Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

шиберный задвижка затвор свариваемость

В настоящем дипломном проекте рассматривается проектирование технологии изготовления и участка сборки и сварки задвижки с клиновым затвором для паропроводов ТЭС высокого давления.

Целью дипломного проекта является проектирование участка сборки и сварки на основе технологии, отвечающей современным требованиям рыночной экономики и современного уровня сварочного производства.

Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- Выполнить анализ недостатков базовой технологии изготовления и разработать новый вариант.

- Обосновать выбор способа сварки, формы разделок, выбор сварочных материалов.

- Определить параметры режима сварки, позволяющие обеспечить высокую технологическую прочность сварных соединений.

- Произвести выбор современного сварочного оборудования.

- Экономическим расчетом подтвердить правильность принятых инженерных решений.

- Разработать план участка сборки и сварки на основе норм технологического проектирования и норм и правил БЖД, обеспечивающий максимально возможную степень загрузки оборудования и использования производственных площадей.

В качестве исходных данных для проектирования использованы:

- Конструкторская документация.

- Технические условия на изготовление.

- Производственно-технологическая документация.

- Результаты курсовых проектов и преддипломной практики.

- Результаты литературного обзора.

- Результаты патентно-правового поиска.

1. Исходные данные для проектирования

1.1 Назначение, конструкция и условия работы задвижки с клиновым затвором для паропроводов ТЭС высокого давления

Задвижки данного типа применяются в качестве запорного устройства для перекрытия потока рабочей среды в магистральных трубопроводах по транспортировке товарной нефти и нефтепродуктов, а также в технологических схемах перекачивающих станций и резервуарных парков, с температурой рабочей среды от -15 до +80°С. Такие задвижки могут эксплуатироваться в районах с умеренным и холодным климатом, а также в сейсмоопасных районах до 9,5 баллов по шкале Рихтера. Изготовление и поставка по ТУ 374137-002-05785572-97.

Задвижка шиберная представляет собой вертикальный вертикальный аппарат

Техническая характеристика:

- Герметичность затвора: по классу В (ГОСТ 9544-93);

- Среда: нефть и нефтепродукты;

- Температура рабочей среды: от -15 до +80°С;

- Температура окружающей среды: от -40 до +40°с (климатическое исполнение У1), от -60 до +40°С (климатическое исполнение ХЛ);

- Коэффициент сопративления задвижки - 0,24.

- Вид управления: электроприводной;

- Срок службы: не менее 30 лет;

- Время открывания задвижки электроприводом 47 сек.

Данная задвижка изготовлен из стали 15Х1МФЛ.

Общий вид задвижки шиберной графически представлен на листе 1502.Д13.836.01.00СБ.

1.2 Оценка технологичности изготовления задвижка шиберная

С точки зрения заготовительных операций при серийном производстве задвижка с клиновым затвором является технологичным изделием. Это объясняется тем, что при выполнении заготовительных операций ограничено применение ручного немеханизированного труда. Часть деталей имеет большие габариты. Последующая обработка, разделка кромок производится на фрезерном станке. Большая часть деталей требует специальной подготовки кромок, что понижает технологичность аппарата. Несколько понижает технологичность и необходимость применения подъемно - транспортного оборудования.

С точки зрения сборочно-сварочных операций pfldb; rf технологична. Это объясняется тем, что большинство сварных швов расположены в доступных местах. Практически все швы выполняются в горизонтальном положении. Цилиндрическая форма аппарата облегчает использование полуавтоматической сварки и уменьшает расход сварочных материалов.

1.3 Выбор конструкционных материалов и оценка свариваемости

Выбор основных материалов

Для изготовления корпуса задвижки с клиновым затвором используется сталь 15Х1МФЛ. Сталь для труб паронагревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления; поковок для паровых котлов и паропроводов; деталей цилиндров газовых турбин; для изготовления деталей, работающих при температуре 540-580°С.

Шток, детали и седло изготовлены из жаропрочных материалов, которые в условиях специфической рабочей среды должны обладать износостойкостью и твердостью.

Таблица 1. - Химический состав стали 15Х1МФЛ, %

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Mo
0.1 - 0,15	0.17 -0.37	0.4 - 0.7	До 0.3	до 0.025	до 0.03	0.9 - 1.2	0.25 - 0.35

Таблица 2. - Механические свойства стали 15Х1МФЛ

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Отливка, ГОСТ 977-88			440-640	295	21		790

Для повышения износостойкости взаимно - прилегающие поверхности седла и тарелок задвижки клиновой, наплавляют износостойкими электродами ЦН-6Л.

Сварка седла с корпусом, а также новый слой износостойкой наплавки выполняется переходными электродами тип ЭА 395/95.

Таблица 3. - Физические свойства стали 15Х1МФЛ

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1 / Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	1.98			7800		230
100	1.93	12.4	44	7780		278
200	1.88	13	44	7750		343
300	1.83	13.6	42	7720		430
400	1.75	14	40	7680		532
500	1.67	14.4	37	7640		647
600	1.57	14.7	35	7600		775
700	1.51	14.9	32	7570		962
800		14.8	28	7540		1087
900		12	28	7560		1130
T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9

Оценка свариваемости

Свариваемость - свойство металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Выявим, возможно ли образование горячих, холодных трещин и трещин повторного нагрева для основной стали, применяемой в задвижке - 15Х1МФЛ.

Горячие трещины.

Расчетно-статический метод оценки стойкости сплавов и сталей против образования горячих трещин является косвенным, т.к. основан на использовании параметрических уравнений, но им можно воспользоваться для приближенного определения чувствительности металла к образованию горячих трещин.

Определим чувствительность металла шва к образованию горячих трещин по формуле:

НСS= (1)

НСS=2,98.

2,98< 4 следовательно сталь не склонна к образованию горячих трещин.

Холодные трещины.

Используем параметрическое уравнение, полученное статистической обработкой экспериментальных данных, для определения углеродного эквивалента С_экв, по которому и определим склонность стали к образованию холодных трещин.

Определим чувствительность стали к холодным трещинам. Склонность определим по величине углеродного эквивалента:

С_экв=С+++ (2)

С_экв=0,59

0,59>0,45 сталь склонна к образованию холодных трещин, следовательно, при сварке необходим предварительный подогрев и последующая термообработка.

Трещины повторного нагрева.

Оценку склонности стали к трещинам повторного нагрева, которые возникают в зоне температур отпуска, произведем на основании параметрического уравнения.

Оценку проведем по формулам Накамура и Ито:

ДG=Cr+3,3?Mo+8,1?V+10?C-2 (3)

P_sr=Cr+Cu+2?Mo+10?V+7?Nb-5?Ti-2 (4)

ДG=1,85 >0, P_sr=0,2 <0.

У стали эти параметры выше 0, следовательно сталь склонна к образованию трещин повторного нагрева.

Выбранная сталь сваривается всеми видами сварки, имеет удовлетворительную структуру металла шва и зоны термического влияния. Сварные швы не склонны к образованию горячих трещин. Но склонны к образованию холодных трещин и трещин повторного нагрева. Для того, чтобы избежать холодных трещин при сварке в базовой технологии используется подогрев до температуры 200 ^оС-300 ^оС.

1.4 Анализ недостатков базовой технологии изготовления

Базовая технология изготовления и конструкция задвижки с клиновым затвором была разработана при проведении курсовых проектов по дисциплинам РиПСК, ПСК. При прохождении преддипломной практики и анализе ранее наработанных материалов мною был сделан вывод о необходимости изменения базовой технологии и конструкции, так как применение литых заготовок в массовом производсте очень дорогостояще В частности произведена замена РДС кольцевых швов на АСФ, п/а сварку в среде Ar для остальных швов, что позволяет повысить технологичность сварочного процесса. Предложено применить раздельную сборку корпуса из двух поковок с приваркой направляющих вместо цельной отливки. Также предлагается сварной вариант изготовления бугеля вместо цельной отливки, из более дешевые материалы. Это повышает технологичность конструкции и уменьшает расход сварочных материалов, позволяет избежать множественных литейных дефектов.

Предлагаемая технологии изготовления задвижки с клиновым затвором ДУ-250 представлены на листах 1502.Д13.836.05.00СБ и 1502.Д13.836.06.00СБ графической части дипломного проекта.

2. Разработка технологии изготовления задвижки с клиновым затвором

2.1 Предлагаемый вариант принципиальной технологии изготовления корпуса задвижки шиберной

Изготовление корпуса задвижки с клиновым затвором.

- изготовить заготовку корпуса из стали 15Х1МФЛ в виде поковок

- провести предворительную механическую обработку поковки для проведения УЗД-контроля.

- произвести подогрев участков корпуса для приварки втулок.

- произвести УЗД-контроль заготовок корпуса

- провести механическую обработку заготовок корпуса под сварку

Изготовление проушин грузовых.

- вырезать из листа стали 15Х1МФА термической резкой заготовки проушин.

- фрезеровать кромки под сварку.

- произвести механическую обработку отверстия проушин.

Изготовление втулок.

- изготовить заготовку втулки из стали 15Х1МФЛ в виде поковок Dн=400, Dвн=200, L=250.

- провести предворительную механическую обработку поковки для проведения УЗД-контроля.

- произвести УЗД-контроль заготовок втулки

- провести механическую обработку заготовок втулки под сварку

- произвести подогрев участков втулки для приварки к корпусу.

Сборка-сварка корпуса задвижки

- собрать стык кольцевого шва, выставить зазор, устранить смещение кромок.

- сварить кольцевой шов методом АСФ с сопутствующим подогревом.

- провести отпуск при Т=680°С. До температуры 300°С скорость нагрева 30°С/ч. Время выдержки 5 часов. Охлаждать на воздухе.

- зачистить сварные швы.

- провести УЗД и РГД контроль швов.

- произвести механическую обработку заготовки корпуса в сборе для варки направляющих.

- произвести варку направляющих с сопутствующим подогревом.

- произвести приварку технологических проушин.

- произвести окончательную мех. обработку корпуса

Изготовление бугеля клиновой задвижки.

- изготовить отливку заготовки ребра бугеля из стали 35Л.

- произвести обрезку литников и отбивку шлаковой корки.

- произвести контроль геометрии отливки.

- произвести механическую обработку ребер с разделкой кромок.

- произвести контроль геометрии после механической обработки.

- из листового проката стали 09Г2С термическим путем вырезать заготовку опорного кольца бугеля.

- произвести контроль геометрии заготовки кольца.

- произвести механическую обработку опорного кольца.

- произвести контроль геометрии после механической обработки.

- изготовить поковку верхней втулки бугеля из стали 09Г2С.

- из трубы O325?20 термическим путем вырезать заготовку кольца средней втулки бугеля.

- произвести мех. обработку заготовки под сварку

- собрать на эл. прихватках сварной вариант верхней втулки бугеля.

- произвести сварку верхней втулки бугеля.

- произвести контроль геометрии и качество сварного соединения.

- произвести зачистку сварных швов и контроль геометрии бугеля после сварки.

- провести УЗК швов.

- произвести механическую обработку бугеля после сварки.

Износостойкая наплавка тарелок и седел.

- произвести наплавку защитного слоя на рабочии поперхности седел и тарелок.

- произвести УЗД контроль

2.2 Особенности сборки-сварки

От состояния поверхности свариваемых кромок в значительной мере зависит качество свариваемых швов. Подготовка кромок под сварку состоит в тщательной очистке их от ржавчины, окалины, грязи, масла и других инородных включений. Очистка производится стальными вращающимися щетками, гидропескоструйным и дробеструйным способами, абразивными кругами и т.д. Влага и образующийся при пониженных температурах конденсат должен удаляться подогревом или обдувкой горячим воздухом.

При сборке важно выдержать необходимые зазоры и совмещение кромок, углов разделки и притупления кромок, так как в противном случае возможно образование непроваров или прожогов. Величины зазоров и смещения (превышения) при сборке различных соединений при различных толщинах металла регламентированы соответствующими стандартами. Точность сборки проверяется шаблонами, измерительными линейками и различного рода щупами. Сборка производится в специальных приспособлениях или на выверенных стеллажах. Временное закрепление деталей производится струбцинами, скобами или сборочными прихватками.

Узел, собранный с помощью прихваток должен обладать такой жесткостью и прочностью, какая необходима при извлечении его из сборочного приспособления и транспортировке к месту сварки, а также для уменьшения сварочных деформаций. При назначении размеров и расположения прихваток учитывают еще и необходимость предотвращения их вредного влияния на качество выполнения сварных соединений и работоспособность конструкции. Для сборки стыка на прихватках их длина должна быть 50-80 мм, а сечение должно быть около 1/3 сечения шва, но не более 25-30 мм². Расстояние между прихватками 150-500 мм. Прихватки должны располагаться в местах, где они будут полностью переварены при укладке основных швов. Перед сваркой все прихватки должны быть тщательно очищены от брызг расплавленного металла.

При сборке деталей из сталей следует применять временные технологические крепления из стали той же марки, что и собираемые детали. Поверхность деталей в местах приварки креплений должна быть предварительно зачищена от всех видов загрязнений. Технологические крепления после выполнения своих функций полностью удаляются кислородной или воздушно-дуговой резкой без углубления в основной металл с последующим шлифованием поверхностей деталей до удаления следов резки [2].

При проведении сборочно-сварочных операций используют специальные приспособления и приемы для повышения точности сборки, уменьшения коробления изделия и других сварочных деформаций.

Сборку кольцевого стыка основания и обечайки производят в вертикальном положении, применяя центрирующий кондуктор.

Для уменьшения деформаций и перемещений от сварки необходимо назначать минимальные объемы наплавляемого металла; сечения угловых швов следует принимать по расчету на прочность или в соответствии с рекомендациями о минимальных катетах швов; использовать способы сварки с минимальным тепловложением; сварку вести диаметрально противоположными участками.

При сварке угловых швов электрод наклоняют на 30-45° от вертикали поперек соединения. Сварку ведут вертикальным электродом или с наклоном углом вперед до 15°. Дугу направляют немного (до 1 мм) на нижнюю полку или в угол. При сварке металла разных толщин электрод направляют в сторону листа большей толщины, чтобы увеличить его провар, не допустить прожога листа меньшей толщины и снизить остаточные сварочные напряжения.

В соответствии с разработанной технологией и рекомендациями ЗАО» ЧЗЭМ» в качестве термической обработки используется нормализация и высокий отпуск.

При сварке корпуса используют предварительный подогрев и высокий отпуск. Высокий отпуск - нагрев закаленной стали до температур 680°С, выдержка при заданной температуре и последующее охлаждение с определенной скоростью. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали.

2.3 Выбор методов и способов сварки

Исходя из условий работы, назначения, материала, используемого при изготовлении конструкции, допускается использовать для сварки аппарата следующие виды сварки: ручная дуговая сварка (РДС), автоматическая сварка под флюсом (АСФ), электрошлаковая сварка (ЭШС), полуавтоматическая сварка в среде Ar и его смесях [17,18].

Ручная дуговая сварка. Этим способом сваривают конструкции во всех пространственных положениях, из разных марок сталей, в случаях, когда применение автоматической и полуавтоматической сварок не возможно, например, при отсутствии требуемого оборудования. К преимуществам РДС относятся также:

- Возможность сварки в любом пространственном положении;

- Возможность устойчивого горения дуги и плавление электрода на постоянном и переменном токе;

- Достаточная защита расплавленного металла;

- Возможность получения хорошо сформированных валиков;

К недостаткам можно отнести большую вероятность получения дефектов в сварном соединении, малую производительность процесса, большой расход сварочных материалов, плохие санитарные условия сварки, большое тепловложение в свариваемое изделие, что приводит к послесварочным деформациям изделия. Регулирование скорости подачи и скорости сварки осуществляется сварщиком вручную, следовательно, качество сварного шва будет зависеть от практических навыков сварщика.

Автоматическая сварка под флюсом. При сварке вылет электрода значительно меньше, чем при РДС. Поэтому можно не опасаться перегрева электрода и отделения защитного покрытия, в несколько раз увеличить силу тока. Производительность сварки под флюсом в 10-15 раз выше, чем при РДС. Это достигается за счет: повышения величины и плотности сварочного тока, повышения коэффициента наплавки, увеличения глубины проплавления свариваемого металла, повышения скорости сварки, снижения машинного времени сварки. Плавление электродного и основного металла происходит под флюсом, надежно защищающим их от окружающей среды. Флюс способствует получению чистого и плотного металла шва, без пор и шлаковых включений, с высокими механическими свойствами и однородностью металла шва по химическому составу. Практически отсутствуют потери на угар и разбрызгивание электродного металла. Улучшаются условия труда сварщика, т.е. при сварке под флюсом отпадает необходимость в защите сварщика от воздействия дуги. Сокращается время освоения сварки под флюсом по сравнению с РДС. Процесс сварки полностью механизирован. К недостаткам АСФ можно отнести отсутствие визуального контроля за сварочной ванной, возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стекания флюса и металла при отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10-150, ограниченную маневренность автоматов.

Электрошлаковая сварка. ЭШС - довольно универсальный метод сварки с точки зрения рода тока, типов электродов, области применения. Этот способ сварки одинаково успешно осуществляется как на постоянном токе, так и на переменном. Процесс плавления электрода при электрошлаковой сварке, как и при механизированной сварке под флюсом, саморегулируемый, т.е. длина межэлектродного промежутка устанавливается автоматически. Поэтому на практике обычно задают скорость подачи электрода и напряжения сварки, а скорость плавления автоматически становится равно скорости подачи. Преимуществами ЭШС являются:

- Высокая производительность плавления. Электрошлаковый процесс допускает нагрузку на электрод до 1000А, что невозможно при дуговой сварке.

- Высокая экономичность процесса. Расход электроэнергии уменьшается 10-15%, флюса - в 20 раз по сравнению с дуговой сваркой.

- Высокая устойчивость процесса: допустима плотность тока на электроде 0,2-300 А/мм2.

- Малая устойчивость процесса к качеству подготовки кромок.

- Хорошее качество защиты от воздуха, не хуже чем при дуговой сварке под флюсом, а с дополнительной защитой шлаковой ванны струёй газа - лучше.

- Возможность сварки за один проход практически неограниченной толщины металла, различных соединений.

К недостаткам электрошлаковой сварки можно отнести:

- Перегрев металла шва и около шовной зоны и снижение в результате этого ударной вязкости металла.

- Возможность сварки преимущественно в вертикальном положении.

- Необходимость принудительного формирования шва.

Сварка в Ar и его смесях. По сравнению с РДС сварка в защитных газах имеет следующие преимущества:

- Возможность механизации сварочных работ при выполнении коротких швов;

- Уменьшение коробления изделий за счет повышенной теплоотдачи, охлаждающего действия защитной среды и увеличения скорости кристаллизации расплавленного металла;

- Простота процесса и техники сварки (сварщики осваивают этот способ за 3-5 смен);

- Более высокая производительность труда за счет автоматической подачи проволоки при удовлетворительном качестве сварных швов;

- Малая чувствительность к образованию пор по сравнению с процессом сварки электродами с фтористо-кальциевым покрытием и сваркой под флюсом металла, покрытого окалиной, ржавчиной и другими загрязнениями;

- Уменьшенное содержание газов в шве;

- Возможность непосредственного наблюдения за процессом сварки и местом положения швов;

- Возможность сварки в труднодоступных местах;

- Дешевизна процесса;

Недостатки: в связи с повышенным содержанием кислорода в атмосфере дуги необходимо раскислять в процессе сварки металл шва. Элементы раскислители вводятся в сварочную ванну через электродную проволоку.

Таким образом, проанализировав все достоинства и недостатки вышеперечисленных способов, выбираем для сварки кольцевого шва корпуса конструкции - автоматическую сварку под флюсом, а для швов приварки ребер, проушин, - способ сварки в среде защитного газа Ar. Для слесарной сборки и наплавки седел и тарелок, сварки бугеля - способ РДС.

2.4 Выбор сварочных материалов

На механические и физико-химические свойства металла шва весьма существенное влияние оказывает его химический состав. Поэтому для получения свойств удовлетворяющим требованиям надежности конструкции весьма важным является правильный выбор сварочных материалов. При выборе сварочных материалов следует исходить из необходимости получения плотных беспористых швов, обеспечивающих высокую технологическую и эксплутационную прочность сварных соединений.

Сварочные материалы должны удовлетворять следующим требованиям:

Должны соответствовать требованиям стандартов, технических условий и паспортов и иметь сертификаты.

Сварочные материалы следует хранить рассортированными по партиям. На поверхности сварочной проволоки не должно быть следов ржавчины, масла и других загрязнений. Флюс следует хранить в закрытой таре.

Электроды и флюс перед использованием должны быть прокалены.

Сварочные проволоки и электроды должны иметь химический состав близкий к составу основного металла, иметь низкое содержание C, S, P.

Флюс должен соответствовать следующим требованиям:

- обеспечивать формирование поверхности сварного шва без надрезов и наплывов;

- не вытекать в зазоры между ползунами и свариваемыми кромками при заданной точности сборки свариваемых изделий;

- иметь высокую температуру кипения.

Для ручной дуговой сварки низко- и среднеуглеродистых сталей рекомендуют использовать покрытые электроды УОНИИ 13/55. Эти электроды обеспечивают высокую пластичность, ударную вязкость металла шва и стойкость против образования трещин.

Для ручной дуговой сварки коррозионностойких и жаропрочных сталей сталей рекомендуют использовать переходные электроды типа ЭА 395/95, а для наплавки на седел и тарелок электроды типа ЦН-6Л.

Для автоматической и п/а сварки предлагается использовать:

АСФ - флюс АН-26С, проволока ER 309LSi O1,2 мм п/а сварки, для автоматической сварки [2, 3].

Состав сварочных материалов приведен в таблицах 4 и 5 [5, 6].

Таблица 4. - С Химический состав сварочного флюса

Марка флюса	Массовая доля, %
	Кремния(VI) диоксид	Марганца(II) оксид	Кальция оксид	Магния оксид	Оксид железа
АН-26С	26-33	15-18	4-8	2,4-4	1,5

Таблица 5. - Химический состав сварочной проволоки

Марка проволоки	Химический состав
	Углерод	Кремний	Марганец	Хром	Никель	Сера	Фосфор
ER 309LSi	0,1	Не более 0,03	0,8-1,1	Не более 0,1	Не более 0,25	Не более 0,03	Не более 0,03

Таблица 6. - Химический состав сварочного электрода

Марка электрода	Химический состав
	Углерод	Кремний	Марганец	Хром	Молибден	Сера	Фосфор
ЦН-6Л	0,06-0,12	0,48-0,64	1-2	15-18	0,4-0,7	Не более 0,025	Не более 0,03
ЭА 395-95	0,09	0,6	1,2	15,5	5,4	0,007	0,02
УОНИИ 13/55	0,06-0,12	0,18-0,5	0,8-1,2	-	-	Не более 0,03	Не более 0,03

2.5 Определение параметров режима сварки РДС

Рисунок 1 - Площадь наплавленного металла шва

F_общ=2F1+F2+F3+F4+F5+F6, (5)

F1= 4,2?0,5=2,1 см²

F2= 0,75?0,4?3,6=1,08 см²

F3= 4,2?1,5=6,3 см²

F4= 3,15?0,5?0,8²=1,01 см²

F5= 0,3?0,1=0,03 см²

F6= 0,75?0,4?1=0,3 см²

F_общ=4,2+1,08+6,3+1,01+0,03+0,3=12,92см²,

а) Определение площади поперечного сечения корневого и подварочного валиков (F_K) по формуле:

Принимаем F_К = 20 мм (для одного шва). (6)

б) Определение ориентировочно площади поперечного сечения последующих валиков (F_С1) по формуле (7):

Принимаем F_С1 = 42 мм

в) Определение ориентировочно число проходов (n₁):

Принимаем n = 30

г) Корректировка площади поперечного сечения последующих швов (F_С) по формуле (9)

д) Расчет сварочного напряжения и силу сварочного тока.

Так как покрытие электрода основное, то силу сварочного тока будем вычислять по формуле (10); где К_п. - коэффициент, учитывающий положение сварки. В нашем случае К_п.=1, так как сварку ведем в нижнем положении.

(7)

Принимаем I_{СВ С} = 130А (при dэл =4 мм);

Напряжение будем рассчитывать по формуле (11):

Принимаем U_{СВ К} = 25 В; U_{СВ С} = 25 В.

е) Определение скорости сварки; при: б_н = 8,5 (Г/А час),

g=7,8 г/см³ - плотность металла; F_H [см²].

2.6 Предварительный подогрев и ТО сварных соединений

Так как С=0,59>0,45, то сталь 15Х1МФА склонна к холодным трещинам. Одним из технологических средств, снижающих вероятность появления холодных трещин, является сопутствующий и предварительный подогрев.

Минимальная температура предварительного и сопутствующего подогрева изделия из стали 15Х1МФА толщиной свыше 30 мм при дуговых способах сварки должна быть не менее 100С.

Максимальная температура предварительного подогрева ограничивается 180С.

Таблица7. Режимы предварительного и сопутствующего подогрева

Вид сварки	Диапазон температур подогрева, С
АСФ РДС	180-200 200-250

Предварительный и сопутствующий подогрев осуществляют специальными электрическими нагревательными устройствами, обеспечивающими равномерный подогрев металла по всему сечению свариваемых (наплавляемых) деталей по всей протяженности соединения.

Температура подогрева контролируется приварными термопарами. Допускается контроль контактными термопарами (термощупами). Замеры температуры производятся в пределах зоны равномерного прогрева на расстоянии не менее 100 мм от свариваемых кромок в точках, указанных в технологическом процессе.

После сварки стали допускается охлаждение свариваемых деталей до температуры не ниже 70 С, во избежания образования закалочных структур. Либо непосредственно после сварки проводят ТО - термический отдых при температуре не менее 250 С - не менее 8 ч.

В процессе сварки нагрев металла производят в узкой зоне шва и околошовной зоны. Расплавленный металл шва при охлаждении уменьшается в объеме, из-за чего шов сжимается в продольном и поперечном направлениях. Свободному сжатию металла шва препятствуют прилегающие к шву зоны основного металла, что вызывает появление внутренних напряжений в сварном соединении. Для уменьшения возникающих при сварке внутренних напряжений в сварном шве и околошовной зоне, а также для улучшения структуры основного металла и металла шва производят термическую обработку. Сварные соединения деталей из стали 15Х1МФА выполненные электродуговой сваркой подвергают высокому отпуску.

Температура высокого отпуска сварных соединений из стали 015Х1МФА рекомендуется Т = 645-680С. Время отпуска рассчитывается по формуле

Т_н=0,1SK₁ K₂ K₃/L, (8)

где S=96 мм - геометрическая характеристика изделия (толщина);

K₁=2 - коэффициент формы изделия;

K₂=2 - коэффициент среды;

K₃=1,5 - коэффициент способа нагрева;

L=2,64 - коэффициент легирования стали.

Т_н=0,1962 2 1,5/2,64=20 ч.

Изделие сажают в печь при температуре 300С и выдерживают в течении 1,8-2 ч. Затем в течении 1,2-1,5 ч нагревают до температуры 680С и выдерживают в течении 6 ч, затем изделие остывает в печи в течении 1 ч до температуры 100С, а затем на открытом воздухе.

2.7 Выбор методов контроля сварных швов

Внутренние дефекты, образующиеся при сварке плавлением сварных соединений

К внутренним дефектам сварных соединений относят дефекты, которые не обнаруживаются внешним осмотром сварного соединения детали, узла или изделия. Вид, характер и размеры внутренних дефектов зависят от способов сварки.

Трещины - частичное местное разрушение сварного соединения. В наплавленном и основном металле трещины появляются в результате развития собственных напряжений, которые могут возникать в металле вследствие следующих причин: литейной усадки или структурных превращений или изменения объема в результате перехода металла из жидкого состояния в твердое; неравномерного распределения температуры при нагреве или охлаждении свариваемого объекта; сварке деталей из конструкционных легированных сталей в жестко заделанных контурах; большой скорости охлаждения при сварке углеродистых сталей, склонных к закалке на воздухе; проведения сварки при низких температурах, понижающих пластические свойства металла; засоренности основного и присадочного металла вредными примесями серы и фосфора; наличия в сварных соединениях др. дефектов, являющихся концентраторами напряжений, обуславливающих образование трещин, и др.

В зависимости от температурных условий, при которых возникают трещины, их подразделяют на холодные, возникающие при температуре до 300°С, и горячие, возникающие при температуре 1100-1300°С.

В зависимости от расположения относительно шва сварного соединения трещины разделяют на продольные и поперечные; по расположению в сварном соединении - на трещины в наплавленном металле, трещины в основном металле или в зоне термического влияния.

В зависимости от размеров трещины подразделяют на макротрещины, имеющие сравнительно большой размер по глубине, протяженности и раскрытию, и микротрещины, обнаруживаемые вооруженным глазом.

В зависимости от характера напряжений (сжатие или растяжение), возникающих в элементах сварных конструкций, трещины могут быть закрытые, трудно обнаруживаемые (в сжатых элементах) или открытые, хорошо видимые (в растянутых элементах).

Трещина - наиболее опасный и недопустимый дефект сварки.

Непровар - отсутствие сплавления между наплавленным и основным металлом (в корне шва или по кромке) или между смежными слоями шва. При непроваре отсутствует структурная связь между прилегающими друг к другу объемами металла в сварном соединении. Непровар возникает в тех случаях, когда расплавленный электродный металл попадает на нерасплавленный основной металл. На поверхности соприкосновения расплавленного и основного металла сохраняется тонкая окислая пленка, понижающая прочность сцепления между ними.

Причины образования непроваров:

- недостаточная тепловая мощность дуги (малый ток, излишне длинная или короткая дуга); электроды из легкоплавкого материала, вследствие чего жидкий металл заполняет шов на неоплавленные свариваемые кромки;

- чрезмерная скорость сварки, при которой свариваемые кромки не успевают расплавляться;

- значительное смещение электрода на одну из свариваемых кромок, когда расплавленный металл натекает на др. нерасплавленную кромку, прикрывая непровар;

- малая величина зазора или малый угол скоса кромок, что затрудняет расплавление основного металла;

- неудовлетворительная зачистка кромок под сварку от ржавчины, краски окалины, масла и др. загрязнений;

- блуждание или отклонение дуги под влиянием магнитных полей, особенно при сварке на постоянном токе, когда основание столба дуги располагается в одном месте, а жидкий металл стекает на др. участок нерасплавленного металла;

- неправильное расположение или слишком большое сечение присадочной проволоки, укладываемой в разделку шва, что затрудняет расплавление основного металла;

- неудовлетворительное качество основного металла, сварочной проволоки, электродов, флюсов и т.д.

- неудовлетворительная работа сварочного оборудования - колебания силы сварочного тока и напряжения дуги в процессе сварки;

- низкая квалификация сварщика.

Непровар - один из наиболее опасных дефектов сварки, особенно в сварных соединениях, работающих под воздействием вибрационных и ударных нагрузок.

Поры (пористость) в наплавленном металле шва - различной величины пузырьки (обычно сферической формы), заполненные газами. Газовые пузырьки возникают вследствие интенсивных реакций газообразования в объеме металла и большой скорости его затвердевания, не позволяющей пузырькам газа подняться на поверхность расплавленного металла шва.

Основные причины возникновения пор в швах сварных соединений: повышенное содержание углерода в основном металле или в присадочном материале; повышенная влажность электродного покрытия, флюса или проведение сварочных работ в сырую погоду; наличие в некоторых электродных покрытиях крахмала, декстрина и др. органических составляющих, в результате разложения которых может происходить насыщение металла шва окисью углерода или водородом; плохая очистка кромок свариваемого металла от ржавчины, краски и др. загрязнителей; высокая скорость сварки, приводящая к быстрому затвердеванию сварочной ванны.

Окисные включения.

Окисные включения (пленки) могут возникать при всех видах сварки. Влияние окисных пленок на механические свойства сварных соединений может быть сильнее, чем влияние пор, шлаковых и металлических включений.

Причины возникновения окисных включений: загрязненность поверхностей свариваемых кромок ржавчиной, маслом, краской и т.д.; плохая очистка (или отделимость) шлака от поверхности шва при многослойной сварке; быстрое остывание ванны жидкого металла (малый слой шлакового покрытия), что затрудняет всплывание более крупных включений; высокая плотность или тугоплавкость шлака; некачественное электродное покрытие (покрытие дает вязкий густой шлак, или оно нанесено больше положенного); низкая квалификация сварщика.

Методы контроля качества сварных швов

Качество сварного металла и сварных соединений в производстве имеет особое значение. Сварные соединения могут иметь различные дефекты. Для их надежного выявления и оценки проводят комплекс методов неразрушающего контроля. При выборе методов контроля или сочетания методов учитывают физические свойства материала контролируемого изделия, геометрические размеры, форму по-верхности, характер происхождения и виды предполагаемых дефектов [10].

Основные методы неразрушающего контроля: ВО - внешний осмотр, ЦД - цветная дефектоскопия, МПД - магнитопорошковая дефектоскопия, УЗК - ультразвуковой контроль, РГД - радиографическая дефектоскопия.

ВО и ЦД применяют для выявления дефектов, выходящих на поверхность.

МПД используют только для магнитных материалов, для выявления дефектов, выходящих на поверхность, и в отдельных случаях для выявления поверхностных дефектов на глубине до 2 мм.

УЗК и РГД применяют для выявления внутренних дефектов.

ВО выполняют в соответствии с ГОСТ 3242-79. Его осуществляют визуально, невооруженным глазом, или с применением лупы с увеличением от 3 до 10. При контроле сварных соединений ВО применяют для выявления трещин, подрезов, наплывов, пор и шлаковых включений, незаплавленных кратеров, прожогов.

ЦД основана на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объекта контроля и регистрации образующихся индикаторных следов визуально или с помощью преобразователей. Чувствительность метода определяется минимальными размерами выявляемого дефекта типа трещины и зависит от состава индикаторной жидкости, проявителя, шероховатости поверхности и условий контроля. ЦД выявляет только микротрещины. Для выявления дефектов в сварных соединениях в проектной документации устанавливаются классы чувствительности 2 и 3. Поверхность металла, подлежащая ЦД, должна быть очищена от масел и загрязнений бензином ацетоном или водными очистителями с последующей протиркой сухой ветошью.

РГД основан на регистрации ослабления ионизирующего излучения, проникающего через контролируемый объект. Степень ослабления зависит от толщины и плотности материала контролируемого объекта. При наличии в контролируемом объекте дефектов, отличающихся по плотности от основного металла, изменяются интенсивность и энергия проходящего излучения. В качестве детекторов изображения несплошности просвечиваемого изделия при радиографии широко применяют рентгеновскую чувствительную пленку.

ГОСТ 7512-82 устанавливает метод радиографического контроля сварных соединений из металлов и их сплавов, выполненных сваркой плавлением, с толщиной свариваемых элементов от 1 до 400 мм, с применением рентгеновского, гамма-, и тормозного излучений и радиографической пленки. РГД применяют для выявления в сварных соединений трещин, непроваров, пор, шлаковых, вольфрамовых, окисных и др. включений. РГД применяют также для выявления прожогов, подрезов, оценки величины выпуклости и вогнутости корня шва, недопустимых для внешнего осмотра.

При РГД не выявляют: любые несплошности и включения с размером в направлении просвечивания менее удвоенной чувствительности контроля; непровары и трещины, плоскость раскрытия которых не совпадает с направлением просвечивания; любые несплошности и включения, если их изображения на снимках совпадают с изображениями посторонних деталей, острых углов или резких перепадов трещин просвечиваемого металла.

РГД следует проводить после устранения обнаруженных при внешнем осмотре сварного соединения наружных дефектов и зачистки его от неровностей, шлака брызг металла, окалины и др. загрязнений, изображения которых на снимке могут помешать расшифровке снимка.

После зачистки сварного соединения и устранения наружных дефектов должна быть произведена разметка сварного соединения на участки и маркировка участков. При контроле на каждом участке должны быть установлены эталоны чувствительности и маркировочные знаки. Эталоны чувствительности следует устанавливать на контролируемом участке со стороны, обращенной к источнику излучения. При невозможности установки эталонов со стороны источника излучения при контроле сварных соединений цилиндрических изделий через две стенки с расшифровкой только прилегающего к пленке участка сварного соединения, а также при панорамном просвечивании допускается устанавливать эталоны чувствительности со стороны кассеты с пленкой.

Основные характеристики неразрушающих методов контроля приведены в таблице 9.

Недостатки и достоинства приведены в таблице 8

Таблица 8. - Характеристики неразрушающих методов контроля

Метод контроля	Характер выявляемых трещин	Толщина металла, мм
	Мин. глубина	Мин. Раскрытие
Рентгеновский	2% толщины	0,1 мм и более	до 100
Акустический	до 0,1 мм	0,001 мм	До 1000
Магнитографический	5-10% толщины	-	до 16
Цветной	0,02 мм	0,002 мм	-

Таблица 9. - Недостатки и достоинства методов контроля

Метод контроля	Основные преимущества	Основные недостатки
Рентгеновский	Высокая чувствительность, возможность опр. характера и размера дефекта.	Вредность излучения, высокая трудоемкость и стоимость работ, громоздкость оборудования.
Акустический	Контроль деталей большой толщины, отсутствие вредных излучений, определение глубины залегания.	Трудность или невозможность контроля аустенитных сталей, затруднения при контроле толщин 8-12 мм, трудность опр. характера дефекта и глубины залегания.
Магнитографический	Высокая производительность и низкая стоимость, хорошая чувствительность.	Малый диапазон толщин, зависимость выявляемости дефекта от глубины залегания.
Цветной	Высокая чувствительность выявления поверхностных дефектов.	Огнеопасность, токсичность материалов, трудность контроля швов с грубой чешуйчатостью.

Для контроля сварных соединений корпуса шиберной задвижки выбираем визуальный осмотр и УЗК.

3. Оборудование для сборки и сварки

3.1 Технические характеристики установки для сборки и сварки кольцевых швов

Сварочная установка CaB 300C принадлежит к стандартному ряду оборудования ESAB. Установка спроектирована для работы только с автоматическим сварочным оборудованием.

Установка монтируется стационарно или на рельсовой тележке. Колонна установки может вращаться на 360° (+/ - 180°).

Стрела закреплена на приводной каретке колонны и может перемещаться по ней в вертикальном и горизонтальном направлении.

На переднем конце стрелы установлена сварочная головка, а на заднем конце стрелы установлена бобина с проволокой.

Сварочное перемещение осуществляется перемещением стрелы или вращением свариваемого изделия с помощью соответствующего манипулятора.

Переносной пульт управления установки используется только для управления сварочной головкой.

Основные модули установки:

- Основание на рельсовом ходу;

- Колонна;

- Стрела;

- Сварочная головка;

- Шкаф аппаратуры управления;

- Блок управления;

- Дистанционный пульт;

- Бобина с проволокой;

- Установка подачи и циркуляции флюса FFRS 1200;

- Сварочный источник ВДУ-1601;

Примечания:

- Установка предназначена только для работы в цеху.

- Установка может применяться только со сварочным оборудованием, предназначенным для неё.

- Установку нельзя использовать в качестве грузоподъемного устройства.

- Установку нельзя использовать для перемещения людей (во время работы никто из обслуживающего персонала не должен перемещаться вместе с установкой).

Технические данные установки отображены в таблице 7.

Таблица 10 - Технические данные установка ESAB CaB 300C.

Наименование параметра	Величина
Питающая сеть, Гц; А; В	50; 16; 230/50; 10; 400
Скорость тележки при сварке, см/мин	10-200
Скорость тележки при перемещении, м/мин	2
Скорость горизонтального движения стрелы при сварке, см/мин	10-200
Скорость горизонтального движения стрелы при перемещении, м/мин	2
Скорость вертикального перемещения стрелы, м/мин	0,7

Электрическое оборудование:

- Шкаф управления. Шкаф служит для размещения электрооборудования, необходимого для управления функциями установки и сварочным процессом.

- Дистанционный пульт управления. Управляет сварочным процессом.

- Контроллер. Управляет во время сварки скоростью и направлением перемещений.

- Кабели. Используются для соединения электрического оборудования установки.

- Сварочный источник ВДУ-1601.

3.2 Описание сварочной головки A6S Compact 500

Сварочная головка ESAB A6S Compact 500 предназначена для автоматической сварки под слоем флюса.

Основные компоненты:

- Спрямляющее проволоку устройство. Это устройство предназначено для направления и подачи сварочной проволоки вниз к контактному устройству.

- Моторизованный суппорт

- Контактное устройство. Предназначено для передачи сварочной проволоке тока.

- Мотор-редуктор

- Бункер для флюса. Бункер заправляется флюсом, который далее подаётся к месту сварки через флюсовую трубку и сопло. Количество подаваемого флюса регулируется с помощью заслонки установленной на бункере.

- Флюсовое сопло

- Устройство ведения по стыку

Технические данные сварочной головки отображены в таблице 8.

Таблица 11 - Технические данные Сварочная головка ESAB A6S Compact 500

Наименование параметра	Величина
Номинальная нагрузка, А	1500
Диаметр сплошной одиночной проволоки, мм	2-4
Скорость подачи проволоки, м/мин	0,2-4,0
Емкость контейнера для флюса, л	1
Напряжение питаемого тока, В	42

3.3 Сварочный манипулятор НВ100

Предназначен для вращения цилиндрических изделий со сварочной скоростью при ручной, полуавтоматической и автоматической сварке внутренних и наружных кольцевых швов, а так же для установки изделий в положение, удобное для сварки.

Манипулятор состоит из станины, регулятора, шпиндельного узла, планшайбы, электродвигателя и пульта управления.

Технические характеристики:

- грузоподъемность, т 2

- диаметр свариваемых круговых швов, мм 1800

- угол поворота планшайбы, град 120

- скорость наклона планшайбы, об/мин 0,8

- угол наклона планшайбы, град 135

- сварочный ток, А 2000

- габариты, мм 1810?1500?1190

- масса, кг 2197

При необходимости манипулятор комплектуется роликоопорным стендом.

Сварочный полуавтомат МС-400М - представляет собой, выполненные в раздельном исполнении источник питания (ИП) с панелью управления и механизм подачи (ПМ), и предназначен для: механизированной (полуавтоматической) сварки в среде защитных или активных газов и их смесей стали, в том числе легированной;

- механизированной (полуавтоматической) сварки в среде защитных газов алюминия и сплавов на его основе;

- механизированной (полуавтоматической) сварки порошковой проволокой, пайки-сварки бронзовой проволокой;

- ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

Источник устойчив к колебаниям напряжения питающей трехфазной электрической сети 380В±15%, 50Гц.

Сварочный полуавтомат предназначен для работы в закрытых помещениях с соблюдением следующих условий: температура окружающей среды от -20С до +40С;

- относительная влажность воздуха не более 80% при 20С;

- среда, окружающая полуавтомат, невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных паров и газов, разрушающих металлы и изоляцию.

Таблица12. Техническая характеристика полуавтомата

Потребляемый ток, А	37
Напряжение холостого хода, В	70-80
Диапазон регулирования тока, А	20-500
Потребляемая мощность, кВА	24,4
Диапазон регулирования сварочного напряжения В	17-50
Скорость подачи сварочной проволоки, м/мин	2,0-18
Сварочный ток, А при ПВ, 60%	500А
Сварочный ток, А при ПВ, 100%	390А
Диаметр сварочной проволоки, мм	1,0-1,6
КПД, не менее	0,89
Коэффициент мощности	0,87
Степень защиты	IP 21
Вид охлаждения	Воздушное
Габаритные размеры источника питания, мм	636х322х584
Масса источника питания, кг	53
Габаритные размеры подающего механизма, мм	490х200х325
Масса подающего механизма, кг

3.4 Технические характеристики нестандартного оборудования

К нестандартному оборудованию относится спроектированный мною сборочный кондуктор, состоящий из направляющего стержня, болтооупорных приспособлений, швеллеровых опор.

Кондуктор предназначен для жесткого закрепления в нем свариваемого изделия, он служит также проверочным шаблоном для правильности сборки седел.

При сборке корпуса клиновой задвижки, сначала на кондуктор устанавливается верхняя втулка корпуса затем тройник в сборе, конусообразная верхняя часть кондуктора является шаблоном шибера. Сборка на кондукторе осуществляется согласно чертежу 1502.Д13.836.09.00СБ.

3.5 Модернизация сварочной головки

Модернизация сварочной головки заключается в замене механизма подачи сварочной проволоки предложенным в описании изобретения (патент №505537, КЛ В 9/12, 1974) с целью повышения стабильности подачи ее в зону сварки.

Изобретение относится к дуговой сварке и может быть использовано в автоматах и полуавтоматах для сварки плавящимся и неплавящимся электродом.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства для равномерной подачи сварочной проволоки.

Поставленная цель достигнута тем, что приводной элемент выполнен в виде цилиндрического ролика с винтовой нарезкой на наружной поверхности по всей длине ролика.

Кроме того, с целью повышения надежности в работе путем периодической очистки винтовой нарезки приводного элемента от стружки и загрязнений, на прижимном ролике выполнен по крайней мере один выступ, размещенный в канавке нарезки и имеющий ответный профиль.

На чертеже изображено это устройство в разрезе.

Устройство для подачи сварочной проволоки содержит корпус 1 с направляющими мундштуками 2 и 3, поджимной ролик 4 с осью 5 и приводной элемент 6, представляющий собой сплошной цилиндрический ролик с винтовой нарезкой на наружной поверхности. Свободный конец 7 приводного элемента 6 соединяется с приводом 8. Ось 5 поджимного ролика 4 связана с рычагом 9, на котором размещена пружина 10. Соосно с рычагом 9 в корпусе 1 установлен регулировочный винт 11. На поджимном ролике 4 выполнен выступ 12, профиль рабочего конца которого повторяет профиль впадины винтовой нарезки приводного элемента 6.

Устройство работает следующим образом.

Сварочная проволока, поступающая в зависимости от направления вращения привода 1, и через направляющий мундштук 2 или 3 подается между поджимным роликом 4 и приводным элементом 6. Поджимной ролик 4 прижимает сварочную проволоку к виткам винтовой нарезки на наружной поверхности приводного элемента 6.

Усилие прижима сварочной проволоки регулируется регулировочным винтом 11. При вращении приводного элемента 6 приводом 3 возникает усилие, перемещающее сварочную проволоку в направлении, параллельном оси приводного элемента 6. Для улучшения сцепления сварочной проволоки с витками приводного элемента 6 можно установить последовательно друг за другом несколько поджимных роликов 4. Рабочий конец выступа 12 на поджимном ролике 4 при вращении приводного элемента 6 периодически входит во впадину винтовой нарезки, в результате чего происходит ее очистка от стружки и загрязнений.