СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1 Определение свариваемости
применяемых материалов 5
2 Расчет режимов сварки 9
2.1 Выбор параметров режимов
автоматической сварки под слоем флюса 9
2.2 Выбор параметров режимов
ручной дуговой сварки 15
2.3 Выбор параметров режимов
сварки в среде защитных газов 19
3 Технологическая карта процесса
сварки 20
Список использованной литературы 23
ВВЕДЕНИЕ
Сварка – один из наиболее распространенных
технологических процессов всех отраслей
машиностроения. В частности, это основной
метод изготовления колонного и емкостного
оборудования нефтепереработки, а также
труб магистральных и технологических
трубопроводов.
Современное оборудование нефтепереработки
характеризуется высокой сложностью и
ответственностью. Поэтому при его изготовлении
используются самые разные способы и методы
сварки.
В данной работе рассмотрены
несколько типичных задач, стоящих при
проектировании оборудования. В частности,
это сварка обечаек с разными толщинами,
приварка штуцеров и опор и т.д. Для каждого
из этих случаев были подобраны присадочные
материалы и рассчитаны основные параметры
сварочного процесса – сила и напряжение
сварочного тока, скорость подачи электрода
и другие параметры.
1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВАРИВАЕМОСТИ
ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
Сталь
12ХМ по ГОСТ 5520-79.
Химический
состав стали 12ХМ по ГОСТ 5520-79.
С (не более 0,16%); Si (0,17-0,37%); Mn (0,4-0,7%);
S (не более 0,025%);
P (не более 0,025%); Cr (0,8-1,1%); Ni(не более 0,3%);
Мо (0,4-0,55%).
Углерод является основным
легирующим элементом, который определяет
механические свойства этой группы сталей.
Повышение его содержания в стали усложняет
технологию сварки и затрудняет возможности
получения равнопрочного сварного соединения
без дефектов. Поэтому свариваемость углеродистых
сталей можно условно оценить по эквивалентному
содержанию углерода, которое определяется
по формуле
(1.1)
где С , Mn, Cr, Mo, Ni, Cu, P – процентное
содержание химических элементов в стали;
Так как Сэ > 0,45 %, в зависимости
от толщины металла применяем предварительный
подогрев.
Температуру предварительного
подогрева для повышения сопротивляемости
металла шва к холодным трещинам определяют
в зависимости от эквивалента углерода
Cэ и толщины свариваемой заготовки (рисунок
1.1).
Рисунок 1. - График подбора температуры
предварительного подогрева
Сначала рассчитывается значение
эквивалента углерода без учета толщины
металла по формуле:
, (1.2)
Влияние толщины свариваемого
металла учитывается поправкой
Полный эквивалент углерода
определяется выражением
Температура предварительного
подогрева определяется по формуле
Таким образом, требуется предварительный
подогрев деталей до температуры 106оС
Склонность к образованию горячих трещин
определяется отношением
(1.3)
Так как HCS<4 , то данный материал
не склонен к образованию горячих трещин[1].
Рассчитаем склонность к образованию
холодных трещин:
Так как CЭКВ<0.4…0.45
металл несколько склонен к образованию
холодных трещин.
Можно сделать логический вывод,
что металл обладает хорошей свариваемостью.
Сталь
25Г2С по ГОСТ 5781-82.
Химический
состав стали 25Г2С по ГОСТ 5781-82.
С (0,2-0,29%); Si (0,6-0,9%); Mn (1,2-1,6%); S (не
более 0,045%);
P (не более 0,04%); Cr (не более 0,3%); Ni(не более
0,3%); Cu (не более 0,3%).
(1.1)
где С , Mn, Cr, Mo, Ni, Cu, P – процентное
содержание химических элементов в стали;
Так как Сэ > 0,45 %, в зависимости
от толщины металла применяем предварительный
подогрев.
Температуру предварительного
подогрева для повышения сопротивляемости
металла шва к холодным трещинам определяют
в зависимости от эквивалента углерода
Cэ и толщины свариваемой заготовки (рисунок
1.1).
Сначала рассчитывается значение
эквивалента углерода без учета толщины
металла по формуле:
(1.2)
Влияние толщины свариваемого
металла учитывается поправкой
Полный эквивалент углерода
определяется выражением
Температура предварительного
подогрева определяется по формуле
Таким образом, требуется предварительный
подогрев деталей до температуры 112.1оС
Склонность к образованию горячих трещин
определяется отношением
(1.3)
Так как HCS<4 , то данный материал
не склонен к образованию горячих трещин[1].
Рассчитаем склонность к образованию
холодных трещин:
Так как CЭКВ<0.4…0.45
металл несколько склонен к образованию
холодных трещин.
Можно сделать логический вывод,
что металл обладает хорошей свариваемостью.
- РАСЧЕТ РЕЖИМОВ СВАРКИ
2.1 Выбор параметров режимов
автоматической сварки под слоем флюса
Сварку под слоем
флюса производят голой электродной проволокой,
которую подают в зону горения дуги специальным
механизмом, называемым головкой автомата.
Токоподвод к проволоке осуществляется
через скользящий контакт при прохождении
проволоки через мундштук, изготовляемый
из меди. Малый вылет электрода, отсутствия
покрытия, большая скорость подачи электродной
проволоки позволяют значительно увеличить
силу сварочного тока по сравнению с ручной
сваркой электродами тех же диаметров,
что приводит к ускорению процесса плавления
сварочной проволоки, увеличению глубины
проплавления основного металла и, как
следствие, значительному повышению производительности.
На качество и работоспособность
сварного соединения, выполняемого под
слоем флюса, помимо применяемого материала
и режимов сварки влияют также конструктивные
элементы шва (коэффициент формы провара
и коэффициент формы валика).
Автоматической сваркой под
слоем флюса привариваем узлы верхней
и нижней обечаек к эллиптическому днищу
(Узел А).
Узел варится автоматической сваркой
под слоем флюса по ГОСТ 8713-79. Из ГОСТа,
в зависимости от толщин свариваемых деталей
(S = S1 = 16мм) выбираем вид сварного
соединения С29, способ сварки АФф:
S1 = S = 16 мм; e =34 мм; g =2,5 мм ; b = 4 мм;
где S, S1 – толщины свариваемых элементов,
е-ширина усиления сварного шва, g- высота
усиления сварного шва, b- зазор между свариваемыми
листами.
Рисунок 2.1 – Сварка под флюсом
без разделки кромок
Коэффициент формы провара,
определяется по формуле:
, (2.1)
где е – ширина усиления сварного шва;
hпр – глубина проплавления металла.
Глубина проплавления при односторонней
стыковой сварке определяется по формулам
(при однопроходном сварном шве):
, (2.2)
где S – толщина свариваемых изделий,
мм;
n – количество проходов, определяется
по формуле 2.3:
, (2.3)
где Fн – площадь наплавленного металла,
мм2;
F1 – максимального сечения однопроходного
шва, которое не должно быть больше 100 мм2.
С учетом того, что сварка производится
с двух сторон, находим число проходов
, предварительно посчитав площадь наплаленного
металла Fн в программе Компас – 3D V12:
n=2·217,92/2·100=2;
hпр=1,2·16/2=9.6мм;
ψ=34/9.6=3,54;
Коэффициент формы провара
может изменяться в пределах от 0,5 до 4,0.
Оптимальное его значение равно 1,3…2,0.
Отношение ширины шва к его
выпуклости (коэффициент формы валика):
, (2.4)
где q – высота усиления
шва, мм.
ψв=34/2,5=13,6.
При хорошо сформированных
швах коэффициент формы валика не должен выходить
за пределы 7…10.
Основными параметрами режима автоматической
и полуавтоматической сварки под флюсом
является величина сварочного тока Iсв, диаметр сварочной проволоки
dэ, напряжение на дуге Uд, скорость перемещения дуги (скорость
сварки) и скорость подачи сварочной проволоки.
Диаметр сварочной проволоки выбирается
в зависимости от толщины свариваемых
изделий по таблице 2.1
Таблица 2.1
Толщина изделия, мм |
2…4 |
5…8 |
8…20 |
свыше 20 |
Диаметр сварочной проволоки, мм |
3 |
4 |
5 |
6 |
dэ=5мм.
Сварочный ток, необходимый для получения
заданной глубины проплавления основного
металла, рассчитывают по формуле:
, (2.5)
где
– коэффициент пропорциональности,
зависящий от условий проведения сварки,
определяется по таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Значения kh в зависимости от условий сварки
Марка флюса |
Диаметр сварочной проволоки |
kh , мм/100А |
Переменный ток |
Постоянный ток |
Прямая полярность |
Обратная полярность |
ОСЦ-45 |
2 |
1,3 |
1,15 |
1,45 |
3 |
1,15 |
0,95 |
1,3 |
4 |
1,05 |
0,85 |
1,15 |
5 |
0,95 |
0,75 |
1,10 |
6 |
0,9 |
- |
- |
АН-348А |
2 |
1,25 |
1,15 |
1,4 |
3 |
1,1 |
0,95 |
1,25 |
4 |
1,0 |
0,9 |
1,1 |
5 |
0,95 |
0,85 |
1,05 |
6 |
0,9 |
- |
- |
Выбираем марку флюса ОСЦ-45 и постоянный
ток с прямой полярностью. При выбранных
значениях, сила сварочного тока равна:
Iсв=(9,6/0,75)·100=1280А.
Скорость подачи сварочной проволоки
,
м/мин, определяется в зависимости от величины
сварочного тока и диаметра проволоки
(рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 – Зависимость скорости
подачи сварочной проволоки в зону горения
от силы сварочного тока Iсв и диаметра
проволоки dэ
υпп=3,5м/мин.
Скорость сварки
,
м/мин, определяется по формуле
, (2.6)
где F – площадь поперечного сечения
сварочной проволоки, мм2.
υсв = (π·52/4)·3,5/100=0,68м/мин.
Напряжение дуги выбирается в зависимости
от силы сварочного тока, диаметра электродной
проволоки и марки флюса по таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Зависимость
напряжения дуги от диаметра электродной
проволоки и марки флюса (при диаметре электрода от 2
до 5 мм, флюс АН-348А, ОСЦ-45)
Сила тока, А |
Напряжение, В |
180…500 |
32…34 |
500…600 |
36…40 |
600…700 |
38…40 |
700…850 |
40…42 |
850…1000 |
40…43 |
1000…1500 |
40…44 |
Напряжение, необходимое
для сварки колеблется в пределах от 40
до 44В.
Согласно определенным режимам сварки
выбираем сварочный трактор:
- марка источника: АДФ – 1602;
- сила сварочного тока: 1600А;
- диаметр сварочной проволоки: 3…6 мм;
- скорость подачи: 18…360 м/час;
- скорость сварки: 12…120 м/час;
- тип источника питания: ВДУ-1601.
- Выбор параметров режимов
ручной дуговой сварки
Ручная дуговая сварка является
наиболее распространенным видом сварки,
она характеризуется универсальностью,
возможностью вести сварку элементов
и конструкций в любом пространственном
положении.
В ходе расчетов режимов ручной
электродуговой сварки необходимо определить
основные и дополнительные параметры.
К основным относятся: диаметр электрода,
сила сварочного тока, напряжение дуги,
род и полярность тока; к дополнительным
- количество проходов, положение шва в
пространстве, температура окружающей
среды и т.д.
Основные типы сварных соединений:
стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные,
торцевые. При этом сварные швы различают:
стыковые (в стыковых и торцевых соединениях),
угловые (в угловых, тавровых и нахлесточных
соединениях) и прорезные (в нахлесточных
соединениях). Наиболее распространены
стыковые и угловые швы.
Ручной дуговой сваркой привариваем
внутренние устройства (Узел Б).
Рисунок –2.3 Ручная дуговая сварка
Исходя из толщины свариваемых
деталей (S = 16 мм), по ГОСТУ 5264-80 выбираем
вид сварного соединения T8: