реферат скачать
 

Технологические основы сварки плавлением и давлением

Технологические основы сварки плавлением и давлением



Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал Санкт-Петербургского государственного морского

 технического университета

СЕВМАШВТУЗ

Шевцов О.А.

МЕТОДИЧЕСКИЕ  УКАЗАНИЯ

к  выполнению курсовой работы по  дисциплине

“Технологические основы Сварки плавлением и давлением”

 (для студентов, обучающихся по специальности 150202)

 

 
 


Северодвинск

Севмашвтуз

2007г.






С О Д Е Р Ж А Н И Е


Общие сведения……………………………………………………………………

1.     Содержание  задания………………………………………………

2.     Варианты  задания…………………………………………………

3.     Маркировка легированных сталей……………………………………………

4.     Определение площади наплавки и числа проходов…………………………

5.     Расчёт параметров режима сварки……………………………………………

6.     Оценка геометрии сварного шва………………………………………………

7.     Расчётная оценка химсостава шва и свойство шва и 3ТВ……………………

8.     Оборудование для различных способов сварки………………………………

9.     Рекомендации по подогреву и термообработке после сварки………………

Приложение…………………………………………………………………………

Список рекомендуемой литературы………………………………………………



 

 

 

 






























ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

          Курс “Технологические основы сварки плавлением и давлением” является одним из основных при подготовке инженера по специальности 150202. Согласно требованиям квалификационной характеристики, специалист в области сварочного производства, должен владеть сварочными технологическими процессами. При организации производства любых металлоконструкций машиностроения, химических производств, сельхозтехники,  арматуры или других строительных конструкций и т.д., должен уметь назначить технологию получения неразъемного соединения металла определенной толщины различными способами сварки, уметь назначать разделку согласно ГОСТАМ и подбирать необходимое сварочное оборудование и режимы сварки.


1.     СОДЕРЖАНИЕ   ЗАДАНИЯ


          Согласно заданию задаётся определенная сталь заданной толщины (например, 09Г2С, S=60 мм), тип соединения и ограничение на сварку (доступ к шву, кантовка изделия и т.д.).

          Необходимо разработать три технологических процесса сварки:

                 ручная электродуговая;

                 сварка под флюсом;

                 сварка в защитных газах.

          Задание выполняется в следующем порядке.

          1. Для  данной толщины основного металла (S) и способа сварки определить тип соединения (C1,T3 и т.д.)  согласно ГОСТ (например, ГОСТ 14771-76). Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные.

2.     Согласно ГОСТ назначить зазоры, разделку  и подготовку кромок под сварку.

3.     Определить размеры сварных швов (e1,g1,e2,g2).

4.     Определить площадь наплавки FH, рассчитать число слоев и проходов, необходимых для выполнения разделки. Назначить раскладку проходов.

5.     Рассчитать необходимые параметры режима сварки каждого прохода.

6.     Подобрать необходимые сварочные материалы (электроды, электродные проволоки, флюсы, газы и т.д.).

7.     Произвести расчётную оценку химсостава шва и механических свойств шва околошовной зоны.

8.     Назначить требуемое сварное оборудование и оснастку для компоновки поста.

9.     При необходимости назначить подогрев при сварке или послесварочную термообработку.

10. Произвести анализ полученных результатов.

Примечание: при выполнении задания необходимо учесть дополнительные условия, доступ к шву и т.д.



2.     ВАРИАНТ  ЗАДАНИЯ

        Конкретное задание каждому студенту выдается преподавателем.


                                3.МАРКИРОВКА  ЛЕГИРОВАННЫХ  СТАЛЕЙ       

        Основную массу строительных легированных сталей составляют низколегированная (ГОСТ 19282-73; 19281-73), легированная конструкционная (ГОСТ 4543-71), теплоустойчивая (ГОСТ 200II-72). Маркировка всех перечисленных сталей однотипная.

Первые две цифры – содержание углерода в сотых долях процента; буквы – условное обозначение легирующих элементов; цифра после буквы – примерное содержание легирующего элемента. Буква  “А” в конце марки означает, что сталь высококачественная, т.е. с пониженным содержанием серы и фосфора.


Условные обозначение легирующих элементов

Элемент              N     Nb     W     Cu     Se     Co     Mo     Ni     P     B     Si     Ti

Обозначение      А      Б        В      Д       Е      К       М       Н     П     Р     С      Т    

Элемент              V      Cч     Zr     Al

Обозначение      Ф       Х      Ц      Ю


        Маленькие буквы “пс”, “сп”, “кп” в конце марки означает степень раскисленности стали, например: “пс” означает, что сталь полуспокойная.


3.     ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПЛОЩАДИ  НАПЛАВКИ  И  ЧИСЛА  ПРОХОДОВ

        При определении площади наплавки учитываются разделка, которая характеризуется зазором а, притуплением с, углом скоса кромки β и углом разделки α, радиусом          R, высота усиления h, ширина шва в.

          При назначении числа проходов учитывают, что корень шва необходимо проваривать на малых токах:

F1=(6- 8)·dэл .

где dэл – диаметр электрода (при наличии притупления диаметр электрода выбирают минимальным-3мм).

        Последующие проходы выполняют с большим поперечным сечением

Fn=(10 - 12)·dэл .










        Общее количество проходов можно найти так: n=(Fн-F1)/Fn+1


. Затем назначается схема заполнения разделки (рис. 1).


                                        Рис. 1.  Схема заполнения разделки





4.  РАСЧЁТ  ПАРАМЕТРОВ  РЕЖИМА  СВАРКИ


4.1. Ручная дуговая сварка


        Определение режима сварки обычно начинают с выбора диаметра электрода dэл . Он назначается от S (толщины металла) при сварке стыковых швов и от катета при сварке угловых и тавровых соединений (табл.1).

Таблица 1

S, мм

1,5 - 2,0

3

4,0 – 8

9 – 12

13 – 15

16 – 20

20

k, мм

2

3

4,5

5

6 – 8

16

20-

dэл, мм

1,6 - 2,0

3

4

4 – 5

5

5 – 6

6 – 10

   

        При сварке металла угловыми швами катет швов назначается из расчета на прочность, но не более минимальной толщины. При многопроходной сварке первый проход выполняется электродами dэл =3-4 мм.

        При многопроходной Fн≤ 30-40 мм2.

        Для определения числа проходов при сварке угловых и тавровых соединений может быть вычислена по формуле

Fн=k2/2·ky ,

где Ку – коэффициент увеличения, учитывающий наличие зазоров и выпуклость шва.

        Значения Ку в зависимости от катета шва могут быть приняты по табл.2.


Таблица 2

К, мм

3 – 4

5 – 6

7 – 10

12 – 20

20

Ку

1,5

1,35

1,25

1,15

1,10


Существуют оптимальные соотношения между dэл и площадью поперечного сечения наплавленного металла.

  Для первого прохода (при проваре корня шва)

                                             F1=(6…8) dэл

Для последующих проходов

                                            FП=(8….12)dэл    

      

Величина сварочного тока при РДС может быть определена по формуле

Iсв=π· d 2эл /4·i ,

где i – допускаемая плотность тока, А/мм2.

        Значение допускаемой плотности тока в электроде при различных диаметрах стержня и типах покрытия приведены в табл.3.



Таблица 3.


Вид покрытия

i, А/мм2,  при  dэл , мм

3

4

5

6

Рудно-кислое, рутиловое

14 –20

11,5 – 16

10 – 13,5

9,5 – 12,5

Фтористо-кальцевое

13 – 18,5

10 – 14,5

9 – 12,5

8,5 – 12,0

      

 Для других покрытий или при приближённых подсчётах величина Iсв может быть определена по одной из следующих формул :

                                               Iсв=К· dэл;                                                                     (4.1)

Iсв=К1· d1,5эл;                                                            (4.2)

Iсв=d2эл· (К2+а· dэл),                                                 .(4.3)


где К =40 – 50;   К1=20 – 25;   К2=20;  а =6 – коэффициенты.

        При сварке электродами d = 4 – 5  мм используют первое выражение.   Для электродов с 4>dэл следует использовать выражения (2).  Для электродов dэл >5 мм использовать выражения (3).

При сварке во всех положениях, кроме нижнего, сварочный ток уменьшают на 10-15% -при сварке вертикальных швов; на15-20%- при сварке горизонтальных и потолочных швов.

        Напряжение на дуге колеблется в узком пределе (=28-32 В) или устанавливаются по паспортным данным на каждую марку электрода, или в зависимости от вида покрытия электродов:

Основного типа               Uсв=12+0,36·Iсв / dэл ,

Рутилового типа                Uсв=12+1,7·Iсв / dэл                                

Скорость сварки можно определить по выражению

Uсв=αн·Iсв / 3600·ρ·Fн                                                         (4.4)

где αн – коэффициент наплавки, г/А·ч;

а) для постоянного тока обратной полярности       

                               αн =(12+0,022/ d1,5эл ) (1- ψ%  /100), где

ψ -коэффициент потерь при сварке под флюсом равен 1, при сварке в активных защитных газах

        ψ = - 4,72 + 0,176 i – 0,445  10-4 i2,

б) для постоянного тока прямой полярности

      αн=(6,3+ 0,07/ dэл1,035 Iсв)

в) для переменного тока

      αн= 0,2025(Iсв/ dэл ) 0,6

Для электродов УОНИ-13 αн= 8 г/Ач, для электродов ЦМ αн= 10 г/Ач

       ρ– удельный вес наплавленного металла, г/см3;

       – площадь поперечного сечения наплавленного металла за данный проход, см2.

Погонная энергия может быть определена по уравнению

                         

                                           qn=0,24Iсв·Uд·hи /Vсв ,    кал/см

Учитывая , что при ручной сварке  несколько изменяются напряжение на дуге, коэффициент использования тепла дуги и значение коэффициента наплавки, с достаточной для практических расчетов степенью точности для всех марок электродов можно принять

                                              qn= 145 Fн , кал/см


5.2             Определение параметров режима при механизированной сварке под флюсом односторонних и двухсторонних стыковых швов

Основными размерами швов, выполненных автоматической сваркой под слоем  флюса, влияющими на качество и работоспособность сварного соединения, являются: глубина провара h, ширина шва , высота валика с (см. рисунок 17).



Рис. 17. Основные размеры стыковых швов, выполненных

автоматической сваркой под флюсом


Отношение ширины шва  к глубине провара h называют коэффициентом формы провара ψпр:

    (5.1)

Отношение ширины шва  к высоте валика с называют коэффициентом  формы  валика ψв:

                                       (5.2)


При сварке стыковых швов с разделкой кромок величину проплавления нескошенной части называют глубиной проплавления притупления и обозначают h0.


Чтобы рассчитать режим сварки, обеспечивающий заданные размеры и форму шва, необходимо установить связь между отдельными параметрами режима и размерами шва.


Основными параметрами режима автоматической сварки под флюсом, оказывающими влияние на размеры и форму шва, являются: сварочный ток, напряжение на дуге, скорость сварки, диаметр электрода или плотность тока в электроде.

Основное влияние на размеры и форму шва оказывает количество теплоты, выделяемое дугой, и условия ввода этого тепла в изделие.


Увеличение силы сварочного тока приводит к возрастанию мощности дуги, вследствие чего увеличивается количество расплавленного металла, как электродного, так и основного. Поэтому увеличение сварочного тока приводит к возрастанию глубины провара, высоты валика и ширины шва. При этом, вследствие увеличения давления дуги, жидкий металл более интенсивно вытесняется в хвост сварочной ванны и дуга оказывает прямое воздействие на «дно» сварочной ванны, как бы заглубляясь в металл; поэтому главным образом сварочный ток оказывает влияние на глубину провара и высоту валика, а ширина шва увеличивается незначительно. Коэффициенты формы провара и формы валика вследствие этого интенсивно уменьшаются.


Увеличение напряжения на дуге также приводит к росту тепловой мощности дуги. Так как при возрастании напряжения длина дуги увеличивается, то тепло вводится в изделие по большей площади, что приводит к интенсивному росту ширины шва и снижению высоты валика.

Характер влияния напряжения на дуге на глубину провара зависит от величины сварочного тока.

При больших токах, когда дуга «заглублена» в основной металл, увеличение напряжения на дуге первоначально приводит к увеличению глубины провара; дальнейший рост напряжения связан со значительным удлинением дуги, и увеличение тепловой мощности не компенсирует возрастающих потерь поверхностью столба дуги. При этом существенно уменьшается давление дуги на металл сварочной ванны, который накапливается в основании столба дуги достаточно толстым слоем, препятствуя непосредственному воздействию дуги на основной металл. Вследствие этого глубина провара начинает падать.

При сварке на средних токах увеличение напряжения на дуге приводит к росту глубины провара лишь в диапазоне очень низких напряжений. Дальнейшее увеличение напряжения вызывает снижение глубины провара.

При сварке на малых токах напряжение на дуге оказывает незначительное влияние на глубину провара.


Увеличение скорости сварки во всем диапазоне вызывает уменьшение ширины провара и некоторое уменьшение высоты валика.

Характер влияния скорости сварки на глубину провара при разных диапазонах скоростей различен. Увеличение скорости сварки до 15—20м/час (при использовании электродной проволоки диаметром 4—5мм), несмотря на уменьшение погонной энергии, вызывает некоторое возрастание глубины провара, вследствие того, что при этом уменьшается количество жидкого металла в основании столба дуги. Поэтому непосредственное воздействие дуги на нерасплавленный металл усиливается.

В диапазоне 20—40м/час скорость сварки мало влияет на глубину провара. Дальнейшее увеличение скорости сварки вызывает снижение глубины провара.


Диаметр электрода при неизменной мощности дуги и скорости сварки также оказывает существенное влияние на размеры и форму шва.

С увеличением диаметра электрода при неизменном значении тока усиливается блуждание активного пятна по поверхности ванны, тепло дуги распределяется по большей площади, вследствие чего ширина шва увеличивается, а глубина провара и высота валика уменьшаются. Наоборот, при сварке электродной проволокой малого диаметра, когда плотность тока в электроде возрастает, блуждание активного пятна по поверхности ванны ослабевает, тепло вводится более концентрированно. В результате этого увеличивается глубина провара и высота валика, а ширина шва уменьшается. Росту высоты валика способствует также значительное увеличение коэффициента расплавления, а следовательно, и количества расплавленного электродного металла.

Коэффициенты формы провара и валика с уменьшением диаметра электродной проволоки резко уменьшаются.


Режим сварки обычно устанавливают исходя из условий обеспечения заданных размеров шва и сплошности сварного соединения.


Для обеспечения сплошного провара при двусторонней однопроходной автоматической сварке необходимо, чтобы размеры шва удовлетворяли  следующим требованиям (рис. 28 и формулы (5.3):



                                                                   h1 +h2= d + k

                                               h  >  d - S                            (5.3)                        

                                               k   > 0

d -толщина свариваемых листов,

h1 –глубина провара при сварке с первой стороны,

h2 - глубина провара при сварке с второй стороны,

k   - величина перекроя,

S –толщина нерасплавленного слоя металла под сварочной ванной.


При проектировании технологических процессов сварки необходимо определить режимы сварки, обеспечивающие получение швов заданных размеров, формы и качества.


Метод расчета режимов, предложенный Ленинградским политехническим институтом приближенный, но для инженерных расчетов достаточно точен.

Страницы: 1, 2, 3, 4


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.