Особенности сварки теплоустойчивой стали

Целью курсового проекта является изучение особенностей сварки теплоустойчивой стали марки 10Г2С1, а также разработка технологического процесса сварки балки из этой стали.

Сварка — процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов.

Под технологией сварки понимают совокупность способов и приёмов получения сварного соединения.

Операциями, входящими в технологический процесс сварки являются: выбор, хранение и подготовка электродов к сварке, подготовка металла и конструкций к сборке и сварке; сборка конструкций под сварку, сварка, контроль качества сварных соединений. При необходимости даются параметрические указания по подогреву металла и термической обработке сварных соединений.

1. Характеристика сварной конструкции

Балка двутавровая Рисунок 1 Балка двутавровая Длина 5000 мм;

Полка: ширина 600 мм, толщина 26 мм;

Стенка: высота 800 мм, толщина 20 мм;

Сталь марки 10Г2С1 (t8/5 — 10−40 с).

Шов двусторонний угловой с частичным проплавлением. Катет шва 8 мм.

Соединение горизонтально — вертикальное.

Способ сварки — автоматическая.

Температура металла 0 °C.

2. Выбор способа сварки

Сварку балки выполняем автоматической сваркой под флюсом, которая в нашем случае (длина шва 5000 мм) обеспечивает наибольшую производительность, а также позволяет отказаться от предварительного подогрева свариваемой конструкции. При этом сварку вести наклонным электродом, одновременно сваривая два шва. Это позволяет получить в процессе сварки ровный и симметричный нагрев изделия, что вместе с малым объемом деформации и хорошим формированием шва дает высокую эффективность и производительность.

Рисунок 2 Схема выполнения швов

3. Изучение особенности сварки основного металла. Определение принципиальной схемы технологического процесса

В целом низколегированные конструкционные стали можно считать вполне пригодными для дуговых способов сварки. Эти стали не относятся к группе металлов, обладающих повышенной склонностью к образованию холодных и горячих трещин. Вместе с тем необходимо отметить, что при повышенном содержании легирующих элементов и особенно углерода в стали проявляется чувствительность металла к образованию малопластичных закалочных структур. Образование закаленных участков в сочетании с высоким содержанием диффузионного водорода в металле шва и наличием остаточных сварочных напряжений может поспособствовать образованию холодных трещин. Предотвратить появление закалочных структур в этом случае можно путем регулирования термического цикла со сниженной до требуемого уровня скоростью охлаждения металла. Это можно достигнуть посредством принудительного нагрева стали в месте сварки, а также путем повышения эффективной погонной энергии.

Таблица 1 Химический состав стали 10Г2С1

Массовая доля серы не превышает 0,040%, фосфора- 0,035%.

Таблица 2 Механические свойства стали

В нашем случае необходимую скорость охлаждения металла получаем за счет высокой эффективной погонной энергии, посредством применения автоматической сварки под флюсом.

Параметр трещинообразования рассчитаем по формуле где — коэффициент, характеризующий охрупчивание металла вследствие структурных превращений

— количество диффузионного водорода в металле шва, мл/100г, при сварке прокаленным флюсом и очищенной сварочной проволкой.

— толщинка металла, в мм.

Рс=0.31, что больше 0.3. Это показывает склонность к образованию холодных трещин.

4. Выбор сварочных материалов

Флюс марки АН-348-А (ГОСТ 9087−81)

Химический состав флюса АН-348-А, %

Таблица 3

Рекомендуемые проволоки: Св-08ГА, Св-10Г2.

Сварочная проволка Св-08ГА (ГОСТ 2246−70)

Химический состав проволоки Св-08ГА, %

Таблица 4

Электроды марки УОНИ-13/45 типа Э42А (ГОСТ 9467−75), для постановки прихваток при установке выводных планок.

Химический состав наплавленного металла, %

Таблица 5

5. Выбор основного и вспомогательного сварочного оборудования

Выбираем сварочный автомат АДФ-1250 фирмы ESAB.

Сварочный автомат АДФ-1250 предназначен для сварки и наплавки электродной проволокой под слоем флюса.

АДФ-1250 представляет собой самоходное устройство, в котором подача сварочной проволоки, перемещение, и защита дуги происходит автоматически по определенной программе.

Автомат производит сварку соединений встык с разделкой и без разделки кромок, угловых швов наклонным электродом, швов в «тавр», а так же нахлесточных швов. Швы могут быть прямолинейными и кольцевыми.

В процессе работы трактор передвигается по изделию или по уложенной на изделие направляющей линейке.

Рисунок 3 Сварочный автомат АДФ-1250

Рисунок 4 Схема стыковки трактора с источником Технические характеристики автомата сварочного АДФ1250 представлены в таблице 6

Таблица 6

Принципиальная схема установки для сварки двутавровых балок показана на рис. 5.

Взаимное центрирование заготовок, перемещение со сварочной скоростью и автоматическая сварка под флюсом обоих швов осуществляются одновременно. Устройство для прижатия стенки тавра к поясу состоит из пневматического цилиндра и нажимного ролика 3. Центрирование элементов тавра производится четырьмя парами роликов; из них две пары 1 направляют пояс вдоль оси станины, а две другие пары 2 удерживают стенку вертикально и обеспечивают ее установку на середину пояса. Каждая пара имеет устройство для регулирования расстояния между ними в зависимости от ширины пояса и толщины стенки. Движение свариваемого элемента осуществляется приводным опорным роликом 4. Плавное изменение скорости подачи обеспечивается вариатором. Концы балки поддерживаются роликами опорных тележек 5

Рисунок 5 Принципиальная схема установки для сварки балок таврового профиля При повторном пропуске через установку привариваться второй пояс для образования двутавровых балок.

Для прокалки сварочного флюса применяем печь ЭПФ-120/450, которая предназначена для прокалки и сушки сварочных флюсов при заданной температуре в стационарных условиях. Печь оснащена микропроцессорным программируемым регулятором с таймером с визуальным контролем температуры и времени в течение всего цикла прокалки, механизированная загрузка и выгрузка флюса.

Рисунок 6 внешний вид печи ЭПФ-120/450

Техническая характеристика печи ЭПФ-120/450

Таблица 7

6. Разработка технологического процесса сварки

Подготовка и хранение сварочных материалов Сварочные материалы следует хранить в отапливаемом сухом помещении, в условиях, предохраняющих от увлажнения и загрязнения. Температура помещения должна быть не ниже 15 °C.

Флюс марки АН-348А следует прокаливать в течении 2 часов при температуре прокалки 350−400 °С.

Перед сваркой необходимо произвести проверку химического состава сварочной проволки, а также зачистить ее от ржавчины, масла и других загрязнений. Очистку провести на специальных станках путём протягивания её через устройства, заполненные очищающими компонентами с войлочными фильтрами.

Электроды марки УОНИ-13/45 прокалить при температуре

300−350 °С в течении 1,5 часа.

Подготовка металла и конструкции к сборке и сварке При подготовке металла и конструкции к сборке и сварке необходимо произвести входной контроль, который включает:

— проверку качества основного материала и, несмотря на наличие сертификата предприятия-изготователя, проверку химического состава стали, в том числе для определения действительного значения эквивалентного углерода;

— внешний осмотр на наличие трещин и расслоений.

Также удалить с поверхности металла окалину и оксидные пленки, жиры, ржавчину, краску, влагу и другие загрязнения. Очистке подлежат прилегающие к свариваемым кромкам участки шириной не менее 50 мм.

С помощью прихваток в начале и в конце полок и стенок установить выводные планки. Задача их заключается в том, что бы вывести кратер за пределы накладываемого шва. После сварки планки удалить кислородной резкой с последующей механической зачисткой мест их установки.

Сборка Сборка и сварка конструкции производится на установке для сварки двутавровых балок (подробное описание и принципиальная см. раздел 5 пояснительной записки).

Конструкция собирается с зазором 0+1,5 мм (ГОСТ 8713 — 70)

Сварка Непосредственно перед сваркой необходимо убедиться в отсутствии на поверхности свариваемых кромок и в зазоре между ними каких-либо загрязнений и влаги. В противном случае операцию по очистке мест наложения швов и прилегающих к ним участков металла повторяют.

Процесс сварки начинать и заканчивать на выводных планках.

Сварку осуществляется одновременно с двух сторон, что практически полностью исключает геометрический изгиб готового изделия.

Параметры режима сварки под флюсом углового шва наклонным электродом (катет шва 8 мм) Таблица 8

Подогрев металла Необходимость предварительного подогрева определим рассчитав значение, учитывая параметры режима сварки приведенные выше где — толщина свариваемого металла, см;

— коэффициент теплопроводности, ;

для легированной стали;

— удельная объемная теплопроводность, ;

Для стали ;

— начальная температура металла;

— коэффициент приведения, учитывающий различные условия теплоотвода стыковых и угловых швов от расплавленного металла в основной металл.

— эффективная погонная энергия, Дж/см;

Дж/см;

— эффективный КПД процесса нагрева металла дугой.

— сила сварочного тока;

— напряжение дуги;

— скорость сварки.

Т.е. можно сделать вывод, учитывая значение, что подогрев для стали 10Г2С1 при автоматической сварке под флюсом нужен.

Контроль качества сварных соединений Контроль сварного соединения производится с целью выявления в максимально возможной степени всех образующихся при сварке недопустимых дефектов, определённых нормативной документацией на сварную конструкцию.

На первом этапе проводится внешний осмотр. Внешнему осмотру подвергается 100% сварных швов. Перед осмотром сварные швы и прилегающий к ним металл очищают от шлака, брызг, грязи и освобождают от всех предметов, мешающих проведению контроля. С помощью внешнего осмотра и измерений выявляют дефекты, находящиеся или выходящие на поверхность металла. Все обнаруженные недопустимые дефекты сварных соединений, а также нарушения, связанные с отступлением от проектно-конструкторской документации, устраняют непосредственно после проведения контроля.

На следующем этапе следует проводить ультразвуковой метод контроля, который предназначен для выявления внутренних и трудно обнаруживаемых внешним осмотром дефектов. Контролю подвергается 5% сварных швов.

Метод контроля основан на способности ультразвуковых колебаний прямолинейно распространяться в металле и отражаться от границы раздела сред, имеющих акустические свойства. При ультразвуковой дефектоскопии введённый искателем дефектоскопа ультразвуковой импульс частотой до 25 МГц при наличии в контролируемом соединении какого-либо дефекта не проходит через него, а отражается и попадает на тот же искатель, в котором преобразуется в электрические колебания. Эти колебания в виде «всплеска» фиксируются на экране дефектоскопа. Ультразвуковые колебания вводятся в сварное соединение отдельными кратковременными импульсами, отражённые сигналы возвращаются на искатель в перерывах между импульсами. В процессе контроля искатель перемещают рядом со швом поперечным и продольным движениями.

Рисунок 7 Схема ультразвукового контроля

1 — экран дефектоскопа;

2 — усилитель отражённых сигналов;

3 — высокочастотный генератор электрических импульсов;

4 — пластина из пьезоэлектрического материала;

5 — направление введённого и отражённого ультразвуковых импульсов;

6 — дефект;

7 — траектория перемещения искателя; 8 — искатель;

9 — контролируемое сварное соединение.

Техника безопасности Основными поражающими и вредными факторами при производстве сварочных работ являются поражение электрическим током, вредное воздействие лучистой энергии дуги, отравление образующимися при сварке вредными газами и аэрозолями, ожоги от действия высоких температур.

Поражение электрическим током возникает при прикосновении человека к находящимся под напряжением неизолированным электрическим проводам и частям оборудования.

Электрическая дуга излучает мощные видимые световые, невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

При сварке в окружающую среду практически всегда выделяется значительное количество газообразных продуктов, а также взвешенной мелкодисперсной пыли. Все образующиеся при сварке выделения являются вредными для здоровья человека.

Ожоги возможны от облучения дугой и горячих брызг расплавленного металла и шлака, попадающих на одежду и плохо закрытые участки тела сварщика.

Безопасное выполнение сварочных работ может быть надёжно обеспечено только при полном и комплексном выполнении требований и мероприятий, направленных на предотвращение и нейтрализацию действия поражающих и вредных факторов. Такие мероприятия и требования изложены в ряде нормативных документов: главе СНиП ІІІ-4−80 «Техника безопасности в строительстве», ГОСТ 12.3.003−86 «ССБТ. Работы электросварочные. Требования безопасности», ГОСТ 12.1.004−85 «ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования», ГОСТ 12.1.010−76 «ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования».

К выполнению сварочных работ могут быть допущены лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинский осмотр, обучение и инструктаж (вводный и на рабочем месте) и проверку знаний требований безопасности, включая пожарную безопасность.

Сварщик должен быть обеспечен всеми средствами индивидуальной защиты и пожаробезопасной спецодеждой.

Места для выполнения сварочных работ, а также для размещения сварочного оборудования должны быть очищены от горючих материалов в радиусе не менее 5 м, а от легковоспламеняющихся и взрывоопасных материалов — не менее 10 м.

Сварочные источники питания должны быть размещены так, чтобы к ним был свободный и безопасный доступ.

В помещении, где производятся сварочные работы, необходимо обеспечить вентиляцию, которая обеспечила бы доведение содержания вредных веществ до предельно допустимых концентраций (ПДК).

Список использованных источников

сварка сталь теплоустойчивый технологический

1. Жизняков С. Н., Сидлин З. А. Ручная дуговая сварка. Материалы. Оборудование. Технология. Киев: «Экотехнология», 2006. — 368 с.

2. Сварка в машиностроении: Справочник. В 4-х т./ Редкол Г. А. Николаев (пред.) и др. — М.: Машиностроение, 1979 — 3 т. / Под ред. В. А. Винокурова. 1979. 567 с.

3. С. А. Куркин, В. М. Ховов, А. М. Рыбочук. Технология, механизация автоматизация производства сварных конструкций. Атлас, М.: Машиностроение, 1989.