Разработка технологии сварки стали

Введение

1. Разработка конструкции сварной сборочной единицы

2. Выбор способа сварки и типа сварных швов

3. Расчёт параметров режима сварки

4. Расчёт норм времени на выполнение сварочных операций

5. Определение химического состава и структуры стали в исходном состоянии

6. Технологические особенности сварки стали

7. Выбор сварочных материалов

8. Расчёт расхода сварочных материалов

9. Расчёт химического состава шва и определение его структуры

10. Выбор сварочного оборудования

11. Расчёт расхода электроэнергии

Заключение

Список литературы

Введение

1. Разработка конструкции сварной сборочной единицы

Рисунок 1.1 - Детали, входящие в сборочную единицу

Н_ПР = 0,6=0,6·5,5=3,3;

где д = 5,5 мм - толщина металла.

Принимаем dЭ = 4 мм.

Площадь наплавленного металла

где К=5 - катет сварного шва.

Для ручной дуговой сварки силу сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра электрода по формуле

U₂ = 20 + 0,04•I_св=20+0,04·200=28 B.

где Н - коэффициент наплавки, Н =9 г/(А•ч);

- плотность металла, = 7,8 г/см3.

Для сварного шва ГОСТ 16037-80-С17-Р.

Первоначально следует задаться диаметром проволоки dЭ. Его значение зависит от требуемой глубины проплавления металла HПР и способа сварки. Для стыкового шва:

где b - зазор между деталями, мм;

Для ручной дуговой сварки силу сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра электрода по формуле

U₂ = 20 + 0,04•I_св=20+0,04·200=28 B.

где Н - коэффициент наплавки, Н =9 г/(А•ч);

- плотность металла, = 7,8 г/см3.

4. Расчёт норм времени на выполнение сварочных операций

Под технически обоснованной нормой времени понимается установленное для определенных организационно-технических условий время на выполнение заданной работы исходя из рационального использования средств производства с учетом передового производственного опыта. Составными частями технически обоснованной нормы времени являются подготовительно-заключительное время tПЗ, основное время tО, вспомогательное время tВ, время на обслуживание рабочего места tОБС, время на отдых и личные надобности (время регламентированных перерывов в работе) tП.

Для сварного шва ГОСТ 16037-80-У17-Р-?5.

Общее время на выполнение сварочной операции tСВ определяется

Основное время - это время на непосредственное выполнение сварочной операции, определяем по формуле

М_НМ = F_Н • L_Ш • =0,15·17·7,8=19,89 г

t_КР(t_БР) = L_Ш(0,6 + 1,2(n -1))=0,17·0,6=0,10 мин

где n - количество слоев при сварке за несколько проходов.

Время на обслуживание рабочего места включает в себя время на установку режима сварки, наладку полуавтомата или автомата, инструмента и т. д. Для ручной сварки

tОБС = 0,05tО

Время перерывов на отдых и личные надобности зависит от положения, в котором сварщик выполняет работы. При сварке в неудобном положении tП = 0,1tО.

t_П = 0,1·0,66=0,07 мин.

Для сварного шва ГОСТ 16037-80-С17-Р.

t_ПЗ=0,2· tО=0,2·2,94=0,59 мин

где tЭ = 5 мин,

t_КР(t_БР) = L_Ш(0,6 + 1,2(n -1))=0,75·0,6=0,45 мин

По значениям ЭквСr и ЭквNi на диаграмме Шеффлера наносится точка, соответствующая структуре аустенитной стали - Т₁ (рисунок 4.1).

Рисунок 5.1 - Диаграмма Шеффлера

6. Технологические особенности сварки стали

сварка шов химический сталь

Аустенитные стали - наиболее многочисленная группа высоколегированных сталей. Они, как правило легируются Cr > 16% и Ni > 7%, что придаёт им коррозионную стойкость и жаропрочность, а при Cr > 20% - жаростойкость.

Высоколегированные аустенитные стали и сплавы обладают комплексом положительных свойств. Поэтому одну и ту же марку стали иногда можно использовать для изготовления изделий различного назначения, например коррозионно-стойких, хладостойких, жаропрочных и т.д. В связи с этим и требования к свойствам сварных соединений будут различными. Это определит и различную технологию сварки (сварочные материалы, режимы сварки, необходимость последующей термообработки и т.д.), направленную на получение сварного соединениях необходимыми свойствами, определяемыми составом металла шва и его структурой.

Характерные для высоколегированных сталей теплофизические свойства определяют некоторые особенности их сварки. Пониженный коэффициент теплопроводности при равных остальных условиях значительно изменяет распределение температур в шве и околошовной зоне. В результате одинаковые изотермы в высоколегированных сталях более развиты, чем в углеродистых. Это увеличивает глубину проплавления основного металла, а с учетом повышенного коэффициента теплового расширения возрастает и коробление изделий.

Поэтому для уменьшения коробления изделий из высоколегированных сталей следует применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной концентрацией тепловой энергии. Примерно в 5 раз более высокое, чем у углеродистых сталей, удельное электросопротивление обусловливает больший разогрев сварочной проволоки в вылете электрода или металлического стержня электрода для ручной дуговой сварки. При ручной дуговой сварке уменьшают длину электродов и допустимую плотность сварочного тока.

Одна из основных трудностей при сварке аустенитных сталей и сплавов - предупреждение образования в швах и околошовной зоне горячих трещин. Предупреждение образования этих дефектов достигается:

1) Ограничением в основном и наплавленном металлах содержания вредных (серы, фосфора) и ликвирующих (свинца, олова, висмута) примесей, а также газов - кислорода и водорода. Для этого следует применять режимы, уменьшающие долю основного металла в шве, и использовать стали и сварочные материалы с минимальным содержанием названных примесей. Техника сварки должна обеспечивать минимальное насыщение металла шва газами. Этому способствует применение для сварки постоянного тока обратной полярности. При ручной сварке покрытыми электродами следует поддерживать короткую дугу и сварку вести без поперечных колебаний.

2) Получением такого химического состава металла шва, который обеспечил бы в нем двухфазную структуру. Для жаропрочных и жаростойких сталей с малым запасом аустенитности и содержанием никеля до 15% это достигается получением аустенитно-ферритной структуры с 3... 5% феррита.

3) Применением технологических приемов, направленных на изменение формы сварочной ванны и направления роста кристаллов аустенита. Действие растягивающих сил, перпендикулярное направлению роста столбчатых кристаллов, увеличивает вероятность образования горячих трещин. При механизированных способах сварки тонкими электродными проволоками поперечные колебания электрода, изменяя схему кристаллизации металла шва, позволяют уменьшить его склонность к горячим трещинам;

4) Уменьшением силового фактора, возникающего в результате термического цикла сварки, усадочных деформаций и жесткости закрепления свариваемых кромок. Снижение его действия достигается ограничением силы сварочного тока, заполнением разделки швами небольшого сечения и применением соответствующих конструкций разделок. При сварке жаропрочных и жаростойких сталей обеспечение требуемых свойств во многих случаях достигается термообработкой (аустенизацией) при температуре 1050... 1110 °С, снимающей остаточные сварочные напряжения, с последующим стабилизирующим отпуском при температуре 750... 800 °С. При невозможности термообработки сварку иногда выполняют с предварительным или сопутствующим подогревом до температуры 350... 400 °С. Чрезмерное охрупчивание швов за счет образования карбидов предупреждается снижением содержания в шве углерода. Обеспечение необходимой окалиностойкости достигается получением металла шва, по составу идентичного основному металлу. Это же требуется и для получения швов стойких к общей жидкостной коррозии.

Ручная дуговая сварка это высокоманевренный способ. Различие типов сварных соединений, пространственного положения сварки и т.п. способствует изменению глубины проплавления основного металла, а также изменению химического состава металла шва. Все это заставляет корректировать состав покрытия с целью обеспечения необходимого содержания в шве феррита и предупреждения, таким образом, образования в шве горячих трещин. Этим же достигаются и необходимая жаропрочность и коррозионная стойкость швов.

Применением электродов с фтористо-кальциевым покрытием, уменьшающим угар легирующих элементов, достигается получение металла шва с необходимым химическим составом и структурами. Уменьшению угара легирующих элементов способствует и поддержание короткой дуги без поперечных колебаний электрода. Это снижает вероятность появления дефектов на поверхности основного металла в результате попадания на него брызг.

Тип покрытия электрода диктует необходимость применения постоянного тока обратной полярности (при переменном или постоянном токе прямой полярности дуга неустойчива). Тщательная прокалка электродов, режим которой определяется их маркой, способствует уменьшению вероятности образования в швах пор и вызываемых водородом трещин.

7. Выбор сварочных материалов

Для сварки будем использовать электрод марки ЦЛ-11, тип Э-08Х19Н10Г2Б [5]. Данный тип электрода с добавлением ниобия и марганца предназначен для ручной дуговой сварки конструкций, работающих при температурах до 700 єС из стали 12Х18Н12Т. Получаемый шов стоек к межкристаллитной коррозии.

Химический состав сварочного электрода ЦЛ-11 представлен в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Химический состав сварочного электрода ЦЛ-11 по ГОСТ 10052-75

8. Расчёт расхода сварочных материалов

При разработке технологии сварки после определения норм времени определяют расход сварочных материалов, к которым относятся расход сварочных электродов.

где Н - высота шва,