Выбор способа сварки и типа сварных швов

Содержание

 

Введение

1. Исходные данные для выполнения курсовой работы
2. Выбор способа сварки и типа сварных швов
3. Расчет параметров режима сварки
4. Расчет нормы времени на выполнение сварочных операций

5. Определение химического состава и структуры стали в исходном состоянии

          6. Технологические особенности сварки стали

7. Выбор сварочных материалов.

8. Расчет расхода сварочных материалов.

9. Расчет химического состава сварного шва и определение его структуры.

10. Выбор сварочного оборудования.

11. Расчет расхода электроэнергии.

 Заключение

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Основной целью данной курсовой работы является разработка технологии сварки стали, указанной  в виде обозначения сварного шва  с указанием марки свариваемого металла, длины сварного шва и толщины метала. Кроме этого необходимо закрепить знания в области технологии сварки легированных сталей, стандартов по основным способам дуговой сварки, необходимые расчеты для определения структуры стали в исходном состоянии и металла шва, выбрать необходимые сварочные материалы и оборудование, определить основные и дополнительные параметры режима сварки и выполнить нормирование сварочной операции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные для выполнения курсовой работы

 

Вариант 7

 

Заменить предложенное литое изделие на сварную конструкцию, разбив его на составные части.  Обозначить сварные швы на разработанной  сборочной единице с учетом соблюдения рекомендации по обеспечению технологичности сварного соединения и выбранного способа сварки. Разработать технологию сварки изделия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание выдал:   ст. преподаватель

Дата:  

 

    

2. Выбор способа сварки и типа сварных швов

 

Проверяем условие доступности  мест наложения сварных швов.

 

 

Условие доступности  мест наложения сварных швов не выполняется.

 

Для соединения деталей  будем использовать механизированную сварку в среде защитных газов по ГОСТ 14771-76. В разработанной сварной сборочной единице будет использовано один тип сварных швов (таблица 1).

 

Таблица 1 – Типы сварных  швов

Соединяемые детали	Место соединения	Тип шва	Конструктивные элементы
			Подготовительных кромок свариваемых деталей	Сварного шва
Лист и  кронштейн		Т1
Труба и кронштейн		Т3

 

В приложении А  курсового проекта представлен  сборочный чертеж изделия и спецификация (приложение Б). 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет параметров режима сварки

 

Определяем катет шва  по следующей формуле:

 

,       ()

где N – усилие, действующее  на деталь, Н;

[τ] – допускаемое  напряжение, [τ] = 80–90 МПа; 

β – коэффициент формы  шва (β = 0,7 – для РДС; β = 0,8 – для  механизированной сварки; β = 0,9 – для  автоматической сварки);

LШ – длина шва, м.

 

 

      

Принимаем катет k=4 мм

 

Рассчитываем катет  для соединения деталей труба  и кронштейн:

 

Принимаем катет k=4мм

 

Далее рассчитанные параметры  сварки применить для всех сварных швов.

 

Первоначально задаемся диаметром проволоки d_пр. Значение этого параметра зависит от толщины свариваемого металла и типа сварного соединения. Для одностороннего углового шва глубина проплавления равна:

 

,                 ()

 

где δ – толщина металла, δ = 4 мм

Тогда, согласно рекомендаций [1, с. 65] принимаем диаметр проволоки равным:

 мм.

Для механизированной сварки силу сварочного тока можно определить по формуле:

 

 А, ()

где k_п – коэффициент пропорциональности, зависящий от условий сварки.(k_п=1,75)

 

Тогда:

 А.

Принимаем I_св = 138 А.

После вычисления силы сварочного тока уточняют диаметр проволоки по формуле:

где j – допустимая плотность тока, А/мм² (j=90-200 A/мм²)

 

Напряжение на дуге устанавливают  в зависимости от способа сварки, а также от марки и диаметра электрода по формуле:

. ()

Тогда:

 

Принимаем

 

Скорость сварки определяется следующей  формулой:

 

, м/час ()

где α_н – коэффициент наплавки,  α_н = 12-14 г/А·час;

       F_н – площадь поперечного сечения наплавленного металла, см²;

       γ – плотность  наплавленного металла,  γ = 7,8 г/см³ .

 

Площадь наплавленного  металла FН зависит от типа сварного соединения. Для угловых швов она определяется как площадь треугольника, умноженная на коэффициент а, учитывающий форму шва (для выпуклых швов а = 1,2; для вогнутых а = 0,9):

,     ()

где α – угол, под  которым свариваются детали.

Скорость подачи, VП.ПР., м/ч, сварочной проволоки вычисляют по формуле:

 

,      ()

 

где FЭ – площадь сечения электрода (проволоки)

     ()

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет нормы времени на выполнение сварочных операций

 

Общее время на выполнение сварочной операции состоит из нескольких компонентов и определяется  по формуле:

  

                                                                     ()

где основное время;

      подготовительно-заключительное время;

        вспомогательное время;

        время на обслуживание рабочего места;

        время перерывов на отдых и личные надобности.        

 

Основное время –  это время на непосредственное выполнение сварочной операции. Оно определяется по формуле:

        

                                                                                               ()

где масса наплавленного металла.

 

                          ,                                                          ()

где    площадь наплавленного металла;

            плотность металла;

           длина шва.

 

 

Подготовительно-заключительное время включает в себя такие операции, как получение производственного  задания, инструктаж, получение и  сдача инструмента, осмотр и подготовка оборудования к работе и т.д. При его определении общий норматив времени делится на количество деталей, выпущенных в смену.

Подготовительно-заключительное время  рассчитывается по формуле:

 

                                  ;                                                       ()

 

Вспомогательное время  включает в себя время на смену  электрода  , осмотр, очистку свариваемых кромок , очистку швов от шлака и брызг , клеймение швов , установку и поворот изделия, его закрепление :

 ,     ()

где tЭ –время на заправку кассеты с электродной проволокой (при автоматической и механизированной сварке tЭ = 5 мин);

tКР, tБР – время на осмотр и очистку свариваемых кромок, очистку швов от шлака и брызг;

tКЛ – время на клеймение швов (время на установку клейма tКЛ = 0,03 мин на один знак);

tИЗД – время на установку и поворот изделия, его закрепление (при массе изделия до 25 кг эти операции выполняются вручную, в расчете прини-мается tИЗД = 3 мин).

 

Время зачистки кромок или шва вычисляют  по формуле:

 

                               ,                                          ()

где    количество слоев при сварке за несколько проходов;

  длина шва.

 

 

Время на обслуживание рабочего места включает в себя время на уста-новку режима сварки, наладку полуавтомата или автомата, уборку флюса, ин-струмента и т. д. Для механизированной сварки

 Время перерывов  на отдых и личные надобности  зависит от положения, в котором  сварщик выполняет работы. При сварке в удобном положении время перерывов определяют по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Определение химического состава и структуры стали в исходном состоянии

 

Химический состав стали, выданной в задании, определяется по справочной литературе (таблица 2).

 

Таблица 2– Химический состав стали 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72

C	Cr	Ni	Mn	Si	S	P	Cu	Ti
до 0,12	17-19	9-11	до 2	до 0,8	до 0,02	до 0,035	до 0,3	0,8

 

Определение структуры стали осуществляется по диаграмме Шеффлера (Рис.1). Для этого первоначально для стали рассчитываются эквивалентные значения хрома и никеля: 

 

                 Экв Cr = %Cr+%Mo+2%Ti+2%Al+%Nb+l,5%Si+%V ;                 ()

ЭквCr = 18+2·0,8+1,5·0,8=20,8% ;

 

           Экв Ni = %Ni+30%C+30%N+0,5%Mn ;                                        ()

ЭквNi = 10+30·0,12+0,5·2=14,6%.

 

По значениям Экв Cr и Экв Ni на диаграмме Шеффлера наносится точка. Сталь попала в область А+Ф с содержанием феррита до 10 %, технологию ее сварки следует описывать как технологию сварки аустенитных сталей.

 

   

    Рис. 1 – Диаграмма Шеффлера.

6.   Технологические особенности сварки стали

 

Сталь 12Х18Н10Т относиться к хорошо свариваемым. Характерной особенностью сварки этой стали является возникновение межкристаллитной коррозии. Она развивается в зоне термического влияния при температуре 500-800°С. При пребывании металла в таком критическом интервале температур по границам зерен аустенита выпадают карбиды хрома. Все это может иметь опасные последствия - хрупкие разрушения конструкции в процессе эксплуатации.

Чтобы добиться стойкости стали  нужно исключить или ослабить эффект выпадения карбидов и стабилизировать  свойства стали в месте сварного шва.

При сварке высоколегированных сталей используют электроды с защитно-легирующим покрытием основного вида в сочетании с высоколегированным электродным стержнем. Применение электродов с покрытием основного вида позволяет обеспечить формирование наплавленного металла необходимого химического состава, а также других свойств путём использования высоколегированной электродной проволоки и долегирования через покрытие.

Сочетание легирования  через электродную проволоку и покрытие позволяет обеспечить не только гарантированный химический состав в пределах паспортных данных, но и некоторые другие свойства, предназначенные для сварки аустенитных сталей 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т и им подобных.

Содержащийся в электродных стержнях титан при сварке практически полностью окисляется. По этой причине при сварке покрытыми электродами в качестве элемента-стабилизатора используют ниобий. Коэффициент перехода ниобия из стержня при сварке покрытыми электродами составляет 60-65%.

Сварку высоколегированных сталей для снижения вероятности  формирования структуры перегрева, как правило, выполняют на режимах, характеризующихся малой величиной  погонной энергии. При этом предпочтение отдают швам малого сечения, получаемым при использовании электродной проволоки небольшого диаметра (2-3мм). Поскольку высоколегированные стали обладают повышенным электросопротивлением и пониженной электропроводностью, то при сварке вылет электрода из высоколегированной стали уменьшают в 1,5-2 раза по сравнению с вылетом электрода из углеродистой стали.

При дуговой сварке в  качестве защитных газов используют аргон, гелий (реже), углекислый газ.

Применение дуговой  сварки в атмосфере углекислого  газа позволяет снизить вероятность  образования пор в металле  шва из-за водорода; при этом обеспечивается относительно высокий коэффициент перехода легкоокисляющихся элементов. Так, коэффициент перехода титана из проволоки достигает 50%. При сварке в атмосфере аргона коэффициент перехода титана из проволоки составляет 80-90%. При сварке в углекислом газе сталей, имеющих высокое содержание хрома и низкое содержание кремния, на поверхности шва образуется тугоплавкая трудноудаляемая оксидная плёнка. Её присутствие затрудняет проведение многослойной сварки.

Технологии сварки нержавеющих высоколегированных сталей постоянно совершенствуются. На данном этапе при строгом соблюдении технологического процесса качество сварного шва нержавейки практически не уступает по своим свойствам металлу соединяемых деталей и гарантирует высочайшую надежность сварного соединения.