Разработка технологического процесса сварки заданного узла

1. Сталь 14 ХГС является низкоуглеродистой, конструкционной и обладает удовлетворительной свариваемостью. Толщина соединения составляет 12 мм. и имеет короткий шов, поэтому целесообразно назначить для этого соединения ручной дуговой способ сварки штучными электродами.

Дано стыковое соединение двух листов из стали 14ХГС толщиной 12 мм.

2. По ГОСТ «Соединения сварные», в зависимости от типа шва и его конструктивных особенностей, подготовки кромок, определяем геометрические размеры сварного шва.

Согласно ГОСТ 5264–80 в таб. находим геометрические размеры шва:

• -зазор между пластинами в = 4 (+1;-1)мм.;
• — ширина шва е = 24 (+2;-2)мм.;
• — ширина обратного валика е1 = 6 (+1;-1)мм.;
• — усиление валика g = 6 (+1;-1)мм.;
• — усиление обратного валика g1 = 1 (+1;-1)мм.
• 3. Площадь поперечного сечения наплавленного металла.

Разбиваем площадь поперечного сечения наплавленного металла на простые фигуры: два сегмента круга, прямоугольник и два треугольника. Площадь верхнего сегмента (верхнее усиление шва) S1? 2 е g/3 = 2 • 24 • 0,5/3 = 8 мм². Аналогично, площадь сечения обратного валика S2? 2 el gl/ 3 = 2 • 6 • 1/3 = 4 мм². Площадь прямоугольника, определяемая зазором S3 = 4 • 12 = 48 мм². Площадь одного треугольника S4 = (12−1) tg25° (12−1)/2 = 25 мм².

Общая площадь поперечного сечения наплавленного металла:

• S = S1 + S2 + S3 + 2S4 = 8 + 4 + 48 + 2 • 25 = 110 мм² = 1,1 см² .
• 4. Определение массы наплавленного металла.

Массу наплавленного металла шва определяем по формуле Мн = S • lш? с, где lш — длина шва, см:

с — плотность наплавленного металла. Для стали с = 7,8 г/см3.

Мн = 1,1 — 400 — 7,8 = 3432 г = 3,43 кг.

5. Сталь 14 ХГС является низколегированной конструкционной сталью. Ее химический состав и механические свойства находим по [1].

Таблица 1. Химический состав и механические свойства конструкционной стали.

Для обеспечения равнопрочности металла шва основному металлу следует использовать электроды типа Э50А по ГОСТ 9467–75*.

сварка сталь электрод конструкционный Таблица 2.

Для обеспечения требований, соответствующих выбранному типу электродов, подходят, например, электроды марок ОЗС-18, АНО-10, АНО-Д.

Электроды ОЗС-18 с основным покрытием предназначены для сварки постоянным током обратной полярности ответственных конструкций из низколегированной атмосферно-коррозионностойкой стали 10ХНДП преимущественно толщиной до 15 мм [2].

Электроды АНО-10 предназначены для сварки ответственных конструкций в нижнем положении из низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей. Они имеют рутилоосновное покрытие при D/d > 1,8 содержащее большое количество железного порошка. Они допускают сварку постоянном током («+» на электроде) и переменным током от источника с напряжением холостого хода не менее 80 В.

Химический состав металла шва электродов АНО-10 соответствует хорошо успокоенной стали; соотношение марганца и кремния обеспечивает высокую пластичность швов. Наплавленный металл содержит не более 0,01% азота, не более 0,07% кислорода и не более 5 см3/100 г водорода. Электроды АНО-10 рекомендуются для сварки конструкций, работающих при статических и динамических нагрузках, из сталей 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 10ХСНД и др.

Таблица 3. Характеристики рассматриваемых электродов.

Выбираем электроды марки АНО-Д, как обладающие повышенными технологическими свойствами.

Таблица 4. Химический состав металла, наплавленного электродами марки АНО-Д.

Для сварки корневого слоя шва выбираем электроды диаметром 4 мм, так как сварка ведется на съемной подкладке. Для сварки последующих слоев можно использовать электроды диаметром 4…5 мм. Режимы сварки следует выбирать в соответствии с рекомендациями указанными в паспорте на электроды.

По доле участия основного металла в металле шва определяем площадь поперечного сечения шва.

Шо = Sо/(Sо+Sн) = So/Sш, где So — площадь поперечного сечения основного металла, см2;

Sш — площадь поперечного сечения шва, см2.

Поскольку по условию Шо = 0,3,.

So = Sн Шо /(l — Шо) = 1,1 — 0,3/(1−0,3) = 0,47 см².

Площадь поперечного сечения шва Sш = 1,1 + 0,47 = 1,57 см².

Определяем расход сварочных электродов.

По таблице 3 коэффициент расхода электродов марки АНО-Д составляет 1,65. Следовательно расход электродов на данный шов Мэ = Мн • 1,65 = 3,43 • 1,65 = 5,66 кг.

Основное время сварки.

Определяется с помощью формулы бн = Mн/Itсв, Мн — масса наплавленного металла, г;

I — сварочный ток, A;

tсв — время горения дуги, час.

Приняв сварочный ток I = 140 А, получим.

Tсв = 3430/140−10 = 2,45 часа.

Определяем поперечное сечение первого (корневого) слоя шва. Его при ручной сварке рекомендуется выбирать F1? (6…8) dэ, где dэ — диаметр электрода. При сварке первого слоя dэ = 3 мм. Следовательно F1? 20 мм². Последующие слои шва рекомендуется сваривать сечением Fn? (8…12) dэ. Отсюда Fn? 40 мм².

Число слоев наплавленного металла N.

N = (S — F1)/Fn = (110 — 20)/40 = 2…3.

Рекомендуется сварку вести в 4 слоя, включая корневой слой. Сечение заполняющих слоев 30 мм².

Средняя скорость сварки при заполнении слоя.

Vсв = бн *I/ 3600 *с *S = 10 * 140/3600 * 7,8 * 0,3 = 0,1661 см/с = 5,98 м/час.

Основная литература

• 1. Акулов А. И., Бельчук Г. А., Демянцевич В. П. Технология и оборудование сварки плавлением. — М.: Машиностроение, 1977. — 432 с.
• 2. Никифоров Г. Д. Технология и оборудование сварки плавлением. — М.: Машиностроение, 1978.
• 3. Ельцов В. В. Сварка плавлением металлических конструкционных материалов. Уч. пособие. — Тольятти, ТГУ, 2007 — 195 с.

Дополнительная литература.

• 1. Сварка в машиностроении: Справочник в 4 томах. Т 2. /Под ред. А. И. Акулова. — М.: Машиностроение, 1978. — 462 с.
• 2. Оборудование для дуговой сварки: Справ. пособие / Под ред. В. В. Смирнова. — Л.: Энергоатомиздат, 1986. — 656 с.
• 3. Ерохин А. А. Основы сварки плавлением. — М.: Машиностроение, 1973.
• — 448 с.
• 4. Потапьевский А. Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом.- М.: Машиностроение, 1974. 239 с.
• 5. Розаренов Ю. Н. Оборудование для электрической сварки плавлением. — М.: Машиностронение, 1987. — 208 с.
• 6. Ворновицкий И. Н. Электроды для сварки оборудования тепловых

электростанций. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 96 с.

7. ГОСТ 9467–75. Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы. — М.: Изд.-во стандартов, 1977. — 9 с.

8. ГОСТ 5264–80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. — М.: Изд.-во стандартов, 1982. — 64 с.

• 9. Мозберг Р. К. Материаловедение. — М.: Высшая школа, 1991. — 448 с.
• 10. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Под ред. В. В. Смирнова. — Л.: Энергоатомиздат, 1986. — 656 с.
• 11. Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2 т. /Под общ. ред. Н. Н. Потапова. Т.2. — М.: Машиностроение, 1989.
• 12. Сварочные проволоки и электроды. — М.: Машиностроение, 1993. — 768 с.
• 13. Сварка и свариваемые материалы: Справ. в 3 т. /Под ред. В. Н. Волченко. Т 2. Технология и оборудование /Под ред. В. М. Ямпольского. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1996. — 573 с.