|
Механические свойства :
|
|
sв
|
- Предел кратковременной
прочности , [МПа]
|
|
sT
|
- Предел пропорциональности
(предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
|
|
d5
|
- Относительное удлинение
при разрыве , [ % ]
|
|
y
|
- Относительное сужение , [
% ]
|
|
KCU
|
- Ударная вязкость , [ кДж
/ м2]
|
|
HB
|
- Твердость по Бринеллю ,
[МПа]
|
Физические свойства
T - Температура, при которой получены
данные свойства , [Град]Модуль упругости первого рода , [МПа] - Коэффициент
температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) ,
[1/Град]- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) ,
[Вт/(м·град)]- Плотность материала , [кг/м3]- Удельная теплоемкость
материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]- Удельное
электросопротивление, [Ом·м]
По ГОСТ 19807-91 для сплава ВТ 20 характерными чертами
являются:
Плотность - 4450 кг/м
Назначение - детали жаростойкие
Модуль упругости - Е = 112000 МПа
Модуль сдвига - G = 39200 МПа
Свариваемость - хорошая.
2. Виды сварки титановых сплавов и их характеристика
Для сплава ВТ20 применяют следующие способы сварки плавлением:
1. Дуговой сваркой в инертных газах неплавящимся и
плавящимся электродом
2. Дуговой сваркой под флюсом
. Электрошлаковая сварка
. Сварка в контролируемой атмосфере
неплавящемся электродом
. Плазменная сварка
. Сварка лазером
Так как производство мелкосерийное, то отдаем
предпочтение ручной и полуавтоматической сварке.
.1 Дуговая сварка в инертных газах неплавящимся и
плавящемся электродом
Дуговую сварку ведут в среде аргона и в его смесях с гелием. Сварку с
местной защитой производят, подавая газ через сопло горелки, иногда с
насадками, увеличивающими зону защиты. С обратной стороны стыка деталей
устанавливают медные подкладные планки с канавкой, по длине которой равномерно
подают аргон. При сложной конструкции деталей, когда осуществить местную защиту
трудно, сварку ведут с общей защитой в камерах с контролируемой атмосферой. Это
могут быть камеры-насадки для защиты части свариваемого узла, жесткие камеры из
металла (см. рис. 1) или мягкие из ткани со смотровыми окнами и встроенными
рукавицами для рук сварщика. В камеры помещают детали, сварочную оснастку и
горелку. Для крупных ответственных узлов применяют обитаемые камеры объемом до
350 м 3, в которых устанавливают сварочные автоматы и манипуляторы.
Камеры вакуумируются, затем заполняются аргоном, через шлюзы в них входят
сварщики в скафандрах.
Аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом детали толщиной 0,5... 1,5
мм сваривают встык без зазора и без присадки, а толщиной более 1,5 мм - с
присадочной проволокой. Кромки свариваемых деталей и проволока должны
зачищаться так, чтобы был снят насыщенный кислородом альфированный слой.
Проволока должна пройти вакуумный отжиг при температуре 900... 1000 0С
в течение 4 ч. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности. Детали
толщиной более 10... 15 мм можно сваривать за один проход погруженной дугой
(рис. 103). После образования сварочной ванны увеличивают расход аргона до
40...50 л/мин, что приводит к обжатию дуги. Затем электрод опускают в сварочную
ванну. Давление дуги оттесняет жидкий металл, дуга горит внутри образовавшегося
углубления, ее проплавляющая способность увеличивается.
Вывод
Сварка данным способом удовлетворяет необходимым требованиям по заданному
изделию, то есть можно качественно выполнить сварное соединение.
2.2 Дуговая сварка под флюсом
Титановые сплавы можно сваривать дуговой сваркой под
бескислородными фтористыми флюсами сухой грануляции АНТ1, АНТЗ для толщины
2,5...8,0 мм и АНТ7 для более толстого металла. Сварку ведут электродной
проволокой диаметром 2,0...5,0 мм с вылетом электрода 14...22 мм на медной или
на флюсомедной подкладке, либо на флюсовой подушке.
Структура металла в результате модифицирующего
действия флюса получается более мелкозернистой, чем при сварке в инертных
газах.
Вывод
Несмотря на то что качество сварного шва такого же ,
чем при аргонодуговой сварке, сварка под флюсом нас не устраивает, из - за
необходимости применения сварочного автомата, а также из - за небольшого
размера изделия (Ø 47 мм)
.3 Электрошлаковая сварка
При электрошлаковой сварке используют пластинчатые электроды из того же
титанового сплава, что и свариваемая деталь, толщиной 8...12 мм и шириной,
равной толщине свариваемого металла. Используют тугоплавкие фторидные флюсы
АНТ2, АНТ4, АНТ6. Чтобы через флюс не проникал кислород, шлаковую ванну
дополнительно защищают аргоном. Металл зоны термического влияния защищают,
увеличивая ширину формирующих водоохлаждаемых ползунов и продувая в зазор между
ними и деталью аргон. Сварные соединения после электрошлаковой сварки имеют
крупнокристаллическую структуру, но свойства их близки к основному металлу.
Перед электрошлаковой сваркой, так же как и перед дуговой, флюсы должны
быть прокалены при температуре 200...300 0С.
Вывод
Данный способ сварки не применим из - за небольшого
размера изделия, толщина которого 4мм, а данным способом возможна сварка от
толщины 8 мм.
2.4 Сварка в контролируемой атмосфере.
Как правило, проводится в аргоне, вольфрамовым или плавящимся электродом.
ПРЕИМУЩЕСТВА:
гарантированное качество защиты
НЕДОСТАТКИ:
сравнительно низкая производительность из-за больших затрат времени на
подготовку сварки;
доргое оборудование, не выпускаемое серийно.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
Особо ответственные конструкции, изделия. С точки зрения технологии
сварки, аналогична аргоно-дуговой сварке.
ОБОРУДОВАНИЕ:
Обитаемые и необитаемые камеры. Необитаемые камеры -
для небольших по габаритам деталей. Рабочий цикл сварки партии изделий в
необитаемой камере обычно занимает не менее 1ч, из которых 30мин.
вакуумирование. Соответсвенно, общая производительность процесса достаточно
низкая. Вариант без вакуумирования, с прокачкой аргоном, применяется редко, на
камерах малого размера, т. к. затрат здесь больше. В обитаемых камерах для
повышения производительности используется шлюзование изделий и сварщиков. Сама камера
постоянно регенерируется, т. е. удаляется дым, выделившиеся газы при сварке;
если нужно частично обновляется атмосфера. Время работы сварщиков, в связи со
сложными условиями, ограниченно 4 часами.
Вывод
Сварка в контролируемой атмосфере для предложенного в задании изделия
подходит, можно варить в необитаемой камере небольших размеров, для мелких
изделий.
.5 Плазменная сварка
Она является перспективным способом сварки для
соединения алюминиевых сплавов благодаря высокой скорости, стабильности процесса
и значительному сокращению зоны термического влияния. Однако плазменная сварка
требует точной сборки деталей и ведения горелки строго по свариваемому стыку. В
основном сварку ведут на переменном токе. Для сварки на постоянном токе
обратной полярности требуются специальные горелки с усиленным принудительным
охлаждением вольфрамового электрода.
-наиболее широко применяется при сварке малых толщин, т. е как
микроплазменная сварка (авиационно-космический комплекс и точное
приборостроение);
сварка однопроходная цветных металлов средних толщин (до 20 мм) в
агрегатостроении;
Плазменная сварка пока еще считается процессом,
имеющим перспективы увеличения промышленного применения, прежде всего из-за
высокой производительности в сравнении со сваркой неплавящимся- и плавящимся
электродами в среде защитных газов.
Сваривает толщины от 0,1 мм.
Преимущества:
-значительно более широкие технологические возможности регулирования
источника нагрева и силового давления на сварочную ванну (за счет геометрии
электродного и соплового узлов плазмотрона)
высокое качество сварного шва.
Недостатки:
-с технологической точки зрения основным недостатком является большое
количество параметров, влияющих на режим работы. Соответственно, проблемы
стабильности и оптимизации режимов, в основном, по этой причине плазменная
сварка не получила широкого применения;
значительно сложное и дорогое оборудование, низкий ресурс электродных и
сопловых элементов плазмотрона, отсюда, большие затраты на запчасти.
Вывод
Эффективна при сварке малых толщин, что удовлетворяет
заданному изделию с толщиной 4мм.
2.6 Сварка лазером
Применение:
в радиоэлектронике и электронной технике при сварке
контактов проводников с пленками на микроплантах, твердых схемах и
микроэлементах;
при сварке разных композиций металлов, используемых в
микроэлектронике: Au - Si, Ge - Au, Cu - Al V - Ti и
др.;
использование лазеров непрерывного действия на CO2 дает возможность получать сварные
соединения стали толщиной до 15 мм, а также разрезать и термообрабатывать
изделия.
Сваривают сплавы алюминия толщинами от 0,1 до 20 мм.
Преимущества:
- плотность энергии на 1010 Вт/см2;
диаметр фокусированного пятна можно получить до сотых долей;
обработка производится при атмосферном давлении в отличии от
электронно-лучевой сварки, соответственно выше производительность;
возможна сварка внутри прозрачных объектов;
так же как при электронно-лучевой сварке широкие возможности управления
пучка, в принципе по любым траекториям. По необходимости с изменением
фокусировки (т. е. 3 координатных перемещения источника нагрева).
Недостатки:
- очень высокая стоимость оборудования, выше чем у ЭЛС.
сравнительно низкий КПД оборудования для твердых тел, лазеров, для
газовых лазеров 10 -20 %.
Вывод
Сварка лазером для предложенного в задании изделия невыгодна так как
используется дорогое оборудование.
Из перечисленных способов сварок выбираем 3 наиболее перспективные и
подходящие для изготовления стыкового шва, толщиной металла 4 мм:
ü Ручная аргонодуговая сварка плавящемся электродом ;
ü Сварка в контролируемой атмосфере
неплавящимся электродом ;
ü Плазменная сварка.
аргонодуговой сварка титановый сплав электрод
3. Выбор режимов обработки
.1 Ручная аргонодуговая сварка плавящимся и
неплавящемся электродом, Сварка в контролируемой атмосфере.
Основные параметры режима:
Ориентировочные режимы полуавтоматической сварки
плавящимся электродом титановых сплавов (соединение встык):
Сварочный ток, А……………………………..150-250
Род тока………………………………………..Постоянный
Напряжение на дуге, В………………………..19-22
Скорость сварки, м/ч………………………….25-30
Диаметр электродной проволоки, мм………..1,5-2,0
Расход газа, л/мин……………………………..6-10
Газ………………………………………………Аргон сорт 1
Число проходов………………………………..1
.2 Плазменная сварка
Основные параметры режима:
Ориентировочные режимы плазменной сварки алюминиевого
сплава встык:
Толщина металла………………………….. 4 мм
Сварочный ток ……………………………..210-250А
Род тока……………………………………...Переменный
Напряжение на дуге……………………….. 24-26В
Скорость сварки…………………………….45-70 м/ч
Расход газа плазмообразующего…………...3-5л/мин
Расход защитного газа………………………5 л/мин
4. Выбор оборудования:
.1 Ручная аргонодуговая сварка плавящимся и
неплавящемся электродом. Сварка в контролируемой атмосфере
Phoenix 400 - универсальный инверторный
аппарат для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов (МИГ/МАГ)
постоянным током металлоконструкций из углеродистых и легированных сталей,
алюминия, меди, никеля и их сплавов, титановых сплавов.
Технические
данные
|
Вид сварки
|
МИГ/МАГ
|
|
Сварочный ток, А
|
5-400
|
|
Напряжение дуги, В
|
14,3-36
|
|
Сварочный ток, А при ПВ% и
Т=200С ПВ 33% ПВ 60% ПВ 100%
|
400 (45%) 360 (65%) 300
|
|
Напряжение питающей сети
|
3х400 (+20 -25%)
|
|
Напряжение холостого хода,
В
|
92
|
|
Потребляемая мощность, кВА
|
21,5
|
|
Сетевые предохранители, А
|
3х35
|
|
Вес, кг
|
|
Габариты (ДхШхВ), мм
|
625х335х560
|
|
Рекомендуемая мощность
генератора, кВт
|
29
|
|
Вес сварочного аппарата, кг
|
55
|
|
Устройство подачи сварочной
проволоки
|
Phoenix Drive 4L
|
|
Скорость подачи сварочной
проволоки, м/мин
|
0,5-24
|
|
Габариты устройства
(ДхШхВ), мм
|
690х300х410
|
|
Охлаждение горелки
|
жидкостное
|
|
Степень защиты
|
IP23
|
Горелка: RB 61/RG (Цена 3000 руб.)
|
Номинальный сварочный ток.
А
|
240
|
|
Охлаждение
|
воздушное
|
|
Длина кабеля, м
|
3
|
|
Масса, кг
|
2,6
|
|
Диаметр свар. проволок , мм
|
1,6-3,2
|
Привод подачи
присадочной проволоки: Phoenix Drive 4L (Цена 150 000 руб.)
Технические
данные
|
Напряжение питающей сети, В
|
42
|
|
Макс. Сварочный ток при 60%
ПВ
|
500
|
|
Скорость подачи проволоки
|
от 0,5 м/мин до 24 м/мин
|
|
Стандартная установка
роликов для подачи проволоки
|
4-роликовый (37 мм)
|
|
Привод
|
Центральный евро разъём или
Dinse
|
|
Класс защиты
|
IP 23
|
|
Температура окружающей
среды
|
-100С - +400С
|
|
Размеры, (ДхШхВ) мм
|
690х300х410
|
|
Масса
|
около 20,5
|
.2 Плазменная
сварка
Установка:
УПНС-304 <http://welding.spb.ru/cat/svob/electric/adg_515.html> (Цена
200000 руб.)
Технические
данные:
|
Напряжение питания, В
|
3Ф 380
|
|
Назначение: - сварка
плазменная - сварка аргонодуговая - наплавка плазменная - напыление
плазменное - упрочнение плазменное - закалка плазменная
|
+ + + - - +
|
|
Регулирование рабочего
тока, А: - сварки - наплавки - напыления
|
Плавное 4...315 20...160 -
|
|
Толщина наносимого слоя за
один проход, мм: - наплавка - напыление - упрочнение
|
1...4 - -
|
|
Материал электрода: -
прямая полярность - обратная полярность
|
Вольфрам медь
|
|
Плазмообразующий и защитный
газ:
|
аргон
|
|
Расход охлаждающей воды,
л/час: - для плазмотрона - для насадок напыления и упрочнения - для горелки
ТИГ
|
200 - 75
|
|
Габариты (ДхШхВ): - блока
питания - блока управления
|
|
|
мм
|
800х700х900
|
|
мм
|
800х700х900
|
|
Масса установки, кг:
|
400
|
Вывод
В курсовой работе был выполнен экономический расчет трех способов сварки
он показал, что суммарная себестоимость годовой программы на ручную сварку в
аргоне неплавящимся электродом дешевле по сравнению с полуавтоматической
аргонодуговой сваркой плавящимся электродом и плазменной сваркой. Потому что
сравнительно недорогое оборудование и полный провар осуществляется за один
проход.
выбрали технологические рекомендации по сварке плавлением и рекомендуемые
диапазоны изменения всех необходимых параметров режима;
определили рациональные марки основного и вспомогательного оборудования,
обеспечивающего требуемые параметры процесса; выполнили экономическое сравнение
вариантов технологии сварки плавлением и выбрали наиболее экономичный вариант.
По приведенной суммарной себестоимости годовой программы выяснили затраты
на ручную сварку в аргоне неплавящимся электродом, на полуавтоматическую
аргонодуговую сварку плавящимся электродом и на плазменную сварку.
Список литературы
1. «Сварка и свариваемые материалы», В.Н. Волченко 1 том
2. «Сварка и свариваемые материалы», В.Н. Волченко 2 том
. «Технологические основы сварки и пайки в авиастроении»,
В.А.Фролов; В.В. Пешков
. «Технология и оборудование сварки плавлением», А.И. Акулов; Г.А.
Бельчук
. «Сварка и резка материалов», Ю.В. Казаков\
. «Сварка и резка металлов», М.В. Ханапетов
. «Справочник сварщика», Китаев
. «Теория сварочных процессов», К.В, Багрянский
. «Справочник по сварке», И.А. Акулов
. «Справочник по сварке цветных металлов», С.М, Гуревич
. «Плазменная сварка тонколистовых материалов», В.Г.Вербицкий.