Технология сварки соединения нахлёсточного с отбортовкой, выполненного из листа стали марки Ст3пс

Технология сварки соединения нахлёсточного с отбортовкой, выполненного из листа стали марки Ст3пс

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра машиностроительных технологий и материалов

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

Технологические основы сварки плавлением и давлением

Выполнил студент группы СП-1

С.А.Иванов

Нормоконтроль

О.А. Максимова

Иркутск 2014 г

Введение

Сварка является одним из основных технологических процессов в машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности. Она позволила внести коренные изменения в технологию производства, вытеснив клепаные конструкции и создав принципиально новые сварные конструкции машин.

Современный технологический уровень сварочного производства требует от сварщиков и специалистов определенного объема профессиональных знаний.

В условиях непрерывного усложнения конструкций и роста объема сварочных работ большую роль играет правильная подготовка - теоретическая и практическая - квалифицированных рабочих сварщиков непрерывного усложнения конструкций и роста объема сварочных работ большую роль играет правильная подготовка - теоретическая и практическая - квалифицированных рабочих сварщиков.

1. Описание материалов

Начало формы

Сталь марки Ст3пс по содержанию углерода относится к низкоуглеродистым сталям. Особенности сварки плавлением углеродистых сталей обусловлены, главным образом, степенью раскисления и количеством находящегося в них углерода. Не полностью раскисленные кипящие стали, имеющие участки с повышенным содержанием серы и фосфора, чувствительны к образованию горячих трещин в металле шва и зоне термического влияния. Склонность этих сталей к старению способна вызывать при сварочном нагреве выпадение нитридов и карбидов железа в зоне термического влияния, что значительно снижает пластичность и вязкость сварного соединения. В связи с этим кипящие стали в сварных конструкциях стараются не использовать, в основном применяют полуспокойные и спокойные стали.

Находящийся в сталях углерод в количестве более 0,22-0,25% оказывает заметное негативное влияние на склонность сталей к образованию горячих и холодных трещин. Снижение стойкости против образования горячих трещин связано в основном с тем, что углерод усиливает вредное действие серы на деформационные характеристики металла, а снижение стойкости против образования холодных трещин - с повышением чувствительности сталей к появлению при сварке хрупких закалочных структур. С увеличением концентрации углерода эта чувствительность резко возрастает. В большинстве случаев горячие трещины образуются в металле шва, холодные - в зоне термического влияния.

Низкоуглеродистые полуспокойные и спокойные стали относят к классу сталей, механизированной сварки.

Сварка этих сталей обеспечивает получение качественных, равноценных основному металлу сварных соединений в широком диапазоне режимов и условий сварки. Вместе с тем следует отметить, что металл зоны термического влияния в определенных обстоятельствах может претерпевать заметные изменения, связанные прежде всего с ростом зерна на участке перегрева, нагреваемом до температуры выше 1200°С, что приводит к потере вязкости стали на 15-20%. При сварке полуспокойных сталей возможна интенсификация процессов старения на участке, нагреваемом до температуры 200-400°С. Подобные структурные изменения могут наблюдаться при сварке многослойных швов на чрезмерно большой силе тока (погонной энергии) вследствие длительного пребывания металла в области указанных температур.

При сварке низкоуглеродистых сталей, содержащих углерод близко к верхнему пределу, возможно, некоторое увеличение прочностных и снижение пластических характеристик металла, а также образование горячих трещин в металле шва, например, при сварке угловых швов и выполнении

корневых проходов на толстолистовой стали. Это связано с более высокими

в данном случаи скоростями охлаждения металла при сварке и низким коэффицентом формы проплавления. Сварка стали Ст3пс обеспечивает получение качественных равноценных основного металла сварных соединений в широком диапазоне режимов и условий сварки. Химический состав и механические свойства приведены в таблице 1 и 2.

Таблица1-Химический состав материала Ст3пс ГОСТ 380 - 2005,в %

Таблица2-Механические свойства при Т=20oС материала Ст3пс .

. Выбор способа сварки

К параметрам способа сварки в смеси газов относится род и полярность тока, диаметр электродной проволоки, величина сварочного тока, напряжение на дуге, скорость подачи проволоки и сварки. При сварке в углекислом газе применить постоянный ток обратной полярности. Так как переменный ток приводит к худшему формированию шва и к неустойчивому горению дуги. Диаметр сварочной проволоки применяется в зависимости от толщины металла. Сварочный ток в зависимости от выбранного диаметра сварочной проволоки. Напряжение дуги устанавливается в зависимости от сварочного тока и длины дуги.

Преимущества:

высокая производительность процесса;

низкая стоимость углекислого газа;

возможность сварки металлов малых толщин и сварки различных материалов;

возможность наблюдения за открытой дугой, что облегчает управление процессом сварки;

широкие возможности механизации и автоматизации процессов;

возможность сварки во всех пространственных положениях;

хорошее качество шва.

К недостаткам сварки в защитных газах следует отнести усложнения при проведении сварки на открытом воздухе, особенно в ветреную погоду из-за возможности обдува защитного газа струей воздуха, а также большие выделения вредного газа на рабочем месте сварщика.

Так же можно бороться с недостатками: сварка на открытом воздухе возможна, загородив щитами сварочную зону. Борьба с большими выделениями газа, усилить вентиляционную силу сварочного поста.

. Выбор разделки свариваемых кромок

Так как днище прилегает к стенке обечайки плотно, а толщина металла S=2мм, то разделка кромок не предусматривается (см. рисунок 3.1)

Рисунок 1- Разделка кромок

где

-толщина свариваемых пластин

-зазор между пластинами

На рисунке 3.2 представлены параметры сварного шва

Рисунок 2 -Параметры сварного шва

где

 - ширина наплавленного металла

 - выпуклость наплавленного металла

. Определение площади наплавленного металла

Площадь сечения швов представляет собой сумму площадей элементарных геометрических фигур их составляющих.

Геометрические элементы площади сечения стыкового шва показаны на рисунке 3.

Рисунок 3- Геометрические элементы площади сечения стыкового шва

=0,75*e*q=0,75*5*1=3.75мм2 (1)

где

 - ширина наплавленного металла

 - выпуклость наплавленного металла

=k2 /2=2мм2 (2)= S*b=2*1=2мм (3)

где

-толщина свариваемых пластин ;

-зазор между пластинами ;

F4 = h2 * tga/2=22 * tg(90/2)/2=2 (4)н= F1+F2+F3+2F4=3.75+2+2+2=9.7мм (5)

Рассчитаем площадь первого прохода (корневого шва) по формуле

=8*dэ (6)=8*0.8=6.4мм²

Рассчитаем площадь последующих проходов

=10*dэ (7)

гдеэл - диаметр электродной проволоки, мм.

=10*0.8=8мм²

Зная площадь сечения шва, а так же площади первого и последующих проходов рассчитываем общее число проходов

=(Fн-F1)/Fпр+1 (8)=(9.7-6.4)/8+1=1

5. Расчет режимов сварки

Исходя из толщины металла S=2мм, диаметр сварочной проволоки принять 0.8мм и рассчитать режимы.

Вылет электрода.

э = 10 *dэл (9)

гдеэл - диаметр электродной проволоки, мм.

э = 10 *0.8 = 8 мм

Определение сварочного тока.

св = j * Fэл (10)

где - плотность тока = 180 А/ч;

 - площадь электродной проволоки, мм2.

Определение скорости подачи проволоки

п/п = (4 * αр * Iсв)/( π * dэл2 * рэл)                 (12)

где

αр - коэффициент расплавленной электродной проволоки, г/а*ссв - сварочный ток, А

рэл - плотность электродной проволоки, г/см3

αр = (8,3 + 0,22 * Iсв/ dэл) *3600 *10-4 (13)

αр = (8,3 + 0,22 * 90 / 0.8) *3600 *10-4 = 11.8 г/а*с

рэл= 7,8 г/см3п/п =(4 * 11.8 * 90) / (3,14 * 0.64 * 7,8) = 272 м/ч

Напряжение на дуге принять в интервале от 18-22 В                         

Определение коэффициента наплавки - αн , г/Ас

αн = αр * ( 1 - φ / 100) (14)

где

φ- потери электродного металла, вследствие окисления и разбрызгивания (принять 10 %)

φ=10%

αн = αр * ( 1 - 10 / 100) (15)

αн =11.8*(1-10/100)=10.62 г/Ас

Определение скорости сварки- Vсв ,м/ч

св = αн * Iсв / Fн * рэл (16)св =10.62*272/220.5*7.8=1.67

Где: н - площадь поперечного сечения шва, мм2 н = 220,5 мм2

. Выбор сварочных материалов

Для механизированной сварки в защитном газе, выбранного основного материала стали марки Ст3пс техническим условиям на сварочную проволоку, удовлетворяет проволока марки Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70, в качестве защитного газа применить углекислый газ ГОСТ 8050-76.

Углекислый газ по ГОСТ 8050-76 (двуокись углерода, углекислота) является активным газом, который легко вступает в химические реакции или хорошо растворяется в металле шва. Углекислота широко распространена в природе, поэтому и дешёвая. Углекислый газ не ядовит, бесцветен, имеет едва ощутимый запах, нетоксичен и невзрывоопасен. Углекислота защищает расплавленный металл от соприкосновения с воздухом, который особо вреден для сварки вследствие присутствия в нём азота, вызывающего пористость и хрупкость металла шва. Применить сварочную двуокись углерода содержанием 99,5 %. Состав газа СО2 приведен в таблице 3.

Таблица 3 - Состав газа СО2

Сварочная проволока Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70 находит наиболее широкое применение, которая в большей степени отвечает всем требованиям, предъявляемым к сварным швам по механическим свойствам и химическому составу. Проволока выбрана по химическому составу основного металла, в неё добавлены повышенное содержание марганца и кремния, которые компенсируют выгорание этих компонентов в зоне сварки. Химический состав и механические свойства сварочной проволоки Св-08Г2С приведены в таблице 4 и 5.

Таблица 4 - Химический состав сварочной проволоки Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70, в %

Таблица 5 -Механические свойства сварочной проволоки Св-08Г2С

. Выбор сварочного оборудования

Для стыкового шва принять сварочный полуавтомат в среде углекислого газа ПДГ-516У3.

Полуавтомат предназначен для дуговой сварки в углекислом газе различных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей во всех пространственных положениях. А также для работы в районах умеренного климата в закрытых помещениях. Технические характеристики полуавтомата ПДГ-516УЗ в таблице 6. Технические характеристики источника питания ВДУ-506У3 в таблице 7.

Таблица 6-Технические характеристики полуавтоматаПДГ-516У3.

Таблица 7- Технические характеристики источника питанияВДУ-506У3

. Дефекты в сварных соединениях и контроль качества сварного соединения

Согласно ГОСТ 23055-78 для соединений, выполненных сваркой плавлением, возможно образование шести видов дефектов:

пористость шва: сферическая, канальная, цепь пор, группа пор, линейная (протяженная);

шлаковые и металлические включения разделяются на шлак компактный, шлак линейный, металлические включения, поверхностные включения; сварка кромка наплавка дефект

несплавление по кромкам и между слоями многослойного шва;

непровар в корне одностороннего шва без подреза и с подрезом, двухстороннего шва, межслойный непровар многослойного шва;

трещины: поперечные и продольные;

дефекты формы шва: чрезмерный провар корня (прожог, протек), неровности (наплывы, вмятины и пр.), подрезы, несовпадение кромок и т.п.

Все эти дефекты ухудшают механические свойства сварных соединений и, следовательно, работоспособность конструкций. Часть из них, такие, как наружная пористость и наружные включения, прожоги, неплотности шва, подрезы, вмятины» недостаточные размеры швов и усилений, должна быть исправлена немедленно при обнаружении силами сварщика, допустившего дефект. Непровары, внутреннюю пористость, включения, наплывы, резкие переходы и чрезмерную выпуклость, грубую чешуйчатость можно исправить только путем вырубки или вышлифовки дефектных мест с последующей заваркой, если это требуется.

Особое внимание следует уделить предупреждению непроваров, которые образуются при неправильной форме разделки стыкового шва, слишком большом притуплении и малом зазоре или вследствие плохой очистки корня шва перед выполнением подварочного валика, а также обратного шва при двухсторонней сварке.

Наиболее опасны и недопустимы трещины всех видов, при обнаружении которых сварное соединение бракуется или же подлежит исправлению. Исправление возможно при наличии единичных трещин, а сварное соединение с множественными трещинами исправлению не подлежит. Для ликвидации единичной трещины предварительно засверливают металл на расстоянии примерно 30 ÷ 50 мм от ее концов, после чего делают разделку трещины, затем подогревают участки металла на ее концах до температуры 100 ÷ 150 °С и одновременно заваривают подготовленную трещину.

Заключение

В данной работе была разработана технология сварки соединения нахлёсточного с отбортовкой, выполненного из листа стали марки Ст3пс. В ходе выполнения работы, был произведен выбор и обоснование марки сварочного материала, а также произведен расчет параметров сварки и контроль качества выполненного изделия.

Список использованных источников

1. Акулов А.И., Алешин В.П., Ермаков С.И., Полевой Г.В., Рыбачук A.M., Чернышов Г.Г., Якушин Б.Ф. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки. - М.: Машиностроение, 2003. - 560 с.

. Хромченко Ф. Справочное пособие электросварщика - М.: Машиностроение, 2005. - 416 с.

. Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 461 с.

. Технология сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. акад. Б.Е. Патона М.: Машиностроение, 1974. - 768 с.

Стандарты

. Стандарт предприятия СТО ИрГТУ. 005-2009. - Иркутск: ИрГТУ, 2008.

. ГОСТ 2246-70. Проволока стальная сварочная. Технические условия. - введ. 01.01.1973.-М: Издательство стандартов, 1987. - 28 с.