Курсовая Технология сварки колонн. КУРСОВАЯ работа. 1. Характеристика материала 25хгса. 5 2 Эскиз сварочного соединения 7
Скачать 459.42 Kb.
|
Содержание Введение 3 1. Характеристика материала 25ХГСА. 5 2 Эскиз сварочного соединения 7 3. Расчет параметров режимов сварки 8 4. Расчет нормы времени на выполнение сварочной операции 11 5. Определения химсостава и структуры стали в исходном состоянии 13 6. Технологические особенности сварки деталей данного структурного класса 14 7. Выбор сварочных материалов 15 8. Расчет расхода сварочных материалов 16 9. Расчет химсостава сварочного шва и определение его структуры 17 10. Выбор сварочного оборудования 18 11. Расчет расхода электроэнергии 24 12. Карта технологического процесса 25 Заключение 26 Список использованных источников 27 ВведениеСваркой называют технологический процесс, в результате которого достигается неразъемное—сварное соединение деталей из металлов и их сплавов и других материалов, например пластмасс и стекла, или разнородных материалов, например, стекла и металла. Способностью свариваться обладают все металлы, образовывающие растворы и смеси эвтектического или неэвтектического состава. Соединение при сварке осуществляется за счет межатомного взаимодействия путем сцепления (связи) атомов. Для того чтобы произошло сцепление между атомами, необходимо ряд атомов металла одной соединяемой детали приблизить к ряду атомов металла другой детали на расстояние равное параметру кристаллической решетки металла соединяемых частей. При таком сближении внешние электроны атомов соединяемых деталей образуют общую (коллективную) электронную систему, за счет чего и достигается сварка. Сближению атомов мешает неровность поверхностей соединяемых деталей и наличие загрязнений в виде окислов, органических пленок и адсорбированных газов. В соответствии с методом, применяемым для устранения этих препятствий и обеспечения необходимого для сварки сближения атомов, все существующие сварочные процессы (а их насчитывается более 60), можно отнести к двум основным группам: к группе способов сварки пластическим деформированием (давлением) и к группе способов сварки плавлением. При сварке пластическим деформированием соединение деталей достигается путем совместной пластической деформации — осадки металла соединяемых частей в месте их соприкосновения (по кромке или по плоскости). При сварке плавлением соединение деталей осуществляется за счет расплавления металла свариваемых элементов — основного металла по кромкам в месте их соприкосновения или основного и дополнительного металлов и смачивания твердого металла жидким. Расплавленный металл свариваемых деталей самопроизвольно (спонтанно) без приложения внешнего усилия сливается между собой или с дополнительным металлом, образуя общую так называемую сварочную ванну. При этом достигается разрушение пленок, покрывающих поверхность соединяемых элементов, и сближение атомов металла свариваемых деталей до расстояния, при котором возникают металлические связи. Межатомному сцеплению способствует повышенная подвижность атомов, обусловленная высокой температурой сварочной ванны. По мере удаления источника нагрева происходит затвердевание— кристаллизация металла сварочной ванны и превращение ее в шов, соединяющий детали в одно целое. Кристаллизация металла шва начинается от частично оплавленных зерен основного металла. Металл шва при всех видах сварки плавлением имеет литую структуру. В выпускной квалификационной работе предлагается разработать технологию сварки пластин толщиной 8мм и длинной 4 м из стали 25ХГСА, расположенных в стык и сваренных ручной дуговой сваркой в нижнем положении. 1. Характеристика материала 25ХГСА.
Химический состав в% материала 25ХГСА. Таблица 1
Температура критических точек материала 25ХГСА.
Механические свойства при Т=20oС материала 25ХГСА. Таблица 2
Физические свойства материала 25ХГСА. Таблица 3
Технологические свойства материала 25ХГСА. Таблица 4
Таблица 5
2 Эскиз сварочного соединенияВ соответствии с ГОСТ 14771-76-С7 «Ручная дуговая сварка» при толщине деталей 8мм эскиз изображен на Рис.1.1. Рисунок 2.1 - Эскиз сварного соединения ГОСТ 14771-76-С7 3. Расчет параметров режимов сваркиВ данной курсовой работе применяется ручная дуговая сварка покрытым электродом. В соответствии с таблицей 2.1 выбираем диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемого металла. Таблица 2.1
Принимаем dэ=4,0 мм. Сварочный ток определяем по формуле: j=13 А/мм2 — плотность тока на электроде таблице 2.2. Таблица 2.2. Напряжение определяется по формуле: Fн- площадь поперечного сечения наплавленного металла за один проход, см3. Коэффициент наплавки ручной дуговой сваркой покрытым штучным электродом составляет αн=(8-10) г/(А*ч). Площадь наплавленного металла зависит от типа сварного соединения. Для угловых и тавровых швов (рис.2.1) она определяется как площадь треугольника, умноженного на коэффициент α учитывающий форму шва. Для определения площади сечения наплавленного металла, можно изобразить сечение шва на миллиметровой бумаге (рис.2.1.). Рисунок 2.1 - Сечение сварного соединения (Fн=8мм2, Fо=8мм2) 4. Расчет нормы времени на выполнение сварочной операцииОбщее время на выполнение сварочной операции tсв состоит из нескольких компонентов и определяется по формуле: tсв= tп.з. +tв +tо +tобс +tп где, tп.з.- подготовительно-заключительное время; tо – основное время; tв – вспомогательное время; tобс – время на обслуживание рабочего места; tп- время перерывов на отдых и личные надобности. где, М н.п. — масса наплавленного металла. М н.п.=Fн.Lш.= 2(0,8*7,8*400)=4992 гр. где, Fн - площадь наплавленного металла; - плотность металла; L ш =4м - длина шва (т.к. сварочный шов сплошной). tп.з.=10 % * tо=3,4*0,1=0,34 час где tэ — время на смену одного электрода; Vэ — объем одного электрода; V = (d2 /4) Lэл =4396 мм3=4,4 см3; Lэл=350 мм, d=4мм; Fн.Lш — объем наплавленного металла. Время зачистки кромок или шва tкр.(tбр) вычисляют по формуле tкр(tбр)=Lш(0,6+1,2(nс-1)), tкр(tбр)=4(0,6+1,2(2-1))=7,2мин где, nс — количество слоев при сварке за несколько проходов; Lш — длина шва, м Время на установку клейма принимают 0,03 мин на один знак. Время на установку, поворот и снятие изделия зависит от его массы. При массе изделия до 15 кг эти операции выполняются вручную. В курсовой работе это время можно принять равным tизд=3 мин. Время на обслуживание рабочего места включает в себя время на установку режима сварки, наладку полуавтомата или автомата, уборку флюса, инструмента и т.д. Для ручной сварки: tобс=0,05*tо=0,17 час Время перерывов на отдых и личные надобности зависит от положения, в котором сварщик выполняет работы. При сварке в удобном положении: tn=0,07*tо=0,238 час tсв=0,34+3,4+0,12+0,17+0,238=4,27 час 5. Определения химсостава и структуры стали в исходном состоянииВ качестве основного металла применяется сталь 25ХГСА. Эта сталь относится к конструкционным высокопрочным высоколегированным. Химический состав представлен в таблице 5.1. Таблица 5.1
По ТУ 14-1-1083-74 суммарное содержание серы и фосфора не должно превышать 0,04%. Определение структуры стали осуществляется по эквиваленту углерода. Для этого первоначально для стали рассчитываются эквивалентные значения хрома и никеля: Т.к. эквивалент углерода больше 0,3, то можно утверждать, что при сварке 25ХГСА предварительный подогрев требуется в пределах 200-300°. [13] 6. Технологические особенности сварки деталей данного структурного классаСварка данной стали требует предварительного подогрева до температуры 200-300⁰С. Свариваемость 25ХГСА ограниченная. Хром снижает растворимость углерода, вступая с ним в реакцию и образую карбиды. При охлаждении сварочного шва на его границах образуется дельта-феррит, резко снижая пластичность зоны термического влияния. Т.к. содержание углерода превышает 0,2% требуется предварительный подогрев до 250⁰С. После сварки требуется высокотемпературный отпуск 500-600⁰С. 7. Выбор сварочных материаловТ.к. сварку стали 25ХГСА производят ручной дуговой сваркой покрытым электродом, то в качестве электрода необходимо использовать электроды Э85 ГОСТ 9467-75. К данному типу относятся электроды УОНИ-13/85 диаметром 4мм ГОСТ 9467-75. Сварку УОНИ-13/85 производят только на короткой и предельно короткой длине дуги по очищенным кромкам. Перед сваркой необходима прокалка электродов при температуре 250-300°С в течении 1 часа. Химический состав электродов УОНИ 13/85 представлен в таблице 7.1. Таблица 7.1 Химический состав электродов УОНИ-13/85
8. Расчет расхода сварочных материаловСварной шов состоит из наплавленного металлов, которые в процессе сварки перемешиваются, образуя общую ванну. Расчет расхода сварочной проволоки для ручной дуговой сварки где - коэффициент потерь. Для ручной дуговой сварки с учетом потерь электродов на огарки (20%). Для ручной дуговой сварки мы определил только вес одних стержней. Для определения полного веса электродов необходимо учитывать вес покрытия: где - коэффициент веса покрытия, 9. Расчет химсостава сварочного шва и определение его структурыВ соответствии с пунктом 2: Fн=8мм2, Fо=8мм2, Fш=16мм2. После вычисления Ɵо и Ɵн необходимо рассчитать химический состав шва. Содержание каждого элемента вычисляется по формуле: , где Эо – содержание элементов в стали; Эпр – содержание элементов в проволоке. После расчета химсостава по диаграмме Шефлера определяем его структуру. При этом для определения по эквиваленту никелю и хрома необходимо пользоваться формулами, несколько отличающимися от формул, используемых для стали: Химический состав присадочного материала
Т.к. эквивалент углерода шва больше 0,3 то можно утверждать, что сварочный шов детали из 25ХГСА при сварке электродами УОНИ-13/85 склонен к образованию холодных трещин, что говорит о необходимости последующего отпуска при температуре 500-550° на протяжении 3 часов. 10. Выбор сварочного оборудованияТ.к. сварка высоколегированных сталей производится на постоянном токе, то в качестве источника питания необходимо использовать выпрямитель. Устройства ESAB Origo Mig 5004i представляют собой легкие инверторные сварочные аппараты с электронным управлением, разработанные для высокопроизводительного выполнения сварочных работ методами MIG/MAG/MMA (полуавтоматическая сварка в среде защитных газов / ручная сварка покрытыми электродами), а также TIG. Область применения включает в себя промышленное производство, энергетику (в том числе ветровые генераторы), грузовой и пассажирский автотранспорт, транспортное оборудование, стальные конструкции, судостроение и оффшорные работы. По сравнению с обычным оборудованием, площадь зоны обслуживания новых источников Origo, необходимая для размещения аппарата, сокращена на 70%. Вес нового полуавтомата уменьшен на 80%, и его можно легко перемещать Подключаемая система охлаждения позволяет увеличить время сварочных работ и обеспечивает удобство за счет охлаждения горелки. Если сварка не проводится, вентилятор и система водяного охлаждения автоматически отключаются через 6,5 минут, и таким образом, существенно сокращают потребление энергии во время простоя. Этот инверторный источник четвертого поколения характеризуется существенно более высокой эффективностью, его КПД близок к 1. Повышенная производительность и коэффициент мощности снижают потребление и затраты энергии в одинаковых условиях сварки. Рисунок 10.1 – Сварочное оборудование Характеристики: Напряжение 3 фазы 50/60 Гц, В 380 – 440, ± 10% Сечение кабеля, диаметр мм2 4 x 6 Предохранитель, ток, A 35 Допустимая нагрузка при MIG/MAG 140 A / 4,5 кВА ПВ 100%, А/В, 300/32 ПВ 80%, А/В, 400/36 ПВ 60%, А/В, 500/36 Диапазон настройки, A MIG/MAG 20 – 200; MMA 16 – 200; TIG 4 – 200 Напряжение холостого хода, В 55 Напряжение холостого хода при активации VRD, В < 35 Масса (с соединительным кабелем) 5,85 кг Мощность холостого хода, Вт 40 КПД при максимальном токе, % 87 Коэффициент мощности при максимальном токе 0,95 Габариты ДxШxВ, мм 610 x 256 x 445 с охлаждающим устройством, ДxШxВ, мм 10 x 256 x 675 Вес, кг 46 Рисунок 10.2 – Горелка сварочная При изготовлении сварных конструкций различают следующие виды контроля: • Входной; • Пооперационный; • Заключительный. Входной контроль - данный метод контроля является предупредительным и подразумевает проверку основного металла, электродов, сварочной проволоки флюса. Металлопрокат, используемый для изготовления конструкции, следует проверять на наличие сертификата, заводской маркировки и соответствие их проекту. А также проверять на наличие расслоений (визуально по кромкам, но иногда даже с применением УЗК). Сварочная проволока должна соответствовать ГОСТ 2246-70*. Обращается внимание на чистоту поверхности от окислов, смазки, задиров, загрязнений. Проверяют соответствие сварочной проволоки сертификату. Сварочный флюс должен соответствовать ГОСТ 9087-81*. Его проверяют на однородность по внешнему виду, определяют химический состав, величину зерна, объемную массу и влажность. Пооперационный контроль - заключается в контроле заготовительных операций, соблюдение всех размеров по чертежам, исправность приспособлений, оборудования для сборки и сварки. Контроль качества сборки под сварку, в собранных узлах проверяют основные габаритные размеры, зазоры в стыках, величину смещения свариваемых кромок, качество прихваток. Контроль технологии сварки, соблюдение установленных режимов. Заключительный контроль - заключается в непосредственном контроле сварных швов. Все сварные соединения, балки имеют I и II категорию швов и 1, 3, 7 типы швов сварных соединений. Согласно СП 53-101-98, таблица 10, каждая категория швов имеет допуски по технологическим дефектам в шве сварного соединения. Для 1 и 2 категории швов: Подрезы и шлаковые включения единичны допустимы. Непровары в корне шва допускаются кроме угловых швов и тавровых соединений. Межваликовые впадины в многопроходных швах допускаются Внешний осмотр и промер швов - производится 100% длины всех швов. Ультразвуковая дефектоскопия - производится 100% отнесенной к I типу сварных швов, и 10% дефектоскопии в начале, в конце и вместе схождения швов относящие к 3 типу сварных соединений. Внешний осмотр сварных швов наиболее простые и широко распространенные способы контроля. Визуальный осмотр производится как невооруженным глазом так и с применением лупы. Обмер швов производят обычно специальными шаблонами. Ультразвуковой метод контроля основан на способности ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков с разной звуковой проницаемостью. УЗК необходимо производить специальным аппаратом (ультразвуковой дефектоскоп) в данном случае «PELENG» УД3-204. Он предназначен для контроля продукции на наличие дефектов типа нарушения сплошности и однородности материалов, полуфабрикатов, готовых изделии и сварных соединений, для измерения глубины и координат их залегания, измерения отношений амплитуд сигналов от дефектов. Для контроля стыковых соединений следует применять такой способ прозвучивания как прямым и однократно - отраженным лучом. А для угловых соединений наиболее эффективной является схема прозвучивания через основной металл привариваемого листа. Таблица 19 - Технические характеристики ультразвукового дефектоскопа «PELENG» УД3-204
Ультразвуковой дефектоскоп «PELENG» УД3-204 – является новейшей разработкой. Ультразвуковой дефектоскоп выполнен в металлическом ударопрочном корпусе, имеет цветной TFT-дисплей нового поколения, сменную литий-ионную батарею и два полных аккустических канала. Рисунок 11.3 - Ультразвуковой дефектоскоп «PELENG» УД3-204 11. Расчет расхода электроэнергииПри расчете расхода электроэнергии обычно учитывают три составляющие: Р=Рэ1+Рэ2+Рэ3 где Рэ1 — расход электроэнергии в сварочной дуге; Pэ2 — расход электроэнергии от холостого хода источника питания при перерывах в сварке; Рэ3 — расход электроэнергии от работы вентилятора источника питания. В курсовой работе допускается рассчитать только первую составляющую: Вт/ч где Iсв — сила сварочного тока; Uд — напряжение на дуге; tо — основное время сварки; — КПД источника питания. Значения КПД некоторых источников питания приведены в таблице №10.1. , Iсв=163А, Uд=24В, =75% 12. Карта технологического процессаПодробная карта технологического процесса сварки изложена в приложении 11.1. Таблица 11.1
ЗаключениеВ данной курсовой работе разработали технологию ручной дуговой сварки деталей толщиной 8 мм, длиной 4 м из высокопрочной стали 25ХГСА. В ходе анализа химического состава исследуемого материала выяснилось, что он имеет ограниченную свариваемость и склонен к появлению холодных трещин. После сварки 25ХГСА в изделии образуются внутренние напряжения и закалочные структуры, что нарушает условия равнопрочности сварного шва и основного металла. Из-за этого готовое изделие требует высокотемпературный отпуск. Мы подобрали оптимальные сварочные материалы покрытые штучные электроды диаметром Ø4мм УОНИ-13/85 и режимы сварки, представленные в таблице 11.1. Для варки 25ХГСА требуется предварительный подогрев в пределах 200-300°С, а после сварки отпуск 500-600°С на протяжении 3 часов. Было подобранно сварочное оборудование, удовлетворяющий всем требованиям технологии. Также был произведен расчет времени и расхода электроэнергии затраченного на изготовление одного изделия. Исходя из вышесказанного данная технология сварки стали 25ХГСА является актуальной и универсальной. Список использованных источниковСмирнов И.В. Сварка специальных сталей и сплавов: Учебное пособие.-3-е изд.,стер.-СПб.: Издательство "Лань", 2019.-268с.:ил.-(Учебники для вузов. Специальная литература) Куликов, В. П. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки/В.П.Куликов.-Минск: Экоперспектива, 2003.-416 с. Куликов, В. П. Технология и оборудование сварки плавлением/В.П.Куликов.-Могилев: ММИ, 1998.-256 с. Акулов, А. И. Технология и оборудование сварки плавлением/А.И.Акулов.-М.: Машиностроение, 1977.- 432 с. Сварка в машиностроении: справочник.-М.: Машиностроение, 1978— 1979.-Т.1-4. Сварка и свариваемые материалы / Под ред. В. Н. Волченко.-М.: Металлургия, 1991.-527с. Куликов, В. П. Технология сварки плавлением/В.П.Куликов.-Минск: Дизайн ПРО,-2000.—257 с. Оборудование для дуговой сварки/Под ред. В. В. Смирнова. — Л.: Энергоатомиздат, 1986.—655 с. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т./Редкол,: Г.А. Нико-лаев (пред) и др. – М.: Машиностроение, 1978- Т.1/ Под ред. Н.А. Ольшанского. 1978. 504с. Основы материаловедения. Под ред. И.И. Сидорина. М.: Машино-строение, 1976, 436с. Теоретические основы сварки. Под ред. В.В. Фролова. М.: Высшая школа, 1970, 592 с. Технология электрической сварки плавлением. Под ред. Б.Е. Патона Москва-Киев , Машгиз, 1962, 663 с. Шоршоров М.Х., Чернышова Т.А., Красовский А.И. Испытание металов на свариваемость. М., Металлургия, 1972, 240 с. Гуревич С.М. Справочник по сварке цветных металлов. Киев. Наукова думка. 1981, 608 с. Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие:В 2-х т. Т-1. Защитные газы и сварочные флюсы/ Б.П. Конищев,С.А. Курланов, Н.Н. Потапов и др.; Под общ. ред. Н.Н. Потапова.- М.: Машиностроение, 1989. 544с. Т.2. Сварочные проволоки и электроды / Н.Н. Потапов, Д.Н. Баранов, О.С. Каковкин и др.; Под общей ред. Н.Н. Потапова. – М.: Машиностроение, 1993. 768 с. http://www. Fubag.рф http://www.etscompany.spb.ru http://www.KEMPPI.ru Никифоров Г.Д., Бобров Г.В., Никитин В.М., Дьяченко В.В. Технология и оборудование сварки плавлением. –М.: Машиностроение, 1986. СТП 1-У-НГТУ-93 Проекты (работы) дипломные и курсовые. Общие требования к оформлению пояснительных записок и чертежей. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом.- М.: Машиностроение, 1974. 239с. Оботуров В.И. Дуговая сварка в защитных газах. –М.: Стройиздат, 1989. 250с. Прох Л.Ц., Шпаков Б.М., Яворская Е.М. Справочник по сварочному оборудованию. Киев. Техника, 1983. 208с. . Браткова О.Н. Источники питания сварочной дуги. – М.: Высш. Шк. 1982. 182 с. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: учебник для вузов. – 2-е изд. испр. и доп. / А.И. Акулов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков и др. / Под ред. А.И. Акулова. – М.: Машиностроение, 2003. – 560 с. Евсеев Г.Г., Глизманенко Д.А. Оборудование и технология газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов. – М.: Машиностроение, 1974. – 312 с. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. – М.: Машиностроение, 1973. – 312 с. Патон Б.Е., Лебедев В.К. Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки. – М.: Машиностроение, 1966. – 359 с. Петров Г.Л. Сварочные материалы. Л.: Машиностроение, 1972. 277 с. Сварка в машиностроении: Справочник. В 4-х т. / Ред. Кол.: Г.А. Николаев (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1978. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т. 1. Свариваемость материалов / Под ред. Э.Л. Макарова. М. : Металлургия, 1991. – 528 с. Т – 2. Технология и оборудование / Под ред. В.М. Ямпольского. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 1996. – 574 с. ГОСТ 2601-84 (в ред. 1992 г.). Термины и основные понятия в области сварки. инертных газах. Соединения под острыми и тупыми углами. ГОСТ 9467-75 (в ред. 1988г.). Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. ГОСТ 10051-75. Электроды металлические для дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами. ГОСТ 10052-75. Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей. ГОСТ 14651-75. (в ред. 1989 г.) Элетрододержатели. Основные параметры и технические требования. ГОСТ 13861-89. Газовые редукторы. ГОСТ 5264-80 Ручная дуговая сварка. (с Изменением N 1) |