Контактная точечная электросварка

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Республики Татарстан

Альметьевский государственный нефтяной институт

Кафедра транспорта и хранения нефти и газа

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Технология металлов и трубопроводно-строительных материалов»

Альметьевск 2014



Содержание

1. Приведите схему и опишите сущность процесса контактной точечной электросварки

2. Ультразвуковой метод контроля сварных соединений

3. Рассчитать оптимальный режим электроконтактной сварки труб и конструктивные параметры сварочной установки



1. Приведите схему и опишите сущность процесса контактной точечной электросварки

Сварка представляет собой процесс получения неразъемных соединений металлических деталей в узлы и конструкции. По своей природе сварка является сложным и разнообразным металлургическим процессом. Образование сварных соединений происходит в большинстве случаев в узкой зоне плавления соединяемых деталей с последующей кристаллизацией этих зон и образованием сварного шва.

Термин "Контактная сварка" включает все виды сварки, основанные на использовании тепла, выделяющегося в металле свариваемых деталей и в контакте между ними при прохождении электрического тока.

Основными способами электрической контактной сварки являются точечная, шовная (роликовая) и стыковая. Эти три вида контактной сварки нашли наибольшее применение в промышленности.

Точечная сварка является разновидностью контактной сварки. При этом способе, нагрев металла до температуры его плавления осуществляется теплом, которое образуется при прохождении большого электрического тока от одной детали к другой через место их контакта. Одновременно с пропусканием тока и некоторое время спустя после него производится сжатие деталей, в результате чего происходит взаимное проникновение и сплавление нагретых участков металла.

контактный точечный электросварка ультразвуковой

Контактная точечная сварка

Особенностями контактной точечной сварки являются: малое время сварки (от 0,1 до нескольких секунд), большой сварочный ток (более 1000А), малое напряжение в сварочной цепи (1-10В, обычно 2-3В), значительное усилие сжимающее место сварки (от нескольких десятков до сотен кг), небольшая зона расплавления.

Точечную сварку чаще всего применяют для соединения листовых заготовок внахлестку, реже - для сварки стержневых материалов. Диапазон толщин, свариваемых ею, составляет от нескольких микрометров до 2-3 см, однако чаще всего толщина свариваемого металла варьируется от десятых долей до 5-6 мм.

Кроме точечной, существуют и другие виды контактной сварки (стыковая, шовная и пр.), однако точечная сварка является наиболее распространенной. Она применятся в автомобилестроении, строительстве, радиоэлектронике, авиастроении и многих других отраслях. При строительстве современных лайнеров, в частности, производится несколько миллионов сварных точек.

Большая востребованность точечной сварки обусловлена целым рядом достоинств, которыми она обладает. В их числе: отсутствие необходимости в сварочных материалах (электродах, присадочных материалах, флюсах и пр.), незначительные остаточные деформации, простота и удобство работы со сварочными аппаратами, аккуратность соединения (практическое отсутствие сварного шва), экологичность, экономичность, подверженность легкой механизации и автоматизации, высокая производительность. Автоматы точечной сварки способны выполнять до нескольких сотен сварочных циклов (сварных точек) в минуту.

К недостаткам можно отнести отсутствие герметичности шва и концентрацию напряжений в точке сварки. Причем последние могут быть значительно уменьшены или вообще устранены особыми технологическими приемами.



Основные параметры контактной точечной сварки

К основным параметрам контактной точечной сварки относятся: сила сварочного тока (IСВ), длительность его импульса (tСВ), усилие сжатия электродов (FСВ), размеры и форма рабочих поверхностей электродов (R - при сферической, dЭ - при плоской форме). Для лучшей наглядности процесса эти параметры представляются в виде циклограммы, отражающей их изменение во времени.

Изменение параметров во времени

При точном расчете продолжительности сварочного импульса должны учитываться многие факторы - толщина деталей и размер сварной точки, температура плавления свариваемого металла, его предел текучести, коэффициент аккумуляции тепла и пр. Есть сложные формулы с эмпирическими зависимостями, по которым при необходимости осуществляют расчет.

На практике чаще всего время сварки принимают по таблицам, корректируя при необходимости принятые значения в ту или иную сторону в зависимости от полученных результатов.

2. Ультрозвуковой метод контроля сварных соединений

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации различных объектов со сварными соединениями все швы необходимо подвергать регулярной проверки. Вне зависимости от их новизны или давнего срока эксплуатации металлические соединения проверяются различными методами дефектоскопии. Наиболее действенным методом является УЗД -- ультразвуковая диагностика, которая превосходит по точности полученных результатов рентгенодефектоскопию, гамма-дефектоскопию, радио-дефектоскопию и др.

Это далеко не новый (впервые УЗК проведен в 1930 году) метод, но является очень популярным и используется практически повсеместно. Это обусловлено тем, что наличие даже небольших дефектов сварочных швов приводит к неизбежной утрате физических свойств, таких как прочность, а со временем к разрушению соединения и непригодности всей конструкции.

Ультразвуковой контроль сварных швов -- это неразрушающий целостности сварочных соединений метод контроля и поиска скрытых и внутренних механических дефектов не допустимой величины и химических отклонений от заданной нормы. Методом ультразвуковой дефектоскопии (УЗД) проводится диагностика разных сварных соединений. УЗК является действенным при выявлении воздушных пустот, химически не однородного состава (шлаковые вложения в металле) и выявления присутствия не металлических элементов.

Принцип работы

Ультразвуковая технология испытания основана на способности высокочастотных колебаний (около 20 000 Гц) проникать в металл и отражаться от поверхности царапин, пустот и других неровностей. Искусственно созданная, направленная диагностическая волна проникает в проверяемое соединение и в случае обнаружения дефекта отклоняется от своего нормального распространения. Оператор УЗД видит это отклонение на экранах приборов и по определенным показаниям данных может дать характеристику выявленному дефекту. Например:

· расстояние до дефекта -- по времени распространения ультразвуковой волны в материале;

· относительный размер дефекта -- по амплитуде отраженного импульса.

На сегодняшний день в промышленности применяют пять основных методов проведения УЗК (ГОСТ 23829 -- 79), которые отличаются между собой только способом регистрации и оценки данных:

· Теневой метод. Заключается в контроле уменьшения амплитуды ультразвуковых колебаний прошедшего и отраженного импульсов.

· Зеркально-теневой метод. Обнаруживает дефекты швов по коэффициенту затухания отраженного колебания.

· Эхо-зеркальный метод или “Тандем”. Заключается в использовании двух аппаратов, которые перекликаются в работе и с разных сторон подходят к дефекту.

· Дельта-метод. Основывается на контроле ультразвуковой энергии, переизлученной от дефекта.

· Эхо-метод. Основан на регистрации сигнала отраженного от дефекта.

Процедура проведения дефектоскопии

1. Удаляется краска и ржавчина со сварочных швов и на расстоянии 50 -- 70 мм с двух сторон.

2. Для получения более точного результата УЗД требуется хорошее прохождение ультразвуковых колебаний. Поэтому поверхность металла около шва и сам шов обрабатываются трансформаторным, турбинным, машинным маслом или солидолом, глицерином.

3. Прибор предварительно настраивается по определенному стандарту, который рассчитан на решения конкретной задачи УЗД. Контроль:

4. толщины до 20 мм -- стандартные настройки (зарубки);

5. свыше 20 мм -- настраиваются АРД-диаграммы;

6. качества соединения -- настраиваются AVG или DGS-диаграммы.

7. Искатель перемещают зигзагообразно вдоль шва и при этом стараются повернуть вокруг оси на 10-150.

8. При появлении устойчивого сигнала на экране прибора в зоне проведения УЗК, искатель максимально разворачивают. Необходимо проводить поиск до появления на экране сигнала с максимальной амплитудой.

9. Следует уточнить: не вызвано ли наличие подобного колебания отражением волны от швов, что часто бывает при УЗД.

10. Если нет, то фиксируется дефект и записываются координаты.

11. Контроль сварных швов проводится согласно ГОСТу за один или два прохода.

12. Тавровые швы (швы под 90 0) проверяются эхо-методом.

13. Все результаты проверки дефектоскопист заносит в таблицу данных, по которой можно будет легко повторно обнаружить дефект и устранить его.

Иногда для определения более точного характера дефекта характеристики от УЗД не хватает и требуется применить более развернутые исследования, воспользовавшись рентгенодефектоскопией или гамма-дефектоскопией.

Рамки применения данной методики при выявлении дефектов

Контроль сварочных швов, основанный на УЗД довольно четкий. И при правильно проведенной методике испытания шва дает полностью исчерпывающий ответ по поводу имеющегося дефекта. Но рамки применения УЗК так же имеет.

С помощью проведения УЗК возможно выявить следующие дефекты:

· Трещины в околошовной зоне;

· поры;

· непровары шва;

· расслоения наплавленного металла;

· несплошности и несплавления шва;

· дефекты свищеобразного характера;

· провисание металла в нижней зоне сварного шва;

· зоны, пораженные коррозией,

· участки с несоответствием химического состава,

· участки с искажением геометрического размера.

Подобную УЗД возможно осуществить в следующих металлах:

· чугун;

· медь;

· аустенитные стали;

· легированные стали;

· и в металлах, которые плохо проводят ультразвук.

УЗД проводится в геометрических рамках:

· На максимальной глубине залегания шва -- до 10 метров.

· На минимальной глубине (толщина металла) -- от 3 до 4 мм.

· Минимальная толщина шва (в зависимости от прибора) -- от 8 до 10 мм.

· Максимальная толщина металла -- от 500 до 800 мм.

Проверки подвергаются следующие виды швов:

· плоские швы;

· продольные швы;

· кольцевые швы;

· сварные стыки;

· тавровые соединения;

· сварные трубы.



3. Рассчитать оптимальный режим электроконтактной сварки труб и конструктивные параметры сварочной установки, если Дано: d=1020 мм, сечение 8 мм

Теория:

Расчет оптимальных режимов сварки для электроконтактной сварки оплавлением начинают с выбора мощности электростанции, питающей сварочный трансформатор. Мощность электростанции потребляется сварочным трансформатором, гидроприводом и другими вспомогательными агрегатами

, (1)

где - мощность, потребляемая сварочным транформатором, (кВт), равная

, (2)

где - коэффициент, учитывающий случайные перегрузки при сварке; - площадь сечения свариваемой трубы, см², равная

(3)

Где - наружный диаметр трубы, мм; - толщина стенки трубы, мм; мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных агрегатов кВт, равная

коэффициент полезного действия электростанции.

Для дальнейшего расчета необходимо задаться напряжением на вторичной обмотке сварочного трансформатора или сопротивлением сварочного трансформатора при коротком замыкании. Обычно вторичное напряжение выбирают в пределах от 5 до 8 В. При этом большие значения вторичного напряжения относятся к большим сечениям трубы (свыше 20000 мм²). Тогда максимально допустимое сопротивление сварочного трансформатора при коротком замыкании

(4)

Где - удельная мощность, расходуемая на сварку; - коэффициент мощности; - удельное сопротивление, При оплавлении оно изменяется. Для углеродистой стали при температуре +20⁰С принимается равным

Среднюю скорость оплавления определяют из выражения:

(5)

Исходя из потребляемой мощности, вторичного напряжения и коэффициента мощности определяем ток во вторичной обмотке трансформатора в процессе оплавления по формуле:

(6)

Для определения тока в первичной обмотке трансформатора найдем предварительно коэффициент трансформации:



(7)

где - напряжение в первичной обмотке трансформатора.

Тогда первичный ток в процессе оплавления

(8)

Минимальное время оплавления, необходимое для достижения в стыке перед осадкой температуры плавления металла и покрытия каждого из сваренных торцов жидкой пленкой металла толщиной, равной 1,0 мм, можно найти по формуле:

(9)

где - время достижения температуры плавления в стыке, с; - время, необходимое для образования на оплавляемых торцах жидкой пленки металла толщиной 1 мм, принимается

Время, необходимое для достижения температуры плавления в стыке определяют по эмпирической формуле:

(10)

Величину оплавления определим из зависимости:

(11)

Расход энергии (кВт.ч) для сварки одного стыка найдем из произведения мощности, потребляемой в процессе оплавления на время оплавления

(12)

Расход электроэнергии (кВт.ч) на привод маслонасоса и компрессора за этот период времени

(13)

где - мощность привода механизма осадка, кВт:

, (14)

- усилие осадка, Н:

(15)

- заданное удельное давление в стыке, рекомендуется значение выбирать в пределах 40-60 МПа;

- коэффициент полезного действия привода осадки, принимается

Суммарный расход электроэнергии на сварку одного стыка

(16)

Оптимальную величину осадки найдем из выражения:



(17)

Таким образом, общий припуск свариваемых труб в процессе оплавления и осадки

(18)

Решение: 1. Мощность, потребляемая сварочным трансформатором по формуле (1)

2. Мощность, затраченная на привод вспомогательных агрегатов по формуле (3):

3. Для сварки труб необходима электростанция мощностью:

4. Вторичное напряжение принимается равным 8В. Максимально допустимое сопротивление сварочного трансформатор при коротком замыкании по формуле (4):



5. Скорость оплавления определим по выражению (5):

6. Сила сварочного тока в процессе оплавления во вторичной обмотке будет равной по формуле (6):

7. Коэффициент трансформации по выражению (7):

8. Первичный ток в процессе оплавления по формуле (8):

9. Ток короткого замыкания:

10. Время оплавления определим по зависимости (10):

11. Величина оплавления определяется по зависимости (11):

12. Расход электроэнергии для сварки одного стыка находится по зависимости (12):

13. Расход электроэнергии на привод механизма осадки за этот период времени по формуле (13):

14. Общий расход электроэнергии на один стык по формуле (16):

15. Для определения осадки применяется формула (17):

16. Общее перемещение свариваемых изделий находится:

17. Губки сварочной машины должны быть установлены от кромок труб на расстоянии

Размещено на Allbest.ru