ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ

Цель работы: Ознакомиться с технологическим процессом сварки.

1. Основные сведения

Важным параметром технологического процесса дуговой сварки (варианты задания 1-5) является подготовка кромок и сборка заготовок. Поэтому необходимо прежде всего указать тип cоединения, форму разделки кромок, сборку пол сварку (зазор). Подготовку кромок под сварку выполняют по ГОСТу, номер которого указывают на чертеже. Например, на рисунке заготовки задания указано Аф - С5 (ГОСТ 8713-79),что означает: Аф – автоматическая сварка под слоем флюса; С5-условное обозначение шва сварного соединения. В этом же ГОСТе приведены поперечные сечения сварных швов с указанием геометрических размеров для заданных толщин металла.

Режим сварки – один из основных элементов технологического процесса,который определяет качество и производительность сварки.

При ручной дуговой сварке(вариант задания 1) основными параметрами режима сварки являются: диаметр электрода в мм, сварочный ток в амперах (I_св), напряжение на дуге в вольтах (U_д) и скорость сварки в м/ч (V_св).

Определение режима сварки начинают с выбора диаметра электрода, его типа и марки. Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, а его марка - от химического состава. При выборе типа и марки электрода следует исходить из требований, предъявляемых к качеству сварного шва.

Производительность процесса сварки определяется величиной коэффициента наплавки а_н (г / A • ч). Поэтому из группы электродов, обеспечивающих заданные физико-механические свойства сварного шва, следует выбирать те. Которые имеют более высокий коэффициент наплавки и, следовательно, обеспечивают большую производительность процесса.

Величину сварочного тока в зависимости от диаметра электрода определяют по формуле:

I_св = к d_эл,

где к - коэффициент, равный 50 А / мм; d_эл - диаметр электрода, мм.

Напряжение на дуге для наиболее широко применяемых электродов в среднем составляет 25 … 28 В. Скорость сварки (в м /ч) определите из выражения:

,

где а_н - коэффициент наплавки, r / (A • ч); g - плотность металла, г/см³; F_н.м.- площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, см², представляющая сумму площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва.

Зная площадь наплавленного металла, плотность и длину сварных швов, можно определить его массу на все изделие по формуле

,

где G_н.м – масса наплавленного металла, г; F_н.м. – площадь наплавленного шва, см²; L – длина сварных швов на изделии, см; g - плотность металла, г / см³_.

Расход толстопокрытых электродов с учётом потерь приближённо можно принять равным 1,6 … 1,8 от массы наплавленного металла.

Количество электроэнергии (кВт ч), идущей на сварку изделия, определите как произведение сварочного тока на напряжение дуги и на время сварки. Время сварки изделия легко подсчитать, зная скорость сварки или определить по формуле

,

При автоматической сварке под флюсом (варианты 2 и 10) в режим входят: диаметр электродной проволоки, сварочный ток, напряжение на дуге, скорость подачи электродной проволоки и скорость сварки. Они выбираются в зависимости от толщины свариваемого металла по справочникам или рассчитываются.

Марку электродной проволоки и флюс назначают в зависимости от химического состава свариваемого металла. При сварке низкоуглеродистых сталей в большинстве случаев применяются флюсы марок АН-348А и ОСЦ-45 (ГОСТ 9087-81) и низкоуглеродистые электродные проволоки марок Св-08 и Св-08А (ГОСТ 2246-70).

Режим автоматической сварки под флюсом назначают в такой последовательности: устанавливают требуемую глубину проплавления h, мм. При односторонней сварке она равна толщине (s) металла h = s; а при двусторонней h = 0,6 s. Выбирают ориентировочно сварочный ток из расчета 80 … 100 А на 1 мм глубины проплавления:

I_{св =} (80 ¸ 100) h,

где I_св – сварочный ток, А; h - глубину проплавления, мм.

Назначают напряжение на дуге в диапазоне 30 … 40 В.

Масса наплавленного металла на изделие подсчитывается по той же методике, что и для ручной дуговой сварки.

При определении расхода электродной проволоки следует учитывать потери металла на угар и разбрызгивание (не весь металл проволоки переходит в шов), которые составляют для сварки под флюсом от 2 до 5%.

Расход флюса при автоматической сварке принимают равным массе наплавленного металла.

Диаметр электродной проволоки (d_эл) выбирают расчетом или по справочнику. Так, для толщин металла 8 … 10 мм он составляет 5 мм. Коэффициент наплавки (а_н) выбирают в зависимости от сварочного тока и диаметра электродной проволоки, что составляет в среднем 14…16 г /А • ч.

Скорость сварки, расход электроэнергии и время сварки подсчитывается по той же методике, что и для ручной дуговой сварки.

При сварке в среде защитного газа плавящимся электродом основными параметрами технологического режима являются: сварочный ток в амперах (I_св), напряжение на дуге в вольтах (U_д), диаметр электродной проволоки (d_эл), скорость сварки (V_св), вылет электрода в мм (l_эл), род тока и полярность.

Режим автоматической сварки в углекислом газе назначают в такой последовательности: выбирают марку и диаметр электродной проволоки. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей широкое применение получили проволоки с повышенным содержанием элементов раскислителей марок Св-08Г2С, Св-08ГС (ГОСТ 2246-70). Для автоматической сварки обычно применяют проволоку диаметром 2 … 5 мм, причем диаметр проволоки выбирают в зависимости от толщины металла по справочнику. Так, для толщин 4 … 12 мм рекомендуется проволока диаметром 2 мм.

Ориентировочное напряжение на дуге (U_д) можно определить по формуле

U_д = 8 (d_эл + 1,6)

Сварочный ток I_св следует рассчитать приближенно.

Устанавливают вылет электрода, который для электродных проволок d_эл = 2¸5 мм составляет 20 … 30 мм; род и полярность тока.

Далее определяют массу наплавленного металла, время и скорость сварки пол той же методике, что и при ручной сварке.

Коэффициент наплавки (а_н) для вариантов заданий 3 и 5 можно принять равным 18 … 20 г / (А • ч).

При определении расхода электродной проволоки следует учитывать потери металла на угар и разбрызгивание, составляют 5 … 10 % от массы наплавленного металла.

Расход защитного газа зависит от способа и режима сварки и устанавливается по справочным данным. Зная минутный расход защитного газа и время сварки, легко подсчитать общее количество газа, идущего на сварку изделия. Расход электроэнергии определяют также, что и для ручного процесса.

В режим полуавтоматической сварки в среде углекислого газа входят те же технологические параметры, что и для при автоматической сварки. Расход материалов, (начиная с определения массы наплавленного металла), электроэнергии и времени сварки подсчитываются по той же методике, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа.

В режим сварки в среде аргона (инертного газа) входят те же технологические параметры, что для автоматической сварки в среде углекислого газа (активного), которые выбирают по справочнику.

Марку электродной проволоки выбирают в зависимости от химического со­става свариваемого материала. Для сварки коррозионно-стойких нержавеющих сталей марок 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т и других применяют электродные прово­локи марок СВ-01Х19Н9 и СВ-06Х19Н9Т (ГОСТ 2246-70). Все расчеты по опре­делению расхода материалов, электроэнергии и времени сварки ведут по той же методике, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа. В среде аргона потери на угар и разбрызгивание составляют 2- 3 % от массы наплавленного металла. Коэффициент наплавки (а_н), который необходим при определении неко­торых параметров режима, можно принять равным 17 г / (А • ч).

Примечание. При сварке заготовок, имеющих форму цилиндра, необхо­димо на рисунке указать последовательность выполнения сварных швов. В конце задания следует привести описание наиболее рациональных методов контроля качества сварного соединения.

При выполнении заданий по контактной сварке (варианты заданий 6 - 9) после изображения схемы процесса, описания его сущности следует указать причи­ны нагрева металла в месте контакта соединяемых заготовок. Необходимо начер­тить и описать циклограмму сварки (изменение давления и сварочного тока во вре­мени), а также область применения способов сварки.

Вторую часть задания следует начинать с описания подготовки заготовок под сварку и ее назначения, а затем приступать к выбору типа контактной машины. При контактной сварке тип машины выбирают по справочнику в зависимости от параметров свариваемых заготовок и их химического состава: так, при стыковой сварке сопротивлением и оплавлением - от площади поперечного сечения загото­вок, мм²; при точечной и шовной сварке - от толщины свариваемых заготовок, мм. После выбора тина машины необходимо указать ее техническую характери­стику.

Режим сварки - это совокупность основных показателей процесса. В ре­жим стыковой сварки сопротивлением и оплавлением входят: установочная длина l (мм) - суммарное расстояние между электродами 2 l; плотность тока j (А / мм ) (сварочный ток); усилие осадки Р (Н); длительность прохождения тока t_CB (с).

Установочная длина при сварке сопротивлением равна l = (0,5…0,7) • D, где D - диаметр заготовки, мм.

При сварке оплавлением установочную длину с учетом припусков на оплавление и осадку приближенно можно считать равной l = (0,5 - 1,0) • D.

Примечание. На схеме процесса стыковой сварки сопротивлением и оплавлением укажите установочную длину.

Сварочный ток и усилие при осадке приближенно можно определить из сле­дующих условий: I_св = j • F_заг и Р = р • F_заг

где I_св – сварочный ток (А); j - плотность тока (А / мм ); F_заг – площадь заготовки; р - давление (Н/мм² ).

При этом следует учитывать, какие режимы более выгодно применять: жесткие или мягкие. Время сварки изделия ориентировочно подсчитывают из условия часовой производительности выбранной машины.

Для расчета основных технологических параметров при точечной сварке сле­дует определить диаметр контактной поверхности электрода, который зависит от толщины свариваемых заготовок:

d_T = 2s + 3 мм,

где s - толщина более тонкой заготовки, мм.

Таким образом, можно определить и площадь контактной поверхности (F_эл) при точечной и шовной (для случая отсутствия вращения ролика) сварке. Свароч­ный ток и усилие, приложенное на электродах для этих видов сварки, подсчитыва­ют как произведение площади контактной поверхности (F_эл) электрода на плот­ность тока j и давление р: I_CB = j • F_эл (плотность тока j для сталей приближенно равна » 0,2¸0,4 кА/мм² ) и Р = р • F_эл (давление р для малоуглеродистых сталей £ 120 Н/мм²). Следует учитывать, какие ре­жимы более целесообразно применять: жесткие (при малом значении t_св - большое значение сварочного тока I_CB) или мягкие (при большом значении t_св - малое значение сварочного тока I_CB). Зная время сварки одной точки, а при шовной сварке оптимальную скорость, определяют время сварки изделия.

Примечание. Для шовной сварки ток и усилие на электродах определяют расчетом этих параметров для точечной сварки с последующим увеличением тока в 1,5 ... 2 раза, а усилия - на 10 ... 30 %.

В конце работы необходимо описать наиболее характерные дефекты и причи­ны их возникновения при заданном способе контактной сварки.

2 Варианты контрольного задания

Вариант 1

Изобразите схему и опишите сущность процесса ручной электродуговой сварки покрытыми электродами. Укажите назначение покрытия. Разработайте процесс сварки цилиндрической части резервуара из стали марки Ст3. Производство мелкосерийное. Укажите тип соединения, форму разделки кромок под сварку (по ГОСТу) и приведите эскиз сечения шва с указанием размеров.

Вариант 2

Вариант 3

Изобразите схему и опишите сущность процесса полуавтоматической сварки в среде углекислого газа. Укажите особенности и достоинства сварки в углекислом газе. Разработайте процесс сварки двутавровой балки из стали марки Ст3. Шов прерывистый: l / t = 100 / 200. Укажите тип соединения и форму разделки кромок под сварку по ГОСТу. Приведите эскиз сечения шва с указанием размеров. Выберите марку и диаметр электродной проволоки. Подберите режим сварки. Укажите вылет электрода, род тока и полярность. По размерам шва подсчитайте массу наплавленного металла. Определите расход электродной проволоки с учетом потерь и защитного газа, расход электроэнергии и время сварки изделия. Укажите

Вариант 4

Вариант 5

Вариант 6

Изобразите схему и опишите сущность процесса контактной точечной электро­сварки. Начертите и опишите циклограмму процесса точечной сварки. Объясните, за счет чего металл ядра в месте контакта заготовок доводится до жидкопластичного состояния. Разработайте процесс сварки панели из стали марки СтЗ. Шаг точек t = 5d_Т. Производство массовое. Укажите подготовку заготовок под сварку. По толщине свариваемых заготовок выберите тип машины и укажите ее технические данные. Рассчитайте, площадь контактной поверхности электрода. По значениям j (А/мм²) и p (Н/мм² ) определите сварочный ток и усилие, приложен­ное на электродах. Определите время сварки изделия. Укажите возможные дефек­ты и причины их возникновения.

Вариант 8

Изобразите схему и опишите сущность процесса контактной стыковой свар­ки сопротивлением. Начертите и опишите циклограмму процесса стыковой сварки сопротивлением. Объясните, почему в месте контакта заготовок выделяет­ся наибольшая тепловая энергия. Разработайте процесс сварки стержней из стали марки СтЗ. Производство крупносерийное. Укажите подготовку загото­вок под сварку. По площади сечения заготовок выберите тип машины и укажите ее технические данные. По значениям j (А/мм²) и р (Н/мм²) определите ток и усилие осадки. Подсчитайте установочную длину и время сварки изделия. Укажите возможные дефекты и причины их возникновения.

Вариант 10

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Технология и оборудование контактной сварки: Учебник для машиностроительных вузов / Б.Д.Орлов, А.А.Чакалев, Ю.В.Дмитриев и др., Под общ. Ред Б.Д.Орлова. – 2 –ое изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 352 с., ил.

2. Сварка в машиностроении: Справочник. В 4-х т. – М.: Машиностроение, 1979. Т.1-4.

3. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. – М.: Машиностроение, 1977. – 432 с.

4. Сварка и свариваемые материалы: в 3-х т. Том 2. Технология и оборудование. Справочник. / Под ред. В.М.Ямпольского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998. – 547 с.