Разработка технологии и режимов сварки

• Введение
• 1. Выбор и обоснование способа сварки
• 2. Характеристика основного материала
• 3. Выбор сварочных материалов
• 4. Расчет режимов сварки
• 5. Расчёт норм времени, расхода сварочных материалов
• 6. Обоснование метода контроля
• 7. Контроль сварочных материалов
• 8. Мероприятия по технике безопасности

Приложения

• Список использованной литературы

Сварка плавлением является ведущей в технологии производства сварных изделий. Она связана с нагревом металла в широком интервале температур и последующим нагретых зон с разными скоростями. Такое воздействие определяет протекание сложных фазовых и структурных изменений, определяющее значение для эксплуатационных свойств металла.

Наиболее доступными средствами управления термическим циклом при сварке является рациональный выбор режимов сварки, формы разделки кромок свариваемого металла.

Строение сварных соединений. Сварные соединения имеют два ярко выраженных участка: металл шва и зона термического влияния (примыкающая к сварному шву зона основного металла, перетерпевшая структурные изменения).

Наплавленный металл образуется при кристаллизации из жидкого состояния расплавленного электрода и оплавленного по кромкам свариваемых деталей и имеет строение литого металла с ярко выраженными столбчатыми кристаллами, имеющих дендритный характер расположения (древовидный).

В верхней части шва расположены наиболее крупные кристаллиты, а в нижней — наиболее мелкие. Наплавленный металл имеет слоистое строение, что объясняется прерывистым характером кристаллизации. Это в определенной степени снижает механические свойства наплавленного металла, но они, как правило, бывают выше, чем у исходного металла.

Участок неполного расплавления и перегрева представляет особый интерес, так как в этой зоне наблюдается наиболее резкие изменения структуры и свойств основного металла. При этом снижается ударная вязкость, пластичность (вследствие роста зерна) и наиболее вероятно появление холодных и горячих трещин.

Участки неполной перекристаллизации, рекристаллизации, рекристаллизации синеломкости в меньшей степени разупрочняют сварное соединение по сравнению с другими участками. Размеры различных зон сварного соединения, зернистость металла, претерпевшего термическое влияние при сварке, формируются в процессе рекристаллизации в зонах термического влияния. Процессы кристаллизации и перекристаллизации металла в свою очередь зависят от термического воздействия при сварке (температуры нагревания и скорости охлаждения металла). В тоже время тепловые процессы определяют режим сварки (в основном ток, напряжение и скорость сварки).

Современные способы регулирования процесса кристаллизации сварных швов. Наиболее доступным средством управления процессом кристаллизации жидкой ванны является изменение основных параметров режима сварки (тока, напряжения и скорости сварки).

Для уменьшения химической и структурной неоднородности, склонности к трещинообразованию целесообразно режимы сварки подбирать такими, чтобы ширина жидкой ванны была максимальной, а глубина минимальной.

В противном случае кристаллы растут навстречу друг другу, образуя в середине шва участок слабины.

Для получения мелкозернистых структур применяют различные технологические приемы, которые увеличивают скорость охлаждения при сварке (принудительное охлаждение, снижение погонной энергии и т. д.). Однако это может вызвать в некоторых сталях появление холодных или горячих трещин.

Холодные трещины появляются обычно у углеродистых и среднелегированных сталей при 200С и ниже в результате больших внутренних напряжений. Неправильная последовательность сварки может служить причиной появления холодных трещин. Предупредить их появление можно путем медленного охлаждения при температуре 400 200С, используя дополнительный подогрев.

Горячие трещины (межкристаллитные) появляются при охлаждении металла, в температурном интервале 1 400 950С. Конкретное значение температурного интервала хрупкости зависит от химического состава металла. Чаще всего они появляются при сварке легированных сталей, так как легирующие элементы способствуют развитию химической неоднородности. Условием образования горячих трещин является наличие тончайших межкристаллитных прослоек (как правило, легкоплавких) в сочетании с низкой прочностью и малой деформационной способностью металла в температурном интервале хрупкости. Добавка в металл редкоземельных элементов (окиси натрия, церия, циркония и др.) снижает опасность появления трещин, а так же способствует измельчению структуры.

Для измельчения структуры известны еще два способа модифицирования. Один — за счет внедрения мельчайших нерастворимых примесей, второй — за счет введения в расплав жидкой ванны поверхностно — активных элементов (бора, титана, калия, кальция, магния и др.) Мелкозернистую структуру можно сформировать путем наложения ультразвука в процессе кристаллизации жидкой ванны.

Общий критерий выбора технологии и режима сварки. Применяемые в сварочной технике разнообразные конструкционные материалы должны удовлетворять не только требованиям эксплуатации, но и технологическим требованиям сварки. Часто они противоречат друг другу. Выбор технологии и режимов сварки определенной маркой стали и состоянием ее поставки. Сталь может применяться в состоянии:

а) — после прокатки (низкоуглеродистые и низколегированные);

б) — сталь подвергается термообработке (нормализации или закалке с последующим отпуском);

в) — сталь перед сваркой и после подвергается термообработке.

1. Выбор и обоснование способа сварки

Сварка в защитном газе является одним из способов дуговой сварки. При этом в зону дуги подаётся газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. В практике наибольшее применение получили аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе. Сварка в углекислом газе проводится плавящемся электродом. Плавящиеся электроды применяют в виде сварочной проволоки изготовленной по ГОСТ 2246– — 70 или из металла, по химическому составу сходного со свариваемым металлом. Преимущества сварки в защитном газе: хорошая защита зоны сварки от воздействия кислорода и азота воздуха; хорошие механические качества сварного шва; высокая производительность, достигающая при ручной сварке 50 — 60 м/ч, а при автоматической — 200 м/ч; отсутствие необходимости применения флюсов и последующей очистки шва от шлаков; возможность наблюдения за процессом формирования сварного шва; малая зона термического влияния; возможность полной автоматизации сварки.

2. Характеристика основного материала

Сталь 09Г2С Заменитель — стали: 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С.

Вид поставки — сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19 281–73, ГОСТ 2590–71, ГОСТ 2591–71, ГОСТ 8239–72, ГОСТ 8240–72. Лист толстый ГОСТ 19 282–73, ГОСТ 5520–79, ГОСТ 5521–76, ГОСТ 19 903–74. Лист тонкий ГОСТ 17 066–80, ГОСТ 19 903–74, ГОСТ 19 904–74. Полоса ГОСТ 103–76, ГОСТ 82–70. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133–71. Назначение — различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от —70 до +425 °С под давлением.

Таблица 1. Температура критических точек, ^?С

Таблица 2. Химический состав, % (ГОСТ 19 282—73)

Таблица 3. Механические свойства

Технологические свойства Температура ковки, °С: начала 1250, конца 850.

Свариваемость — сваривается без ограничений.

Обрабатываемость резанием — в нормализованном, отпущенном состоянии ?_В=520 МПа; К_{v тв.спл.}= 1,6; К_{v б.ст.} = 1,0.

Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Флокеночувствительность — не чувствительна.

3. Выбор сварочных материалов

Сварочные материалы, должны соответствовать требованиям стандартов и технических условий, что должно подтверждаться документом организации-изготовителя.

Марки, сортамент, условия хранения и подготовка к использованию сварочных материалов должны соответствовать требованиям НД на сварку.

Для механизированной сварки в среде защитных газов выбираем сварочный материал: сварочная проволока сплошного сечения Св 08Г2С диаметром 1,2 мм по ГОСТ 2246–70, двуокись углерода СО_2. Химический состав проволоки приведен в таблице.

Таблица 4. Химический состав сварочной проволоки Св — 08Г2С

Таблица 5. Механические свойства металла шва

4. Расчет режимов сварки

При механизированной сварке в углекислом газе основными режимами сварки являются: сила тока, напряжение, скорость сварки. Конструктивные элементы подготовки кромок и виды сварных соединений (стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные) для механизированной сварки регламентированы ГОСТ 14 771–76.

Основными параметрами режимов механизированной сварки, оказывающим влияние на размеры и форму шва, являются:

1. Диаметр электродной (сварочной) проволоки, d_эл, мм.

2. Сила сварочного тока, I_св, А.

3. Напряжение на дуге, U_д, В.

4. Скорость подачи электродной проволоки, V_п.п., м/ч.

5. Скорость сварки, V_св, м/ч.

Дополнительными параметрами режима являются:

6. Род тока.

7. Полярность (при постоянном токе).

Расчет режима сварки тавровых и нахлесточных швов сварных соединений

Режимы сварки рассчитываем как для угловых швов.

1)Рассчитаем режимы сварки на шов № 1, который выполняется по ГОСТ 14 771–76, катет 12, толщина свариваемого металла 14 мм. Применяется механизированная сварка в среде СО₂.

Определим площадь шва F_Н :

Площадь шва каждого прохода принимаем примерно F_n = 30 мм². Отсюда определим число проходов:

Определим значение сварочного тока I, А:

где Н — глубина проплавления, примерно равная 3 мм (при полном проплавлении), к_Н — коэффициент, равный 2,1 при сварке в СО₂ на токе обратной полярности и диаметре проволоки 1,2 мм.

Определим фактический диаметр сварочной проволоки, мм:

где j — коэффициент, при примерном диаметре проволоки равный 90?400.

Определим напряжение на дуге, В:

Определим коэффициент потерь ?_n, по формуле:

Определим коэффициент расплавления ?_р по формуле:

где l — вылет электродной проволоки, мм l = (8…12)d_св.пр=10•1,2=12 мм.

Определим коэффициент наплавки ?_Н:

Определим значение скорости сварки V_св, см/с:

Определим значение скорости подачи сварочной проволоки V_под, см/с:

2) Рассчитаем режимы сварки на шов № 2, который выполняется по ГОСТ 14 771–76, толщина свариваемого металла 14 мм. Применяется механизированная сварка в среде СО₂.

Определим площадь шва F_Н :

Площадь шва каждого прохода принимаем примерно F_n = 30 мм². Отсюда определим число проходов:

Определим значение сварочного тока I, А:

где Н — глубина проплавления, примерно равная 3 мм (при полном проплавлении), к_Н — коэффициент, равный 2,1 при сварке в СО₂ на токе обратной полярности и диаметре проволоки 1,2 мм.

Определим фактический диаметр сварочной проволоки, мм:

где j — коэффициент, при примерном диаметре проволоки равный 90?400.

Определим напряжение на дуге, В:

Определим коэффициент потерь ?_n, по формуле:

Определим коэффициент расплавления ?_р по формуле:

где l — вылет электродной проволоки, мм l = (8…12)d_св.пр=10•1,2=12 мм.

Определим коэффициент наплавки ?_Н:

Определим значение скорости сварки V_св, см/с:

Определим значение скорости подачи сварочной проволоки V_под, см/с:

5. Расчёт норм времени, расхода сварочных материалов

Общие требования (выбор профессии и разряда работы). Расчёт норм времени проводится на основе типовых укрупнённых нормативов времени, которые учитывают характер работ, конструктивные особенности объекта, организацию (степень автоматизации, механизации) труда, оснащённость рабочего места инструментом и пр.

При изготовлении балки необходимо выполнять следующие виды работ:

— Слесарные работы

— Сварочные операции.

— Контрольные операции.

Все виды работ могут относиться к нормативным и не нормативным. В данном случае сварочные работы поддаются нормативным методам расчёта. Слесарные работы трудно отнести к нормативным, так как их содержание отличается большим многообразием. Они включают в себя раскрой металла, рихтовку накладки, зачистку мест сварки, разделку кромок.

1) Норматив расхода сварочной проволоки на 1 пог. метр шва № 1 определяется по номинальным конструктивным размерам шва, массе наплавленного металла с учетом потерь и отходов, и рассчитывается по формуле:

где Н_п — норматив расхода сварочной проволоки на 1 пог. метр шва, кг;

Q — масса наплавленного металла на 1 пог. метр шва, кг; к_п = 1,1 — коэффициент перехода от массы наплавленного металла к расходу сварочной проволоки, учитывающий технологические потери и отходы при сварке.

Определим норматив расхода проволоки по всей длине шва Н, кг:

Норматив расхода углекислого газа при сварке 1 пог. метра шва определяется по формуле, кг:

где Н_Г — норматив расхода углекислого газа на 1 пог. метр шва, кг;

Q — масса наплавленного металла на 1 пог. метр шва, кг; к_Г = 1,2 — коэффициент расхода углекислого газа на 1 кг наплавленного металла

Определим норматив расхода углекислого газа по всей длине шва Н, кг:

Определим основное время Т_О, мин:

Определим вспомогательное время Т_В, дополнительное время Т_ДОП и оперативное время Т_ОП, мин:

Определим штучное время Т_ШТ, мин:

Определим подготовительно — заключительное время на слесарные работы Т_ПЗ, мин:

Определим штучно — калькуляционное время Т_ШК, мин:

2) Норматив расхода сварочной проволоки на 1 пог. метр шва № 2 определяется по номинальным конструктивным размерам шва, массе наплавленного металла с учетом потерь и отходов, и рассчитывается по формуле:

где Н_п — норматив расхода сварочной проволоки на 1 пог. метр шва, кг;

Q — масса наплавленного металла на 1 пог. метр шва, кг; к_п = 1,1 — коэффициент перехода от массы наплавленного металла к расходу сварочной проволоки, учитывающий технологические потери и отходы при сварке.

Определим норматив расхода проволоки по всей длине шва Н, кг:

Норматив расхода углекислого газа при сварке 1 пог. метра шва определяется по формуле, кг:

где Н_Г — норматив расхода углекислого газа на 1 пог. метр шва, кг;

Q — масса наплавленного металла на 1 пог. метр шва, кг; к_Г = 1,2 — коэффициент расхода углекислого газа на 1 кг наплавленного металла

Определим норматив расхода углекислого газа по всей длине шва Н, кг:

Определим основное время Т_О, мин:

Определим вспомогательное время Т_В, дополнительное время Т_ДОП и оперативное время Т_ОП, мин:

Определим штучное время Т_ШТ, мин:

Определим подготовительно — заключительное время на слесарные работы Т_ПЗ, мин:

Определим штучно — калькуляционное время Т_ШК, мин:

Таблица 6

6. Обоснование метода контроля

Организация-изготовитель, монтажная или ремонтная организация обязаны применять такие виды и объемы контроля своей продукции, которые гарантировали бы выявление недопустимых дефектов, ее высокое качество и надежность в эксплуатации.

В процессе изготовления изделия должны проверяться:

— соответствие металла свариваемых деталей и сварочных материалов требованиям НД;

— соответствие качества подготовки кромок и сборки под сварку требованиям действующих стандартов и чертежей;

— соблюдение технологического процесса сварки и термической обработки, разработанных в соответствии с требованиями НД.

Основными видами неразрушающего контроля металла и сварных соединений являются:

— визуальный и измерительный;

— радиографический;

— ультразвуковой;

— радиоскопический (допускается применять только по инструкции, согласованной с Госгортехнадзором России);

— стилоскопирование;

— измерение твердости;

— гидравлические испытания;

— пневматические испытания.

Кроме этого могут применяться другие методы (акустическая эмиссия, магнитография, цветная дефектоскопия, определение содержания в металле шва ферритной фазы и др.) в соответствии с ТУ организации-изготовителя в объеме, предусмотренном НД.

Визуальному и измерительному контролю подлежат все сварные соединения балки и ее элементов в целях выявления в ней следующих дефектов:

— трещин всех видов и направлений;

— свищей и пористости наружной поверхности шва;

— подрезов;

— наплывов, прожогов, незаплавленных кратеров;

— смещения и совместного увода кромок свариваемых элементов свыше норм, предусмотренных Правилами;

— непрямолинейность соединяемых элементов;

— несоответствие формы и размеров швов требованиям технической документации.

Ультразвуковая дефектоскопия и радиографический контроль производятся в целях выявления в сварных соединениях внутренних дефектов (трещин, непроваров, пор, шлаковых включений и др.).

Ультразвуковая дефектоскопия и радиографический контроль стыковых сварных соединений по согласованию с Госгортехнадзором России могут быть заменены другим эффективным методом неразрушающего контроля.

В сварных соединениях не допускаются следующие дефекты:

— трещины всех видов и направлений, расположенные в металле шва, по линии сплавления и в околошовной зоне основного металла, в том числе микротрещины, выявляемые при микроисследовании контрольного образца;

— непровары (несплавления) в сварных швах, расположенные в корне шва, или по сечению сварного соединения (между отдельными валиками и слоями шва и между основным металлом и металлом шва);

— возможность допущения местных непроваров в сварных соединениях оговаривается в НД, согласованной в установленном порядке;

— подрезы основного металла, поры, шлаковые и другие включения, размеры которых превышают допустимые значения, указанные в НД;

— наплывы (натеки);

— незаваренные кратеры и прожоги;

— свищи;

— смещение кромок свыше норм, предусмотренных Правилами.

7. Контроль сварочных материалов

Перед использованием сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки и др.) должны быть проверены:

а) наличие сертификата (на электроды, проволоку), полнота приведенных в нем данных и их соответствие требованиям стандарта, технических условий или паспорта на конкретные сварочные материалы;

б) наличие на каждом упаковочном месте (пачке, коробке, ящике, мотке, бухте и пр.) соответствующих этикеток (ярлыков) или бирок с проверкой полноты указанных в них данных;

в) сохранность упаковок и самих материалов;

г) для баллонов с газом — наличие документа, регламентированного стандартом на соответствующий газ.

Каждая партия сварочной проволоки перед выдачей на производственный участок должна быть проконтролирована путем осмотра поверхности проволоки в каждой бухте (мотке, катушке). На поверхности проволоки не должно быть окалины, ржавчины, следов смазки, задиров, вмятин и других дефектов и загрязнений.

Перед использованием газа из каждого баллона следует проверить качество газа, для чего надо наплавить на пластину или трубу валик длиной 100−150 мм и по внешнему виду поверхности наплавки определить ее качество. При обнаружении пор в металле шва газ, находящийся в данном баллоне, бракуют.

8. Мероприятия по технике безопасности

Сварщики могут быть допущены только к тем работам, которые указаны в удостоверении. К выполнению сварочных работ допускаются сварщики, имеющие квалификационные разряды не ниже установленных соответствующими нормативно распорядительными и руководящими техническими документами и Единым тарифно-квалификационными справочником работ и профессий рабочих.

1. При производстве сварочных работ необходимо соблюдать требования Правил пожарной безопасности (на рабочем месте иметь ведро с водой).

2. При разделке кромок трещины и зачистке шва соблюдать правила безопасной работы при холодной обработке металла (иметь защитные очки, резиновый коврик).

3. Электрифицированный инструмент (дрель, шлифовальная машинка и устройство для разделки кромок с приводом от ЛЭМД) должны питаться напряжением не выше 36 В.

4. При разделке кромок, зачистке шва необходимо пользоваться защитными очками. Ударный инструмент не должен иметь трещин.

5. Эксплуатация электросварочного выпрямителя должна отвечать требованиям правил технической эксплуатации электроустановок. При этом оборудование и щиты должны иметь защитное заземление (ГОСТ 12.1.0.30−81).

6. При производстве электросварочных работ необходимо соблюдать требования действующих правил техники безопасности и производственной санитарии ГОСТ 12.3.003−86. Для защиты глаз и кожи — использовать шлем — маску со светофильтром (Э-1 при токе до100А, Э-2 при токе до 200А, Э-3 при токе до 400А, Э-4 при токе более 400А.).

Для предохранения тела от ожогов каплями расплава руки сварщика должны быть защищены брезентовыми рукавицами, а сам сварщик должен быть одет в костюм с огнестойкой пропиткой.

При сварке на открытой площадке требуется переносная ширма для предохранения от излучения.

7. Во всех случаях поражения электрическим током при оказании первой помощи необходимо изолировать пострадавшего от источника тока, вызвать врача.

До прихода врача оказывать первую медицинскую помощь пострадавшему в виде искусственного дыхания и наружного массажа сердца.

Приложение 1

Карта технологического процесса сварки сварного соединения Н1

Метод подготовки и очистки:

Все местные неровности кромок до сборки удалить с помощью абразивного круга или напильника

Требования к прихватке:

4 штуки по 15 мм через 100, выполненные МП

Защита сварочной ванны/защита корня шва:

Углекислый газ Параметры процесса сварки КСС

Технологические требования к сварке:

1. Сварочные материалы должны соответствовать требованиям стандартов, технических условий, паспортов и иметь сертификат.

2. Сварку швов заполнения и облицовочный шов необходимо проводить без остановок, а рпи остановке зачистить абразивным инструментом окончание шва (участок обрыва дуги).

3.Сварку выполнять с полным проваром корня шва.

4.По окончании сварки швы и прилегающие к ним поверхности на расстоянии не менее 20 мм должны быть очищены от шлака, брызг расплавленного металла, окалины и других загрязнений.

5.Клейма (маркировка) должны быть поставлены с наружной стороны сварных соединений на расстоянии 20−50 мм от края усиления шва. При этом на продольных и других не замкнутых сварных соединениях клейма следует ставить на расстоянии 100−200 мм от конца шва.

Требования к контролю качества КСС

защитный сварка сталь контроль

Приложение 2

Карта технологического процесса сварки сварного соединения Т6

Метод подготовки и очистки:

Все местные неровности кромок до сборки удалить с помощью абразивного круга или напильника

Требования к прихватке:

4 штуки по 15 мм через 100, выполненные МП

Защита сварочной ванны/защита корня шва:

Углекислый газ Параметры процесса сварки КСС

Технологические требования к сварке:

1.Сварочные материалы должны соответствовать требованиям стандартов, технических условий, паспортов и иметь сертификат.

2.Сварку швов заполнения и облицовочный шов необходимо проводить без остановок, а РПИ остановке зачистить абразивным инструментом окончание шва (участок обрыва дуги).

3.Сварку выполнять с полным проваром корня шва.

4.По окончании сварки швы и прилегающие к ним поверхности на расстоянии не менее 20 мм должны быть очищены от шлака, брызг расплавленного металла, окалины и других загрязнений.

5.Клейма (маркировка) должны быть поставлены с наружной стороны сварных соединений на расстоянии 20−50 мм от края усиления шва. При этом на продольных и других не замкнутых сварных соединениях клейма следует ставить на расстоянии 100−200 мм от конца шва.

Требования к контролю качества КСС

1. Китаев А. М. Справочная книга сварщика .1985. — 256с.

2. Сварка и резка в промышленном строительстве /Под ред. Б. Д. Малышева. М.: Стройиздат. 1977. — 780 с

3. Марочник сталей // под ред.. В. Г. Сорокина М.: Машиностроение 1989. — 640с.

4. Технология металлов и сварка. /Под ред. П. И. Полухина М.: Высш. Шк. 1977. — 464 с.

5. Типовые нормативы времени на станочные, слесарные, сварочные работы. — М.: Всесоюзный НИИ экономики. 1977.

6. Б. В. Прыкин. Технология металлов и сварка. Киев: Вища школа", Головное изд-во, 1978, 240 с.

7. Конструкционные материалы. /Под ред. Б. Н. Арзамасова. М. Машиностроение, 1990. — 688 с.

8. Технология конструкционных материалов /Под ред. А. М. Дальского. М. Машиностроение, 1977. — 448 с.

9. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х томах/ Под редакцией Н. А. Ольшанского М. — Машиностроение, 1978. — 504с.

10. Методическое руководство к курсовому проекту по дисциплине «Технологические основы сварки плавлением и давлением», Саратов, 2007.