Разработка технологии сварки стали 10Х17Н13М3Т

Дисциплина "Технология и оборудование сварки плавлением"

Тема: "Разработка технологии сварки стали 10Х17Н13М3Т"

Содержание

Введение

1. Эскиз сварного соединения

2. Расчет параметров режима сварки

3. Расчет норм времени на выполнение сварочных операций

4. Определение химического состава и структуры стали

5. Технологические особенности сварки стали

6. Выбор сварочных материалов

7. Расчет расхода сварочных материалов

8. Расчет химического состава сварного шва и определение его структуры

9. Выбор сварочного оборудования

10. Расчет расхода электроэнергии

11. Карта технологического процесса

Список литературы

Введение

К высоколегированным относятся, стали, содержащие более 10 % легирующих элементов. Они содержат, как правило, небольшое количество углерода - до 0,25 %.

В зависимости от основных свойств высоколегированные стали делятся на следующие группы: коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали - обладают высокой стойкостью против химической и электрохимической коррозии; жаростойкие (окалиностойкие) стали - обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550°С; жаропрочные стали - способны работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени.

Основными легирующими элементами высоколегированных сталей являются хром и никель. Рассмотрим их влияние на свойства и структуру сталей.

Хром является основным химическим элементом, обеспечивающим коррозионную стойкость стали. При введении в сталь 12% Сr се электрохимический потенциал становится положительным, и она резко увеличивает свою коррозионную стойкость - становится нержавеющей. При содержании 25% Сr наблюдается повторный скачок коррозионной стойкости, что позволяет поддерживать ее на высоком уровне при повышенных температурах. Сталь становится жаростойкой.

Влияние Сr на структуру стали выражается в том, что он сужает область существования -фазы и стабилизирует -фазу. При содержании Cr более 12% сталь во всем температурном интервале - от температур кристаллизации до комнатных - сохраняет однофазную ферритную структуру, поэтому считается, что Cr является ферритизатором.

Введение в сталь никеля, наоборот, расширяет -область и понижает температуру --превращения. При введении в сталь более 20% Ni температура начала распада аустенита становится ниже 20^oС и сталь в обычных условиях сохраняет чисто аустенитную структуру, поэтому Ni называют аустенитизатором. Никель также увеличивает коррозионную стойкость стали и её жаропрочность, так как -фаза обладает большей жаропрочностью, чем -фаза.

Комбинируя различным содержанием в стали Сr, Ni и других легирующих элементов, можно получить стали различной структуры. Определить структуру стали в зависимости от ее химического состава позволяет диаграмма Шеффлера.

В химическом ЭквСr объединены ее легирующие элементы, которые аналогично Сr расширяют область феррита при их введении в сталь. Их влияние приведено к влиянию Сr через соответствующие коэффициенты. В ЭквNi объединены элементы-аустенитизаторы. Значения коэффициентов в формулах ЭквСr и ЭквNi определяются эмпирическим путем, поэтому несколько отличаются одно от другого в разных литературных источниках.

1. Эскиз сварочного соединения

Рисунок 1.1 - Эскиз сварного соединения

Размеры:

S=S1=?=12мм; b=5,01,5 мм; m>30мм; l<28мм;

g=2,0мм; толщина подкладки должна быть не менее 0,25S, но не менее 1,5 мм.

2. Расчет параметров режима сварки

Расчет параметров режима сварки ведется в зависимости от заданного способа сварки. Основными параметрами режима являются: сила сварочного , напряжение на дуге , скорость подачи сварочной проволоки , диаметр проволоки , скорость сварки .

Первоначально следует задаться диаметром проволоки . Его значение зависит от толщины свариваемого металла и способа сварки. Так как по заданию толщина металла 12мм и сварка автоматическая под слоем флюса, то принимаю .

Сила сварочного тока , А определяется по формуле

, (1)

где h - глубина проплавления,

(2)

- коэффициент пропорциональности, зависящий от условий сварки,

Диаметр сварочной проволоки уточняют по формуле

(3)

где j - допустимая плотность тока, j=50А/мм .

Напряжение на дуге устанавливают в зависимости от способа сварки, а также от марки и диаметра проволоки и определяется по формуле

(4)

Скорость сварки вычисляют по формуле

, (5)

где - коэффициент наплавки, ;

- сила сварочного тока, А;

- плотность металла, =7,85 г/см;

- площадь поперечного сечения наплавленного металла за один проход

F_\н= F_з + F_b =1.02 см²(F_з=b*H_пр=0.6см²;F_b=3/4*e*q=0.42см²).

Скорость подачи сварочной проволоки вычисляют по формуле

, (6)

где - площадь сечения проволоки, см

(7)

3. Расчет норм времени на выполнение сварочных операций

Общее время на выполнение сварочной операции состоит из нескольких компонентов и определяется по формуле

, (8)

где - подготовительно-заключительное время;

- основное время;

- вспомогательное время;

- время на обслуживание рабочего места;

- время перерывов на отдых и личные надобности.

Основное время - это время на непосредственное выполнение сварочной операции. Оно определяется по формуле

(9)

где - масса наплавленного металла, г

(10)

где - длина шва, см

Подготовительно-заключительное время включает в себя такие операции, как получение производственного задания, инструктаж, получение и сдача инструмента, осмотр и подготовка оборудования к работе и т.д. При его определении общий норматив времени делится на количество деталей, выпущенных в смену.

(11)

Вспомогательное время включает в себя время на смену электрода, осмотр и очистку свариваемых кромок , очистку швов от шлака и брызг , клеймение швов , установку и поворот изделия, его закрепление

(12)

Время зачистки кромок или шва вычисляют по формуле

, (13)

где - количество слоёв при сварке за несколько проходов.

Время на установку клейма принимают 1.8 мин на 1 знак.

Время на установку, поворот и снятие изделия зависит от его массы. При массе изделия до 25кг эти операции выполняются вручную. =3 мин.

При автоматической и полуавтоматической сварке во вспомогательное время входит время на заправку кассеты с электродной проволоки. Это время можно принять равным 5 мин.

Время на обслуживание рабочего места включает в себя время на установку режима сварки, наладку полуавтомата или автомата, уборку флюса, инструмента.

(14)

Время перерывов на отдых и личные надобности зависит от положения, в котором сварщик, выполняет работы.

(15)

4. Определение химического состава и структуры стали

Таблица 1.1 - Химический состав стали 08Х22Н6Т

Марка стали	Содержание элементов, % (по массе)
	С	Si	Mn	S	P	Cr	Ti	Ni
08Х22Н6Т	<0,08	<0,8	<0.8	<0,025	<0,035	22	0,6	6

Эквивалентное значение хрома в стали рассчитывается по формуле

(16)

Эквивалентное значение никеля в стали рассчитывается по формуле

(17)

По значениям ЭквCr и ЭквNi на диаграмме Шеффлера (рисунок 1.2) наносится точка, соответствующая структуре стали. Сталь является ферритной.

Рисунок 1.2 -- Диаграмма Шеффлера

5. Технологические особенности сварки стали

Основная трудность при сварке стали 08Х22Н6Т-снижение ударной вязкости металла под воздействием высоких температур, которое происходит в первую очередь из-за интенсивного роста зерна, обусловленного однофазной ферритной структурой. Наиболее крупные зёрна находятся на участке перегрева сварного соединения. Здесь величина зерна может достигать сечений 1 мм. Протяжённость участка с пониженной ударной вязкостью распространяется на 2-3 мм, непосредственно примыкающих к линии сплавления и подверженных нагреву выше температуры 1100°С. В результате этого сварное соединение имеет склонность к охрупчиванию, особенно при переменных и ударных нагрузках, а также при отрицательных температурах

Основными способами предотвращения охрупчивания являются создание в шве двухфазной структуры и легирование металла энергичными карбидообразующими элементами.

Двух фазная аустенитно-ферритная структура имеет более мелкое и дезориентированное зерно, что обеспечивает более высокую пластичность сварного соединения. Создание в шве двухфазной структуры осуществляется обычно за счёт применения сварочных проволок, легированных никелем.

Легирование шва карбидообразующими элементами Ti и Nb. Имеющих большее сродство к углероду, чем хром, приводит к образованию карбидов Ti и Nb имеющих высокую температуру плавления. Располагаясь по границам зёрен, карбиды препятствуют их росту и таким образом, делают структуру более мелкозернистой. Одновременно происходит предотвращение образования карбидов хрома, что способствует повышению коррозионных свойств.

Термическая обработка высокохромистых сталей не обеспечивает измельчения зерна и применяется редко. В некоторых случаях высокий отпуск позволяет улучшить коррозионные свойства стали, несколько уменьшить остаточные напряжения.

Сварка стали 08Х22Н6Т осуществляется в автоматическом режиме под слоем флюса.

6. Выбор сварочных материалов

Для сварки используют проволоку 06Х21Н7БТ ГОСТ 2246-60. Её выбрали из-за того, что она обеспечивает требуемые механические свойства и химический состав наплавленного металла, сварочная проволока содержит минимальное количество серы и имеет в своем составе дополнительные легирующие элементы, как никель, который предотвращает охрупчивание и увеличивает ударную вязкость шва. Так же марганец и кремний будут как раскислители.

Таблица 1.2 - Химсостав сварочной поволоки 06Х21Н7БТ

Марка проволоки	Содержание элементов, % (по массе)
	С	Si	Ni	Mn	S	P	Cr	Ti
06Х21Н7БТ	<0,1	<0,03	7	1,2	0,025	0,025	21	<0,9

В качестве флюса используют флюс АНФ-6. Он позволяет улучшить качество сварных соединений за счёт более надежной защиты от атмосферы, а также позволяет увеличить глубину проплавления и уменьшить количество проходов с целью увеличения производительности процесса сварки.

Таблица 1.3 - Химсостав сварочного флюса АНФ-6

Марка флюса	Содержание элементов, % (по массе)
	SiO2	CaF2	S	P	Al2O3
АНФ-6	<2	60-70	<0,05	0,02	30-40

7. Расчёт расходов сварочных материалов

Расход сварочной проволоки осуществляется по формуле

, (18)

где - коэффициент потерь,

Расход флюса определяется по формуле

(19)

8. Расчёт химического состава шва и определение его структуры

Сварной шов состоит из основного и наплавленного металлов, которые в процессе сварки перемешиваются, образуя общую сварочную ванну. При этом в сварочную ванну попадают химические элементы из основного металла в количестве, пропорциональном доли основного металла в металле шва , и из проволоки в количестве, пропорциональном доли наплавленного металла в металле шва :

, (20)

, (21)

где F₀ - площадь основного металла в металле шва;

F_Н - площадь наплавленного металла в металле шва;

F_Ш - площадь шва.

Площадь шва можно определять по формуле

(22)

После вычисления и рассчитывают химический состав шва. Содержание каждого элемента вычисляется по формуле

, (23)

где - содержание элемента в стали;

- содержание элемента в проволоке.

После расчета химсостава по диаграмме Шеффлера определяется его структура. Для определения эквивалентов по никелю и хрому необходимо, пользоваться формулами

(24)

(25)

Определив ЭквNi и ЭквСr, наносят на диаграмму Шеффлера (Рисунок 1.2) точку, которая соответствует структуре шва. Структура шва является ферритно- аустенитной.

9. Выбор сварочного оборудования

Сварка осуществляется на автомате АДФ-1202, его технические характеристики приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Характеристики сварочного автомата АДФ-1202

Марка автомата	Номинальный ток, А	Диаметр проволоки, мм	Источник питания	Назначение	ПВ, %
АДФ-1202	1250	2-6	ВДУ-504	Сварка под слоем флюса	100

Источником питания автомата АДФ-1202 является выпрямитель ВДУ-504, предназначенный для сварки в среде защитных газов и под слоем флюса.

Технические характеристики выпрямителя приведены в таблице 1.5

Таблица 1.5 - Технические характеристики сварочного выпрямителя ВДУ-504

Параметры	ВДУ 504
Номинальный сварочный ток, А	500
Режим работы, ПВ %	60
Напряжение холостого хода, В	80
Номинальное напряжение питающей сети, В	220,380
Пределы регулирования сварочного
тока, А, при работе на характеристиках:
жестких	100-500
падающих	70-500
Пределы регулирования рабочего
напряжения, В при работе на
характеристиках:
жестких	18-50
падающих	23-46
Первичная мощность, кВА	40
КПД, %	82
Габаритные размеры, мм	1100x800x940
Масса, кг, не более	380

10. Расчёт расхода электроэнергии

Расход энергии в сварочной дуге рассчитывается по формуле

, (26)

где - к.п.д. источника питания.

11. Карта технологического процесса

Наименование операции	Обозначение шва	Сварочные материалы	Сварочное оборудование	Режимы сварки	Время сварка
				, мм	, А	, В	, м/час	, м/час	, мин	, мин
Сварка деталей	ГОСТ 8713-79-С5-АФ0	Проволока 8247,21 г. Флюс 10721,37г.	Автомат АДФ-1202	5	1000--1250	32-64	24	128	49,2	76,8

Список литературы

1 Куликов В.П. Технология и оборудование сварки плавлением.- Могилёв: ММИ, 1998,-256с.

2 Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением.- М.: Машиностроение, 1977.-432с.

3 Сварка в машиностроении. Справочник. Т.1-4.-М.: Машиностроение, 1978-1979.

4 Сварка и свариваемые материалы/Под ред. В.Н.Волченко.- М.Металлургия, 1991.-527с.

5 Куликов В.П. Технология сварки плавлением.- Мн: Дизайн ПРО, 2000.-256с., ил.

6 Оборудование для дуговой сварки/Под ред.В.В.Смирнова.- ЛЭнергоатомиздат, 198б.-655с.

7 Прох Л.Ц. Справочник по сварочному оборудованию.- Киев: Техника, 1983.-207с.

8 Каховский Н.И. Сварка нержавеющих сталей. 1968.