Разработка технологического процесса сварки цилиндрической толстолистовой конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Цель работы: изучение особенности сварки плавлением стали 10Г2С и разработка технологического процесса сварки цилиндрической толстолистовой конструкции.

Сварка является одним из основных технологических процессов в промышленности. Сварку применяют при изготовлении и монтаже строительных конструкций, трубопроводов, технологического оборудования из различных марок сталей, цветных металлов и сплавов, других материалов.

Производительность и качество сварочных работ и, как следствие, эффективность современного строительно-монтажного производства определяются главным образом их техническим уровнем и квалификацией специалистов. Последний фактор становится особенно важным в условиях все возрастающего насыщения сварочного производства сложным оборудованием, использования в сварных конструкциях трудносвариваемых сталей и сплавов, применения новых прогрессивных технологических процессов, повышения требований к качеству сварных соединений.

1. Исходные данные

1. Цилиндрическая толстолистовая конструкция. Длина 4000 мм. Диаметр 1000. Толщина 20 мм. Сталь марки 10Г2С (t_8/5 - 10 - 40 c)

2. Тип соединения: стыковое .

3. Характеристика соединения: кольцевое поворотное двухцелендрический.

4. Характеристика шва: Односторонний стыковой с полным проплавлением.

5. Положение сварки: нижнее.

6. Способ сварки: механизированная сварка в защитном газе.

7.Условия производства: температура металла 20єС.

2. Характеристики свариваемой конструкции

Рис 1. Внешний вид цилиндрической толстолистовой конструкции.

Геометрические размеры:

Длина 4000мм.

Диаметр 1000.

Толщина 20 мм.

Сталь марки 10Г2С.

t_8/5 - 10 - 40 c.

По условию цилиндрическая толстолистовая конструкция изготавливается из конструкционной низколегированной стали для сварных конструкций стали 10Г2С. Ниже приведены химический состав и механические свойства стали.

Таблица 2.1 Химический состав в % материала 10Г2С

C	Si	Mn	Cr	N	Ni	Cu	As	S	P
0,12	0.8 - 1.1	1.3 - 1.65	До 0.3	0.008	до 0.3	до 0.3	до 0.08	до 0.04	до 0.035

Таблица 2.2 Механические свойства стали 10Г2С при температуре 20°.

Класс прочности по ГОСТ 19281-89	Предел текучести уТ, МПа	Временное сопротивление уВ, МПа	Относительное удлинение дS ,%
590-640	295-355	430-490	21

3. Выбор способа сварки

Способ сварки механизированная сварка в защитном газе.

Механизированная дуговая сварка (прежний термин -- полуавтоматическая) представляет собой процесс дуговой сварки плавящимся электродом, при котором подача проволоки в зону сварки осуществляется с помощью механизмов -- сварочных полуавтоматов. Перемещение дуги вдоль свариваемых кромок и манипулирование электродом при сварке производится вручную. Такая схема процесса, во многом сохраняя приемы и достоинства ручной сварки (простота, надежность, маневренность, малое время на подготовку к сварке и т.п.), делает ее весьма пригодной и в настоящее время наиболее перспективной для производства сварочных работ во многих отраслях промышленности и особенно в машиностроении.

Рис. 2. Схема механизированной сварки плавящимся электродом: 1 -- свариваемые детали; 2 -- плавящийся электрод (проволока); сварочный полуавтомат: 3 -- горелка с гибким шлангом; 4 -- механизм подачи проволоки; 5 -- кассета с проволокой; 6 -- шкаф управления; 7 -- источник питания; 8 -- сварочный кабель; 9 -- провод цепи управления; 10 -- баллон с газом; 11 -- газовый шланг; 12 -- газовый редуктор-расходомер (10--12 -- устанавливаются при сварке с использованием защитного газа)

Сварка в защитных газах является одним из способов дуговой сварки. При этом способе в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. Сварка в защитных газах отличается следующими преимуществами: высокая производительность (в 2...3 раза выше обычной дуговой сварки), возможность сварки в любых пространственных положениях, хорошая защита зоны сварки от кислорода и азота атмосферы, отсутствие необходимости очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке; малая зона термического влияния; относительно малые деформации изделий; возможность наблюдения за процессом формирования шва; доступность механизации и автоматизации. Недостатками этого способа сварки являются необходимость принятия мер, предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки, применение газовой аппаратуры, а в некоторых случаях и применение относительно дорогих защитных газов.

Известны следующие разновидности сварки в защитном газе: в инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в нейтральных двухатомных газах (азот, водород), в углекислом газе. В практике наиболее широкое применение получили аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе. Инертный газ -- гелий применяется очень редко ввиду его большой стоимости. Для сварки ответственных конструкций широко применяется сварка в смеси газов аргона и углекислого газа в соотношении 85% аргона и 15% С02. Качество этой сварки сталей очень высокое. Питание дуги осуществляют источники постоянного тока с жесткой характеристикой. В последние годы применяются в основном сварные выпрямители серии ВДУ с универсальной внешней характеристикой, т. е. жесткой, либо крутопадающей простым переключением пакетника.

Переменный ток не применяется из-за низкой устойчивости процесса горения дуги, плохого формирования и плохого качества шва. Напряжение на дуге при сварке в С02должно быть не более 30 В, так как с увеличением напряжения и длины дуги увеличивается разбрызгивание и окисление. Обычно напряжение дуги -- 22-- 28 В, скорость сварки -- 20-80 м/ч, расход газа 7--20 л/мин. Сварка в С02 с проволокой дает провар более глубокий, чем электроды, поэтому при переходе с ручной сварки оправданным считается уменьшение катетов примерно на 10%. Это объясняется повышенной плотностью тока на 1 мм2электродной проволоки. Основные элементы режима сварки в С02 в табл.1.

Таблица 3 Типовые параметры режима сварки в С0₂

Диаметр проволоки, мм	Сварочный ток, А	Скорость подачи проволоки м/ч	Напряжене на дуге, В	Расход газа, л/мин	Вылет проволоки, мм
0,8	50--110	устанавл. подбором под режим	18--20	5--7	6--12
1,0	70--150		19--21	7--9	7--13
1,2	90--230		21--25	12--15	8--15
1,6	150--300		23--28	12--17	13--20

Сварку в углекислом газе производят почти во всех пространственных положениях, что очень важно при производстве строительно-монтажных работ. Сварку осуществляют при питании дуги постоянным током обратной полярности.

Рис. 3. Движение электрода во время сварки в углекислом газе при выполнении многослойного шва

На рисунке показаны движения электрода во время сварки в углекислом газе при выполнении многослойного шва.

3. Состав оборудования

В состав технологического оборудования, необходимого для выполнения сварочных работ при дуговой механизированной сварке в защитных газах входят:

источник питания;

сборочно-сварочные приспособления;

газовая аппаратура;

приборы газовой магистрали;

сварочный аппарат (полуавтомат).

4. Особенности сварки стали 10Г2С

Cталь марки 10Г2С1 относится к конструкционным низколегированным.

Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г8, 09Г2С, 10Г2С, практически не закаливаются при всех способах сварки. Применяют при сварке заготовок толщиной свыше 30 мм.

Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г8, 09Г2С, 10Г2С при сварке покрытыми электродами не закаливаются и мало склонны к перегреву. Сварку этих сталей производят аналогично сварке низкоуглеродистой стали.

Неоднородность напряженного состояния заготовок при упруго-пластическом деформировании вызывает возникновение остаточных напряжений и деформаций, интенсифицирующих процессы МХПМ, деформационного охрупчивания и старения сталей. Деформационное старение низколегированных и низкоуглеродистых сталей способствует сближению значений предела текучести и временного сопротивления, снижению характеристик трещиностойокости, малоцикловой и коррозионно-механической прочности. Склонность материала к деформационному старению оценивается по изменению отношения предела текучести к временному сопротивлению, отражающему основные механические и эксплуатационные характеристики. Дана количественная оценка и предложены технологические способы снижения отрицательных эффектов упруго-пластического деформирования, основанные на обеспечении принципов взаимозаменяемости базовых деталей и снижении остаточных напряжений и деформаций.

Ее существенным преимуществом является возможность выполнения швов во всех пространственных положениях. Оба вида сварки могут быть рекомендованы для соединений конструкций из низколегированных и низкоуглеродистых сталей.

Производим расчёт параметра трещинообразования (Р_с), он показывает склонность стали к образованию холодных трещин

Р_с=Р_см+H/60+д/600

Р_см - коэффициент, характеризующий охрупчивание металла в следствии структурных превращений;

H - количество диффузионного водорода в металле шва[Н]-10

д - толщина свариваемого металла, мм.

Коэффициент Р_см=С+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B

P_см=0.12+0.8/30+0.1/20+0.1/20=0,15

P_c=0,15+10/60+20/600=0.35

P_c=0,43 P_c?0.37 - это значит, что сварные соединения не склонны к образованию холодных трещин.

Расчёт углеродного эквивалента С_экв

С_экв=(С+Mn)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15, %

С_экв=(0,12+1,3)/6+(0,1)/5=0,25%

С_экв=0,25%<0.2-0.25% - это значит, что сварные соединения не чувствительны к образованию закалочных структур

5. Выбор сварочных материалов

Конструкция по условию курсового проекта будет изготавливаться из низкоуглеродистой низколегированной стали 10Г2С. Данная сталь имеет высокие механические свойства (временное сопротивление 510МПа) и может хорошо работать в условиях динамических переменных нагрузок.

Низколегированые стали рекомендуется сваривать проволокой Св-08Г2С d = 1,2мм по ГОСТ 2246 - 70.

Таблица 5.1 Химический состав проволоки Св-08Г2С по ГОСТ 2246 - 70.

Марка проволоки	Углерод	Кремний	Марганец	Хром
Св - 08Г2С	0,05 - 0,11	0,70 - 0,95	1,80 - 2,10	?0,20

Дополнительное легирование марганцем позволяет получать качественное сварное соединение в среде CO₂.

Сварочно-технологические свойства: Устойчивость дуги хорошая, формирование шва удовлетворительное, склонность к образованию пор и трещин низкая.

6. Выбор основного и вспомогательного оборудования

1. Основное оборудование:

Сварку заданной стали обеспечит сварочный аппарат Kemppi Kempact Pulse 3000. Ниже приведены технические данные.

Kempact Pulse 3000 - эффективный аппарат синергетической сварки MIG/MAG с функциями импульсной сварки и сварки двойными импульсами. Аппарат предназначен MIG/MAG для сварки алюминия и других материалов, имеющий разнообразные функции для профессионалов с четкими требованиями к точности управления качеством сварки.



Рис. 4

Kempact Pulse 3000 имеет функцию импульсной сварки, сварки двойными импульсами, а также сохраненные в памяти программы сварки, используемые для автоматической оптимизации настроек конкретных сварочных операций.

2.Вспомогательное оборудование.

Для очистки кромок металла будем применять шлифовальную машинку.

2.1 Кантователи предназначены для установки свариваемого изделия и поворота его вокруг горизонтальной оси, а также для перемещения изделия по вертикали. Кантователи не имеют - сварочной скорости. Они различаются по принципу устройства привода поворота. Наиболее распространены кантователи центровые, цепные, книжные, кольцевые. Центровые кантователи (рис. 5) имеют две стойки, на которых смонтированы приводы со шпинделями и рабочими органами. Одна из стоек, обычно неподвижная, имеет привод вращения шпинделя. Вторая, подвижная, имеет механизм перемещения по направляющим.

Рис. 5. Кантователь двухстоечный с подъемными центрами: 1 - стойки; 2 - шпиндели; 3 - приводы

В случае небольших перемещений вместо перемещения всей стойки может выдвигаться лишь шпиндель. Кроме того, каждая стойка может иметь синхронизированный привод подъема центров, который упрощает работу при сварке рамных конструкций. Основными параметрами кантователей являются крутящий момент, грузоподъемность, минимальная и максимальная высота подъема центров. Выбор кантователя проводится аналогично выбору манипулятора по грузоподъемности и крутящему моменту. Основные параметры и размеры сварочных двухстоечных кантователей с подъемными центрами .

2.2 Для изготовления кромок будем применять кромкорез TruTool TKF 1100 (1А1) с электроприводом

2.3 Болгарка BOSH PWS 650.

3. Проволока сварочная омедненная СВ08Г2С

Проволока сварочная по ГОСТ 2246-70 диаметром 0,5-2,0 мм и 6,0-8,0 мм и легированная диаметром 0,8-4,0 мм поставляется в мотках массой не более 80кг, диаметром 2,5-5,0 мм поставляется в бухтах массой 500-1200кг. Мотки (бухты) обертываются водонепроницаемой двухслойной упаковочной бумагой или парафинированной бумагой. По назначению сварочная проволока подразделяется: проволока сварочная для сварки (наплавки); проволока сварочная для изготовлении электродов. Проволока сварочная ГОСТ 2246-70 применяется для механизированных способов cварки. Временное сопротивление разрыву соответствует ГОСТ 2246-70. Проволока сварочная поставляется в мотках прямоугольного сечения или на крупногабаритных металлических катушках емкостью до 1000кг. Мотки сварочной проволоки обертываются влагонепроницаемой бумагой, затем тарной тканью, на катушках не упаковывается. Проволока сварочная марки СВ08Г2С применяется для изготовления электродов. Проволока сварочная поставляется на катушках массой до 1000кг, по требованию потребителя в мотках. Требования к упаковке согласно ГОСТ 2246-70. Проволока сварочная омедненная марки СВ08Г2С Проволока сварочная омедненная марки СВ08Г2С гарантирует высокие сварочно-технологические свойства, стабильность механических свойств металлошва и надежность сварных соединений.

4. Щиток

7. Разработка технологического процесса сварки

1.Исходные данные

1.Цилиндрическая толстолистовая конструкция. Длина 4000 мм. Диаметр 1000. Толщина 20 мм. Сталь марки 10Г2С (t_8/5 - 10 - 40 c)

2. Тип соединения: стыковое.

3. Характеристика соединения: кольцевое поворотное двух цилиндрический.

4. Характеристика шва: Односторонний стыковой с полным проплавлением.

5. Положение сварки: нижнее.

6. Способ сварки: механизированная сварка в защитном газе.

7.Условия производства: температура металла 20єС.

7.1 Подготовка конструкции к сборке.

Подготовка и хранение сварочных материалов

Сварочные материалы следует хранить в сухом отапливаемом помещении, в условиях, предохраняющих от увлажнения и загрязнения. Температура помещения должна быть не ниже 15 °С.

Подготовка конструкции к сборке.

При подготовке металла и конструкции к сборке и сварке необходимо провести входной контроль который включает:

· Проверку качества основного материала и , несмотря на наличие сертификата предприятия изготовителя, проверку химического состава стали, в том числе для определения действительного значения эквивалентного углерода;

· Внешний осмотр на наличие трещин и расслоений;

В целях избегания образования в швах пор и других включений торцевые поверхности кромок и прилегающие к ним зоны металла шириной 25-30 мм. Подлежат очистке от ржавчины, краски, масляных и других загрязнений. Очистку выполняем шлифовальной машинкой BOSH PWS 650.По условию проекта необходимо выполнить односторонний стыковой шов с полным проплавлением, что по ГОСТ 16037-80 соответствует типу стыкового соединения С8.Разделку кромок выполняем при помощи кромкореза TruTool TKF 1100 (1А1).

По условию проекта необходимо выполнить кольцевой поворотный двух цилиндрический шов без скоса кромки с частичным проплавлением, что по ГОСТ 16037-80. соответствует типу С-8, с зазором 2мм. рис 6. Подготовленные под сварку кромки и прилегающие к ним участки металла шириной не менее 20мм, должны быть самым тщательным образом очищены, очистку производить шлифовальной машинкой.

Рис 6. Вид выполняемого шва.

Таблица 7.1 Выписка из ГОСТ 16037-80

Условное обозначение сварного соединения	Конструктивные элементы и размеры	Способ сварки	s - s1	b	с	e	g
	подготовленных кромок свариваемых деталей	сварного шва			Номин.	Пред. откл.	Номин.	Пред. откл.	Номин.	Пред. откл.	Номин.	Пред. откл.
С8	Рис 3.1	Рис 3.2	ЗП; Р	3	1	+0,5	0,5	+0,5	8	+2	1,5
				4					10			+1,5
				5					11			1,0
				6					12
				7					13	+3
				8					14		2,0
				9	2		1,0	+0,5	16	+4
				10					18			+2,0
				12		+1,0			20			1,5
				14					22	+5
				16					25
				18					27
				20					29	+7

Сборка конструкции под сварку.

Процесс сборки состоит из трёх последовательных выполняемых операций:

1. временного закрепления свариваемых конструкций в контователе;

2. подгонки кромок соединяемых элементов 2мм;

3. постановки прихваток на подогнанные кромки.

Длина прихваток 20мм, расстояние между прихватками 300 мм.

Таблица 7.2 Прихватки выполняем сварочным оборудованием Kemppi Kempact Puls 3000.

Вылет проволоки	D проволоки, мм	Сила тока, А	Напряжение дуги, В	Скорость сварки. м\ч.
10	1,2	170	22	19

К качеству прихваток предъявляют такие же требования, как и штатным швам. Поверхность прихваток должна быть подвергнута внешнему осмотру.

Сварка.

Сварку проводим в горизонтально-вертикальном положении в 4 прохода.

1) возвратно поступательно

2) по вытянутой спирали

3) змейкой



Рис. 7

Первый проход выполняем возвратно-поступательно 1)

Второй проход по вытянутой спирали

Третий и последующий змейкой

С целью обеспечения гарантированного проплавления кромок с повышенной глубиной проплавления сварку корневого прохода многослойных швов осуществляют короткой и предельно короткой дугой без поперечных колебаний электрода. После сварки удалить сварочную корк.

Для того, чтоб обеспечит необходимый размер формы шва второй проход производим с поперечными колебаниями.

Таблица 7.3 Сварку производить на следующем режиме:

Проход	D, мм	Iсв, А	Uсв, В	Вылет, мм	Расход, л/мин	Vсв, м\ч.
1	1,2	170	22	10	8	19
2-4	1,2	170	22	10	8	19

Сварку проводим на постоянном токе, обратной полярности.

Проверка режима сварки через t8\5

k

где к-коэффициент приведения, равный К=0.7

что удовлетворяет промежутку 15-30 с, в следствии этого можно гарантировать, что в интервале t8\5 не будут образовываться закалочные структуры.

8. Контроль производства сварочных работ

Входной контроль:

А.Контроль качества основного металла: проверить наличие сертификата на металл, произвести внешний осмотр на наличие трещин, расслоений, ржавчины и других дефектов. Произвести проверку химического состава и механических свойств металла.

Б.Контроль состояния сварочного и вспомогательного оборудования: проверить пригодность источника питания дуги к выполнению сварочных работ на заданном режиме, проверить газовые горелки.

В.Контроль квалификации сварщиков: удостоверится в том, что сварщик имеет аттестат на проведение данных сварочных работ.

Г.Контроль качества и подготовки и сборки элементов конструкции под сварку: проверить качество очистки кромок и прилегающего металла, проверить зазор между кромками.

Операционный контроль:

Не режа двух раз в смену проверять правильность выполнения заданного технологического регламента, то есть проверять марку и диаметр используемой проволоки, температуру и место подогрева металла пере сваркой и в её процессе; проверять режим сварки, технику ведения процесса сварки, очистку поверхности валика от шлака и брызг металла; порядок наложения швов.

Приёмочный контроль:

После окончания сварки убедится в том, что габаритные размеры изделия удовлетворяют заданным и катет шва равняется 10 мм, а так же произвести внешний осмотр изделия на наличие пор и других дефектов сварного шва, а по истечению 24-48 часов проверить изделие визуально на наличие холодных трещин.

Выборочно подвергну 20% швов 1-2 изделий в смену радиографическому контролю.

9. Охрана труда

Безопасное выполнение сварки может быть надежно обеспечено только при полном и комплексном выполнении с учетом особенностей конкретного производства требований и мероприятий, направленных на предотвращение и нейтрализацию действия поражающих и вредных факторов.

Согласно требованиям стандартов, к выполнению сварочных работ могут быть допущены лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинский осмотр, обучение, инструктаж (вводный и на рабочем месте) и проверку знаний требования безопасности, включая пожарную безопасность.

Сварщик должен быть обеспечен всеми средствами индивидуальной защиты и пожаробезопасной одеждой. Рабочее место сварщика должно быть огорожено несгораемыми экранами высотой не менее 1,8м для защиты окружающих от излучений дуги.

Места для выполнения сварочных работ, а так же для размещения сварочного оборудования должны быть очищены от горючих материалов в радиусе не менее 5м, а от легковоспламеняющихся и взрывоопасных материалов не менее 10м. При этом кабели и провода, подключенные к источникам питания дуги, свариваемой конструкции не должны иметь скруток и нарушений электроизоляций и должны быть защищены от возможного действия высокой температуры и механических повреждений.

Главным требованием техники безопасности является обязательное заземление металлических частей основного и вспомогательного оборудования.

На рабочем месте должен использоваться боковой и нижний отсос.

На рабочем месте должен находиться огнетушитель.

сварка сталь газ

Список использованной литературы

1. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. „Технология и оборудование сварки плавлением”. Москва „Машиностроение” 1977г. 436ст.

2. ГОСТ 2246-70 „Проволока стальная сварочная. Технические условия".

3. ГОСТ 16037-80 “Соединения сварные стальных трубопроводов. Основные типы, конструктивные элементы и размеры”

Размещено на Allbest.ru