Технологии конструкционных материалов

Рис. 14 - Схемы контактной сварки:а - стыковой; б - точечной; в - шовной

Стыковая контактная сварка (рис.13.а) - способ соединения деталей по всей плоскости их касания.

Свариваемые заготовки 1 плотно зажимают в неподвижном 2 и подвижном 3 токоподводах, подключенных к вторичной обмотке сварочного трансформатора 4.

Для обеспечения плотного электрического контакта свариваемые поверхности приводят в соприкосновение и сжимают. Затем включается ток. Поверхность контакта заготовок разогревается до требуемой температуры, ток отключается, производится сдавливание заготовок - осадка.

Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния и последующей осадкой называют сваркой сопротивлением, а при разогреве торцов до оплавления с последующей осадкой - сваркой оплавлением. В результате пластической деформации и быстрой рекристаллизации в зоне образуются рекристаллизованные зерна из материала обеих деталей.

Сварка применяется для соединения встык деталей типа стержней, толстостенных труб, рельсов и т.п.

Точечная сварка (рис.13.б) - способ изготовления листовых или стержневых конструкций, позволяющий получить прочные соединения в отдельных точках.

Свариваемые заготовки 1, собранные внахлест, зажимают между неподвижным 2 и подвижным 3 электродами, подсоединенными к обмотке трансформатора 4.

Электроды изнутри охлаждаются водой, нагрев локализуется на участках соприкосновения деталей между электродами. Получают линзу расплава требуемого размера, ток выключают, расплав затвердевает, образуется сварная точка. Электроды сжимают детали, пластически деформируя их.

Образующееся сварное соединение обладает большой прочностью и его можно применять для изготовления несущих конструкций. Этот способ широко применяют в авто- и вагоностроении, строительстве, а также при сборке электрических схем.

Шовная сварка (рис.13.в) - способ соединения деталей швом, состоящим из отдельных сварных точек.

Свариваемые заготовки 1 помещают между двумя роликами-электродами, один из электродов 2 может иметь вращательное движение, а другой 3 - вращательное движение и перемещение в вертикальном направлении. Электроды подключаются к вторичной обмотке трансформатора 4. Электроды-ролики зажимают и передвигают деталь.

Шовная сварка обеспечивает получение прочных и герметичных соединений их листового материала толщиной до 5 мм.

3.12 Диффузионная сварка

Диффузионная сварка - способ сварки давлением в вакууме приложением сдавливающих сил при повышенной температуре.

Свариваемые детали тщательно зачищают, сжимают, нагревают в вакууме специальным источником тепла до температуры рекристаллизации (0,4 Тпл), и длительно выдерживают. В начальной стадии процесса создаются условия для образования металлических связей между соединяемыми поверхностями. Низкое давление способствует удалению поверхностных пленок, а высокая температура и давление приводят к уменьшению неровностей поверхностей и сближению их до нужного расстояния. Затем протекают процессы диффузии в металле, образуются промежуточные слои, увеличивающие прочность соединения.

Соединения получают при небольшой пластической деформации. Изменение размеров мало.

Сварка может осуществляться в среде инертных и защитных газов: гелий, аргон, водород.

Способ применяется для соединения металлов, металлов и полупроводников, а также других неметаллических материалов.

Диффузионная сварка широко применяется в космической технике, в электротехнической, радиотехнической и других отраслях промышленности.

3.13 Сварка трением

Сварка трением - способ сварки давлением при воздействии теплоты, возникающей при трении свариваемых поверхностей.

Свариваемые заготовки устанавливают соосно в зажимах машины, один из которых неподвижен, а другой может совершать вращательное и поступательное движения. Заготовки сжимаются осевым усилием, и включается механизм вращения. При достижении температуры 980…1300 0С вращение заготовок прекращают при продолжении сжатия.

Иногда сварку трением производят через промежуточный вращаемый элемент или заменяют вращательное движение вибрацией.

Сваркой трением можно сваривать заготовки диаметром 0,75…140 мм.

Преимущества способа: простота, высокая производительность, малая энергоемкость, стабильность качества соединения, возможность сварки заготовок из разнородных материалов.

Осуществляется сварка на специальных машинах.

3.14 Сварка взрывом

Большинство технологических схем сварки взрывом основано на использовании направленного взрыва.

Соединяемые поверхности заготовок, одна из которых неподвижна и служит основанием, располагают под углом друг к другу на определенном расстоянии. На вторую заготовку укладывают взрывчатое вещество и устанавливают детонатор. Сварку осуществляют на жесткой опоре. При соударении двух деталей под действием ударной волны, движущихся с большой скоростью, между ними образуется кумулятивная струя, которая разрушает и уносит оксидные поверхностные пленки и другие загрязнения. Поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил, и происходит схватывание по всей площади соединения. Продолжительность сварки несколько микросекунд.

Прочность соединений, выполненных сваркой взрывом, выше прочности соединяемых материалов.

Сварку взрывом используют при изготовлении заготовок для проката биметалла, плакировке поверхностей конструкционных сталей металлами и сплавами со специальными свойствами, при сварке заготовок из разнородных материалов. Целесообразно сочетание сварки взрывом со штамповкой и ковкой.

3.15 Тип сварного соединения

Основными преимуществами сварных соединений являются: экономия металла; снижение трудоемкости изготовления корпусных деталей; возможность изготовления конструкций сложной формы из отдельных деталей, полученных ковкой, прокаткой, штамповкой.

Сварным конструкциям присущи и некоторые недостатки: появление остаточных напряжений; коробление в процессе сварки; плохое восприятие знакопеременных напряжений, особенно вибраций; сложность и трудоемкость контроля.

Тип сварного соединения определяют взаимным расположением свариваемых элементов и формой подготовки (разделки) их кромок под сварку.

В зависимости расположения соединяемых деталей различают четыре основных типа сварных соединений: стыковые, нахлесточные, угловые и тавровые (рис. 15).

Рис.15 - Основные типы сварных соединений: а - стыковое; б - нахлесточное; в - тавровое; г - угловое

Кромки разделывают в целях полного провара заготовок по сечению, что является одним из условий равнопрочности сварного соединения с основным металлом.

Формы подготовки кромок под сварку показаны на рис. 15. различают V, K, X - образные

По характеру выполнения сварные швы могут быть односторонние и двухсторонние.

Рис. 16 - Формы подготовки кромок под сварку:а - V-образная; б - U -образная; в - X-образная; г - двусторонняя Х-образная

4. Разработка технологического процесса ручной дуговой сварки

Задание: описать сущность процесса ручной электродуговой сварки толстопокрытыми электродами. Разработать процесс сварки обечайки по исходным данным. Привести в соответствии с рекомендованным типом соединения сечение шва с указанием размеров, используя ГОСТ 5264-80. Подобрать марку и диаметр электрода. По размерам шва посчитать массу наплавленного металла. Определить расход электродов с учетом потерь, расход электроэнергии и время сварки изделия. Указать метод контроля качества сварного шва.

Исходные данные:;:;;

Материал: 08Х18Н10Т

Тип сварного соединения и номер шва: №1 ГОСТ 5264-80-С18-Р;

№2ГОСТ 5264-80-С18-Р.

Рис. 17 - Сечение шва с указанием его размеров.

Для нашего случая (S=S1=12мм) ширина сварного шва,.

Подберем марку электрода. Сначала выберем тип электрода Э-08Х20Н9Г2Б по марке свариваемой стали. Используя выбранный тип электрода подбираем марку электрода. Выбираем марку ЦЛ-11. Этот электрод имеет следующие технологические характеристики:

- коэффициент наплавки;

- расход электродов на 1кг наплавленного металла.

Режим прокалки -- 3000С, 1час.

Выберем по справочникам диаметр электрода

Рассчитаем силу сварочного тока:

Принимаем силу сварочного тока .

Рекомендуемое число проходов для свариваемого материала толщиной 12мм-три.

По размеру шва рассчитаем массу наплавленного металла. Для этого используем сечение шва, взятое из ГОСТа. Сечение шва сформировано за счет расплавления основного металла и присадочного. Необходимо выделить долю присадочного металла. Каждая клетка имеет площадь 1мм2. Подсчитав число клеток, принимаем суммарную площадь наплавленного металла в сечении FН=100мм2.

Рис. 18 - Сечение шва

Объем наплавленного металла:

,

где L -- суммарная длина сварных швов.

.

Масса наплавленного металла:

,

где г -- плотность присадочного материала. Для стали 08Х18Н10Т .

.

Необходимая для сварки масса электродов с учетом потерь:

.

Расчет времени сварки обечайки:

,

Применим для проведения сварки выпрямитель ВДГ-401.Пределы регулирования по току для данного аппарата 80-500 А, по напряжению 15-45 В. Коэффициент полезного действия аппарата х=0,75.

Определение расхода энергии, необходимой для сварки изделия:

,

.

Расход энергии с учетом потерь в выбранном сварочном аппарате:

, .

После сварки обечайки проводим визуальный контроль сварных швов и в качестве инструментального неразрушающего метода контроля выбираем ультразвуковой метод.

Список используемой литературы

1. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник / А.А. Лащинский; под ред. А.Р. Толчинского. - изд. 2 -- естер. - М.: Альянс, 2008. - 384 с.

2. Китаев А.М. Справочная книга сварщика / А.М. Китаев, Я.А. Китаев. - М.: Машиностроение, 1985. - 256 с.

3. Гоголев Ю.Г. Выполнение индивидуальных заданий и курсовой работы по технологии конструкционных материалов: Учебное пособие / Ю.Г. Гоголев

- Иваново, 2014. -111 с.

4. Гоголев Ю.Г. Технология конструкционных материалов: Лабораторный практикум / Ю.Г. Гоголев; под ред. В.Л. Родичева -- Иваново, 2007. - 100 с.

5. Лекции по курсу Технология конструкционных материалов.

Размещено на Allbest.ru