Розроблення технології зварювання плавленням металоконструкцій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Мета даної курсової роботи полягає у систематизації, поглиблені закріпленні теоретичних та практичних знань з курсу; набуття навичок розробки технології зварювання плавленням металоконструкцій ; засвоєння методики вибору зварювального обладнання та матеріалів, а також визначення їхньої необхідної кількості.

Також потрібно навчитись виконувати порівняльний аналіз з метою вибору оптимальної технології зварювання. (Конструктивні, технологічні та економічні фактори)

Методика виконання курсової роботи

Постановка задачі. Необхідно охарактеризувати певну марку сталі: хімічний склад, механічні властивості, можливі способи зварювання сталі та галузь застосування у промисловості

Оцінка зварюваності сталі. Виходячи із заданого матеріалу, визначають його схильність до утворення тріщин, за необхідності пропонують заходи запобігання (визначити температуру попередньої, супутньої або післязварювальної ТО, методи зменшення або зняття залишкових напружень тощо)

Визначення способів зварювання. На основі аналізу даних п3.1.-п3.2. та конструктивного виконання з'єднання (згідно з завданням) запропонувати та обґрунтувати два різні способи дугового зварювання деталей. Перший з них переважно ручний, а другий - автоматичний, або електрошлаковий спосіб, однак можливі також інші комбінації. Обґрунтування вибору способу повинно бути не загальним, а конкретним. Вибираючи метод зварювання (наплавки), необхідно враховувати протяжність шва, конфігурацію, положення зварювання тощо. Надалі роботу виконують за кожним способом паралельно за кожним пунктом

Підготовка до зварювання. Виходячи із заданої товщини деталей, конструктивного виконання з'єднання та вибраних способів зварювання, відповідно до ДСТУ (ГОСТ) готуються до зварювання. На окремому аркуші формату А 4 креслять зібрані для зварювання деталі із зазначенням усіх конструктивних розмірів. Описують, як підготовлено деталі та спосіб складання деталей для зварювання

Вибір зварювальних матеріалів. У цьому пункті обґрунтовують вибір для кожного способу зварювальних матеріалів (електроди, дріт, флюс, захисний газ тощо), стисло їх характеризують із зазначенням галузі застосування, фізико-хімічних властивостей, особливостей зберігання та транспортування

Розрахунок режиму зварювання. Розраховують параметри режиму зварювання для кожного із вибраних способів. Виконують порівняльний аналіз отриманих даних із рекомендованими у довідковій літературі. Для ручного способу розрахунок зварювального струму виконують щонайменше двома способами: за вибраним діаметром електроду та допустимою густиною струму. На окремому аркуші формату А 4 креслять аксонометрію зварного з'єд нання із зазначенням розмірів шва та способів накладання валиків

Організація процесу зварювання. Навести основні вимоги та заходи, які висувають до робочого місця та зварювального устаткування відповідно до завдання та даних із пунктів 3.2 і 3.6.

Вибір обладнання. Вибирають необхідне зварювальне обладнання, наводять його характеристику та основні технічні дані

Контроль якості зварного з'єднання. Проаналізувати, які можуть виникати дефекти в процесі виконання з'єднання, як їх контролювати та запропонувати способі їхнього запобігання та усунення

Витрати матеріалів та електроенергії. Обчислити час на виконання з'єднання та необхідну кількість зварювальних та витратних матеріалів. Визначити витрати електроенергії

Висновок : У висновках аналізують отримані в процесі виконання курсової роботи дані та обґрунтовують рекомендації щодо способу зварювання заданих деталей.

Завдання на курсову роботу

Розробити технологію зварювання магістрального трубопроводу (неповоротний стик) з труб діаметром 1220x12 .Сталь16Г2АФ.

4) Характеристика сталей:

Таблиця. Сталь 16Г2АФ: конструкційна низьколегована

C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	V	N	P	S	As
0.14	0.45	1.3	0.08	0.12	0.09	0.15	0.02	0.03	0.036	0.06

Механічні властивості

Такі сталі містять не більше 0.22% С і порівняно невелику кількість недефіцитних легуючих елементів.

Цю сталь застосовують у будівництві та машинобудуванні для зварних конструкцій, в основному без додаткової термічної обробки.

Низьколеговані низько вуглецеві сталі добре зварюються;вони не утворюють при зварюванні холодних тріщин,гарячих тріщин,тому властивості зони термічного впливу близькі до властивостей основного металу.

Легуючі елементи розчинившись у фериті зменшують розмір зерна і збільшують схильність аустеніту до переохолодження сприяють подрібненню карбідної фази ,тому сталь 16Г2АФ в порівнянні з вуглецевими сталями звичайної якості має більш високе значення тимчасового опору і межі текучості при зберіганні пластичних властивостей. Також вона менш схильна до старіння.

Оцінка зварності сталі

А) Оцінка схильності сталей до утворення тріщин за двома способами для сталі: 16Г2АФ Розрахункове визначення еквіваленту вуглецю:

=С+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 ,%

< =0.45

=0.14+1.3/6+(0.12+0.09)/15+(0.08+0.15)/5=0.41

При < =0.45 сталь вважається несхильною до утворення холдних тріщин,тобто при зварюванні виробів із цієї сталі можна не застосовувати супутній підігрів.

Схильність до утворення ХТ, при враховуванні концентрації дифузійного водню та жорсткість зварних з'єднань:

P_? = P_см + H/60+K/4?10⁵, % P_?>0,286

P_? = 5.23+1242/4?10⁵= 5,261

P_см=С+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15 +V/10+5,%

P_см=0,14+0,45/30+(1,3+0.09+0,08)/20+0,12/60+0.15/10+5=5.23

P_см-коефіцієнт, що враховує окрихчення внаслідок структурних перетворень.

K=69??= 69*12=828(Н/мм?мм)

де ? - товщина деталі; ?=12

Заходи запобігання утворення ХТ

Керування структуроутворенням:

Для вибраного хімічного складу сталі регулюють структури у зварному з'єднанні можливо фактично єдиним способом, а саме - термічним циклом зварювання. Найкраще тепловий режим зварювання досягається за певної величини погонної енергії а також температури попереднього, супутнього та наступного підігріву. ( Вплив на структуру виявляється через певні параметри ТЦЗ: швидкість охолодження і час перебування при температурах вищих за 1273К)

Для низьколегованих сталей, що не містять карбідотворних елементів, найважливішим параметром є швидкість охолодження в інтервалі температур 900..800 К. Для них нескладно підібрати режим зварювання, що забезпечує таку її величину, при якій отримується феритно-перлітна чи перлітно-бейнітна структура, несхильна до утворення ХТ. У випадку, коли потрібну швидкість охолодження не вдається отримати підвищенням погонної енергії, застосовують попередній підігрів до температур 370...570 К. Розрахунок оптимальної величини погонної енергії та температури підігріву здійснюють за відомими тепловими розрахунками ТЦЗ з використанням діаграми анізотермічного розпаду аустеніту.

Розрахунок C_{екв ,} часу охолодження, твердості та погонної енергії за допомогою програми VICKERS

Таблиця. Для сталі 16Г2АФ: при товщині 12мм; U=34B; I=700A; V_зв=51.6см/хв; t=13°C.

Мал.

Мал.

Визначення способів зварювання

Згідно із завданням пропонуємо два різні способи дугового зварювання деталей. Вибрав ручне дугове та напівавтоматичне в захисті СО2.

Це обґрунтоване тим ,що сам процес зварювання швидше за все буде проводитись не на виробництві а безпосередньо на місці встановлення, де немає відповідних умов для застосування спеціалізованих джерел живлення. Також характерним є те,що зварювальник який проводить зварювання змінює параметри режиму відповідно при переході від одного просторового положення до наступного,а також при виконанні самого з`єднання слідкує за якістю утворення шва, що дозволяє зменшити кількість дефектів при зварюванні.

1) Ручне Дугове Зварювання.

Ручне електродугове зварювання застосовують для труб всіх діаметрів. Але при при зварюванні труб великих діаметрів продуктивність ручного електродугового зварювання різко зменшується.

Для підвищення продуктивності і якості зварювальних стиків труб великих діаметрів на практиці часто використовують комбіновані варіанти зварювання. Наприклад, кореневий шар шва виконують ручним електродуговим зварюванням, а наступні -- або напівавтоматичним зварюванням, або автоматичним зварюванням під флюсом, або автоматичним зварюванням в середовищі захисних газів.

Оскільки наша деталь має досить великі розміри, а з використанням способу РДЗ отримуємо малу продуктивність, то для зварювання ми обираємо електрод з целюлозним покриттям. Він дозволить нам збільшити продуктивність, якість і темпи зварювання.

Початкове положення зварювання РДЗ з целюлозним покриттям залежить від просторового положення зварювання і послідовності накладання шарів. Для забезпечення нормального формування шва доводиться змінювати положення кут нахилу електрода в вертикальному положенні (В основному кут нахелу лажеть від просторового положення і шару (кореневий, ”гарячого” проходу, наповнюючий, облицювальний) ).

Враховуючи наші дані і що для зварювання труб даним способом відповідає ГОСТ 16037-80, ми визначили тип з”єднання С17

2) Напівавтоматичне зварювання в СО2.

При зварюванні в захисному газі електрод, зона дуги і зварювальна ванна захищені струменем захисного газа. Вуглекислий газ безбарвний, із слабким запахом, в 1,52 разу тяжчий за повітря, нерозчинимо твердих і рідких металах. Випускають вуглекислий газ зварювальний, харчової та технічний, мають відповідно чистоту 99,5, 98,5 і 98,0 %. Для зварювання газ поставляють і бережуть у сталевих балонах в скрапленому стані під тиском 7 МПаУ вуглекислому газі зварюють конструкції з вуглецевої і низьколегованої сталей (газо- і нафтопроводи, корпусу судів і участі т. буд.). Перевага напівавтоматичного зварювання в СО2 з погляду її вартості і продуктивності часто веде до заміни нею ручний дугового зварювання покритими электродами.

Підготовка до зварювання

1)РДЗ

Перед початком зварювально-монтажних робіт необхідно переконатись в тому чи труби що використовуються мають сертифікати якості і відповідають проекту.

Кінці труб і з'єд нання деталей повинні мати форму і розміри скоса кромок, відповідні до застосовуваного способу зварювання. Зазвичай труби на траси постачають після спеціальних баз вже із з підготовленими кромками.

Перед збіркою труби необхідно очистити внутрішню поверхню від грунту, болота, снігу, а також зачистити до металевого блиску кромок і прилеглі до них внутрішні і зовнішні поверхні труб і з'єднувальних деталей на ширину не менше 10 мм, але оскільки дані труб плаковані тому зачищати потрібно на 13 мм (+3 мм плакований шар)Усі розміри вказані на Рис.1 Як вже було вказано вище підготовка кромок буде здійснена по типу С17

2)Напівавтоматичне зварювання в СО2

Перед початком зварювання потрібно відрегулювати розхід газу і зачекати 20-30с до повного видалення повітря із шлангів.Невиконання цього може привести до появлення пор на початку шва. Запалювання дуги в середовищі СО2 на струмі більше 200А не представляє затруднення. Перед запалюванням дуги потрібно слідкувати щоб виліт електрода з мундштука неперевищував 40-45мм. Запалювання дуги з великим вильотом електрода може привести до поганого формування початку шва і появи в нім пор. Зварювання в середовищі СО2 треба проводити при як найкоротшій дузі. При зварюванні на струмах 200-500А довжина дуги повинна знаходитися в межах 1,5-4,0мм.Збільшення довжини дуги збільшує розбризкування металу.Матеріал який ми зварюємо підготовлюється до зварювання аналогічно до пункту 1.

Вибір зварювальних матеріалів

1) Для зварювання ручним дуговим способом я вибрав електрод УНОИ-13/45. Мій вибір зупинився на ньому оскільки він призначений для відповідних конструкцій з вуглецевих та низьколегованих сталей. Дану марку електроду застосовують у тих випадках коли до металу швів пред'явлені підвищені потреби в пластичності, ударній в'язкості,а також в умовах понижених температур. Даною маркою електродів можна зварювати у всіх просторових положеннях окрім зверху-вниз.

Таблиця. Хімічний склад

Хім. Елем.	C	Si	Mn	S	P
%	0.11	0.25	0.55	0.025	0.03

Електроди цієї марки потребують термічної обробки перед зварюванням при температурі 380 - 400 ? . На протязі 1,5 год. Окрім цього ці електроди чутливі до пористості за наявності іржі і масла на кромках деталей,зварюються.

2). Для зварювання в середовищі СО2 я вибрав дріт Св-08Г2С, що був розроблений на основі металургійних особливостей зварювання середовищі вуглекислого газу, а також досліджень преходу легуючих елементів в метал шва. Дріт Св-08Г2С прзначений для середньовуглецевих конструкційних сталей, звичайних низьковуглецевих конструкційних сталей.

Таблиця

Хім..елем.	C	Mn	Si	Cr	NI	S	P
%	0.1	1.5	0.7	0.1	0.2	0.01	0.02

Для зварювання вибираю СО2 1-го сорту у якому СО2 не менше ніж 99,5% і водяної пари при нормальній температурі і тиску не більше 0,178%.

Розрахунок режиму зварювання

1)Площа шва являє собою суму площ елементарних геометричних фігур і їх складових.

Де 0.75-коефіцієнт форми шва; е-ширина підсилення; g-висота підсилення; S-товщина деталей; b-зазор між деталями.

h=S-e=12-2=10мм; tg=sin/cos=0.426/0.9063=0.46

=0.75*2,0*0.2+1.2*0.2+*0.46/2=0.77

Визначимо кількість шарів:

=(6-8)*de=6*3=18

Визначимо площу поперечного перерізу наступних проходів:

=(8-12)*de=8*3=24

n=(-)/+1=(77-18)/24+1=3.45

Визначимо зварювальний струм:

I_зв=k·d_e =3*30=90А

Розрахунок струму виконано для нижнього положення, а сам процес зварювання у зв'язку з неповоротністю стика буде виконуватись у всіх просторових положеннях то слід зробити перерахунок: при зварюванні у вертикальному положенні струм беруть меншим на 10-15%, а при стельовому на 15-20%. Для вертикальних швів: Для стельових швів :

I_зв=90 *0.9=81Ф I_зв=90*0.8=72Ф

Визначимо масу наплавленого металу:

М_н=*?*пD

?-густина металлу; D- діаметр труби.

М_н=0.77*7.7*3.14*122=2300грм.=2.3кг

Визначимо швидкість зварювання для кожного просторового положення свою:

? ; де --коефіцієнт наплавлення ,для заданного електроду він дорівнює 8.5г/А*год.

Для нижнього положення:

=8.5*90А/100*0.77*7.8=1.29м/год.

Дла стельвого положення:

=8.5*72А/100*0.77*7.8=1.01м/год.

2) Розрахуємо струм для зварювання дротом суцільного прерізу в СО2.

I_зв= ?*d_др*а/4; де : d_e-діаметр електродного дротузв. В СО₂; а- щільність струму в електродному дроті(для зварювання в СО₂ а=110-130А/мм²)

I_зв=3.14*2²*110/4=345.4А.

Сила струму відповідає відповідним даним , тобто в межах 300-500А

Швидкість подачі дроту:

V_др=?_р* I_зв/?* d_др² де : ?_р- коефіцієнт розплавлення електродного дроту.

?_р=3.0+0.008* I_зв/ d_др=3.0+0.08*345/2=16.8г/А*год;

V_др=16.8*345/3.14*2²*7.8=59.2 год.

Ще треба швидкість наплавлення:

V_зв=?_н** I_зв/100*F*? де : ?_н- коефіцієнт наплавленнч г/А*год. . F-площа поперечного прерізу одного валу см² F=0.3-0.7см².

?_н= ?_р(1-?) де ?- коефіцієнт втрат металу на вигоряння і розбрискування,при зварюванні в СО₂. ?-0.1 - 0.15. F-площа поперечного прерізу одного валу см² F=0.3-0.7см².

?_н=16.8(1-0.15)=14.28 г/А*год.

Маса наплавленого металу:

М_н=. F_шв*l*? де : l- довжина шва(l=?*D); ?- густина металу.

М_н=0.77*3.14*122*1.8=2300 грам=2.3 кг.

Організація процесу зварювання

Дане зварне з'єднання швидше за все застосовується при прокладанні нафто та газопроводів , переважно заключні шви виконують в польових умовах. Переважно вони виконуються ручним дуговим методом ,або в захисних газах. Джерело для РДЗ повинно мати спадну вольт амперну характеристику,а в середовищі захисних газів - жорстку .хоча допускаються джерела живлення із спадною характеристикою (при цьому зменшується частота переходу крапель з електродного металу крізь дуговий проміжок ,але незначно впливає на формування шва).

Вибір обладнання

1) Для зварювання покритим електродом я вибрав випрямляч дуговий ВД - 201 у якого:

Номінальний зварний струм при ПН-60% -200А.

· Межі регулювання 30-200А.

· Номінальна напруга (робоча) - 28В.

· Режим холостого ходу - 64-71В.

· Номінальна потужність - 15кВ*А.

· Габаритні розміри 716?622?775 мм.

· Маса 120кг.

· Має спадну вольт амперну характеристику.

2) Для зварювання в середовищі ПДГ - 516 у якого:

· Номінальний зварний струм 505А.

· Діаметр дроту 1.2-2.0мм.

· Швидкість подачі дроту 72-720м/год.

· Джерело зварювального струму ВДГУ-301.

· Габаритні розміри 953?1045?746.

· Маса 13кг.

Випрямляч ВДУ-505У3 є імпульсним генератором і має такі характеристики:

· Номінальний зварний струм при ПН-60% -500А.

· Межі регулювання 60-500А.

· Робоча напруга 35В.

· Габаритні розміри 953?1045?746.

· Маса 330кг.

Витрати матеріалів та електроенергії

1)Визначення часу зварювання:

t₀=M_н/ ?_н*І_зв = 2300/8.5*90=3.006год.

Визначимо повний час горіння дуги:

Т= t₀/к_? де : к_?- коефіцієнт використання зварювалного посту для РДЗ к_?=0.5-0.55.

Т=2.57/0.55=4.68год.

Витрати електродного дроту :

М_м= М_н*к_е де к_е -коефіцієнт який враховує витрати електродів на один кілограм наплавленого металу і для даного електроду. к_е=1.65.

М_м=2.3*1.65=3.795кг.

Витрати електроенергії:

А=(U_д* І_зв/?*1000)* t₀ +w_o (T- t₀), (кВт*год) де : U_д- напруга 28В; ?-ККД джерела зварювання дуги (?=0.6); w_o- потужність ,що використовується джерелом живлення при холостому ході кВт;

А=(28*76/0.6*1000)*2.57+2(3.795-2.57)=11.56кВт * год.

2)Для зварювання в газах розрахуємо:

Час зварювання:

t₀=М_н/ ?_н*І_зв=2300/14.28*345=0.46год

Повний час зварювання :

Т= t₀/ к_?; к_?=(0.6-0.65)

Т=0.46/0.6=0.778год.

Витрати електродного дроту:

М_др=М_н*(1+?) де ?-коефіцієнт витрат. ?=(0.10-0.15)

М_др=2300*(1+0.15)=2645грам.?2.65кг.

Витрати газу:Для даної товщини з'єднаннявитрати газу складають 200л/хв. З цього випливає, що витрати газу складають : Q=200*28=5600л.

Висновок

У даній курсовій роботі мені задали розробити технологічний процес зварювання двох однакових за товщиною труб ,розрахувати параметри режиму, витрати дроту та захисних газів. З поставленою задачею гадаю справився, однак, при виконанні роботи виникли певні труднощі, насамперед пов'зані з тим, що поставлена задача такого типу складності виникла переді мною вперше.

технологія зварювання плавлення металоконструкція

Список використаної Літератури

1.Ф.М. Мустафин, Н.Г. Блехерова, О.П. Квятковский “Сварка трубопроводов”, Москва “ Недра” 2002р.

2. А.И. Акулов, Г.А. Бельчук, В.П. Демянцевич “Технология и оборудование сварки плавлением” Москва “Машиностроение” 1977р.

3.С.И. Думов “Технология электрической сварки плавлением” Ленинград “Машиностроение” 1987р.

4. Алешин Н.П., Чернышев Г.Г., Акулов А.И., Братчук С.Д. “Сварка. Резка.Контроль” Москва “Машиностроение” 2004р

Размещено на Allbest.ru