Темой данной курсовой работы является разработка технологии сварки конструкции, выполненной из высоколегированной стали, указанной в задании. При выполнении курсовой работы необходимо осуществить

Введение

Темой данной курсовой работы является разработка технологии сварки конструкции, выполненной из высоколегированной стали, указанной в задании. При выполнении курсовой работы необходимо осуществить выбор экономически целесообразного способа сварки, типа соединения, сварочных материалов, рассчитать основные и дополнительные технологические параметры режима сварки, определить нормы времени, подобрать сварочное оборудование и оснастку, при необходимости дать рекомендации по термической обработке изделий.

Кроме этого, необходимо закрепить знания в области технологии сварки легированных сталей, стандартов по основным способам дуговой сварки, необходимы расчеты для определения структуры стали в исходном состоянии и металла шва и выполнить нормирование сварочной операции.

2. Выбор способа сварки и типа сварных швов.

Выбор рационального способа сварки зависит от типа производства. Так как у меня массовое производство, то рациональнее использовать механизированную сварку.

Сейчас необходимо определить тип сварных соединений. Для сварки в среде защитных газов ГОСТ 14771-76 или 23518-79.

Таблица 1 - Эскизы сварных швов сборочной единицы

3. Расчет параметров режима сварки.

Расчет параметров режима сварки ведется в зависимости от способа сварки. Основными параметрами режима являются: сила сварочного тока I_св, напряжение на дуге U₂, скорость подачи сварочной проволоки V_п.пр., диаметр электрода или проволоки d_э, скорость сварки Vсв.

Первоначально следует задаться диаметром электрода. Его значение зависит от требуемой глубины проплавления металла Н_пр и способа сварки. Глубина проплавления, в свою очередь, определяется толщиной металла и типом сварного шва. Для сварки в среде углекислого газа выбираем d_пр=1,2 мм, Н_пр=0,6×3=1,8. Силу сварочного тока можно определить по формуле:

= ₍₁₎

где k_п – коэффициент пропорциональности, зависящий от условий сварки. Его определяют по таблице.

После вычисления силы сварочного тока уточняют диаметр электрода по формуле:

d_э=1,13 1,13 (2)

где j – допустимая плотность тока, А/мм².

Напряжение на дуге устанавливают в зависимости от способа сварки, а также от марки и диаметра электрода. Для сварки с СО₂:

U₂= 20+ = 20+ (3)

Скорость сварки V_св, м/ч, вычисляют по формуле:

(4)

где a_н - коэффициент наплавки, г/(А×ч); для сварки в СО₂ a=12 г/(А×ч);

I_св – сила сварочного тока, А;

g - плотность металла, g= 7,8 г/см³;

F_н- площадь поперечного сечения наплавленного металла за один проход, мм², зависит от типа сварного соединения. Для угловых швов она определяется как площадь треугольника, умноженная на коэффициент а, учитывающий форму шва (для выпуклых швов а =1,2):

Скорость подачи, V_п.пр., м/ч, сварочной проволоки вычисляют по формуле

V_п.пр.= = (5)

где F_э – площадь сечения электрода (проволоки)

F_э= =1,1 мм² (6)

Сварка осуществляется на следующих параметрах режима сварки:

d_э = 1,2 мм, I_св = 102 А, U₂ = 25 В, V_св = 29 м/ч.

4. Расчет 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 t_пз, основное время t_o, вспомогательное время t_в , время на обслуживание рабочего места t_обс, время на отдых и личные надобности (время регламентированных перерывов в работе) t_п.

Общее время на выполнение сварочной операции определяется по формуле:

t_св= t_o+ t_пз+ t_в+ t_обс+ t_п (7)

Основное время – это время на непосредственное выполнение сварочной операции, определяется по формуле:

t_о= = (8)

где М_нм – масса наплавленного металла

М_нм = F_н×L_ш×g = 0,054×8×7,8=3,3 г. (9)

Рассчитанное основное время сварки может быть проверено по формуле

t_о= = (10)

М_нм = 0,054×36×7,8=15,1 г

t_о=

t_о=

М_нм = 0,054×8×7,8=3,3 г

t_о=

t_о=

t_св= t_o+ t_пз+ t_в+ t_обс+ t_п = 0,072+0,0025+0,0025+0,0011+0,04=0,012ч.

t_з=0,03×t_о=0,03×0,037=0,0011ч

t_обс=0,07× t_о=0,0025ч

t_п=0,07× t_о=0,0025ч

t_о должно уточняться исходя из вида, положения и протяженности швов изготовляемого сварного изделия. Для уточнения основного времени на сварку вводят поправочный коэффициент К_пр, зависящий от положения шва в пространстве.

Подготовительно-заключительное время t_пз=2-4% в серийном производстве, в единичном производстве t_пз=10-20%.

Вспомогательное время t_в рассчитывается по формуле

t_в = t_э+ t_кр+ t_бр+ t_кл+ t_изд (11)

где t_э – время на смену электрода (при РДС) или время на заправку кассеты с электродной проволокой, t_э = 5 мин;

t_кр, t_бр – время на осмотр и очистку свариваемых кромок, очистку швов от шлака и брызг, t_кр = t_бр = 1,0696=0,63 мин;

t_кл – время на клеймение швов (время на установку клейма t_кл = 0,03 мин на один знак), t_кл = 0,03×3=0,09 мин;

t_изд – время на установку и поворот изделия, его закрепление (при массе изделия до 25 кг в расчете принимается t_изд = 3 мин).

Время зачистки кромок или шва t_кр(t_бр), мин вычисляется по формуле

t_кр(t_бр) = L_ш(0,6+(n-1)) = 0,63 мин,

где n – количество слоев при сварке за несколько проходов,

L_ш – длина шва.

t_в = 0,008+3+0,09+0,63+0,63=4,358 мин.

5. Определение химического состава и структуры стали в исходном состоянии.

Материал изделия сталь 12Х18Н10Т.

Рассмотрим химический состав стали.

C	Cr	Ni	Ti	Si	Mn	P
0,12	17-19	8-11	0,7	0,8		0,035

Определение структуры стали осуществляется по диаграмме Шеффлера. Для основного металла первоначально рассчитываются эквивалентные значения хрома и никеля по формулам:

Э_квСr = %Cr+%Mo+2%Ti+2%Al+%Nb+1.5%Si+%V (12)

Э_квNi = %Ni+30%C+30%N+0.5%Mn (13)

Э_квCr= 18+0+2×0.8+2×0+0+1,5×0,8+0=20,8%

Э_квNi = 10+30×0,12+0+0,5×2=14,6%

По значениям Э_квСr и Э_квNi на диаграмме Шеффлера наносится точка, соответствующая структуре стали. Сталь попала в область А+Ф с содержанием феррита до 10%, технологию ее сварки следует описывать как технологию сварки аустенитных сталей.

6. Технологические особенности сварки стали заданного структурного класса.

Рассмотрим особенности сварки аустенитных сталей на примете наиболее распространенной нержавеющей стали 12Х18Н10Т.

Сталь 12Х18Н10Т относится к хорошо свариваемым. Характерной особенностью сварки этой стали является возникновение межкристаллитной коррозии. Она развивается в зоне термического влияния при температуре 500-800⁰ С. При пребывании металла в таком критическом интервале температур по границам зерен аустенита выпадают карбиды хрома. Все это может иметь опасные последствия - хрупкие разрушения конструкции в процессе эксплуатации.

Чтобы добиться стойкости стали нужно исключить или ослабить эффект выпадения карбидов и стабилизировать свойства стали в месте сварного шва.

При сварке высоколегированных сталей используют электроды с защитно-легирующим покрытием основного вида в сочетании с высоколегированным электродным стержнем. Применение электродов с покрытием основного вида позволяет обеспечить формирование наплавленного металла необходимого химического состава, а также других свойств путём использования высоколегированной электродной проволоки и долегирования через покрытие.

Сочетание легирования через электродную проволоку и покрытие позволяет обеспечить не только гарантированный химический состав в пределах паспортных данных, но и некоторые другие свойства, предназначенные для сварки аустенитных сталей 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т и им подобных.

Содержащийся в электродных стержнях титан при сварке практически полностью окисляется. По этой причине при сварке покрытыми электродами в качестве элемента-стабилизатора используют ниобий. Коэффициент перехода ниобия из стержня при сварке покрытыми электродами составляет 60-65%.
Сварку высоколегированных сталей под флюсом осуществляют с применением или нейтральных по кислороду фторидных флюсов, или защитно-легирующих в сочетании с высоколегированной электродной проволокой. С металлургической точки зрения для сварки высоколегированных сталей наиболее рациональны фторидные флюсы типа АНФ-5, которые обеспечивают хорошую защиту и металлургическую обработку металла сварочной ванны и позволяет легировать сварочную ванну титаном через электродную проволоку. При этом процесс сварки малочувствителен к образованию пор в металле шва из-за водорода. Однако фторидные бескислородные флюсы имеют относительно низкие технологические свойства. Именно низкие технологические свойства фторидных флюсов служат причиной широкого использования для сварки высоколегированных сталей флюсов на основе оксидов.
При дуговой сварке в качестве защитных газов используют аргон, гелий (реже), углекислый газ.

Аргонодуговую сварку выполняют плавящимися и неплавящимися вольфрамовыми электродами. Плавящимся электродом сваривают на постоянном токе обратной полярности, используя режимы, обеспечивающие струйный перенос электродного металла. В некоторых случаях (в основном при сварке аустенитных сталей) для повышения стабильности горения дуги и особенно снижения вероятности образования пор из-за водорода при сварке плавящимся электродом используют смеси аргона с кислородом или углекислым газом (до 10%).

Сварку неплавящимся вольфрамовым электродом в основном осуществляют на постоянном токе прямой полярности. В некоторых случаях при наличии в сталях значительного количества алюминия используют переменный ток для обеспечения катодного разрушения оксидной плёнки.
Применение дуговой сварки в атмосфере углекислого газа позволяет снизить вероятность образования пор в металле шва из-за водорода; при этом обеспечивается относительно высокий коэффициент перехода легкоокисляющихся элементов. Так, коэффициент перехода титана из проволоки достигает 50%. При сварке в атмосфере аргона коэффициент перехода титана из проволоки составляет 80-90%. При сварке в углекислом газе сталей, имеющих высокое содержание хрома и низкое содержание кремния, на поверхности шва образуется тугоплавкая трудноудаляемая оксидная плёнка. Её присутствие затрудняет проведение многослойной сварки.
При сварке сталей с малым содержанием углерода (ниже 0,07-0,08%) возможно науглероживание наплавленного металла. Переход углерода в сварочную ванну усиливается при наличии в электродной проволоке алюминия, титана, кремния. В случае сварки глубокоаустенитных сталей некоторое науглероживание металла сварочной ванны в сочетании с окислением кремния снижает вероятность образования горячих трещин. Однако науглероживание может изменить свойства металла шва и, в частности, снизить коррозийные свойства. Кроме того наблюдается повышенное разбрызгивание электродного металла. Наличие брызг на поверхности металла снижает коррозийную стойкость.
Технологии сварки нержавеющих высоколегированных сталей постоянно совершенствуются. На данном этапе при строгом соблюдении технологического процесса качество сварного шва нержавейки практически не уступает по своим свойствам металлу соединяемых деталей и гарантирует высочайшую надежность сварного соединения.

7. Выбор сварочных материалов

Сварочные материалы выбирают в зависимости от структурного класса свариваемого материала, который определяется по химическому составу основного металла. Затем в зависимости от заданного способа сварки, подбирают необходимы электроды (сварочную проволоку), защитный газ или флюс.

Изготовление сварочной проволоки для механизированной сварки сталей и наплавки осуществляется в соответствии с ГОСТ 2246-70.

Для стали 12Х18Н10Т рекомендуется сварочная проволока Cв-05Х20Н9 ФБС.

Рассмотрим химический состав проволоки Cв-05Х20Н9 ФБС.

C

Si

Mn

Cr

Ni

Mo

Ti

S

P

Cu

V

W

Al

N

Не более 0,10

0,50-1,00

5,00-8,00

18,50-22,00

8,00-10,00

Не более 0,25

0.60-0.90

Не более 0,018

Не более 0,035

Не более 0,25

По факту

По факту

По факту

По факту

Преимущества использования.

Равновесность, блестящая поверхность проволоки, рядная плотная послойная намотка проволоки обеспечивает стабильность горения дуги, высокое качество сварного шва.

8. Расчет расхода сварочных материалов.

Определим расход сварочных материалов. К нему относится: расход сварочной проволоки (электродов), защитного газа или флюса. Расчет расхода сварочной поволоки для автоматической и полуавтоматической сварки осуществляется по формуле

G_пр= М_нм(1+Ψ)=3,3(1+0,12)=3,696

Где Ψ – коэффициент потерь, для сварки в СО₂ Ψ= 0,12-0,15 (12-15%).

Расход углекислого газа определяется по формуле

G_co2=q_co2×t₀=14×0,002(0,12) =

где q_co2 – удельный расход СО₂, л/мин.

Удельный расход CО₂ зависит от диаметра проволоки и силы сварочного тока и определяется по таблице.

9. Расчет 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 из основного металла в количестве, пропорциональном доли основного металла в металле шва Ɵ_о, и из проволоки в количестве, пропорциональном доли наплавленного металла в металле шва Ɵ_н:

Ɵ₀ , Ɵ_н = ; Ɵ_н+ Ɵ_о=1; F_н+F_o=F_ш ,

где F_о – площадь основного металла в металле шва;

F_н – площадь наплавленного металла в металле шва;

F_ш – площадь шва.

Площадь шва определяется по формуле

F_ш= ,

где Н – высота шва.

Высота стыкового шва равна глубине проплавления: Н=Н_пр.

Высота углового шва Н=Н_пр+a, где глубина проплавления Н_пр=0,6δ; a=0,7К; ширина углового шва е=1,4К.

Н_пр=a+Н=0,7К+0,6δ=0,7×3+0,6×3=2,1+1,8=3,9 мм;

е=1,4×3=4,2;

F_ш= =3,15+10,92=14,07 мм².

Считаем долю наплавленного металла в металле шва:

Ɵ_н= = =0,38

Считаем долю основного металла в металле шва:

Ɵ_о=1-Ɵ_н=1-0,38=0,62.

Сейчас необходимо рассчитать химический состав шва. Содержание каждого элемента вычисляется по формуле

Э=Э_о×Ɵ_о+Э_н ×Ɵ_н

Э(С) = 0,12×0,6+0,05×0,04=0,092

Э (Сr) =18×0,06+20×0,04=18,8

Э (Ti) = 0,8×0,6+0=0,48

Э (Si) = 0,8×0,6+0,8×0,4=0,8

Э (Mn) = 2×0,6+0,8×0,4=1,52

Э (V) = 0+1×0,4=0,4

Э (Nb) = 0+1×0,4=0,4

После расчета химического состава по диаграмме Шеффлера определяем его структуру. При определении структуры шва используем формулы, которые отличаются от формул, используемых при определении состава основного металла:

ЭквСr = %Cr + 2%Al + %V + 5%Ti + 1,5%Si + 2%Nb + 2%Mo + 1,5%W=

= 18,8+0,4+5×0,48+1,5×0,8+2×0,4+0+0=23,6%

ЭквNi = %Ni + 30%C +30 %N + 10%B + 0,5%Mn=13,1%

Структура шва аустенитно-ферритная с содержанием феррита до 10%..

Дата добавления: 2015-08-29