Технология электрической сварки

1. Определение свариваемости применяемых материалов

1.1 Сталь 20 по ГОСТ 1050–74[1]

Температурная область применения углеродистых сталей от -40 до +425°С. Данная сталь конструкционная углеродистая качественная поставляется без термообработки в горячекатаном состоянии. Химический состав стали по ГОСТ 1050–74: С (0,17−0,24%); Si (0,17−0,37%); Мп (0,35−0,65%); S (< 0,04%); Р (<0,035%); Cr (<0,25%);As (<0,08%); Ni (<0,25%);Cu (<0,25%). Углерод является основным легирующим элементом, который определяет механические свойства этой группы сталей. Повышение его содержания в стали усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получения равно прочного сварного соединения без дефектов. Поэтому свариваемость углеродистых сталей можно условно оценить по эквивалентному содержанию углерода, которое определяется по формуле С_э = С + Mn/ 6 + Cr/ 5 + Mo/ 5 + Ni/ 15 +Cu/ 13 + P/ 2

где С, Мп, Cr, Mo, Ni, Си, Р — процентное содержание химических элементов в стали;

С_э = 0,2 + 0,4/6 + 0,25/5 + 0,2/15 + 0,25/13 + 0,03/2 = 0,37%

Удовлетворительно сваривающиеся стали (0,35 < С_э < 0,45%) склонны к образованию холодных трещин, возможность регулирования сопротивляемости образованию трещин изменением режимов сварки ограничена, требуется подогрев. Согласно марочнику сталей, свариваемость без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой.

1.2 Сталь 08Х17Т по ГОСТ 5632–72

Сталь жаростойкая, коррозионно-стойкая ферритного класса.

Высокохромистые ферритные стали являются перспективным конструкционным материалом. По сопротивляемости коррозии ферритные стали 08Х17Т, 15Х25Т, 15X28, ЭП882-ВИ и другие не уступают хромоникелевым аустенитным сталям, значительно превосходят их по стойкости к коррозионному растрескиванию.

Высокохромистые стали ферритного класса склонны к дополнительному охрупчиванию под воздействием нагрева. Ударная вязкость и пластичность металла в зоне термического влияния сварных соединений приближаются к нулю. У этих сталей не удается предотвратить интенсивный рост зерна при сварке плавлением. Наиболее крупные зерна образуются на участке перегрева, где температура достигает температуры солидуса. Охрупчивание околошовного участка распространяется на слой, непосредственно примыкающий к линии сплавления и нагретый выше 1000 °C.

Охрупчивание ферритных сталей возможно также после выдержки в интервалах температур 400…850°С. Ударная вязкость стали после кратковременного нагрева до 475 °C снижается до 0,3 против 0,9 МДж/м².

Хрупкость при 475 °C может быть устранена нагревом до 750…760°С, который практически полностью восстанавливает исходный уровень пластичности и вязкости стали. Более высокие температуры нагрева не эффективны, так как способствуют росту ферритного зерна, появлению хладноломкости при нормальной температуре вследствие формирования грубозернистой структуры. Во избежание образования трещин сварку, правку и все операции, связанные с ударными нагрузками, рекомендуется проводить с подогревом до 150 … 200 °C (таблица 1.1).

Однако подогрев при сварке отрицательно влияет на пластичность металла с ферритной структурой, так как уменьшает скорость охлаждения и увеличивает продолжительность выдержки в интервале температур, близких к 475 °C. Ускоренное охлаждение (100 °С/с) повышает пластичность стали со структурой перегрева.

Таблица 1.1

1.3 Сварка разнородных материалов Свариваемость, т. е. пригодность сталей к формированию качественных сварных соединений, является комплексной характеристикой, включающей показатели технологической прочности (стойкость против образования горячих и холодных трещин) и показатели эксплутационной прочности. Неоднородность различного типа, присущая сварным соединениям рассматриваемого вида, а также ее изменение во времени, обусловливает зависимость их эксплуатационной прочности от времени и температуры. Поэтому свариваемость сочетания разнородных сталей неадекватна ее составляющим и требует решения ряда дополнительных самостоятельных проблем путем применения специальной технологии сварки. Они вызваны существенными отличиями сталей: по химическому составу; коэффициентам линейного расширения; температуре плавления и теплофизическим свойствам; температуре фазовых и структурных превращений. Это приводит к получению швов аномального химического состава, которые принципиально отличаются от каждой из свариваемых сталей по механическим свойствам и их стабильности, склонности к закалке и структурным изменениям при нормальных и рабочих температурах в процессе эксплуатации.

Специфическими показателями свариваемости разнородных сталей являются процессы диффузии и разбавления. Наибольшую опасность представляет диффузия углерода в сторону высоколегированной стали, где большая концентрация хрома или других карбидообразующих элементов.

В процессе разбавления происходит перемешивание свариваемых сталей и присадочного материала в объеме сварочной ванны. Полученную структуру можно теоретически определить с помощью диаграммы Шеффлера (рис. 1.1).

Металл шва, соответствующий области А, имеет однофазную аустенитную структуру, весьма склонную к образованию горячих трещин кристаллизационного и подсолидусного типа.

Неоднородность химического состава сварного соединения, сложившаяся после его кристаллизации, вызывает внутренние напряжения, их концентрацию в отдельных зонах с пониженной прочностью, что приводит к локальным разрушениям соединения или понижению его антикоррозионных свойств.

Высокотемпературная эксплуатация сварных соединений инициирует развитие диффузионных процессов, приводящих к перемещению отдельных атомов в более стабильное, с термодинамических позиций, положение, что вызывает образование хрупких и малопрочных прослоек, понижение их длительной прочности, коррозионной стойкости и агрегатной прочности всего соединения.

Рисунок 1.1- Структурная диаграмма высоколегированных сталей (диаграмма Шеффлера) Швы со структурой М имеют мартенситную составляющую, вызывающую образование холодных трещин. Это осложняет обеспечение свариваемости при сварке сочетаний разнородных сталей, так как различные дефекты возникают не только в шве, но и в околошовной зоне.

Специальная технология сварки позволяет свести к минимуму указанные негативные явления путем управления формированием структуры при сварке сталей в разнородных сочетаниях. При выборе сварочных материалов и режимов сварки применяют качественные и количественные методы оценки сопротивляемости образованию горячих и холодных трещин.

2. Определение режимов сварки, подбор присадочных материалов и сварочного оборудования

2.1 Узел приварки верхнего днища и верхней обечайки (Узел А) Узел варится сваркой в среде защитных газов и содержит в себе:

Сварка верхнего эллиптического днища и верхней обечайки в среде защитных газов по ГОСТ 14 771– — 76. Исходя из толщины свариваемых деталей (S = 30 мм), по ГОСТу выбираем вид сварного соединения С17, способ сварки Аr.

Рисунок 2.1 — Сварка верхнего эллиптического днища с верхней обечайкой.

S₁=S=30мм; е =28_-⁺⁴мм; q = 2⁺¹_-2мм; q₁=1_-⁺¹; b = 2⁺¹_-2мм; с = 2⁺¹_-2мм; б = 20?_-⁺²

— сварочная проволока: Св — 10Х17Т;

— защитный газ: Ar

Расчет и выбор параметров режимов сварки в среде Ar. Сварка в защитных газах плавящимся электродом имеет ряд особенностей. Так, устойчивое горение дуги обеспечивается при высокой плотности тока в электроде (100 А/мм и выше) при возрастающей вольтамперной статической характеристике. Стабильность параметров сварного шва (глубина проплавления и ширина) зависит от постоянства длины дуги, которая обеспечивается за счет процесса саморегулирования дуги при постоянной скорости подачи сварочной (электродной) проволоки. При этом соблюдается условие равенства скорости её плавления и подачи.

Так как процесс ведется на режимах с высокими плотностями сварочного тока, то обычно применяют сварочную проволоку небольшого диаметра (от 0,8 до 2,5 мм), с большими скоростями ее подачи. В этих условиях процесс саморегулирования не может обеспечиваться при использовании источников питания с падающими характеристиками. Поэтому применяют источники питания с жесткой или возрастающей вольтамперной характеристикой.

Сварку обычно ведут на постоянном токе обратной полярности. При прямой полярности скорость расплавления в 1,4… 1,6 раз выше, чем при обратной, однако дуга горит менее стабильно с интенсивным разбрызгиванием. Параметрами режима данного способа сварки являются: диаметр и марка сварочной проволоки мм; ток сварки А; скорость сварки v_cв м/ч; вылет электрода, мм; расход защитного газа л/мин.

Подбираем режимы сварки для толщины S = 30 мм; По толщине свариваемых деталей подбираем диаметр электрода [1]: d₃ = 2 мм.

Если сварной шов стандартный, то определяется величина площади наплавки F_H, которая зависит от толщины свариваемых деталей и вида соединения (ГОСТ 14 771−76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные). Определение площади наплавки производится по аналогии с методикой приведенной в расчетах режимов ручной дуговой сварки.

Если сварной шов не формируется за один проход, так как величина F_H за один проход, как правило, не превышает от 70 до 100 мм², определяют число проходов п по формуле:

где F_H - площадь сечения наплавленного металла, мм ;

F₁ - площадь сечения одного прохода, мм².

— площадь сечения наплавленного металла и сечения одного прохода:

присадочный приварка дуговой сварка где F₃ — площадь зазора в стыке, мм²;

F_CK — площадь скоса кромок, мм² ;

F_y — площадь усиления шва, мм².

F_H = 0,75eg + bS + h²tgб = 0,75· 28·2 + 2· 30 + 28²· tg20?=1827мм²;

где е — ширина шва, е = 28 мм;

q — высота усиления шва, q = 2 мм;

b — зазор в стыке, b = 2 мм;

S — толщина свариваемых деталей, S = 30 мм;

h — высота кромок, h = 28 мм [4];

пчисло проходов: так как величина F_H за один проход, как правило, не превышает от 70 до 100 мм², определяем число проходов п =20.

F₁ = F_H /n =1856/20 = 92,8 мм².

Определение сварочного тока производится по формулам

— для высоколегированных сталей где h_np - глубина провара, мм, определяется в зависимости от вида сварного шва;

— для многослойных швов:

где S — толщина свариваемых кромок, мм;

п — количество проходов.

К_а - коэффициент, зависящий от диаметра сварочной проволоки. К_а = 1,45мм/А

— глубина провара:

h_пр = 30/ (20+2) = 1,36 мм

— сварочный ток:

I_св = 1,36· 80/1,45=75А Окончательный выбор диаметра электродной проволоки проводят с использованием выражения где i - плотность тока, подбирается в зависимости от диаметра электрода [1]:

— окончательный выбор диаметра электродной проволоки:

d=1,13 = 1,95 мм

Следовательно, принимаем d_э = 2 мм Вылет электрода влияет на стабильность процесса и формирование размеровшва. С увеличением вылета возрастает коэффициент расплавления, разбрызгивание. При малом вылете увеличивается набрызгивание на сопло, затрудняется наблюдение за процессом. Вылет электрода устанавливают опытным путем в зависимости от диаметра электродной проволоки.

— вылет электрода .

Определение напряжения дуги U_d, производится по формуле

— напряжения дуги:

U_d = 20+ -1= 25,8 В

— коэффициент наплавки, определяется из выражения где - коэффициент потерь на угар и разбрызгивание при дуговой сварке в среде защитных газов, %. Определяется по эмпирической формуле:

— коэффициент расплавления, значение коэффициента в зависимости от диаметра сварочной проволоки и сварочного тока. а_р=15г/А· ч[1].

— коэффициент наплавки, определяется из выражения:

Скорость сварки как для автоматических, так и для механизированных способов определяется по формуле где - удельная плотность металла шва, для стали =7,85 г/см³.

— скорость сварки:

н_св = =3,7 м/ч Скорость подачи электродной проволоки зависит от величины сварочного тока , диаметра сварочной проволоки и определяется по выражению где F_Э - площадь сечения сварочной проволоки, F_Э = 3,14 мм².

— скорость подачи:

н_nn = 117 м/ч

— определение расхода защитного газа и расстояния между изделием и соплом, в зависимости от диаметра электродной проволоки:

Расход газа: 30 л/мин;

Расстояние от сопла горелки до изделия: 22 мм.

Выбор сварочного оборудования.

Выбираем полуавтомат ПДГ-515УЗ со следующими характеристиками:

— сила сварочного тока 1_Н0М = 500А; диаметр сварочной проволоки: 1,2…2,0 мм

— скорость подачи: 75. .960 м/ч;

— тип источника питания ВДУ-506.

2.2 Узел приварки верхней и средней обечаек (Узел Б) Узел варится автоматической сваркой на флюсомедной подкладке по ГОСТ 8713– — 79. Из ГОСТа, в зависимости от толщин свариваемых деталей (S = S₁ = 30 мм) выбираем вид сварного соединения С18, способ сварки АФм.

Рисунок 2.2 — Сварка верхней и средней обечаек

S = 30 мм; е = 30_-⁺⁵ мм; c = 5_-⁺¹ мм; h = 25 мм; q=0⁺²мм; q₁=0⁺³мм; b=0⁺2.

Выбор присадочных материалов. Особенность этого узла заключается в том, что в нем свариваются разнородные стали и выбор выполняется на основе управления процессом разбавления и получения шва заранее рассчитанного химического состава и структурного класса. Флюс подбирается после определения марки проволоки.

Выбираем сварочную проволоку СВ10Х17Т. Флюс ОСЦ-45.

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 Коэффициент формы провара, определяется по формуле где е — ширина усиления сварного шва;

h_np - глубина проплавления металла.

Глубина проплавления при односторонней стыковой сварке и многопроходном сварном шве определяется по формуле Количество проходов n определяется исходя из максимального сечения однопроходного шва F₁, которое не должно быть больше 100 мм², а площадь наплавленного металла F_H:

F_H = 1070 мм²

тогда число проходов: n = 15

h_пр = 1,1· 30/15 = 2,2

Коэффициент формы провара Ш_пр = 30/2,2=13,6

Отношение ширины шва к его выпуклости (коэффициент формы валика) где q - высота усиления шва, мм

— глубина проплавления металла: h_пр= 2,2

— коэффициент формы провара: Ш_пр= 13,6

— коэффициент формы валика:

Диаметр сварочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемых изделий: d_np= 3 мм. Сварочный ток, необходимый для получения заданной глубины проплавления основного металла, рассчитывают по формуле где - коэффициент пропорциональности, зависящий от условий проведения сварки.

Марка флюса ОСЦ-45, переменный ток, следовательно мм/100А [1]- сварочный ток:

I_св = 2,2/0,9 = 244А Скорость подачи сварочной проволоки v, м/час, определяется в зависимости от величины сварочного тока и диаметра проволоки: н_nn = 67м/ч Для заданной скорости подачи подбираем шестерни:

Скорость сварки, м/мин, рассчитывается по формуле:

где F - площадь поперечного сечения сварочной проволоки, F= 7 мм²

— скорость сварки н_св = =6,5м/ч Для данной скорости сварки подбираем сменные шестерни [1]:

Напряжение дуги выбирается в зависимости от силы сварочного тока, диаметра электродной проволоки и марки флюса, и составляет 40 В.

Подбор сварочного оборудования. 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;

— тип источника питания: ВДУ-1601.

2.3 Узел приварки средней обечайки, люка-лаза и укрепляющего кольца (Узел В) Узел варится сваркой в среде защитных газов по РД-26−18−8-89. Исходя из толщин свариваемых деталей (S₁ = S = 30 мм), по ГОСТу выбираем вид сварного соединения C17, способ сварки УП:

Рисунок 2.3-Сварка средней обечайки с укрепляющим кольцом

k_у=24мм; S1 = S = 30 мм; е=44мм.

Выбор присадочных материалов [3]:

— сварочная проволока: Св — 08Г2С;

— защитный газ: СО₂

Расчет и выбор параметров режимов сварки ведется аналогично узлу А.

Подбираем режимы сварки для толщины S = 30 мм;

По толщине свариваемых деталей подбираем диаметр электрода: d_Э = 3 мм. Определяем число проходов п по формуле (2.1):

— площадь сечения наплавленного металла и сечения одного прохода для угловых швов определяется по формуле:

где — катет углового шва, мм

— коэффициент, учитывающий площадь усиления, k_у=1,1

F_н =1,1· 30²/2 =495мм²

Число проходов

— площадь сечения одного прохода, мм².

n=7,07 принимаем n = 7, тогда F₁ = = 71 мм²

Определение сварочного тока производится по формуле для низко и среднелегированных сталей:

где — глубина провара, мм, определяется по формуле

h_пр= S/n + (2…3) = +2 = 6,3 мм

— коэффициент, зависящий от диаметра сварочной проволоки (1,45мм/А) сварочный ток:

I_св= · 100 = 435 А Окончательный выбор диаметра электродной проволоки

d_э= 1,13 = 2,4 мм Где принимаем. Следовательно d_э = 2 мм Определение напряжения дуги U_d, производится по формуле

U_д =20 + = 36 В

— коэффициент наплавки, определяется по формуле (2.7), акоэффициент потерь на угар и разбрызгивание при дуговой сварке в среде защитных газов, %, определяется по формуле где А- коэффициент, значение которого зависит от защитного газа [1]: А =20, для С0₂

а_р — коэффициент расплавления, значение коэффициента в зависимости от диаметра сварочной проволоки и сварочного тока. а_р =16 г/А-ч [1];

— коэффициент потерь на угар и разбрызгивание:

— коэффициент наплавки:

Скорость сварки как для автоматических, так и для механизированных способов определяется по формуле н_св = = 11,3 м/ч Скорость подачи электродной проволоки зависит от величины сварочного тока, диаметра сварочной проволоки и определяется по выражению н_nn = = 282 м/ч Определение расхода защитного газа и расстояния между изделием и соплом, в зависимости от диаметра электродной проволоки:

— расход газа: 30 л/мин;

— расстояние от сопла горелки до изделия: 18 мм.

Выбираем полуавтомат ПДГ-601 со следующими характеристиками:

— сила сварочного тока I_H0M =600 А;

— диаметр сварочной проволоки: 1,2…3,2 мм;

— скорость подачи: 120. .760 м/ч;

— тип источника питания ВДГ- 601.

2.4 Узел приварки средней обечайки с нижней обечайкой (Узел Е) Узел варится автоматической сваркой на флюсовой подушке по ГОСТ 8713–79. Сложность данного соединения состоит в том, что свариваются детали с разными толщинами. По толщине свариваемых деталей (S₁ = 30 мм; S₂ =150 мм) из ГОСТа выбираем вид сварного соединения С18, способ сварки АФ.

Рисунок 2.4 — Сварка средней обечайки с нижней обечайкой е = 30_-⁺⁵; q = 0⁺²; h=5_-⁺¹

Выбор присадочного материала.

Сваривается сталь 20 — это углеродистая сталь с феррито-перлитной структурой, поэтому выбираем [3]:

— сварочная проволока: Св-08;

— флюс: ОСЦ-45;

Расчет и выбор режима сварки ведется аналогично узлу Б.

Т.к. F_H= 1070 мм², количество проходов n=15.

Глубина проплавления при многопроходном сварном шве h_пр=2,2

Коэффициент формы провара: Ш_пр=13,6

Коэффициент формы валика определяем по формуле

После скоса кромок толщина свариваемых деталей стала равна 30 мм, следовательно выбираем d_Э = 3 мм.

Сварочный ток, необходимый для получения заданной глубины проплавления основного металла, рассчитывают по формуле:

Марка флюса ОСЦ-45, переменный ток, следовательно к= 0,9 мм /100А, I_св = 244А

Скорость подачи сварочной проволоки, м/час, определяется в зависимости от величины сварочного тока и диаметра проволоки: 67 м/час.

Для данной скорости подачи подбираем шестерни:

Напряжение дуги выбирается в зависимости от силы сварочного тока, диаметра электродной проволоки и марки флюса, и составляет 26 В.

Подбор сварочного оборудования.

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;

— тип источника питания: ВДУ-1601.

2.5 Узел приварки нижней обечайки, нижнего эллиптического днища и опорной обечайки (Узел Г) В данном узле содержится два типа сварных соединений:

а) узел приварки нижней обечайки и нижнего эллиптического днища электрошлаковой сваркой по ГОСТ 15 164–78. Исходя из толщины свариваемых деталей (S₁=S₂=150мм) по ГОСТу выбираем вид сварного соединения С1 способ сварки: ШЭ — сварка проволочным электродом.

Электрошлаковая сварка характерна тем, что основная часть тепла, необходимая для нагрева и плавления основного и электродного металлов, образуется за счет прохождения электрического тока через расплавленный флюс — шлак. Такая сварка чаще всего ведется с принудительным формированием шва и обычно выполняется при вертикальном положении свариваемых деталей. Образование шлаковой ванны производится дуговым процессом, но может быть также осуществлено с помощью электропроводного флюса. Электрошлаковый процесс протекает устойчиво как на постоянном, так и на переменном токе, но чаще электрошлаковую сварку ведут на переменном токе от трансформатора с жесткой характеристикой. Установлено, что устойчивость электрошлакового процесса возрастает с повышением электропроводности флюса.

Основными параметрами режима электрошлаковой сварки проволочным электродом являются следующие величины: диаметр электродной проволоки (обычно принимается равным 3 мм), сила сварочного тока, скорость подачи электрода, напряжение на шлаковой ванне, скорость сварки, толщина свариваемого металла, скорость поперечных перемещений электрода, время выдержки у ползуна при сварке с поперечными колебаниями, недоход при сварке несколькими проволоками, количество сварочных проволок (электродов), зазор, марка флюса, глубина шлаковой ванны, недоход электрода до ползуна. Все эти параметры существенно влияют на качество и формообразование сварочного шва и должны правильно подбираться.

Силу сварочного тока (А) выбирают в зависимости от отношения толщины свариваемого металла к числу электродов по формуле где А и В — коэффициенты (А = 220. .280; В = 3,2…4,0) [1];

s - толщина свариваемых деталей, мм;

п — число электродов.

— сила сварочного тока:

Скорость подачи сварочной проволоки можно определить по формуле

— скорость подачи сварочной проволоки:

С достаточной точностью для практических целей напряжение для шлаковой сварки может быть определено по формуле

- напряжение для шлаковой сварки:

Увеличение скорости сварки достигается за счет увеличения скорости подачи электрода, силы тока и уменьшения зазора. Скорость сварки может быть определена по формуле где b — зазор между деталями, b = 28±2 мм [1];

к_с — коэффициент, учитывающий выпуклость шва, к_с =1,05…1,1.

— скорость сварки:

Глубина шлаковой ванны, от которой зависят устойчивость процесса и ширина провара, может быть вычислена по формуле

— глубина шлаковой ванны:

Сухой вылет электрода принимается равным 65 мм.

Выбор сварочного оборудования.

Выбираем сварку проволочным электродом, источником У 875. Характеристики источника:

— сила тока: 1500 А;

— ПВ: 100%;

— размер электрода: 3… 5 мм; количество электродов: 1 шт;

— скорость подачи электродов: 14. .500 м/ч; максимально свариваемая толщина: 100 мм; тип источника питания: ТШС — 1000.

Рисунок 2.5 — Сварка нижней обечайки и нижнего эллиптического днища

S₁ = S₂ = 150 мм; q = 3_-3⁺² мм; b_p = 28 мм.

Выбор присадочного материала.

Данный способ широко используют в промышленности для соединения металлов повышенной толщины: стали и чугуна различного состава, меди, алюминия, титана и их сплавов. К преимуществам способа относится возможность сварки за один проход металла практически любой толщины, что не требует удаления шлака и соответствующей настройки сварочной установки перед сваркой последующего прохода, как при других способах сварки. Для сварки используют один или несколько проволочных электродов или электродов другого увеличенного сечения и флюс.

Сваривается сталь 20, следовательно выбираем [3]:

— сварочную проволоку: Св-08ГС;

— флюс: АН-8.

б) узел приварки нижнего эллиптического днища и опорной обечайки ручной дуговой сваркой по ГОСТ 5264– — 80. Это тавровое соединение с толщиной свариваемых деталей S₁ = 150 мм; S₂ = 30 мм, следовательно выбираем вид сварного соединения Т1.

Рисунок 2.6 — Сварка нижнего эллиптического днища и опорной обечайки Выбор присадочного материала.

Сваривается сталь 20 — это углеродистая сталь с феррито-перлитной структурой, поэтому выбираем:

— тип электрода: Э46;

— марка покрытия: УОНИ 13/45;

— вид покрытия: основное;

— коэффициент наплавки: 9,5 г/А-ч.

2.6 Узел приварки опорной обечайки и станины (Узел Д).

Узел приварки опорной обечайки и станины ручной дуговой сваркой по ГОСТ 5264–80. Толщина свариваемых деталей S=S₁=30мм, по госту выбираем вид сварного соединения Т1.

Рисунок 2.7 Сварка опорной обечайки и станины

S=S₁=30мм; b=3мм.

Сварка производится аналогично (Узлу Г, пункт б).

3. Расчет режима ручной дуговой сварки Так как S = 30 мм, следовательно выбираем электроды: d_Э1 = 3 мм (при первом проходе), и d_Э2 = 6 мм (при последующих проходах). Расчет сварочного тока ведется:

где — диаметр электрода, мм ;

— коэффициент учитывающий пространственное положение шва (для нижнего шва — 1; для вертикального — 0,9; для потолочного -0,8);

— допускаемая плотность тока, А/мм, при которой температура нагрева электродного стержня к концу плавления не должна превышать 600.650° С, определяется в зависимости от вида покрытия и диаметра электрода:

— при первом проходе

I_св1=11· 1= 78А

— при последующих проходах В случае угловых швов площадь наплавленного металла определяется по формуле

— площадь сечения первого прохода рассчитывается по формуле

F₁= (6…8)· d_эл;

F₁= 7· 3= 21 мм²

- площадь сечения последующих проходов рассчитывается по формуле

- число проходов рассчитывается по формуле где F_H— площадь сечения наплавленного металла, мм²;

F₁— площадь сечения первого прохода, мм²;

F_n— площадь сечения последующих проходов, мм²;

n= = 7,9

следовательно принимаем n=8, следовательно F_n= 62 мм²; Скорость сварки, м/ч рассчитывается по формуле где - коэффициент наплавки, определяется в зависимости от вида покрытия электрода, г/(А· ч).

— плотность наплавленного металла, для стали г/см³;

F- площадь поперечного сечения наплавленного металла за данный проход, мм .

— скорость сварки первого прохода:

н_св1= = 4,5 м/ч

— скорость сварки последующих проходов:

н_св2= = 6 м/ч Подбор сварочного оборудования.

Для сварки ручной дуговой сваркой выбираем выпрямитель [1]:

ВД — 413 со следующими техническими характеристиками:

— напряжение сети: 380 В;

— сила сварочного тока: 400 А;

— ПВ:60%;

— потребляемая мощность: 32 кВт.

4. Карта технологического процесса сварки узла, А Ar-С17 по ГОСТ 14 771–76

1 Наименование изделия: сосуды, работающие под давлением

2 Способ сварки: в среде защитных газов

3 НТД по сварке: Сосуды и аппараты стальные сварные. ОСТ-26−291−94.

4 Основной материал жаростойкая коррозионно-стойкая сталь 08X17Т ферритного класса, толщина соединяемых деталей 30 мм.

5 Соединение: вид соединения: стыковое; вид разделки: с разделом двух кромок; тип соединения С17 по ГОСТ 14 771–76

Конструкция соединения Конструкция элементов шва Толщина стенки S= 30 мм;

Зазор b =2_-2⁺¹ мм;

Ширина шва е =28_-⁺⁴ мм;

Высота усиления шва q =2_-2⁺¹ мм; q₁=1_-⁺¹;

c = 2_-2⁺¹; б =20_-⁺²

6 Способ подготовки кромок: свариваемые кромки и прилегающие к ним поверхности зачистить механическим способом до металлического блеска на ширину не менее 20 мм с наружной и внутренней стороны детали. Удалить следы масел, грязи и других загрязнений. Производится скос кромок под углом =20°.

7 Способ сборки на прихватках с обеспечением равномерного зазора, количество прихваток 7 шт.

8 Требования к прихваткам: длина прихватки должна составлять 70 мм, а расстояние между ними 400 мм. Прихватки должны быть проверены на отсутствие дефектов внешним осмотром, участки, имеющие дефекты перед сваркой необходимо удалить механическим способом.

9 Сварочные материалы:

Сварочная проволока: Cв-10Х17Т Защитный газ: Ar

10 Положение шва при сварке: все пространственные положения.

11 Сварочное оборудование:

Полуавтомат ПДГ-515УЗ

— марка источника: ВДУ-506;

— сила сварочного тока: 500А;

— диаметр сварочной проволоки: 1,2…2,0 мм;

— скорость подачи: 75…960м/час;

12 Режимы сварки: сила тока I_св= 75 А, напряжение дуги U_d = 25,8 В, скорость подачи проволоки н_nn = 117м/ч, скорость сварки н_св = 3,7 м/ч, диаметр сварочной проволоки d_э = 2 мм; расход газа 30 л/мин.

13 Термическая обработка сварного соединения: сварку производить с подогревом 150−200С⁰.

14 Требования по контролю качества сварного соединения: визуальный и измерительный контроль- 100%(допускается равномерная чешуйчатость, размеры чешуек не более 1 мм; недопускаются наплывы (натеки) и брызги металла, не заваренные кратеры, свищи, прожоги, скопления включений).

Рентгенконтроль, УЗК: объем контроля в соответствии с требованиями НТД, либо проекта. Нормы оценки качества в соответствии с ОСТ 26−291−94.

Минимальное значение ударной вязкости КCU: при температуре +20? — 40Дж/см²; при температуре ниже -20? — 30 Дж/см²; минимальное значение угла изгиба — 60 град.; твёрдость металла шва сварных соединений НВ 220.

Список использованных источников

1 ОСТ 26 291−78. Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия. — М.: Изд-во стандартов, 1979 — 274 с.

2 Бакиев А. В. Технология аппаратостроения: Учебное пособие. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995. — 297 с.

3 Акулов А. И. и др. Технология и оборудование сварки плавлением. -М.: Машиностроение, 1997. — 780 с.

4 ГОСТ 5264–80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. — М: Изд-во стандартов, 1981.-53 с.

5 ГОСТ 8713–79. Сварка под флюсом. Соединения сварные. — М: Изд-во стандартов, 1980. — 64 с.

6 Думов С. И. Технология электрической сварки. — Л.: Машиностроение, 1970.-456 с.

7 Багрянский К. В. и др. Теория сварочных процессов. — Киев:. Высшая школа, 1976. — 432 с.

8 Электрошлаковая сварка и наплавка / Под редакцией академика Б. Е. Патона. — М.: Машиностроение, 1980. — 784 с.