2020-06-29
152
Введение
(перспективы развития сварочного производства)
Сварка – это процесс получения неразъёмного соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании. Такое определение понятия «сварка» содержит ГОСТ 2601 -84
Общее развитие современной технологии изготовления металлических изделий характеризуется непрерывным ростом применения различных методов ручной, полуавтоматической и автоматической сварки.
Применение сварки способствует значительной экономии металла. Сварные соединения обеспечивают:
1) отсутствие ослабления металла отверстиями, которые необходимы для клепаных соединений;
2) отсутствие необходимости применение различных промежуточных элементов: так, при изготовлении основных тавровых профилей отпадает необходимость в соединительных угольниках; в стыковых соединениях не нужны накладки; в узлах металлоконструкций фасонные листы (косынки) могут быть значительно уменьшены в размерах, а иногда и полностью исключены;
|
|
|
3) возможность применения самых разнообразных профилей металла;
4) возможность более рационально сочетать отдельные элементы в стержнях конструкции.
Всё это позволяет создавать сварные конструкции, которые легче клепанных на 15 – 30%.
При замене чугунных литых деталей стальными сварными или штампосварными вес деталей уменьшается до 50 – 70%. Это достигается благодаря значительной разнице в прочности серого чугуна и прокатной стали и более рационального использования металла в сварных изделиях. Другим существенным преимуществом сварки является уменьшение затрат труда (в среднем на 15 – 25%) на изготовление сварных деталей по сравнению с клепанными или литыми.
Разновидности сварки
Сварочные посты для ручной сварки: а) — постоянным током от однопостового сварочного преобразователя или сварочного выпрямителя; б)— то же от многопостового преобразователя; в) — переменным током от однопостового сварочного трансформатора в однокорпусном исполнении; г)—то же от однопостового сварочного трансформатора с отдельным регулятором (дросселем)
Оборудование для газовой сварки.
Газовая сварка используется для нагрева металла высокотемпературным пламенем, образующимся в результате сгорания газа ацетилена в смеси с кислородом.
|
|
|
Горючий газ из баллона или специального газового генератора поступает в сварочную горелку. Из баллона в горелку поступает кислород. В горелке они смешиваются в определенном соотношении и на выходе из сопла поджигаются. Пламя расплавляет кромки свариваемого изделия, присадочный приток, а также выполняет функции защиты расплавленного металла от атмосферы. Регулировка расхода кислорода и горючего газа осуществляется соответствующими вентилями.
Оборудование сварочного поста для полуавтоматической сварки в углекислом газе.
В оборудование сварочного поста для полуавтоматической сварки в углекислом газе входят:
· Источник питания (3х фазный 380В)
· Кассета с проволокой
· Механизм подачи проволоки
· Горелка
· Рукав (шланг)
· Ротаметр
· Редуктор
· Баллон
· СЦО (система циркулярного охлаждения)
Планировка сварочной кабины.
1 - вентиляция; 2 - рабочий стол; 3 - ящик для электродов; 4 - ящик для деталей; 5 - диэлектрический коврик; 6 - горелка; 7 - газовый рукав; 8 - стул; 9 - газовый баллон; 10 - прямой провод; 11 - источник питания дуги; 12 - заземление; 13 - обратный провод; 14 - ящик для отходов.
Назначение конструкции
и требования, предъявляемые к ней
· Данная сварная конструкция «Сосуд»
Сосуд, предназначенный для временного использования в различных местах или во время его перемещения предназначенный для транспортирования газообразных, жидких и других веществ.
Для изготовления конструкции используется конструкционная сталь марки ВСт3 кп 3 поставляемая по ГОСТ 380-2005, применяемые электроды типа Э42 марки АНО-3.
В процессе эксплуатации на конструкцию «Сосуд» предполагаются воздействие статических и динамических нагрузок, поэтому от неё требуется:
· Прочность, способность, не разрушаясь выдерживать действующие усилия.
· Водонепроницаемость, способность не пропускать жидкие и газообразные вещества.
· От сварных швов необходима равнопрочность свариваемой стали.
Материалы, применяемые
при изготовлении конструкции
Данное изделие «Сосуд» изготавливается
из стали марки ВСт3кп3, выпускаемой по ГОСТ 380-2005, по которому выпускаются стали углеродистые, обыкновенного качества. По содержанию углерода и свариваемости сталь марки ВСт3кп3 относится к низкоуглеродистой и хорошо свариваемой, т.е. не склонной к закалке и образованию трещин. Ввиду хорошей свариваемости низкоуглеродистые стали широко используются для изготовления сварных конструкций.
В маркировке стали буквы и цифры означают:
В – сталь группы В, по которой завод-изготовитель гар
руппе выпускается 5 номеров: Ст1 – Ст5;
кп – по степени раскисления–кипящая, в которой раскисление произведено не полностью – только ферромарганцем;
3 – категория, по которой стандартом нормируется химический состав, временное сопротивление разрыву, предел текучести, относительное удлинение, изгиб в холодном состоянии, ударная вязкость при температуре
+20 градусов. Не нормируется ударная вязкость при температуре минус 20 градусов и механическое старение.
Поскольку применяемая марка стали группы В, то по справочным данным:
Механические свойства стали.
| Марка стали | Врем.сопр. разрыву, кгс/мм² | Предел текучести, кгс/мм² | Относительное удлинение, % |
| ВСт3кп3 | 38 – 49 | 24,5 | 26 |
Химический состав стали.
| Марка стали | Содержание элементов, % | |||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | S | P | N | Cu | As | |
| ВСт3 кп3 | 0,14 – 0,22 | 0,05 – 0,17 | 0,4 – 0,65 | не более 0,3 | не более 0,3 | не более 0,05 | не более 0,04 | не более 0,008 | не более 0,03 | не более 0,08 |
Тип и Марка электродов - Э42, Ано-3.
Условное обозначение - Е 432 (3) - Р. 24.Этот вид электродов применяется для ручной сварки предметов, изготовленных из низкоуглеродистых сталей, в которых содержание углерода не более 25%. Он обеспечивают хорошее образование металла шва, хорошую устойчивость металла шва против образования трещин и пористости.
Сварка таким видом электродов может производиться в разных пространственных положениях - сверху вниз, в вертикальном положении, на постоянном и переменном токах.
Способствуют ведению легкого процесса сварки, в том числе при изготовлении швов в потолочном положении, а также при постановке прихваток. Шлаковая корка отделяется очень быстро, а возможно и самоотделение.
|
|
|
· Тип электрода по ГОСТ 9467-75.
· Марка Электрода - АНО- 3.
· Род тока и полярность - Постоянный ток с любой полярностью и переменном токе.
Положение в пространстве - сварка ведется во всех пространственных положениях.
Характеристики Электродов Ано-3:
· Покрытие сварочных Электродов Ано-4- Рутиловое.
· Коэффициент наплавки- 9,0 г/А.ч.Производительность наплавки (для ж 4,0мм)- 1,5кг/ч
· Производительность наплавки (для ж 4,0мм)- 1,5кг/ч
· Расход сварочных электродов Ано-3 на 1кг наплавленного металла 1,7кг.
Лучшие новые марки-аналоги:ОЗС-12, МР-3С, СЭОК-46, АНО-36.
Технологические особенности сварки электродами МР-3
| Диметр сварочных электродов МР-3,мм | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 |
| Длинна Электродов МР-3,мм | 300 | 400 | 500 | 600 |
| Ток, А | 110-150 | 160-210 | 200-250 | 220-280 |
Типичный Химический состав наплавленного металла сварочных электродов Ано-3,%.
Наплавленный металл состоит из таких химических элементов:
- углерод (С) – масса ≥ 0,10%
- кремний (Si) – масса колеблется от 0,06% до 0,14%
- сера (S) – масса ≥ 0,040%
- фосфор (Р) - масса ≥ 0,040%
- марганец (Mn) – масса колеблется от 0,60% до 0,80%
Газ.
Применяемая смесь газов, при изготовлении сварочной конструкции «Бак котла отопления»- Ацетилен кислород.
Ацетилен – бесцветный горючий газ C2H2 с атомной массой 26,04, немного легче воздуха. Обладает резким запахом. Ацетилен самовоспламеняется при температуре 335.°С, смесь ацетилена с кислородом воспламеняется при температуре 297–306.°С, смесь ацетилена с воздухом – при температуре 305–470°С. Основной горючий газ, используемый при газовой сварке, а также широко применяется для газовой резки (кислородной резки). Температура ацетиленокислородного пламени может достигать 3300°C. Благодаря
этому ацетилен по сравнению с более доступными горючими газами (пропан-бутаном, природным газом и др.) обеспечивает более высокое качество и производительность сварки.
|
|
|
Кислород без запаха, без вкуса, бесцветный газ тяжелее воздуха. Он необходим для горения и для дыхания, но сам не горит. В чистом кислороде сгорают многие вещества, даже металлы, быстро и полностью. Почти 21% воздуха составляет свободный кислород. Большая часть кислорода содержится в каменной массе земной коры и в воде в химически связанном состоянии. Кислород выделяется растениями с помощью фотосинтеза из углекислого газа. Кислород применяется при сварке и резке металлов, для производства стали и в качестве кислородного разделителя бетона и заполнителя.
Когда вещество соединяется с кислородом, то говорят об окислении, а возникшее при этом вещество называют оксидом или окислом. При любом окислении выделяется тепло. Окисление может происходить быстро или медленно по времени.
| Характеристика Баллонов | Кислород | Ацетилен | Пропан |
| Высота, мм | 1370 | 1370 | 950 |
| Диаметр, мм | 219 | 219 | 309 |
| Масса без газа, кг | 67 | 83 | 35 |
| Давление газа, Мпа | 15 | 2 | 1,6 |
| Состояние газа | Сжатый | Растворённый | Сжиженный |
| Ёмкость газа | 40 | 40 | 50 |
| Количество газа | 6м3. | 5,32м3 | 24кг |
Углекислый газ CO2 (углекислота, двуокись углерода, диоксид углерода, угольный ангидрид) в зависимости от давления и температуры может находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии. В газообразном состоянии диоксид углерода представляет собой бесцветный газ с немного кисловатым вкусом и запахом. В атмосфере Земли содержится около 0,04% углекислого газа. При нормальных условиях его плотность составляет 1,98 г/л – примерно в 1,5 раза больше плотности воздуха.(Углекислота) представляет собой бесцветную жидкость без запаха. При комнатной температуре она существует только при давлении
свыше 5850 кПа. Плотность жидкой углекислоты сильно зависит от температуры. Например, при температуре ниже +11.°Сжидкая углекислота тяжелее воды, при температуре выше +11.°С – легче. В результате испарения 1 кг жидкой углекислоты при нормальных условиях образуется примерно 509 л газа.
Сварочная проволока.
· Класс свариваемой стали - конструкционная углеродистая обыкновенного качества.
· Марки стали - ВСт3 кп3;
· Марка проволоки - Св-08 по ГОСТ 2246-70.
· Свариваемые толщины- 0,6-1,2мм
· Сварочная проволока Св-08 предназначена для сварки изделий из углеродистых сталей типа: ВСт3 кп3. В защитных газах, смесях под флюсом, а так же для производства стержней электродов ручной дуговой сварки различных типов. Сварка ацетиленокислородным пламенем. ГОСТ 2246-70. Проволока изготовляется с омедненной и черной поверхностью.
Сварочная проволока Св-08, Св-08А соответствует ГОСТ 2246-70. Данный вид проволоки используется для сварки (наплавки) и изготовления электродов. Толщина медного покрытия составляет 6мкм. Есть 2 разновидности проволоки - омедненная и не омедненная. Обязательное условие- чистота и не поврежденность поверхности. Трещины, Расслоения, Окалина, Ржавчина и прочие повреждения не допускаются.
Химический состав стальной сварочной проволоки, марки.
Электродные проволоки, применяемые для сварки под флюсом малоуглеродистых низколегированных и других марок сталей, в большинстве случаев непригодны для сварки этих же сталей в среде углекислого газа.
Для сварки в углекислом газе электродные проволоки должны содержать в достаточном количестве элементы - раскислители помимо элементов, которые легируют металл шва, обеспечивая требуемые механические свойства его. Только в этом случае удается предотвратить образование пор и обеспечить получение плотных швов. В качестве раскислителей в электродные проволоки вводятся главным образом кремний и марганец.
Применяемый для целей сварки сжиженный углекислый газ (двуокись углерода CO2) должен соответствовать определенным требованием, предусматривающим отсутствие в нем таких примесей, как минеральные масла и глицерин, сероводород, аммиак, соляная и другие кислоты, вода в свободном виде и др. В ряде случаев для сварки может быть использован пищевой углекислый газ, поставляемый в баллонах. Содержание примесей вкем допускается до 1,5% (не менее 98,5% CO2 до 0,05% растворенной в жидком углекислом газе воды и до 0,1% воды в свободном состоянии). При использовании такого пищевого углекислого газа необходимо пропускать его через специальный влагоотделитель с медным купоросом, силикагелем или другим осушающим реагентом.
Если в углекислый газ попадает более 0,1% азота, то в сварных швах может наблюдаться значительная пористость. Следует отметить, что при сварке в осушенном углекислом газе склонность шва к порам, вызванным влагой, значительно меньше, чем при сварке в таких же условиях под флюсом.
Технологический процесс изготовления конструкции
Под технологическим процессом понимается совокупность и последовательность операций по изготовлению сварной конструкции с применением необходимых для каждой операции инструментов, приспособлений, материалов.
При массовом или серийном производстве конструкции технологический процесс разрабатывается техническим отделом предприятия и выдается на рабочие места в виде технологических или маршрутных карт, следуя которым на рабочих местах выполняются те или иные операции.
При мелкосерийном или единичном производстве конструкции технологический процесс включает в себя следующие операции: 1.ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛА:
а) состоит в получении металла со склада или его приобретении согласно сборочного чертежа. Для данной конструкции «сосуд» необходимо для изготовления всех деталей:
- лист толщиной 3 мм порядка 2м² для изготовления пластин;
- Труба 76 и 15 толщина стенки 3 мм
б) полученный металл в процессе хранения и транспортировки может иметь деформации, которые перед разметкой следует исправить одним из способов в зависимости от условий производства:
- холодной правкой, без подогрева: кувалдой или под прессом;
- термомеханической правкой, подогревом места деформации.в) при наличии на поверхности металла слоя ржавчины, окалины и других загрязнений следует перед разметкой произвести очистку одним из способов в зависимости от условий производства:- механической очисткой:
-стальной щеткой, абразивным кругом- огневой очисткой, нагрев поверхность пламенем горелки и обстучав её затем молотком.
2. РАЗМЕТКА – это слесарная операция, при которой на поверхности заготовки с помощью разметочного инструмента изображается контур детали в натуральную величину.
Для этого используются разметочные стальные линейки, рулетки, угольники, циркули (штангенциркули), кернер, молоток и др.
3. РЕЗКА
Существуют следующие методы резки металла:
а) механическая резка: с помощью ножниц различных конструкций (рычажных, гильотинных, дисковых и др.), пил, металлорежущих станков, обрезными кругами и др.;
б) кислородная резка, которая может быть ручная и машинная;
в) термическая резка, с помощью электросварочного оборудования.
Для вырезки деталей данного изделия предполагается использовать кислородную резку, принцип которой заключается в том, что металл в начале реза нагревается подогревающим пламенем резака до температуры воспламенения и затем сгорает в струе кислорода, выходящей из резака в твердом состоянии. Продукты сгорания выдуваются из места реза той же струей кислорода.
Для этого используется ацетилено-кислородный резак «Пламя». В оборудование поста для резки входят:
- баллон с кислородом, кислородный редуктор, кислородный шланг;
- баллон с ацетиленом, ацетиленовый редуктор, ацетиленовый шланг.
Устройство резака «Пламя»
1. Штуцер для присоединения кислородного шланга с правой резьбой;
2. Штуцер для присоединения ацетиленового шланга с левой резьбой;
3. Рукоятка;
4. Вентиль подогревающего кислорода;
5. Вентиль ацетилена;
6. Инжектор;
7. Инжекционная камера;
8. Смесительная камера;
9. Трубка ствола, по которой проходит смесь кислорода и ацетилена;
10. Вентиль режущего кислорода;
11. Трубка ствола, по которой проходит режущий кислород;
12. Мундштук щелевого типа, состоящий из внутреннего и наружного мундштуков.
Принцип работы резака основан на том, что когда через инжектор проходит кислород, в инжекционной камере создается разряжение, за счет чего ацетилен подсасывается для смесеобразования. Затем смесь кислорода и ацетилена выходит в кольцевой зазор между внутренним и наружным мундштуками, и если ее поджечь, образуется подогревающее пламя резака.
Техническая характеристика резака «Пламя»
| Толщина металла | 5 | 25 | 50 | 100 | 200 | 300 |
| № внут. мундштука | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 5 |
| № наруж. мундштука | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 |
| Давление кислорода (атм) | 3 | 4 | 6 | 8 | 11 | 14 |
| Ширина реза (мм) | 2 – 2,5 | 2,5 – 3 | 3,5 – 4 | 4,5 – 7 | 7 – 10 | 10 – 15 |
| Скорость резки (мм/мин) | 556 | 370 | 260 | 165 | 105 | 80 |
Так как толщина металла в изделии 5 мм, 9 мм то номера мундштуков №2 и №1. При вырезке деталей рез следует начать с края размеченного листа, нагрев подогревающим пламенем резака начало реза до температуры воспламенения железа (до белого каления). После этого включается режущий кислород, и когда струя кислорода пробьет металл на всю толщину, начать перемещать резак по линии разметки. Мундштук следует отклонить от вертикали на 5 – 10°, в этом случае меньше вероятность его засорения брызгами. Расстояние от мундштука до поверхности металла должно оставаться постоянным, в пределах 2 – 2,5 мм. В этом месте струя кислорода имеет цилиндрическую форму, и кромки реза останутся параллельными.
Резак по линии реза должен перемещаться равномерно, и скорость резки должна быть выбрана правильно. Признаком этого является поток брызг, выдуваемых струей кислорода, направленный вертикально вниз.
4. ПОДГОТОВКА СВАРИВАЕМЫХ КРОМОК
Т.к. толщина стали данной конструкции составляет 3мм., то конструкция будет вариться без скоса кромок.
5. СЛЕСАРНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Кроме разметочных не требуется.
6. КОМПЛЕКТОВКА И МАРКИРОВКА
Ввиду небольшого количества деталей в изделии не используется.
7. СБОРКА
Одна из самых ответственных операций технологического процесса, при которой необходимо:
- собрать детали с помощью прихваток в соответствии со сборочным чертежом. Прихватка представляет собой короткий шов малого сечения. Длина прихватки в зависимости от длины шва должна составлять от 10 до 100 мм, ее сечение
⅓ - ½ сечения основного шва. Выполняются прихватки теми же электродами, что и основной шов, и в процессе шва должны быть расплавлены;
- обеспечить равномерность зазоров;
- не допустить перекосов, несовпадений кромок и т.п.;
- не допустить искажения формы конструкции из-за неправильного расположения деталей при сборке.
Различают следующие способы сборки:
а) сборка и сварка конструкции в целом. Применяется в том случае, если конструкция состоит из 2 – 4 деталей;
б) последовательная сборка и сварка или путем наращивания деталей при сборке. Используется при большем числе деталей в изделии;
в) поузловая сборка и сварка, дает лучшее качество работ и меньшие деформации и напряжения в изделии, если конструкцию можно разделить на отдельные узлы.
Для сборки деталей «Бак котла отопления» предполагается использовать последовательную сборку и сварку.
К дну №1 привариваем боковые стенки под номерами 2,3,4,5,далее привариваем заслонку(крышку) № 6, пластину с трубой №7 и ввариваем кран №8.
8. СВАРКА
Сварка плавлением— это процесс соединения двух деталей, или заготовок в результате кристаллизации общей сварочной ванны, полученной расплавлением соединяемых кромок. Источник энергии при сварке плавлением должен быть большой мощности, высокой сосредоточенности, то есть концентрировать выделяющуюся энергию на малой площади сварочной ванны и успевать расплавлять все новые и новые участки металла, обеспечивая этим определенную скорость процесса.
9. ОТБИВКА ШЛАКА
Производится с целью определения внешних дефектов швов. Отбивать шлак следует молотком с острым концом в индивидуальных средствах защиты. Удары наносить от себя.
10. КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ ШВОВ
Контроль швов для данной конструкции «Бак котла отопления» будет проводиться с помощью керосина.
Контроль керосином основан на физическом явлении капиллярности, которое заключается в способности керосина подниматься по капиллярным ходам - сквозным порам и трещинам. В процессе испытания сварные швы покрываются водным раствором мела с той стороны, которая более доступна для осмотра и выявления дефектов. После высушивания окрашенной поверхности с обратной стороны шов обильно смачивают керосином. Неплотности швов выявляют по наличию на меловом покрытии следов проникшего керосина. Появление отдельных пятен указывает на поры и свищи, полос - сквозных трещин и непроваров в шве. Благодаря высокой проникающей способности керосина обнаруживаются дефекты с поперечным размером 0,1 мм и менее.
Расчет режима сварки и выбор источника питания
Под режимом сварки понимается совокупность факторов, обеспечивающих устойчивое протекание процесса сварки и получение шва заданного размера и формы.
Эти факторы являются элементами режима сварки и делятся на две группы:
I. Основные элементы режима, в основном и определяющие устойчивость горения дуги, а также форму и размер шва. К ним относятся:
1) диаметр электрода;
2) сила сварочного тока;напряжение дуги;
3) род и полярность тока;
4) скорость сварки.
II. Дополнительные элементы режима, влияющие некоторым образом на форму и размер шва. К ним относятся:
1) вылет электрода;
2) наклон электрода;
3) возможный наклон шва;
4) начальная температура металла;
5) свойства покрытия электрода и др.
Теоретически для сварки конструкции «Бак котла отопления» основные элементы режима выбираются и рассчитываются следующим образом:
1. Диаметр электрода выбирается по следующему правилу: если толщина металла в соединении до 4 мм – диаметр электрода равен толщине; при толщине более 4 мм – диаметр электрода 5 – 6 мм.
При толщине металла в конструкции 8 мм, 10 мм и 15 мм следует выбрать диаметр электрода 5 мм. Швы предусматриваются однослойные.
2. Сила сварочного тока определяется по формуле (для низкоуглеродистых сталей):
Iсв = (20+6D)·D,
где:
D – диаметр выбранного электрода, мм.
Iсв = (20+6·3)·3=114 А
3. Напряжение дуги определяется по формуле:
Uд = a+bLд,
где:
aиb – коэффициенты: a = 10 B;b = 2 B/мм;
Lд – длина дуги, которая при сварке должна быть короткой, до диаметра применяемого электрода.
Uд = 10+2·5=20 В
4. Электродами марки АНО-1 с основным покрытием, следует выбирать постоянный ток обратной полярности.
5. Оптимальная скорость при сварке определяется по формуле:
Vсв= 
,
где:
Kн – коэффициент наплавки, для электрода АНО-1 равный 9,0 г/А·ч;
Iсв– сила тока, по расчету 250 А;
j – плотность стали, 7,85 г/см3;
F – площадь поперечного сечения шва.
F = 0,5·0,52=0,125 см2;
Vсв = 9,0·250/7,85·0,125=2293=22,93 м/ч
Таблица режима
| D, мм | Iсв, А | Uд, В | Род и полярность тока | Vсв, м/ч |
| 5 | 250 | 20 | Постоянный ток обратной полярности | 22,93 |
Поскольку для сварки выбран постоянный ток обратной полярности, то в качестве источника питания можно использовать сварочный выпрямитель
ВД-306-01. Предназначен для питания электрической сварочной дуги постоянным током при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов при трехфазном питании от сети переменного тока.
