятины. Глубина указанных пороков не должна превышать предельного отклонения по диаметру проволоки.

По требованию потребителя проволока изготавливается с улучшенной поверхностью. В этом случае на поверхности проволоки допускаются мелкие волочильные риски, царапины, следы шлифовки, местная рябизна и отдельные вмятины при глубине каждого из указанных пороков не более 1/4 предельного отклонения по диаметру.

На поверхности низкоуглеродистой и легированной проволоки не допускается наличие технологических, смазок, за исключением: следов мыльной смазки без графита и серы.

На поверхности неомедненной проволоки допускается наличие следов мыльной смазки массой до 0,05% от массы проволоки.

Проволока поставляется партиями. Каждая партия должна состоять из проволоки одной марки, одной плавки, одного диаметра, одного назначения и одного вида поверхности.

Осмотру и обмеру должны подвергаться все мотки, (катушки, кассеты) проволоки.

Диаметр проволоки измеряют с точностью до 0,01мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях в каждом сечении не менее чем в двух местах на расстоянии не менее 5 м друг от друга.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей по нему проводят повторные испытания на удвоенном количестве образцов, взятых из той же контрольной партии проволоки.

Каждый моток должен быть плотно перевязан мягкой проволокой не менее чем в трех местах, равномерно расположенных по периметру мотка.

Мотки проволоки одной партии допускается связывать в бухты. Масса одного мотка или бухты не должна превышать 80 кг. По согласованию с потребителем допускается масса мотков или бухт более 80 кг.

На каждый моток (бухту, катушку, кассету) проволоки крепят металлический ярлык, на котором должны быть указаны:

а) наименование или товарный знак предприятия-изготовителя;

б) условное обозначение проволоки;

в) номер партии;

г) клеймо технического контроля.

Транспортная маркировка - по ГОСТ 14192- 77

Каждый моток (бухта, катушка) проволоки диаметром свыше 0,5 мм должен быть обернут слоем бумаги, затем слоем полимерной пленки, нетканых материалов или ткани из химических волокон.

При механизированной упаковке каждый моток проволоки должен быть обернут слоем кабельной крепированной бумаги по ГОСТ 10396-84 или бумаги марки КМВ-170 или другой крепированной бумаги равноценной по защитным свойствам или полимерной пленки с одновременным фиксированием упаковки проволокой по ГОСТ 3282-74 или другой проволокой.

...