Выбор и обоснование способа сварки


Выбор и обоснование методов сборки и сварки

Предыдущая12345678910Следующая

Сборку сварных конструкций вединичном и мелкосерийном производстве можно производить по разметке с применением простейших универсальных приспособлений (струбцин, скоб с клиньями), с последующей прихваткой с использованием того же способа сварки, что и при выполнении сварных швов.

В условиях серийного производства сборка под сварку производится на универсальных плитах с пазами, снабжёнными упорами, фиксаторами с различными зажимами. На универсальных плитах сборку следует вести только в тех случаях, когда в проекте заданы однотипные, но различные по габаритам сварные конструкции. При помощи шаблонов можно собрать простые сварные конструкции.

В условиях серийного и массового производства сборку под сварку следует производить на специальных сборочных стендах или в специальных сборочно-сварочных приспособлениях, которые обеспечивают требуемое взаимное расположение входящих в сварную конструкцию деталей и точность сборки изготавливаемой сварной конструкции в соответствии с требованиями чертежа и технических условий на сборку.

Кроме того, сборочные приспособления обеспечивают сокращение длительности сборки и повышение производительности труда, облегчение условий труда, повышение точности работ и улучшение качества готовой сварной конструкции.

Собираемые под сварку детали крепятся в приспособлениях и на стендах с помощью различного рода винтовых, ручных, пневматических и других зажимов.

Выбор того или иного способа сварки зависят от следующих факторов:

- толщины свариваемого материала;

- протяжённости сварных швов;

- требований к качеству выпускаемой продукции;

- химического состава металла;

- предусматриваемой производительности;

- себестоимости 1 кг наплавленного металла;

Среди способов электродуговой сварки наиболее употребляемыми являются.

- ручная дуговая сварка;

- механическая сварка в защитных газах;

- автоматизированная сварка в защитных газах и под флюсом.

Ручная дуговая сварка (РДС) из-за низкой производительности и высокой трудоёмкости не приемлема в серийном и массовом производствах. Она используется в основном в единичном производстве.

Наиболее целесообразно использование механизированных способов сварки.

Одним из таких способов является полуавтоматическая сварка в углекислом газе, которая в настоящее время занимает значительное место в народном хозяйстве благодаря своим технологическим и экономическим преимуществам.

Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки, возможность полуавтоматической и автоматической сварки швов, находящихся в различных пространственных положениях, что позволяет механизировать сварку в различных пространственных положениях, в том числе сварку неповоротных стыков труб.

Небольшой объём шлаков, участвующих в процессе сварки в СО2 позволяет в ряде случаев получить швы высокого качества

Экономический эффект от применения сварки в углекислом газе существенно зависит от толщины свариваемого металла, типа соединения, расположения шва в пространстве, диаметра электродной проволоки и режимов сварки.

Себестоимость 1 кг наплавленного металла при сварке вуглекислом газе всегда ниже, чем при газовой и ручной дуговой сварке.

При сварке в углекислом газе проволокой диаметром 0,8-1,4 мм изделий из стали, толщиной до 40 мм во всех положениях выработка на средних режимах на автоматах в 2-5раз выше, а на полуавтоматах - в 1,8-3 раза выше, чем при ручной дуговой сварке.

При сварке в углекислом газе проволокой диаметром 0,8-1,4 мм вертикальных и потолочных швов из стали толщиной 8 мм и более и в нижнем положении толщиной более 10 мм проволоками диаметром 1,4-2,5 мм производительность в 1,5-2,5 раза выше, чем при ручной электродуговой сварке.

Производительность сварки в углекислом газе проволоками диаметром 1,4-2,5 мм из стали толщиной 5-10 мм в нижнем положении зависит от характера изделия, типа и размера соединения, качества сборки и др. При этом производительность только в 1,1-1,8 раза выше, чем вручную.

Перечисленные технологические и экономические преимущества сварки в углекислом газе позволяют широко использовать этот метод всерийном и массовом производствах.

Для выполнения швов большой протяженности на металле средних и больших толщин целесообразно применение автоматической сварки под флюсом. При сварке под флюсом вылет электрода значительно меньше, чем при ручной дуговой сварке. Поэтому можно, не опасаясь перегрева электрода и отделения защитного покрытия, внесколько раз увеличить силу сварочного тока, что позволяет резко увеличить производительность сварки, которая в 5-20 раз выше, чем при ручной дуговой сварке, коэффициент наплавки достигает 14-16 г/Ач в некоторых случаях даже 25-30 г/Ач.

Плавление электродного и основного металла происходит под флюсом надёжно изолирующим их от окружающей среды. Флюс способствует получению чистого и плотного металла шва, без пор и шлаковых включений, с высокими механическими свойствами Введение вo флюс элементов-стабилизаторов и высокая плотность тока в электроде позволяет производить сварку металла значительной толщины без разделки кромок. Практически отсутствуют потери на угар и разбрызгивание электродного металла. Процесс сварки почти полностью механизирован. Механизированная сварка под флюсом по сравнению сРДС значительно улучшает условия труда сварщика-оператора, повышает общий уровень и культуру производства [2. C.227-233], [6, с.127-129].

В настоящее время на машиностроительных предприятиях Республики Беларусь всё шире ведутся работы по внедрению в производство сварки в аргоне в смеси с углекислым газом. При сварке в СО2 проволоками любого диаметра выявляется два вида переноса расплавленного металла, характерные для оптимальных режимов: с периодическими замыканиями дугового промежутка и капельный перенос без коротких замыканий. При сварке в смеси Аr+CQ2 область режимов сварки с короткими замыканиями дугового промежутка отсутствует. Изменение характера переноса при замене защитной среды можно рассматривать, как улучшение технологического процесса тем более, что оно сопровождается улучшением качественных и количественных характеристик процесса сварки: разбрызгивания и набрызгивания металла на сваривание детали и сопло.

При сварке в углекислом газе на оптимальных режимах на детали набрызгивается примерно 1 г/Ач брызг. Брызги прихватываются к поверхности свариваемого металла и с трудом удаляются металлической щёткой. 25-30% крупных капель привариваются к металлу, и для их удаления необходима работа с зубилом или другими средствами зачистки шва. Существенное уменьшение набрызгивания на детали наблюдается при сварке в смеси Ar+CO2 как минимум в 3 раза.

При сварке в СО2 существует область режимов, при которых наблюдается повышение забрызгивания сопла. Для проволоки диаметром 1,2 мм это область составляет 240-270 А, а для диаметра проволоки 1,6 мм – 290-310 А. При сварке всмеси аргона и углекислого газа область режимов большого разбрызгивания практически отсутствует. При забрызгивании сопла ухудшается состояние газовой защиты, а периодическая очистка снижает производительность. Форма провара при сварке СО2 в округлая и сохраняется в смеси Ar+CO2 при малых токах. При больших токах в нижней части провара появляется выступ, увеличивающий глубину проплавления, что увеличивает площадь разрушения по зоне сплавления. При равной глубине проплавления площадь провара основного металла в смеси Ar+CO2 на 8-25% меньше, чем при сварке в СО2, что приводит к уменьшению деформации. Наряду со сваркой в смеси аргона с углекислым газом наиболее широкое применение получила сварка в смеси углекислого газа с кислородом. Наличие кислорода в смеси пределах 20-30% уменьшает силы поверхностного натяжения, что способствует более мелкокапельному переносу и более «стойкому» разрыву перемычки между каплей и электродом, что снижает разбрызгивание. Кроме того окисленная капля хуже приваривается к металлу. Окисленные реакции увеличивают количество тепла, выделяемого в зоне дуги, что повышает производительность сварки. Наибольше преимущества сварка в смеси CO2+О2 имеет при повышенном вылете электрода и применением проволок легированных цирконием, например Св08Г2СЦ.

Полуавтоматическую сварку в смеси CO2+О2 производят проволоками диаметром 1,2-1,6 мм проволоками марок Св08Г2С и Св08Г2СЦ с обычным вылетом электрода во всех пространственных положениях.

Режимы сварки.

Режимом сварки называется совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, форм, качества. При всех дуговых способах сварки такими характеристиками являются следующие параметры: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока и полярность. При механизированных способах сварки добавляется ещё один параметр - скорость подачи сварочной проволоки, а при сварке в защитных газах - удельный расход защитного газа.

Параметры режима сварки влияют на форму, и размеры шва. Поэтому, чтобы получить качественный сварной шов заданных размеров, необходимо правильно подобрать режимы сварки, исходя из толщин свариваемого металла, типа соединения и его положения в пространстве. На форму и размеры шва влияют не только основные параметры режима сварки; но также и технологические факторы, как род и плотность тока, наклон электрода и изделия, вылет электрода, конструкционная форма соединения и величина зазора.

Основными параметрами режима автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом являются: сварочный ток, диаметр, скорость сварки.

Расчёт режима сварки производится всегда для конкретного случая, когда известен тип соединения, толщина свариваемого металла, марка проволоки, флюс и способ защиты от протекания расплавленного металла в зазор стыка. Поэтому до начала расчёта следует установить по ГОСТ 8713-79 конструктивные элементы заданного сварного соединения. При этом необходимо учитывать, что максимальное сечение однопроходного шва, выполненного автоматом, не должно превышать 100 мм2.

Для стыковых соединений площадь поперечного сечения шва Аш, мм2 определяется по формуле

Аш = 0,75eg + sb, (2.1)

где Аш – площадь поперечного сечения шва, мм2;

е - ширина шва, мм; (4-8 мм)

g - усиление шва, мм; (3-5мм)

s - толщина шва, мм; (4-8мм)

b - зазор , мм. (1мм)

Сила сварочного тока I, А, определяется по глубине провара из формулы

I = (80...100)h, (2.2)

где I – сила сварного тока, А;

h - глубина провара, мм.

Для сварки в среде углекислого газа силу сварочного тока можно определить по формуле:

, А (2.3)

где kп - коэффициент пропорциональности, зависящий от условий сварки, мм/100А , принимаем по справочным данным .

После вычисления силы сварочного тока уточняем диаметр проволоки по формуле:

, мм (2.4)

где I - сварочный ток, А

j - допустимая плотность тока, А/мм2

Глубиной провара задаются конструктивно, исходя из толщины металла.

Для однопроходного стыкового шва глубина провара h, мм, выбирается из условия

h = (0,7...0,8)S, (2.5)

где h – глубина провара, мм;

S - толщина свариваемого металла, мм.

Для двухсторонней сварки глубина провара h, мм, выбирается из условия

, (2.6)

где h – глубина провара, мм;

S - толщина свариваемого металла, мм.

и должна составлять не менее 60% толщины свариваемых деталей.

Диаметр сварочной проволоки d, мм, принимается в зависимости oт толщины свариваемого металла в пределах 2...6 мм, а затем уточняется расчетом

, (2.7)

где d - диаметр сварочной проволоки, мм;

I - сварочный ток, А;

i - плотность тока, А/мм2

Плотность тока в зависимости от диаметра проволоки указана в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Плотность тока в зависимости от диаметра проволоки.

Диаметр проволоки, мм
Плотность тока, А/мм2 65-200 45-90 35-260 30-50 25-45

Напряжение на дуге U, В принимается впределах 22-23В и 32-40 В.

Скорость сварки Vсв, м/ч, определяется по формуле

, (2.8)

где Vсв - скорость сварки, м/ч;

- коэффициент наплавки, г/Ач;

I - сварочный ток, А;

Аш - площадь сечения, мм2;

γ - удельная плотность наплавленного металла, г/cm3, γ =7,85 г/см3

При сварке постоянным током обратной полярности коэффициент наплавки ,рассчитывается по эмпирической формуле

=11,6 ± 0,4 г/Ач (2.9)

При сварке на постоянном токе прямой полярности и переменном токе коэффициент наплавки , определяется по формуле

, (2.10)

где - коэффициент наплавки, г/Ач;

А и В - коэффициенты, значения, которых для флюса АН-384А приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Значения коэффициентов А и В для флюса АН-384А

Коэффициент А В
Прямая полярность 2.3 0.065
Переменный ток 0.04

Скорость подачи проволоки Vпод, м/ч, определяем по формуле

, (2.11)

где Vпод - скорость подачи проволоки, м/ч;

Аш - площадь сечения шва, мм2;

Аэ - площадь семения электродной проволоки, мм2;

Vсв - скорость сварки, м/ч.

Скорость подачи электродной проволоки Vпод, м/ч, можно также подсчитать следующим образом, по формуле

, (2.12)

где Vпод - скорость подачи электродной проволоки, м/ч

αн - коэффициент наплавки, г/Ач;

I - сварочный ток, А;

d - диаметр сварочной проволоки, мм;

γ - удельная плотность наплавленного металла, г/см3.

Расчёт режимов автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом угловых швов.

Определить площадь сечения Аш, мм, по катету шва, заданного в чертежах, по формуле

, (2.13)

где Аш - площадь сечения, мм

По ГОСТ 14771-76 усиление углового шва q, мм, выполненного в нижнем положении, допускается до 30% его катета, т.е.

, (2.14)

где q - высота усиления шва, мм;

k - катет шва, мм.

Устанавливаем количество проходов на основании того, что за один проход автоматом можно наплавить не более 100 мм2 площади шва.

Выбираем диаметр электрода, имея в виду, что угловые швы катетом 3-4 мм можно получить использованием электродной проволоки диаметром 2 мм, при сварке электродной проволокой диаметром 4-5 мм минимальный катет составляет 5-6 мм. Сварочную проволоку диаметром более 5 мм применять не следует, т.к. она не обеспечивает провара корня шва.

Для принятого диаметра проволоки подбираем плотность тока по данным, приведённым в таблице 2.3, и определяем силу сварочного тока I, А, по формуле

, (2.15)

где Iсв - сила сварочного тока, А;

d -диаметр сварочной проволоки, мм;

i - плотность тока, А/мм2.

Определить коэффициент наплавки по одной из ранее приведённых (2.9) и (2.10) формул в зависимости от рода тока и полярности.

Зная площадь наплавки за один проход, сварочный ток и коэффициент наплавки, определить скорость сварки VСВ, м/ч по формуле (2.8).

Скорость подачи электродной проволоки определяется по формуле (2.11).

Выбор режима сварки в углекислом газе, а также в смеси газов производится в зависимости от толщины и свойств свариваемого металла, типа сварного соединения и положения сварного шва в пространстве на основании обобщённых опытных данных [11].

Полученные данные свести в таблицу 2.5.

Таблица 2.5. – Режимы сварки

Катет сварно-го шва, мм Диаметр проволо-ки, d, мм Свароч-ный ток, Iсв, А Напряже-ние дуги, Uд, В Скорость подачи проволоки, Vпод, м/ч Скорость сварки, Vсв, м/ч Вылет электрода, Iэ, мм Расход газа, дм3/мм
               

Выбор сварочных материалов.

Общие принципы выбора сварочных материалов характеризуются следующими основными условиями:

- обеспечением требуемой эксплуатационной прочности сварного соединения, т.е. определяемого уровня механических свойств металла шва в сочетании с основным металлом;

- обеспечением необходимой сплошности металла шва (без пор и шлаковых включений или с минимальными размерами и количеством указанных дефектов на единицу длины шва);

- отсутствием горячих трещин, т.е. получением металла шва с достаточной технологической прочностью;

-получением комплекса специальных свойств металла, шва (жаропрочности, жаростойкости, коррозионной стойкости).

Выбор сварочных материалов производится в соответствии с принятым способом сварки.

Выбор и обоснование конкретных типов и марок сварочных материалов следует произвести на основании литературных источников с учётом требований.

В картах технологического процесса для каждой технологической операции (сборка на прихватках, сварка), необходимо указать виды, марки, стандарт на виды и марки, сварочных материалов.

При ручной дуговой сварке конструкционных углеродистых и легированных сталей выбор электродов производится по ГОСТ 9467-75, который предусматривает два класса электродов. Первый класс - электроды для сварки углеродистых и легированных сталей, требования к которым установлены по механическим свойствам наплавленного металла и содержанию в нём серы и фосфора. Второй класс регламентирует требования к электродам для сварки легированных теплоустойчивых сталей и которые классифицируются по химическим свойствам наплавленного металла шва.

ГОСТ 10052-75 устанавливает требования к электродам для сварки высоколегированных сталей с особыми, свойствами. Выбор электродов для сварки этих сталей производится по этому ГОСТу.

Выбор стальной проволоки для механизированных способов сварки производится по ГОСТ 2246-70, который предусматривает выпуск стальной сварочной проволоки для сварки диаметром от 0,3 до 12 мм.

Сварочная проволока для сварки алюминия и его сплавов поставляется по ГОСТ 7881-75.

Выбор флюсов для сварки производится по ГОСТ 9078-81, который предусматривает две группы флюсов:

- для сварки углеродистых низколегированных и среднелегированных сталей (АН-348А, АН-348АМ, ОСЦ-45, АН-60, АН-22, ФЦ-9, АН-64);

- для сварки высоколегированных, сталей (АН-26, АН-22, АН-30, АНФ-14, АНФ-16, АНФ-17, ФЦК-С, К-8).

В качестве защитных газов при сварке применяются инертные газы (аргон, гелий) и активные газы (углекислый газ, водород).

Аргон, предназначенный для сварки, регламентируется ГОСТ 10157-79 и в зависимости от процентного содержания аргона и назначения делится на аргон высшего, первого и второго сорта.

Гелий поставляется по ГОСТ 20461-75, который предусматривает два сорта газообразного гелия: гелий высокой чистоты (99,98% Не) и гелий технический (99,8% Не).

Углекислый газ, предназначенный для свари, соответствует ГОСТ 8050-85, который в зависимости, от содержания СО2 предусматривает двасорта сварочной углекислоты: первый сорт - с содержанием CQ2 не менее 99,5%, второй сорт - с содержанием СО2 не менее 99%.

После обоснования выбора сварочных материалов для принятых в проекте способов сварки необходимо привести в форме таблиц химический состав этих материалов, механические свойства и химический состав наплавленного металла.

Химический состав сварочной проволоки приводится в таблице 2.6 .

Таблица 2.6 – Химический состав сварочной проволоки

Предыдущая12345678910Следующая

lektsia.com

1.3 Выбор и обоснование способов сборки и сварки

При выборе последовательности сборочно-сварочных операций, необходимо выбрать оптимальный вариант. Оптимизация должна производиться по следующим признакам:

- технологичность процесса сборки и сварки, включая удобство и безопасность работы;

- производительность процесса;

- качество сборки и сварки;

- экономичность.

Для выполнения заданных условий необходимо руководствоваться следующими соображениями:

- свободный доступ к швам при сварке;

- возможность применения специального инструмента и вспомогательного оборудования.

Проектом предлагается следующая последовательность сборочно-сварочных операций:

- сборка на стенде верхних и нижних поясов балки с помощью РДС или механизированным способом;

- сбору и сварку стенки балки теми же способами;

- сборку Н – образного сечения балки следует производить в кондукторе. В этом случае гарантируется точность сборки, улучшается качество и увеличивается производительность;

- сварка поясов Н – образного сечения производится автоматической сваркой под слоем флюса. Собранное Н – образное сечение устанавливается в двухстоечныйкантователь. Применение кантователя позволяет избегать, многочисленные кантовки и использования мостового крана;

- после правки грибовидности поясов будем производить установку рёбер жесткости, и приваривать их с помощью механизированной сварки.

1.4 Выбор сварочных материалов

Эффективность качества сварочных работ зависит от правильного выбора сварочных материалов и технологической оснастки. Для сварки под слоем флюса выбранного основного материала для изготовления балки покрытия из стали марки C245 берётсяпроволокаСВ-08ГА (для сварки под флюсом) ГОСТ 2246-70, СВ–08 Г2С (сварка вCO2, флюс АН-348А,), которая в большей степени отвечает всем требованиям предъявляемым к сварным швам по механическим свойствам и химическому составу.

Таблица 3 – Химический состав

Стальной сварочной проволоки СВ – 08ГА

В процентах [1]

C

Si

Mn

Cr

Ni

S

P

0,1

≤0,03

0,8-1,1

≤0,1

≤0,25

≤0,025

≤0,03

Таблица 4 – Химический состав

стальной сварочной проволоки СВ – 08Г2С ГОСТ 2246-76

В процентах [1]

C

Si

Mn

Cr

Ni

S

P

0,05-0,11

0,7-0,95

1,8-2,1

≤0,2

≤0,25

≤0,025

≤0,03

Флюс для автоматической сварки должен иметь хорошие технологические свойства и не быть опасным для исполнителей. Для автоматической сварки выбираем флюс марки АН-348А ГОСТ 9087-81*. Флюс АН 348А применяют как сыпучее вещество при автоматической и полуавтоматической дуговой и электрошлаковой сварке, под слоем флюса ан-348 горит сварочная дуга или происходит процесс электрошлаковой сварки.

Плавильные флюсы АН 348а, применяемые в процессах электрической сварки, гарантируют надежную защиту зоны сварки от атмосферных и прочих газов, создают условия стабильного горения дуги, обеспечивают надежное формирование качественного сварного шва. При сварке электродом под флюсом АН-348 швы формируются плотными, не поддающимися кристаллизационным трещинам. После остывания сварного шва шлаковая корка легко удаляется. Сварочные флюсы АН-348 обеспечивают наименьшее выделение опасной пыли и вредных газов, негативно влияющих на здоровье сварщика. Высококремнистый высокомарганцовистый оксидный флюс ан-348 А с химической активностью Аф = 0,7-0,75. При сварке-наплавке под флюсом интенсивно протекают кремне- и марганцево восстановительные процессы. Содержание кислорода в металле шва в виде оксидных мелкодисперсных включений составляет 0,06%(для однопроходных) и до 0,1% (для многослойных). Особо интенсивно взаимодействие между флюсом и металлом при сварке проволокой малых диаметров (до 3 мм).

Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет 0,04% каждого. Не рекомендуется для сварки конструкций, работах в условиях Севера или при температуре ниже -30 0C.

Таблица 5 – Химический состав

флюса АН-348ГОСТ 9087-81*

В процентах [2]

SiO2

MnO

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

S

P

CaF2

40,0-44,0

31,0-38,0

studfiles.net

2. Выбор и обоснование способа сварки

Выбор способа сварки - важнейший этап подготовки изготовления сварных конструкций любой сложности.

Будем применять три способа сварки:

1. Сварка дуговая сплавов титана в среде защитных газов;

2. Электронно-лучевая сварка титановых сплавов;

3. Электрошлаковая сварка титана

Сварка дуговая сплавов титана в среде защитных газов. Особенности автоматической сварки в защитных газах:

- Высокая степень концентрации дуги, обеспечивающая минимальную зону структурных превращений и относительно небольшие деформации изделия;

- Высокая производительность;

- Высокоэффективная защита расплавленного металла, особенно при использовании в качестве защитной среды инертных газов;

- Возможность наблюдения за ванной и дугой;

- Возможность сварки металлов различной толщины, в пределах от десяти долей миллиметра до десятков миллиметров;

- Широкая возможность механизации и автоматизации;

- Возможность сварки в различных пространственных положениях.

В процессе сварки в защитном газе рисунок 1электрод, сварочная ванна и зона дуги находятся под защитой благодаря струе защитного газа.

В качестве защитных газов используют активные газы (азот, углекислый газ, водород и др.) и инертные газы (гелий и аргон), а в некоторых случаях - смеси 2-х и более газов.

Сварка титана неплавящимся электродом осуществляется постоянным током прямой полярности.

Вольфрамовый электрод является катодом. От его стойкости, формы, постоянства эмиссионной способности во многом зависят глубина провара, качество формирования швов, стабильность процесса сварки.

В связи с высокой химической активностью титана при повышенных температурах и особенно в расправленном состоянии основной трудностью при его сварки плавлением является обеспечение надежной защиты от атмосферы не только сварочной ванны и корня шва, но и остывающих участков сварного соединения , нагретых выше 400 °С, т.е. до тех температур, при которых начинается заметное взаимодействие титана с газами атмосферы.

Рисунок 1- Сварка дуговая сплавов титана в среде защитных газов

Электронно-лучевая сварка. Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме.

Для уменьшения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в электронной пушке создают вакуум порядка 10-4... 10-6 мм рт. ст.

При сварке электронным лучом проплавление имеет форму конуса рисунок 2. Плавление металла происходит на передней стенке кратера, а расплавляемый металл перемещается по боковым стенкам к задней стенке, где он и кристаллизуется.

1-электронный луч; 2-передняя стенка кратера; 3 - зона кристаллизации; 4 - путь движения жидкого металла

Рисунок 2- Схема переноса жидкого металла при электронно-лучевой сварке

Проплавление при электронно-лучевой сварке обусловлено в основном давлением потока электронов, характером выделения теплоты в объеме твердого металла и реактивным давлением испаряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излучением. Возможна сварка непрерывным электронным лучом. Однако при сварке легкоиспаряющихся металлов (алюминия, магния и др.) эффективность электронного потока и количество выделяющейся в изделии теплоты уменьшаются вследствие потери энергии на ионизацию паров металлов. В этом случае целесообразно сварку вести импульсным электронным лучом с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100 ... 500 Гц. В результате повышается глубина проплавления. При правильной установке соотношения времени паузы и импульса можно сваривать очень тонкие листы. Благодаря теплоотводу во время пауз уменьшается протяженность зоны термического влияния. Однако при этом возможно образование подрезов, которые могут быть устранены сваркой колеблющимся или расфокусированным лучом.

Сварка электронным лучом имеет значительные преимущества:

1. Высокая концентрация ввода теплоты в изделие, которая выделяется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объеме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром 0,0002 ... 5 мм, что позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до 200 мм. В результате можно получить швы, в которых соотношение глубины провара к ширине до 20:1 и более. Появляется возможность сварки тугоплавких металлов (вольфрама, тантала и др.), керамики и т.д. Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает вероятность рекристаллизации основного металла в этой зоне.

2. Малое количество вводимой теплоты. Как правило, для получения равной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется вводить теплоты в 4 ... 5 раз меньше, чем при дуговой. В результате резко снижаются коробления изделия.

3. Отсутствие насыщения расплавленного и нагретого металла газами. Наоборот, в целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва и повышение его пластических свойств. В результате достигается высокое качество сварных соединений на химически активных металлах и сплавах, таких как ниобий, цирконий, титан, молибден и др. Хорошее качество электронно-лучевой сварки достигается также на низкоуглеродистых, коррозионно-стойких сталях, меди и медных, никелевых, алюминиевых сплавах.

Недостатки электронно-лучевой сварки:

1. Возможность образования несплавлений и полостей в корне шва на металлах с большой теплопроводностью и швах с большим отношением глубины к ширине;

2. Для создания вакуума в рабочей камере после загрузки изделий требуется длительное время.

Электрошлаковая сварка - это сварка плавлением, при которой для нагрева металла используется теплота; выделяющаяся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак. Это самый высокопроизводительный способ автоматической сварки металла значительной толщины. Производится она так. В пространство между свариваемыми кромками изделия и шлак удерживающими приспособлениями (медными ползунами, начальными планками) вводятся флюс и электродная проволока. Процесс сварки начинается с возбуждения дуги между электродной проволокой и начальной планкой. Теплотой дуги расплавляются флюс и электродная проволока. Образуется ванна расплавленного металла, покрытая слоем жидкого шлака. Электродная проволока, находясь в ванне нагретого шлака, плавится, и дуга гаснет. Сварочный ток, проходя через расплавленный шлак, нагревает его до температуры 1600--1700°С. Дальнейший бездуговой процесс плавки происходит за счет теплоты, выделяемой в шлаке сварочным током. По мере заполнения шва металлом медные ползуны, охлаждаемые проточной водой, перемещаются снизу вверх и формируют сварной шов.

Применяя электрошлаковую сварку несколькими электродными проволоками или электродами в виде ленты, можно сваривать кромки изделия практически любой толщины. Электрошлаковая сварка имеет следующие технико-экономические достоинства:

1)Высокую устойчивость процесса, мало зависящую от рода тока, и нечувствительность (благодаря тепловой энергии шлаковой ванны) кратко временным изменениям тока и даже его прерыванию;

2)Электрошлаковый процесс устойчив при плотностях тока 0,2--300 А/мм2 и возможен при использовании проволочных электродов диаметром 1,6 мм и менее и пластинчатых электродов сечением 400 мм2 и более; высокую производительность.

3) По скорости плавления присадочного металла электрошлаковая сварка вне конкуренции. Она позволяет допускать нагрузку на электрод до 10 000 А;

4)Высокую экономичность процесса;

5)На плавление равных количеств электродного металла при ЭШС затрачивается на 15--20% меньше электроэнергии, чем при дуговой сварке. Расход флюса меньше, чем при дуговой сварке, в 10--20 раз и составляет около 5% расхода электродной проволоки;

6)Отсутствие необходимости в специальной подготовке кромок свариваемых деталей и малую чувствительность их к качеству обработки;

7)Высокое качество защиты сварочной ванны от воздуха;

8) Недефицитность и сравнительно низкую стоимость сварочных материалов; возможность получения за один проход сварных соединений теоретически любой толщины.

Недостатками электрошлаковой сварки являются:

1)Производство сварки только в вертикальном или в близком к вертикальному положению (отклонение от вертикали не более 30°) свариваемых плоскостей;

2)Недопустимость остановки электрошлакового процесса до окончания сварки. В случае вынужденной остановки в сварном шве возникает дефект. В таком случае сварной шов подвергают ремонту или полностью удаляют и вновь заваривают;

3)Крупнозернистая структура в металле шва и зоне термического влияния и связанная с этим низкая ударная вязкость металла сварного соединения при отрицательных температурах;

3)Необходимость изготовления и установки перед сваркой технологических деталей (планки, «стартовые карманы», формирующие устройства и др.).

Электрошлаковая сварка применяется при сварке прямолинейных, криволинейных и кольцевых швов. Минимальная толщина деталей, образующих стыковое соединение при ЭШС без технологических затруднений, находится в пределах 25--30 мм.

Экономически целесообразнее использовать ЭШС при изготовлении толстостенных конструкций, а также при изготовлении конструкций из низко- и среднеуглеродистых, низко-, средне- и высоколегированных сталей, чугуна и цветных металлов (алюминия, титана).

Кроме того, ЭШС применяют для наплавки различных сплавов на низкоуглеродистые и низколегированные стали. Электрошлаковой сваркой могут быть выполнены стыковые, угловые и тавровые соединения.

prod.bobrodobro.ru

Выбор и обоснование методов сборки и сварки

В строительных стальных конструкциях сварные двутавровые балки - основной элемент подкрановых балок, колонн и других подобных конструкций промышленных зданий и различных инженерных сооружений. Сборку и сварку балок выполняют заранее - до общей сборки конструкции.

Последовательность сборки и сварки составных двутавровых балок: стыковка вертикальных и горизонтальных листов; автоматическая сварка стыков; правка листов; сборка двутаврового сечения; сварка поясных швов; правка грибовидности горизонтальных листов; фрезерование торцов балки.

Сборка балок ведется по разметке на плитах и стеллажах, на универсальном сборочном оборудовании и на комплексно механизированных поточных линиях. В условиях мелкосерийного производства выполняется сборка по разметке: вначале - подготовка листов (раскладываются два горизонтальных листа - полки, вертикальный - стенка; на полках размечается линия размещения стенки), затем - формирование сечения в горизонтальном или вертикальном положении.

Наиболее целесообразно использование механизированных способов сварки.

Одним из таких способов является полуавтоматическая сварка в углекислом газе, которая в настоящее время занимает значительное место в народном хозяйстве благодаря своим технологическим и экономическим преимуществам.

Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки, возможность полуавтоматической и автоматической сварки швов, находящихся в различных пространственных положениях, что позволяет механизировать сварку в различных пространственных положениях, в том числе сварку неповоротных стыков труб.

Небольшой объём шлаков, участвующих в процессе сварки в СО2 позволяет в ряде случаев получить швы высокого качества

Экономический эффект от применения сварки в углекислом газе существенно зависит от толщины свариваемого металла, типа соединения, расположения шва в пространстве, диаметра электродной проволоки и режимов сварки.

Себестоимость 1 кг наплавленного металла при сварке в углекислом газе всегда ниже, чем при газовой и ручной дуговой сварке.

При сварке в углекислом газе проволокой диаметром 0,8-1,5 мм изделий из стали, толщиной до 40 мм во всех положениях выработка на средних режимах на автоматах в 2-5 раз выше, а на полуавтоматах - в 1,8-3 раза выше, чем при ручной дуговой сварке.

Режимы сварки

Режимом сварки называется совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, форм, качества. При всех дуговых способах сварки такими характеристиками являются следующие параметры: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока и полярность. При механизированных способах сварки добавляется ещё один параметр - скорость подачи сварочной проволоки.

1.6.1 Исходя из выбранного способа сварки, необходимо выбрать и обосновать параметры режима.

С учетом максимальной производительности процесса сварки при условии получения требуемых геометрических размеров поперечного сечения шва, мы выбираем полуавтоматическую сварку в углекислом газе, плавящимся электродом, регламентируемую ГОСТ 14771-76.

Материал сварочной проволоки выбираем Св-08гс. Для толщины металла

10 мм выбираем диаметр сварочной проволоки 2 мм. Рекомендуемые пределы тока 250 – 270 А, вылет электрода 8 – 15 мм.

Таблица 3 – Режимы сварки

Катет сварного шва, мм Диаметр проволоки, d, мм Сварочный ток, Iсв, А Напряжение дуги, Uд, В Скорость подачи проволоки, Vпод, м/ч Скорость сварки, Vсв, м/ч Вылет элект­рода, Iэ, мм Расход газа, дм/мм
250-270 26-28 422-456 16,5-17,8 8-15 8-16

Для стыковых соединений площадь поперечного сечения шва определяется по формуле Аш, мм2

Аш = 0,75eg + sb, (2)

где е - ширина шва, мм;

g - усиление шва, мм;

s - толщина шва, мм;

b - зазор, мм.

Аш = 7,3мм2

Сила сварочного тока I, А, определяется по глубине провара, из формулы

I = (80...100)h=195 А (3)

Глубиной провара задаются конструктивно, исходя из толщины металла.

Для однопроходного стыкового шва глубина провара h, мм, выбирается из условия

h = (0,7...0,8)S, (4)

где S - толщина свариваемого металла, мм

h = (0,7...0,8) 13=10,4 мм

Для двухсторонней сварки глубина провара h, мм, выбирается из условия и должна составлять не менее 60% толщины свариваемых деталей.

(5)

Диаметр сварочной проволоки d, мм, принимается в зависимости oт толщины свариваемого металла в пределах 2...6 мм, а затем уточняется расчетом

, (6)

где I - сварочный ток, А;

i - плотность тока, А/мм2

Плотность тока в зависимости от диаметра проволоки указана в таблице 4.

Таблица 4

Диаметр проволоки, мм
Плотность тока, А/мм2 65-200 45-90 35-260 30-50 25-45

Напряжение на дуге U, В принимается в пределах 32-40 В.

Скорость сварки Vсв, м/ч, определяется по формуле

, (7)

где - коэффициент наплавки, г/Ач;

Аш - площадь сечения, мм2;

γ - удельная плотность наплавленного металла, г/cм3.

При сварке постоянным током обратной полярности коэффициент наплавки ,рассчитывается по эмпирической формуле

=11,8 ± 0,4 г/Ач (8)

=11,8 ± 0,4= 11,4-12,2 г/Ач

Скорость подачи проволоки Vпод, м/ч, определяем по формуле

, (9)

где Аш - площадь сечения шва, мм2;

Аэ - площадь сечения электродной проволоки, мм2;

Vсв - скорость сварки, м/ч.

1.6.2 Расчёт режимов автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом угловых швов.

Устанавливаем количество проходов на основании того, что за один проход автоматом можно наплавить не более 100 мм2 площади шва.

При сварке электродной проволокой диаметром 4-5 мм минимальный катет составляет 5-6 мм. Сварочную проволоку диаметром более 5 мм применять не следует, т.к. она не обеспечивает провара корня шва.

Для принятого диаметра проволоки подбираем плотность тока по данным, приведённым в таблице 4, и определяем силу сварочного тока I, А, по формуле

, (10)

где d -диаметр сварочной проволоки, мм;

i - плотность тока, А/мм2.

1.6.3 Выбор режима сварки в углекислом газе, а также в смеси газов производится в зависимости от толщины и свойств свариваемого металла, типа сварного соединения и положения сварного шва в пространстве на основании обобщённых опытных данных [11]

megalektsii.ru


Смотрите также