Состав флюса АН - 60 по ГОСТ 9087-81

3. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТЫКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

3.1 Выбор типа соединения

Исходя из толщины свариваемого металла и обеспечения хорошего формирования шва, выбираем сварное соединение С25 .

Рисунок 1. - Эскиз сварного соединения

Sраз = 11*b = 11*5,12 = 56,32ммІ ; b = 11*tgб = 5,12

Fн = Sраз+0,73*e*y = 56,3+0,73*24*2,5 = 100ммІ

Н = 13- = 7,3мм

Параметры сварного шва:

- площадь разделки мм2 56,32

- площадь наплавленного металла, Fн, мм2 100

- высота шва, Н, мм 7,3

ширина шва, е, мм 24±4

высота усиления, g, мм 2,5±1,0..2,0

притупление, с, мм 3

зазор, b, мм 0

3.2 Расчет параметров режима сварки

Расчет параметров режима сварки будем вести в соответствии с методикой, предложенной [1]. Оттуда же взяты все нижеприведенные формулы.

Определяем величину сварочного тока

Iсв(80…100) hр; (3)

где hр - глубина проплавления, равна 7,8 мм ;

Iсв=550A

Определяем величину напряжения дуги

Uд=20+, В; (4)

Uд=20+(0,05?550)/(4)0,5=34 B ;

Определяем величину плотности тока

(5)

j=(4 550)/(3,14 42)=43,78 A/мм2 ;

Определяем скорость сварки

, м/ч, (6)

где А - коэффициент, зависящий от диаметра электродной проволоки, А м/ч, может быть выбран по таблице и для dэл=4 мм берется из интервала (12…16)103.

Принимаем А=12 103 А м/ч, тогда:

Vсв=12?103/550=16,5 м/ч;

Определяем вылет электрода

lэ=10·dэ, мм; (7)

lэ=10·4=40 мм;

Рассчитаем величину погонной энергии сварки

qп= , Дж/см; (8)

где - эффективный КПД нагрева изделия дугой, который согласно [1] для сварки под флюсом равен 0,8 - 0,85.

Примем =0,825. Тогда имеем:

qп=550 34 0,825/0.4583=33662,45 Дж/см;

Рассчитаем коэффициент формы проплавления

, (9)

где k=0,92;

0,92 (19-0,01 550) (4 34/550)=3,07;

Определим глубину проплавления

, см; (10)

hp=0.0076 (33662,45/3,07)0.5=0,79см

отклонение 0% (hp=0,79 см)

Рассчитаем ширину шва

, см; (11)

e'=0,79 3,07=2,4253 см;

отклонение 1,04% (е=2,4 см)

Определим скорость подачи электродной проволоки

(12)

; г - плотность электродного металла, г/см3 ;

d- диаметр электрода

Определим площадь сечения наплавленного металла

Fн=Fэ Vпод/Vсв ,см2 (13)

Fн=12,56/16,5= 58,6 мм2

Отклонение 1 , 41% ( Fн=100 мм2 )

Рассчитываем высоту усиления ( шов без разделки )

g=Fус/0,735 e =58.6/0,735 24=3,3 мм

Рассчитываем высоту шва ( шов без разделки )

Нр= hp+g =7,8+3.3 = 11 мм

Отклонение 0,075 ( Н=11 мм )

Рассчитываем высоту усиления ( шов с разделкой )

сталь сварка шов трещина

(14)

где FД - площадь разделки , мм2

gр=(74-56,32)/(0,735?24)=1 мм

Рассчитываем коэффициент остроты шва

(15)

где и е, - глубина проплавления и ширина шва, мм

hp =H-g=11-2,44=8,56 мм

к=4 (ln1,056+3,5)/2,42532=2,41

Рассчитываем площадь проплавления основного металла

(16)

F пр=1,056(3,14/2,41)0,5-0,46=0,7453см2

Рассчитываем долю участия основного металла в шве

 (17)

0=0,7453/0,7453+0,89=0,501 (мас)

3.3 Расчет химического состава металла шва

Содержание элемента в металле шва с учетом коэффициентов перехода рассчитывается по формуле:

, мас.%, (18)

где - содержание i-го элемента соответственно в сварном шве, основном металле и присадочном металле, % мас.;

0 - доля участия основного металла в металле шва

- коэффициент усвоения элемента (коэффициент перехода).

По справочным данным, ?c=0,7; ?Si=0,7; ?Mn=0,74, ?Cr=0,9; Тогда имеем следующий состав металла шва (без учёта прироста Si и Mn из флюса):

С=(0,4 0,455+0,08·0,555)·0,7=0,1584 мас.%;

Si=(0,27·0,455+0,21·0,555)·0,7=0,1675 мас.%;

Мn=(0,65·0,455+0,5·0,555)·0,74=1,904 мас.%;

Сr =(0,95·0,455+1,1·0,555) 0,9=0,938 мас.%;

Ni =0,3·0,455+0,3 0,555=0,303 мас.%;

Р=0,035·0,455+0,03·0,555=0,03 мас.%;

S=0,035·0,455+0,025·0,555=0,0298 мас.%;

Cu=0,455 0,3=0.11 мас.%;

Mo=0,6 0,555=0,333 мас.%;

Рассчитаем прирост Si и Mn, P и S из флюса по уравнениям Н.Н.Потапова:

?[Si]=6,7 10-2+А(SiO2) Uд/[Si]o(5,3 10-4/Iсв+3 10-7 Iсв/Vсв) мас.%; (19) ?[Мn]=-0,1+ А(MnO) Uд/[Mn]o(5.8 10-2/Iсв+9.2 10-6 Iсв/Vсв) мас.%; (20)

?[P]= 3 10-3+А(p) Uд/[P]o(4 10-2/Iсв+3 10-7 Iсв/Vсв) мас.%; (21)

?[S]= 1.2 10-2 А(s)/[S]o Uд/Iсв мас.%; (22)

где: (SiO2)ф, (MnO)ф-мольные доли кремнезёма и закиси марганца в сварочном флюсе,% (мас).;

[Si]o, [Mn]o-исходные концентрации кремния и марганца в металле сварочной ванны, %(мас).

B - основность сварочного флюса;

B=(0,018·Cao+0,015·Mgo+0,006·CaF2+0,014·(Na2O+K2O)+0,007·(MnO+FeO)/(0,017· SiO2+0,005·(Al2O3+TiO2+ZrO2)); (23)

где для расчёта вместо символов компонентов флюса необходимо подставить их содержание, %(мас). В=0,6.

?[Si]=6,7 10-2+0,7 34/0,1675(5,3 10-4/550+3 10-7 550/0.4583)=0,1182%;

?[Мn]=-0,1+0,228 34/1,904(5,8 10-2/550+9,2 10-6 550/0,4583)=-0,05%;

?[P]= 3 10-3+0,0583 34/0,03(4 10-2/550+3 10-7 550/0,4583)=0,0315%

?[S]= 1,2 10-2 0,0543/0,0298 34/550=0,35%

Рассчитав прирост этих элементов, определим содержание каждого из них в металле шва:

[Si]ш=0,1182+0,1675=0,2857 мас.%;

[Mn]ш=1,904-0,05=1,854 мас.%;

[P] ш =0,0315+0,03=0,0665 мас.%;

[S] ш =0,35+0,0298=0,3798 мас.%;

3.4 Определение склонности металла шва к образованию трещин

Определение склонности металла шва к образованию горячих трещин

Склонность металла к образованию горячих трещин оценивается по критерию HCS:

. (24)

Если HCS<4, то говорят, что материал не склонен к образованию горячих трещин.

HCS=0,1584 (0,0298+0,03+0,1675/25+0,303/100) 103/(3 1,904+0,938+ 0,333) =1,57

Таким образом, металл шва к образованию горячих трещин не склонен.

Определение склонности металла шва к образованию холодных трещин

Склонность металла шва к образованию холодных трещин оценивается по параметру Сэкв:

Сэкв= С+(Mn/6)+(Si/24)+(Ni/10)+(Cr/5)+(Mo/4)+5·B. (25)

Если Сэкв<0,45; то говорят, что материал не склонен к образованию холодных трещин.

Сэкв=0,1584+(1,904/6)+(0,1675/24)+(0,303/10)+(0,938/5)+ (0,333/4)=0,76;

Исходя из полученных данных и рекомендаций литературных источников, назначаем термообработку (нормализацию).

4. СВОЙСТВА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

4.1 Определение механических свойств металла шва

Определяем предел временного сопротивления разрыву:

(26)

уВ=(4,8+50 0,1584+25,2 1,904+17,5?0,1675+23,9·0,938+7,7 0,303+ 17,6 0,11+ 16,8 0,303)·10=954,09 Мпа.

Определяем предел текучести:

T=0,73 В, Мпа, (27)

T=0,73 954,09=696,49 Мпа.

Относительное удлинение:

у (28)

у=50,4 (21,8 ,1584+15 1,904+4,9 0,1675+2,4?0,303+5,8 0,938+6,2 0,11)+ +2,7?0,303=10,403%.

Относительное поперечное сужение:

Ш=2,32·, %; (29)

Ш=2,32·10,403 =24,13%.

4.2 Определение склонности металла околошовной зоны холодных к образованию трещин

Определим скорость охлаждения , которая вычисляется по формуле:

, о/c, (30)

где - коэффициент теплопроводности данной марки стали, Вт/см·°С;

с - удельная теплоемкость материала, Дж/г·°С;

- плотность материала, г/см3;

- толщина свариваемого металла, см;

Тmin - температура наименьшей устойчивости аустенита, оС;

Т0 - начальная температура нагрева изделия, оС.

По данным [6] для стали марки 40Х: ?=0,42 Вт/см·°С; с=5,25 г/см3; Тmin=550 оС; Т0=20 оС; =2,5 см.

Рассчитываем :

Оптимальная скорость охлаждения 0 от 4,0 до 14,0 о/c.

Склонность металла ОШЗ к образованию холодных трещин оценивается по критерию PS:

, (29)

где - скорость охлаждения при нагреве до 300 оС, о/с;

- критическая скорость охлаждения (скорость, при которой образуется 100 % мартенсита), о/с;

Н - концентрация водорода в металле, мл/100 г Ме;

- толщина металла, мм.

Если PS<- 0,5 , то такая сталь к образованию холодных трещин не склонна;

щ300 рассчитывается по формуле (28);

щk для нашей стали равна по [8] 160 о/с;

Н=0,64·НМИС-0,93; при сварке под флюсом НМИС=7 мл/100 г Ме.

Имеем:

PS=lg1,5/5,7544+(0,64·7 - 0,93)/10+66?25/5000=-0,105.

Таким образом, сталь к образованию холодных трещин не склонна.

5. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА СВАРКИ

005 ПРАВКА

1 Править заготовки с помощью пресса

010 КОНТРОЛЬ

1 Контролировать перекос кромок металлической линейкой

015 РАЗДЕЛКА КРОМОК

1Выполнить разделку кромок на участке механообработки согласно эскизу

020 ЗАЧИСТКА

1 Зачистить кромки заготовок до металлического блеска, от брызг металлическими щетками на зачистных станках на ширину 30мм от кромок со всех сторон

025 КОНТРОЛЬ

1 Контролировать геометрические размеры заготовок, притупление 10мм, угол скоса кромок 30?;

2 Контролировать неровность поверхностей кромок заготовок;

3 Контролировать наличие ржавчины, окалины и различных загрязнений кромок заготовок

4 Контролировать предварительный подогрев до 304°С

030 СБОРКА

1 закрепить заготовки в стык в специальном приспособлении

035 КОНТРОЛЬ

1 Контролировать смещение кромок заготовок

2 Контролировать перекос кромок заготовок

3 Контролировать плотное прижатие заготовок друг к другу

4 Контролировать плотное прижатие заготовок к приспособлению

040 СВАРКА

1 Настроить необходимый режим сварки Iсв=550А , Uд=34 В Vсв=16,5 м/ч , Vпод=97,2 м/ч

2 Выверить расположение сварочной проволоки по высоте и оси сопряжения заготовок относительно стыка

Произвести сварку шва проволокой dэл=4мм;

045 КАНТОВКА

1 Перевернуть заготовки для сварки шва с другой стороны

2 Поворот заготовок осуществляется приспособлением

050 ЗАЧИСТКА

1 Зачистить шов от окалины и брызг с помощью металлической щетки

055 Контроль

1 ВИК

6. РАСЧЕТ ЛИНИИ СПЛАВЛЕНИЯ

hy=h Exp(-k e2), см

hy1=1,05Exp(-2,41 0,122)=0,0151 см

hy2=1,05Exp(-2,41 0,242)=0,0604 см

hy3=1,05Exp(-2,41 0,362)=0,1360см

hy4=1,05Exp(-2,41 0,482)=0,2419 см

hy5=1,05Exp(-2,41 0,602)=0,36 см

hy6=1,05Exp(-2,41 0,722)=0,5443 см

hy7=1,05Exp(-2,41 0,842)=0,7408 см

hy8=1,05Exp(-2,41 0,962)=0,9676 см

hy9=1,05Exp(-2,41 1,022)=1,0924 см

hy10=1,05Exp(-2,41 1,142)=1,364 см

7. ПРИЛОЖЕНИЕ А. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

(СПРАВОЧНОЕ)

Расчет основных параметров режима механизированной дуговой сварки: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию./Р.Ф. Катаев. Екатеринбург: УПИ, 1992. 36 с.

Особенности металлургических процессов при механизированной дуговой сварке под флюсом: Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Теория сварочных процессов»./Г.М.Сюкасев, М.П.Шалимов. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1997. 15с.

Марочник сталей и сплавов./Под общ. ред. В.Г.Сорокина. М.: Машиностроение, 1989.640с.

Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2-х т. Т.1. Защитные газы сварочные флюсы./Под общ. ред. Н.Н.Потапова. М.: Машиностроение, 1989. 544с.

Расчеты тепловых процессов при сварке, наплавке и термической резке: Учебное пособие./Н.В.Королев. Екатеринбург: УГТУ, 1996. 156 с.

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

М.Х.Шоршоров, В.В.Белов. Фазовые превращения и изменение свойств стали при сварке./М.: Наука, 1972. 219 с.

ГОСТ 2246 - 70. Проволока стальная сварочная. Технические условия. /М.: Издательство стандартов, 1993. 25с.

Сварка, пайка и термическая резка металлов: В 4-х ч. Ч.2. Сварные и паяные соединения. Типы, основные параметры, размеры и обозначения./М.: Издательство стандартов, 1976. 412с.

Размещено на Allbest.ru