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 %
C
|
Si
|
Mn
|
Ni
|
S
|
P
|
Cr
|
N
|
Cu
|
As
|
0.14-
0.22
|
05-
0.15
|
0.4-
0.65
|
до
0.3
|
до
0.05
|
до
0.04
|
до
0.3
|
до
0.008
|
до
0.3
|
до
0.08
|
Таблица2-Механические свойства при Т=20oС
материала Ст3пс .
Сортамент
|
Размер
|
Напр.
|
sв
|
sT
|
d5
|
y
|
KCU
|
Термообр.
|
-
|
мм
|
-
|
МПа
|
МПа
|
%
|
%
|
кД/м2
|
-
|
Трубы,
ГОСТ8696-74
|
|
|
372
|
245
|
23
|
|
|
|
Трубы,
ГОСТ1070580
|
|
|
372
|
22
|
|
|
|
Прокат,
ГОСТ535-2005
|
|
|
370-480
|
205-245
|
23-26
|
|
|
|
Лист
толстый, ГОСТ14637-89
|
|
|
370-480
|
205-245
|
23-26
|
|
|
|
Арматура,
ГОСТ 5781-82
|
|
|
373
|
235
|
25
|
|
|
|
. 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
Объёмная
доля(СО2), %
|
не
менее 99,5
|
Массовая
концентрация минеральных масел и механических примесей, мг/кг, не более
|
0,1
|
Массовая
доля воды, %, не более
|
нет
|
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 %
C
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
Ni
|
S
|
P
|
0,05-0,11
|
0,7-0,95
|
1,8-2,1
|
не
более 0,2
|
не
более 0,25
|
0,025
|
0,03
|
Таблица 5 -Механические свойства сварочной
проволоки Св-08Г2С
Предел
текучести σТ, МПа
|
Предел
прочности σВ, МПа
|
Относительное
удлинение δ5, %
|
KCU
Дж/см2
|
220
|
380
|
≥22
|
136
|
. 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.
Напряжение
питающей сети при частоте 50 Гц, В
|
380
|
Номинальный
сварочный ток, А
|
500
|
Продолжительность
включения при цикле 5 мин., ПВ %
|
60
|
Диаметр
электродной проволоки, мм
|
|
Скорость
подачи электродной проволоки, м/ч
|
100-960
|
Расход
углекислого газа, л/ч
|
500-1280
|
3
|
Источник
питания
|
ВДУ-506У3
|
Габаритные
размеры механизма подачи, мм:
|
|
Длина
|
464
|
ширина
|
365
|
высота
|
430
|
Масса,
кг:
|
|
механизма
подачи
|
16
|
кассеты
с электродной проволокой
|
12
|
Таблица 7- Технические характеристики источника
питанияВДУ-506У3
Напряжение
питающей сети при частоте 50 Гц, В
|
380
|
Номинальный
сварочный ток, А
|
500
|
Продолжительность
включения при цикле 5 мин., ПВ %
|
60
|
Номинальное
рабочее напряжение, В:
|
|
при
жёстких внешних характеристиках
|
18-50
|
при
падающих внешних характеристиках
|
22-46
|
Пределы
регулирования сварочного тока, А:
|
|
при
жёстких внешних характеристиках
|
60-500
|
при
падающих внешних характеристиках
|
50-500
|
Напряжение
холостого хода, В не более
|
85
|
Номинальная
мощность, кВт
|
40
|
КПД
%:
|
|
при
жёстких внешних характеристиках
|
84
|
при
падающих внешних характеристиках
|
82,5
|
Габаритные
размеры, мм:
|
|
длина
|
800
|
ширина
|
700
|
высота
|
920
|
Масса,
кг
|
300
|
. 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.