Технология сварки соединения нахлёсточного с отбортовкой, выполненного из листа стали марки Ст3пс

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра машиностроительных технологий и материалов

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

Технологические основы сварки плавлением и давлением

Выполнил студент группы СП-1

С.А.Иванов

Нормоконтроль

О.А. Максимова

Иркутск 2014 г



Введение

Сварка является одним из основных технологических процессов в машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности. Она позволила внести коренные изменения в технологию производства, вытеснив клепаные конструкции и создав принципиально новые сварные конструкции машин.

Современный технологический уровень сварочного производства требует от сварщиков и специалистов определенного объема профессиональных знаний.

В условиях непрерывного усложнения конструкций и роста объема сварочных работ большую роль играет правильная подготовка - теоретическая и практическая - квалифицированных рабочих сварщиков непрерывного усложнения конструкций и роста объема сварочных работ большую роль играет правильная подготовка - теоретическая и практическая - квалифицированных рабочих сварщиков.



1. Описание материалов

Начало формы

Сталь марки Ст3пс по содержанию углерода относится к низкоуглеродистым сталям. Особенности сварки плавлением углеродистых сталей обусловлены, главным образом, степенью раскисления и количеством находящегося в них углерода. Не полностью раскисленные кипящие стали, имеющие участки с повышенным содержанием серы и фосфора, чувствительны к образованию горячих трещин в металле шва и зоне термического влияния. Склонность этих сталей к старению способна вызывать при сварочном нагреве выпадение нитридов и карбидов железа в зоне термического влияния, что значительно снижает пластичность и вязкость сварного соединения. В связи с этим кипящие стали в сварных конструкциях стараются не использовать, в основном применяют полуспокойные и спокойные стали.

Находящийся в сталях углерод в количестве более 0,22-0,25% оказывает заметное негативное влияние на склонность сталей к образованию горячих и холодных трещин. Снижение стойкости против образования горячих трещин связано в основном с тем, что углерод усиливает вредное действие серы на деформационные характеристики металла, а снижение стойкости против образования холодных трещин -- с повышением чувствительности сталей к появлению при сварке хрупких закалочных структур. С увеличением концентрации углерода эта чувствительность резко возрастает. В большинстве случаев горячие трещины образуются в металле шва, холодные - в зоне термического влияния.

Низкоуглеродистые полуспокойные и спокойные стали относят к классу сталей, механизированной сварки.

Сварка этих сталей обеспечивает получение качественных, равноценных основному металлу сварных соединений в широком диапазоне режимов и условий сварки. Вместе с тем следует отметить, что металл зоны термического влияния в определенных обстоятельствах может претерпевать заметные изменения, связанные прежде всего с ростом зерна на участке перегрева, нагреваемом до температуры выше 1200°С, что приводит к потере вязкости стали на 15-20%. При сварке полуспокойных сталей возможна интенсификация процессов старения на участке, нагреваемом до температуры 200-400°С. Подобные структурные изменения могут наблюдаться при сварке многослойных швов на чрезмерно большой силе тока (погонной энергии) вследствие длительного пребывания металла в области указанных температур.

При сварке низкоуглеродистых сталей, содержащих углерод близко к верхнему пределу, возможно, некоторое увеличение прочностных и снижение пластических характеристик металла, а также образование горячих трещин в металле шва, например, при сварке угловых швов и выполнении

корневых проходов на толстолистовой стали. Это связано с более высокими

в данном случаи скоростями охлаждения металла при сварке и низким коэффицентом формы проплавления. Сварка стали Ст3пс обеспечивает получение качественных равноценных основного металла сварных соединений в широком диапазоне режимов и условий сварки. Химический состав и механические свойства приведены в таблице 1 и 2.

Таблица1-Химический состав материала Ст3пс ГОСТ 380 - 2005,в %

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu	As
0.14- 0.22	05- 0.15	0.4- 0.65	до 0.3	до 0.05	до 0.04	до 0.3	до 0.008	до 0.3	до 0.08

Таблица2-Механические свойства при Т=20oС материала Ст3пс .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кД/м2	-
Трубы, ГОСТ8696-74			372	245	23
Трубы, ГОСТ1070580			372	225	22
Прокат, ГОСТ535-2005			370-480	205-245	23-26
Лист толстый, ГОСТ14637-89			370-480	205-245	23-26
Арматура, ГОСТ 5781-82			373	235	25

2. Выбор способа сварки

К параметрам способа сварки в смеси газов относится род и полярность тока, диаметр электродной проволоки, величина сварочного тока, напряжение на дуге, скорость подачи проволоки и сварки. При сварке в углекислом газе применить постоянный ток обратной полярности. Так как переменный ток приводит к худшему формированию шва и к неустойчивому горению дуги. Диаметр сварочной проволоки применяется в зависимости от толщины металла. Сварочный ток в зависимости от выбранного диаметра сварочной проволоки. Напряжение дуги устанавливается в зависимости от сварочного тока и длины дуги.

Преимущества:

-высокая производительность процесса;

-низкая стоимость углекислого газа;

-возможность сварки металлов малых толщин и сварки различных материалов;

-возможность наблюдения за открытой дугой, что облегчает управление процессом сварки;

-широкие возможности механизации и автоматизации процессов;

-возможность сварки во всех пространственных положениях;

-хорошее качество шва.

К недостаткам сварки в защитных газах следует отнести усложнения при проведении сварки на открытом воздухе, особенно в ветреную погоду из-за возможности обдува защитного газа струей воздуха, а также большие выделения вредного газа на рабочем месте сварщика.

Так же можно бороться с недостатками: сварка на открытом воздухе возможна, загородив щитами сварочную зону. Борьба с большими выделениями газа, усилить вентиляционную силу сварочного поста.

3. Выбор разделки свариваемых кромок

Так как днище прилегает к стенке обечайки плотно, а толщина металла S=2мм, то разделка кромок не предусматривается (см. рисунок 3.1)

Рисунок 1- Разделка кромок

где

-толщина свариваемых пластин

-зазор между пластинами

На рисунке 3.2 представлены параметры сварного шва

Рисунок 2 -Параметры сварного шва

где

- ширина наплавленного металла

- выпуклость наплавленного металла

4. Определение площади наплавленного металла

Площадь сечения швов представляет собой сумму площадей элементарных геометрических фигур их составляющих.

Геометрические элементы площади сечения стыкового шва показаны на рисунке 3.

Рисунок 3- Геометрические элементы площади сечения стыкового шва

F1=0,75*e*q=0,75*5*1=3.75мм2 (1)

где

- ширина наплавленного металла

- выпуклость наплавленного металла

F2=k2 /2=2мм2 (2)

F3 = S*b=2*1=2мм (3)

где

-толщина свариваемых пластин ;

-зазор между пластинами ;

2F4 = h2 * tga/2=22 * tg(90/2)/2=2 (4)

Fн= F1+F2+F3+2F4=3.75+2+2+2=9.7мм (5)

Рассчитаем площадь первого прохода (корневого шва) по формуле

F1=8*dэ (6)

F1=8*0.8=6.4ммІ

Рассчитаем площадь последующих проходов

F=10*dэ (7)

где

dэл - диаметр электродной проволоки, мм.

F=10*0.8=8ммІ

Зная площадь сечения шва, а так же площади первого и последующих проходов рассчитываем общее число проходов

n=(Fн-F1)/Fпр+1 (8)

n=(9.7-6.4)/8+1=1



5. Расчет режимов сварки

Исходя из толщины металла S=2мм, диаметр сварочной проволоки принять 0.8мм и рассчитать режимы.

Вылет электрода.

lэ = 10 *dэл (9)

где

dэл - диаметр электродной проволоки, мм.

lэ = 10 *0.8 = 8 мм

Определение сварочного тока.

Iсв = j * Fэл (10)

где

j - плотность тока = 180 А/ч;

- площадь электродной проволоки, мм2.

Fэл= (р * dэл2)/ 4 (11)

Fэл=(3,14 *0,82)/ 4 = 0.50 мм2

Iсв=180 *0,50= 90 А

Определение скорости подачи проволоки

Vп/п = (4 * бр * Iсв)/( р * dэл2 * рэл) (12)

где

бр - коэффициент расплавленной электродной проволоки, г/а*с

Iсв - сварочный ток, А

рэл - плотность электродной проволоки, г/см3

бр = (8,3 + 0,22 * Iсв/ dэл) *3600 *10-4 (13)

бр = (8,3 + 0,22 * 90 / 0.8) *3600 *10-4 = 11.8 г/а*с

рэл= 7,8 г/см3

Vп/п =(4 * 11.8 * 90) / (3,14 * 0.64 * 7,8) = 272 м/ч

Напряжение на дуге принять в интервале от 18-22 В

Определение коэффициента наплавки - бн , г/Ас

бн = бр * ( 1 - ц / 100) (14)

где

ц- потери электродного металла, вследствие окисления и разбрызгивания (принять 10 %)

ц=10%

бн = бр * ( 1 - 10 / 100) (15)

бн =11.8*(1-10/100)=10.62 г/Ас

Определение скорости сварки- Vсв ,м/ч

Vсв = бн * Iсв / Fн * рэл (16)

Vсв =10.62*272/220.5*7.8=1.67

Где:

Fн - площадь поперечного сечения шва, мм2

Fн = 220,5 мм2

6. Выбор сварочных материалов

Для механизированной сварки в защитном газе, выбранного основного материала стали марки Ст3пс техническим условиям на сварочную проволоку, удовлетворяет проволока марки Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70, в качестве защитного газа применить углекислый газ ГОСТ 8050-76.

Углекислый газ по ГОСТ 8050-76 (двуокись углерода, углекислота) является активным газом, который легко вступает в химические реакции или хорошо растворяется в металле шва. Углекислота широко распространена в природе, поэтому и дешёвая. Углекислый газ не ядовит, бесцветен, имеет едва ощутимый запах, нетоксичен и невзрывоопасен. Углекислота защищает расплавленный металл от соприкосновения с воздухом, который особо вреден для сварки вследствие присутствия в нём азота, вызывающего пористость и хрупкость металла шва. Применить сварочную двуокись углерода содержанием 99,5 %. Состав газа СО2 приведен в таблице 3.

Таблица 3 - Состав газа СО2

Объёмная доля(СО2), %	не менее 99,5
Массовая концентрация минеральных масел и механических примесей, мг/кг, не более	0,1
Массовая доля воды, %, не более	нет

Сварочная проволока Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70 находит наиболее широкое применение, которая в большей степени отвечает всем требованиям, предъявляемым к сварным швам по механическим свойствам и химическому составу. Проволока выбрана по химическому составу основного металла, в неё добавлены повышенное содержание марганца и кремния, которые компенсируют выгорание этих компонентов в зоне сварки. Химический состав и механические свойства сварочной проволоки Св-08Г2С приведены в таблице 4 и 5.



Таблица 4 - Химический состав сварочной проволоки Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70, в %

C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
0,05-0,11	0,7-0,95	1,8-2,1	не более 0,2	не более 0,25	0,025	0,03

Таблица 5 -Механические свойства сварочной проволоки Св-08Г2С

Предел текучести уТ, МПа	Предел прочности уВ, МПа	Относительное удлинение д5, %	KCU Дж/см2
220	380	?22	136

7. Выбор сварочного оборудования

Для стыкового шва принять сварочный полуавтомат в среде углекислого газа ПДГ-516У3.

Полуавтомат предназначен для дуговой сварки в углекислом газе различных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей во всех пространственных положениях. А также для работы в районах умеренного климата в закрытых помещениях. Технические характеристики полуавтомата ПДГ-516УЗ в таблице 6. Технические характеристики источника питания ВДУ-506У3 в таблице 7.

Таблица 6-Технические характеристики полуавтоматаПДГ-516У3.

Напряжение питающей сети при частоте 50 Гц, В	380
Номинальный сварочный ток, А	500
Продолжительность включения при цикле 5 мин., ПВ %	60
Диаметр электродной проволоки, мм
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч	100-960
Расход углекислого газа, л/ч	500-1280
Длина шланга горелки, м	3
Источник питания	ВДУ-506У3
Габаритные размеры механизма подачи, мм:
Длина	464
ширина	365
высота	430
Масса, кг:
механизма подачи	16
кассеты с электродной проволокой	12

Таблица 7- Технические характеристики источника питанияВДУ-506У3

Напряжение питающей сети при частоте 50 Гц, В	380
Номинальный сварочный ток, А	500
Продолжительность включения при цикле 5 мин., ПВ %	60
Номинальное рабочее напряжение, В:
при жёстких внешних характеристиках	18-50
при падающих внешних характеристиках	22-46
Пределы регулирования сварочного тока, А:
при жёстких внешних характеристиках	60-500
при падающих внешних характеристиках	50-500
Напряжение холостого хода, В не более	85
Номинальная мощность, кВт	40
КПД %:
при жёстких внешних характеристиках	84
при падающих внешних характеристиках	82,5
Габаритные размеры, мм:
длина	800
ширина	700
высота	920
Масса, кг	300

8. Дефекты в сварных соединениях и контроль качества сварного соединения

Согласно ГОСТ 23055-78 для соединений, выполненных сваркой плавлением, возможно образование шести видов дефектов:

пористость шва: сферическая, канальная, цепь пор, группа пор, линейная (протяженная);

шлаковые и металлические включения разделяются на шлак компактный, шлак линейный, металлические включения, поверхностные включения; сварка кромка наплавка дефект

несплавление по кромкам и между слоями многослойного шва;

непровар в корне одностороннего шва без подреза и с подрезом, двухстороннего шва, межслойный непровар многослойного шва;

трещины: поперечные и продольные;

дефекты формы шва: чрезмерный провар корня (прожог, протек), неровности (наплывы, вмятины и пр.), подрезы, несовпадение кромок и т.п.

Все эти дефекты ухудшают механические свойства сварных соединений и, следовательно, работоспособность конструкций. Часть из них, такие, как наружная пористость и наружные включения, прожоги, неплотности шва, подрезы, вмятины» недостаточные размеры швов и усилений, должна быть исправлена немедленно при обнаружении силами сварщика, допустившего дефект. Непровары, внутреннюю пористость, включения, наплывы, резкие переходы и чрезмерную выпуклость, грубую чешуйчатость можно исправить только путем вырубки или вышлифовки дефектных мест с последующей заваркой, если это требуется.

Особое внимание следует уделить предупреждению непроваров, которые образуются при неправильной форме разделки стыкового шва, слишком большом притуплении и малом зазоре или вследствие плохой очистки корня шва перед выполнением подварочного валика, а также обратного шва при двухсторонней сварке.

Наиболее опасны и недопустимы трещины всех видов, при обнаружении которых сварное соединение бракуется или же подлежит исправлению. Исправление возможно при наличии единичных трещин, а сварное соединение с множественными трещинами исправлению не подлежит. Для ликвидации единичной трещины предварительно засверливают металл на расстоянии примерно 30 ч 50 мм от ее концов, после чего делают разделку трещины, затем подогревают участки металла на ее концах до температуры 100 ч 150 °С и одновременно заваривают подготовленную трещину.



Заключение

В данной работе была разработана технология сварки соединения нахлёсточного с отбортовкой, выполненного из листа стали марки Ст3пс. В ходе выполнения работы, был произведен выбор и обоснование марки сварочного материала, а также произведен расчет параметров сварки и контроль качества выполненного изделия.



Список использованных источников

1. Акулов А.И., Алешин В.П., Ермаков С.И., Полевой Г.В., Рыбачук A.M., Чернышов Г.Г., Якушин Б.Ф. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки. - М.: Машиностроение, 2003. - 560 с.

2. Хромченко Ф. Справочное пособие электросварщика - М.: Машиностроение, 2005. - 416 с.

3. Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 461 с.

4. Технология сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. акад. Б.Е. Патона М.: Машиностроение, 1974. - 768 с.

Стандарты

5. Стандарт предприятия СТО ИрГТУ. 005-2009. - Иркутск: ИрГТУ, 2008.

6. ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.-введ.01.07.1977.-М: Издательство стандартов, 1991. - 39 с.

7. ГОСТ 2246-70. Проволока стальная сварочная. Технические условия. - введ. 01.01.1973.-М: Издательство стандартов, 1987. - 28 с.

Размещено на Allbest.ru