Вибір способу зварювання та зварювального обладнання

Приварювання опор до корпусу виконуємо напівавтоматичним зварюванням в середовищі захисних газів, використовуючи зварювальний дріт Св-08Г2С і суміш захисних газів: 75% аргону + 25% вуглекислого газу. Зварювальний дріт СВ-08Г2С призначений для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей типу Ст3, Ст20, Ст35сп, Cт4 , 15ГС, 20ГСЛ, 09 М2С, 16ГС у вуглекислому газі , газових сумішах і під флюсом. ГОСТ 2246-70 . Хімічний склад дроту вказаний в таблиці 2.3.[10]

Таблиця 2.3 - Хімічний склад дроту СВ-08Г2С , % .

При зварюванні в середовищі вуглекислого газу частина вуглекислого газу при високій температурі в стовпі дуги дисоціює з утворенням оксиду вуглецю і вільного кисню відповідно рівнянню (2.1) .

; (2.1)

Гази взаємодіють з розплавленим металом , окислюючи окремі його компоненти . При зварюванні низько вуглецевої сталі спостерігаються значні втрати марганцю і кремнію . Окислення розплавленого металу відбувається у відповідності з рівнянням (2.2) .

; (2.2)

Оксид заліза вступає в реакцію з марганцем і кремнієм , утворюючи сполуки і , які піднімаються на поверхню розплавленого матеріалу (2.3), (2.4) .

; (2.3)

; (2.4)

В зв'язку з цим для зварювання в вуглекислому газі вуглецевих конструкційних сталей використовують дріт CВ-08Г2С по ГОСТ 2246-76 , легований кремнієм і марганцем .[5]

Для захисту зварювальної дуги і зварювальної ванни застосовуємо аргон і вуглекислий газ .

Вуглекислий газ (СО2), не має кольору і запаху . Одержують його з газоподібних продуктів згоряння антрациту або коксу , при випалі вапняку й т.д. Поставляється в зрідженому стані в балонах типу А місткістю 40 л , у який при максимальному тиску 7,5 МПа вміщається 25 кг вуглекислоти ( при випарі утвориться близько 12 750 л газу ) . Для зварювання використають зварювальну вуглекислоту . Чистота вуглекислоти першого сорту повинна бути не менш 99,5

відсотків , а вищого - 99,8 відсотків . Балони з вуглекислотою офарблюють у чорні кольори з жовтим написом «СО2 зварювальний» . Застосовується при

зварюванні низьковуглецевих і деяких конструкційних і спеціальних сталей .[9]

3 Визначення режимів зварювання

Правильний вибір режимів зварювання відіграє вирішальну роль при формуванні зварного з'єднання та його подальшої експлуатаційної надійності. Оскільки причини виникнення майже всіх технологічних

дефектів - це неправильний підбір зварювальних режимів.

Режимом зварювання називається сукупність характеристик зварювальних процесів, що забезпечують отримання зварних з'єднань заданих розмірів, форми і якості.

Розрахунок режимів зварювання для таврового з'єднання, виконаного автоматичним зварюванням під шаром флюсу (лист № 1, вигляд А1).

1) Розрахунок зварювального струму , А , при зварюванні здійснюється за формулою (2.5) :

Iзв = H/Кп ; (2.5)

де H - глубина провару, визначається по формулі (2.6), Кп - коефіцієнт пропорційності, який рівний 1,75.

H = ; (2.6)

де - погонна енергія, визначається із формули (2.7), - коефіцієнт форми провару, що рівний 1,1.

; (2.7)

де Fн - площа поперечного січення наплавленого металу шва, см². Для шва № 1 становить 5,8 см².

= 14500 · 5,8 = 84100 кДж ;

H = · = 788,3;

Iзв = 788,3/1,75 = 453,4 А.

Приймаємо що зварювальний струм дорівнює 450 А.

2) Визначаємо діаметр електродного дроту за формулою (2.8) :

de = 1,13·; (2.8)

де - густина струму в електродному дроті А/мм² (для зварювання під шаром флюсу = 35 - 60 А/мм²);

de = 1,13· = 3 мм.

3) Визначаємо напругу на дузі.

Напруга на дузі визначається наступною формулою(2.9) :

(2.9)

.

4) Знаходимо швидкість зварювання Vзв , м/год, за формулою (2.10):

Vзв = ; (2.10)

де А - коефіцієнт, який вибирають в наступних межах таблиця 2.4;

Таблиця 2.4 - залежність коефіцієнта А від діаметру електроду

Vзв = = 29 м/год.

5) Визначаємо швидкість подачі електродного дроту .

Швидкість подачі електродного дроту визначається за наступною формулою (2.11) .

; (2.11)

де б_Р - коефіцієнт розплавлювання дроту, г/А· год ; с - густина металу електродного дроту , г/см³ (для сталі с =7,8 г/см³) .

Значення б_Р розраховується по формулі (2.12) :

; (2.12)

.

Розрахунок режимів зварювання при приварюванні опор до корпусу засувки. Це тавровове з'єднання, зварювання проводимо в середовищі захисного газу ( рис. 2.1) .

Рискнок 2.1 - Переріз таврового з'єднання Т1

1) Вибираємо катет кутового з'єднання .

В даному випадку катет з'єднання дорівнює К=8мм.

2) Визначаємо силу, рід і полярність зварювального струму .

2.1) Зварювання в СО2 проводять на постійному струмі зворотної полярності , тому що при прямі полярності процес зварювання характеризується великим розбризкуванням , навіть при зварювані на значно малому струмі . Це призводить до зменшення глибини провару . Крім того зварювання на прямі полярності призводить до збільшенням окислення елементів і підвищеною схильністю до поро утворення.

2.2) Розрахунок зварювального струму , А , при зварюванні дротом суцільного перетину здійснюється за формулою (2.13) :

; (2.13)

де а - густина струму в електродному дроті , А/мм² (при зварюванні в вуглекислому газі а =110 ч 130 А/мм² ; d_е - діаметр електродного дроту , мм.

Механізовані способи зварювання дозволяють застосовувати значно більші щільності струму в порівнянні з ручним зварюванням. Це порозумівається меншою довжиною вильоту електрода.

Для того , щоб знайти силу зварювального струму потрібно знайти діаметр електродного дроту.[9]

В основу вибору діаметра електродного дроту покладені ті ж принципи, що й при виборі діаметра електрода при ручному дуговому зварюванні, які полягають в залежності від товщини металу . Діаметр дроту вибирається із таблиці 2.5.

Таблиця 2.5 - Залежність діаметру електродного дроту від товщини металу

Таким чином , діаметр електродного дроту становить d_е =1,6мм.

;

3) Визначаємо напругу на дузі .

Напруга на дузі визначається наступною формулою (2.14) .

; (2.14)

де Ізв-сила зварювального струму, А, d_е - діаметр зварювального дроту, мм .

.

4) Визначаємо швидкість подачі електродного дроту .

Швидкість подачі електродного дроту визначається за наступною формулою (2.15) .

; (2.15)

де б_Р - коефіцієнт розплавлювання дроту, г/А· год ; с - густина металу електродного дроту , г/см³ (для сталі с =7,8 г/см³) .

Значення б_Р розраховується по формулі (2.16) :

; (2.16)

.

5) Визначимо швидкість зварювання .

Швидкість зварювання , м/год , розраховується по формулі (2.17) :

; (2.17)

де б_Н - коефіцієнт наплавлення, г/А год; б_Н = б_Р·(1-Ш) , де Ш - коефіцієнт втрат металу на угар и розбризкування . При зварювані в середовищі вуглекислого газу Ш = 0,1- 0.15%; F - площа поперечного січення одного валика , мм² .

6) Визначаємо площу поперечного перерізу наплавленого металу F , мм² .

Площу поперечного перерізу наплавленого металу може бути розрахована за формолою (2.18) :

; (2.18)

де F- площа поперечного перерізу наплавленого металу , Кy - коефіцієнт збільшення , який враховує наявність зазорів і випуклості , К - катет шва .

Звідси Ку вибираємо в залежності від катету шва Ку=1,25.

.

Звідси , знайдемо швидкість зварювання :

.

7) Маса наплавленого металу.

Маса наплавленого металу , г, при зварюванню розраховується по наступній формулі (2.19) :

; (2.19)

де l - довжина шва, вона рівна 240 мм ; с - густина наплавленого металу (для сталі с=7,8 г/см³) ;

8) Визначаємо розхід вуглекислого газу .

Кількість витраченого газу значній мірі впливає на якість зварного шва . Кількість витрати газу залежить від режиму зварювання та форми і розміру зварювального виробу . Зі збільшенням витрати газу зменшується значення коефіцієнтів наплавлення та розплавлення . Оскільки стовп дуги охолоджується вуглекислим газом , що поступає в зону зварювання. В даному випадку при зварювані силою струму 340 А розхід становить 17 л/хв . Залежність витрати газу від сили струму вибираємо з таблиці 2.6.

Таблиця 2.6 - Залежність витрати газу від сили зварювального струму.

9) Визначаємо виліт електродного дроту .

В даному випадку виліт електроду визначаєть виходячи із катету шва, дла ношого випадку він рівний 2 - 2,5см.

10) Визначаємо час горіння дуги.

Час горіння дуги , год , визначається по формулі:

; (2.20)

11) Визначаємо повний час зварювання :

Повний час зварювання , год, визначається по формулі (2.21) :

; (2.21)

де k_п - коефіцієнт використання зварювального поста

( k_п= 0,6 ч 0,57). .

12) Визначаємо витрату електродного дроту

Витрата електродного дроту , г, розраховується по формулі (2.22) :

; (2.22)

де G_H - маса наплавленого металу , г ; Ш - коефіцієнт втрат , ( Ш = 0,1 - 0,15) .

13) Визначаємо витрату електроенергії .

Витрата електроенергії А , кВт· год, визначається по формулі ( 2.23):

; (2.23)

де U_Д- напруга дуги , В; з - КПД джерела живлення: при постійному струмі 0,6ч0,7, при змінному 0,8ч 0,9; W_O- потужність джерела живлення, що працює на холостому ході, кВт. На постійному струмі Wо = 2,0ч 3,0 кВт, на змінному - Wо = 0,2ч 0,4 кВт.

Перед початком зварювання необхідно відрегулювати витрату газу й

почекати 20-30 секунд до повного видалення повітря зі шлангів . Перед запалюванням дуги необхідно стежити , щоб виліт електрода з мундштука не перевищував 20 -- 25 мм . Рух пальника повинне здійснюватися без затримки дуги на зварювальній ванні , тому що ця затримка викликає посилене розбризкування металу . Зварювання в нижнім положенні виробляються з

нахилом пальника під кутом 5 -- 15° уперед або назад . Переважніше вести зварювання кутом назад , тому що при цьому забезпечується більше надійний захист зварювальної ванни . При механізованому зварюванні металу малої товщини 1-2 мм поперечних коливальних рухів не роблять . Зварювання ведуть на максимальній довжині дуги , з максимальною швидкістю . При достатньому газовому захисті уникають пропалів і забезпечують нормальне формування шва . Пальник ведуть кутом назад , при цьому кут нахилу становить 30-45°.

Стикові з'єднання при товщині металу 1,5-3 мм зварюють у висячому положенні. Більше тонкий метал зварюють у вертикальному положенні на спуск (зверху вниз) , провар досягається за один прохід . Зварювання з'єднань в напустку при товщині металу 0,8-2,0 мм частіше роблять у висячому положенні й рідше - на мідній підкладці . При якісному складані в напустку з'єднань представляється можливим значно збільшити швидкість зварювання. Коливальні рухи пальником при зварюванні більших товщин ті ж , що й при ручному зварюванні . При зварюванні з перекриттям для зменшення пор застосовуються поздовжні коливання пальника уздовж осі шва , що забезпечує більше повне видалення водню зі зварювальної ванни .

Зварювання в середовищі вуглекислого газу є високопродуктивним процесом. У масовому й багатосерійному виробництві працюють слюсарі-збирач і , які звільняють зварника від складальних операцій . Зварювальний пост у цьому випадку обладнається крім зварювальної апаратури спеціальними : пристосуваннями для забезпечення високої продуктивності зварювальних робіт при гарантованій якості зварених вузлів.

4 Вибір основного зварювального обладнання

Вибір основного зварювального обладнання залежить від способу зварювання і від режимів зварювання, а також враховуються техніко- економічна ефективність вибраного обладнання.

Для ручного дугового зварювання вибираємо багато постовий випрямляч ВКСМ-1000, який розрахований на 6 постів і до даного джерела живлення вибираємо баластний реостат РБ-301.

Основними елементами багатопостового випрямляча ВКСМ-1000, є силовий понижуючий трансформатор ТС, випрямний блок, шинопровід з баластними опорами. Зовнішня характеристика випрямляча жорстка. Для створення падаючої характерстики застосовують баластні реостати типу РБ.

Трансформатор ТС - трьохфазний, стержневого типу, обмотки виконані із алюмінієвих проводів. Первинна обмотка трансформатора з'єднана трикутником, а вторинна, яка складається із двух трьохфазних обмоток, - зірочкою.

Характеристики ВКСМ-1000 зведені в таблицю 2.7.

Для регулювання на кожному посту вибираю баластний реостат РБ-301 з номінальним зварювальним струмом до 300 А. Межі регулювання струму від 15 до 300 А. Через кожні 15 А. створює подає характеристику і запобігає від короткого замикання джерела живлення.

Технічні характеристики баластового реостата відображені в таблиці 2.8.

Таблиця 2.7 - Технічні характеристики ВКСМ-1000

Таблиця 2.8 - Технічні характеристики баластового реостата РБ-301

Для зварювання патрубка із коробкою корпусу використаємо зварювальну автоматичну головку а1416. Зварювальний автомат був вибраний на основі режимів зварювання, вибраних на підставі розрахунків у попередньому пункті, які входять в межі показників технічної характеристики даного автомата.

Основним вузлом автомата є механізм подачи електродного дроту, який складається з електродвигуна, редуктора із змінними шестернями і двох роликів - ведучого і прижимного. Зварювальний дріт подається з котушки, приходячи через правильні ролики, встановлені на ексцентричних висях, внаслідок чого можна

змінювати умови правки. Випралений дріт подається в зону зварювання через роликовий мунштук, до якого кабелем підводиться зварювальний струм.

Механізм подачі розташований на штанзі, рух якої по висоті забеспечується спеціальним механізмом підйому. Флюсобункер сполучений із флюсоапаратом, який забезпечує відсос нерозплавленого флюсу з поверхні зварного шва за допомогою ежектора при тиску стиснутого повітра 0,4 Мпа. За допомогою супорта проводиться ручне коректування поперечного положення мундштука в залежності від показань світлового вказувача. Переміщення головнни вздовж зварного виробу виконується візком по напрямним рейсам з робочою чи маршевою швидкістю. Стійка з роликом запобігає від опрокидання автомата. У шафі керування розташовані допоміжні трансформатори, реле, автомати, а необхідні кнопки і тумблери винесені на спеціальний пульт.(табл.2.9)

Таблиця 2.9 - Технічні характеристики автомату а1416

Зварювання опор і штуцера проводиться напівавтоматичним дуговим зварюванням в середовищі захисних газів напівавтоматом VST-457-2.(табл.)

Ступінчасте регулювання швидкості подачі електродного дроту за допомогою зміни шестерень. Привід подачі дроту складається із ступінчастого редуктора з асинхронним двигуном, що забезпечує надійність і стабільність роботи подаючого механізму в тяжких промислових умовах виробництва. Забезпечує стабілізацію швидкості подачі зварювального дроту і зворотний зв'язок по напрузі на двигуні подачі зварювального дроту, що дозволяє виробляти якісне зварювання на відстані до 30 метрів від зварювального джерела. Стабільна швидкість подачі зварювального дроту при довжині шлейфу пальника до 5 м і вигинах шлейфу. Автоматичне управління газовим трактом, зварювальним джерелом і подаючим механізмом за допомогою кнопки на пальнику. Застосування потужного 4-х роликового механізму подачі, забезпечує підвищене тягове зусилля і можливість роботи з пальниками завдовжки до 5м. Зубчасте зачеплення подаючого і притискного роликів. Універсальний гальмівний пристрій, відповідає європейському стандарту.

Для напівавтоматичного зварювання в середовищі СО₂ використовується жорстка вольт-амперна характеристика. В наш час широко використовуються джерела живлення такі як випрямлячі, особливо марок ВДУ, тому що вони володіють не тільки жорсткою вольт-амперною характеристикою, а й крутопадаючою і зростаючою характеристиками.

Технічна характеристика VST-457-2 зведені в таблицю 2.10.

Таблиця 2.10 - Технічна характеристика VST-457-2

5 Вибір механізованого зварювального обладнання

Механічне зварювальне обладнання використовується для удосконалення і автоматизації процесу зварювання для того, щоб підвищити виготовлення продукції в десятки разів. До механічного обладнання відносяться різного роду приспосіблення: маніпулятори, кантувачі, обертачі, позиціонери, роликові стенди та ін.[6]

Зварювальні маніпулятори призначені для обертання зі швидкістю зварювання виробів при виконанні кільцевих швів в зручному для зварювання положенні, що забезпечується зміною величини кута нахилу осі обертання, їхніми складовими частинами є; корпус із механізмом нахилення планшайби, стіл (траверса) з планшайбою і механізмом її обертання.

Кантувачі - це стаціонарні пристрої, що дозволяють закріплювати вироби, повертати їх і встановлювати в зручне для зварювання положення. Розрізняють такі основні види кантувачів; одностоякові; двостоякові з рухомими центрами; двостоякові з нерухомими центрами; човникові; кільцеві; домкратні; ланцюгові; важільні та ін.

Позиціонер призначений для установки виробів у зручне для складання й зварювання положення й забезпечує тільки маршове обертання виробів, що зварюються, при різних кутах нахилу осі обертання виробу. На відміну від маніпулятора позиционер не забезпечує обертання виробу, що зварюється, зі швидкістю зварювання.

Обертач забезпечує обертання виробу з робочою швидкістю або з робочою й маршовою швидкістю навколо осі, що не змінює свого положення в просторі. Обертач на відміну від маніпулятора не забезпечує нахилу осі обертання виробу.

Обертач зварювальний вертикальний M 11050 призначений для обертання виробів навколо вертикальної осі зі зварювальною швидкістю при автоматичному

дуговому електрозварюванні кругових швів під флюсом або в середовищі захисних газів або установки їх в зручне положення на маршевій швидкості при напівавтоматичному або ручному зварюванні технічна характеристика вказана в таблиці 3.2. Станина обертача зварна. На столі змонтований привід обертання планшайби, що складається з електродвигуна і черв'ячно-циліндричного редуктора. Обертач забезпечений пристроєм для автоматичної зупинки після закінчення зварювання кругового шва з перекриттям. [4]

Рисунок 2.1 - Загальний вигляд зварювального обертача М 11050

Виріб кріпиться на планшайбі з Т-подібними пазами за допомогою кріпильних пристосувань. Конструкція шпинделя передбачає можливість підведення стислого повітря при кріпленні зварюваного виробу на планшайбі або в пристосуванні.

Таблиця 3.2 - Технічна характеристика зварювального обертача М 11050

Размещено на Allbest.ru