Реферат выпускная квалификационная работа 114 с., 15 рис., 23 табл., 50 источников, 1 прил
 Скачать 2.07 Mb.
|
|
3 СВАРКА ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ Для сварки порошковой проволокой может использоваться тоже оборудование, что и для сварки проволокой сплошного сечения в среде защитных газов. Порошковая проволока представляет из себя электрод, вывернутый наизнанку. Это полая трубка из нелегированной стали, которая заполнена флюсом. Конструкция порошковых проволок бывает различна. Рисунок 12 – Конструкция порошковых проволок Каждый вид порошковой проволоки может иметь разный состав флюса. Флюс оказывает влияние на характеристику дуги, на перенос электродного металла. С его помощью можно влиять на формирование сварного шва и на металлургические особенности шва. Процесс сварки порошковой проволокой позволяет при помощи флюса вводить в металл шва легирующие элементы, что невозможно сделать при сварке проволокой сплошного сечения, так как не будет должного контроля за сварочной ванной. 32 Для сварки порошковой проволокой допустимо использование защитных газов. Однако, в настоящее время все большее применение находит сварка самозащитной порошковой проволокой (Иннершилд), в которой необходимый объем защитного газа образуется при сгорании флюса. По сути, сварка самозащитной порошковой проволокой является разновидностью процесса сварки в защитных газах. Отличие состоит в том, что нет необходимости наличия баллонов с защитным газом и не требуется дополнительных укрытий в процессе сварки. 3.1 Функции флюса сердечника порошковой проволоки Состав флюса для порошковой проволоки поддирается с учетом того, в какой области будет производиться сварка и какой материал сваривается. Главной задачей флюса является очистка металла шва от кислорода и азота, оказывающих негативное воздействие на механические характеристика шва. Снижение содержания кислорода и азота достигается путем введения в состав флюса кремния и марганца. Кремний и марганец играют роль раскислителей и улучшают механические свойства металла шва. В состав флюса также добавляют кальций, натрий, калий для того, чтобы обеспечить надежную защиту расплавленного металла от воздействия окружающей среды при кристаллизации металла сварочной ванны, уменьшить разбрызгивание металла. Функции шлака: - формирование поверхности сварного шва заданной формы; - контроль сварочной ванны в различных положениях; - увеличение времени остывания сварочной ванны. С технической и экономической точек зрения добавлять во флюс легирующие элементы проще и дешевле, чем изготавливать сплошную проволоку из легированного металла, то добавки легирующих элементов через 33 флюс оказывается более приоритетным по сравнению легированием шва через сплошную проволоку. В качестве легирующих элементов используют хром, никель, марганец, молибден, углерод. Добавление этих элементов улучшает свариваемость металла, увеличивает прочность, пластичность и предел текучести металла. Применение находят порошковые проволоки содержащие больший объем металлического порошка, по сравнению с обычной порошковой проволокой. Флюс таких проволок содержит количество кремния и марганца эквивалентное их содержанию в проволоке сплошного сечения. Возможно добавление до 2% никеля с целью увеличения ударной вязкости при низких температурах. Данный тип проволок применяется для сварки стыковых швов в различных пространственных положениях, обеспечивается высокую производительность, способствует получению качественного сварного шва. 3.2 Обоснование выбора сварочных материалов Способ полуавтоматической сварки самозащитной проволокой Иннершилд предназначен для сварки заполняющих и облицовочного слоев шва неповоротных и поворотных стыков труб диаметром 325 — 1220 мм с толщинами стенок 6 — 20 мм включительно [25]. В состав наполнителя порошковой проволоки входят следующие компоненты [25]: газообразующие — обеспечивают защиту расплавленных капель и сварочной ванны от азота и кислорода воздуха (мрамор, целлюлоза и карбонаты Ca, Na, Mg); шлакообразующие — соединения, образующие шлаковую защиту (рутиловый концентрат, флюоритовый концентрат, алюмосиликаты), раскислители— участвуют в металлургических процессах, протекающих в сварочной ванне, обеспечивая металлургическое качество сварного шва (ферромарганец, ферротитан); 34 металлическиесоставляющие — повышают производительность наплавки (металлический порошок, соединения железа). Марку самозащитной порошковой проволоки выбирают в зависимости от прочностного класса свариваемых труб [25]: для сварки стыков труб из сталей с нормативным пределом прочности до 530 МПа включительно применяется самозащитная порошковая проволока марки NR-207 диаметром 1,7 мм; для сварки стыков труб из сталей с нормативным пределом прочности от 540 до 590 МПа включительно применяется самозащитная порошковая проволока марки (NR-208H диаметром 1,7 мм и 2,0 мм. Обе марки проволоки аттестованы в установленном порядке и допущены для сварки стыков труб газо-, нефтепроводов различного диаметра и толщин стенок. В процессе работы с использованием самозащитной порошковой проволоки следует учитывать следующие технологические особенности [25]: корневой слой шва выполняется лектродами с основным или целлюлозным видами покрытия.; перед выполнением первого слоя порошковой проволокой необходимо тщательно зачистить сваренный лектродами корневой слой шва или "горячий" проход; процесс сварки порошковой проволокой во всех случаях выполняется на постоянном токе прямой полярности; направление сварки — "на спуск"; начинать сварку следует всегда при вылете проволоки 12 — 15 мм. Изменяя угол наклона сварочной горелки, частично можно контролировать степень проплавления. Угол уменьшается – степень 35 проплавления увеличивается, угол увеличивается – степень проплавления уменьшается. В случае сварки труб с толщинами стенок до 12 мм используют традиционный для ручной дуговой сварки порядок заполнения разделки, при котором каждый слой шва выполняется за один проход. Рекомендуемая техника — прямое движение без поперечных колебаний либо с небольшими поперечными колебаниями. Для труб с толщинами более 12 мм используют следующий порядок заполнения разделки: два первых заполняющих слоя выполняют по принципу "слой за один проход"; при сварке всех последующих слоев для обеспечения сбалансированного заполнения разделки применяют технику наложения перекрывающих валиков. При этом формирование слоя происходит за два прохода за счет перекрывающих друг друга валиков. Можно применять небольшие поперечные колебания для обеспечения более плавного перехода шва к основному металлу; облицовочный слой выполняют за два — три прохода (в зависимости от толщины стенки и ширины раскрытия разделки). Допускается выполнение облицовочного слоя за один проход для труб с толщинами стенок до 16 мм, однако при толщинах стенки 14—16 мм ухудшается внешний вид шва и могут образоваться подрезы облицовочного слоя. При комбинированной (двускосой) разделке техника сварки и порядок заполнения разделки не имеет больших отличий по сравнению со сваркой труб толщиной более 12 мм со стандартным 30-градусным скосом кромок. Для третьего и последующих заполняющих и облицовочных проходов также рекомендуется техника наложения перекрывающихся валиков, что облегчает 36 процесс сварки и позволяет получить оптимальные механические свойства сварного соединения и наиболее благоприятную форму облицовочного слоя. В связи с большой линейной скоростью сварки и особенностью формирования сварного шва в вертикальной плоскости перед выполнением облицовочного слоя в положении 1 00 — 5 00 (2 00 — 4 00 ) выполняют дополнительный (корректирующий) слой. Корректирующий слой позволяет обеспечить равномерность заполнения разделки перед наложением облицовочного слоя (слоев). Расположение и количество корректирующих слоев зависит от толщины стенки трубы и особенностей заполнения разделки каждым сварщиком. 3.3 Достоинства и недостатки Способ сварки самозащитной порошковой проволокой имеет следующие особенности, обусловливающие его преимущества: высокая скорость сварки ( до 14 — 20 м/ч); возможность форсирования режима сварки; нет необходимость смены лектродов, следовательно, повышается ффективность работы сварщика; большая глубина проплавления; возможность ведения процесса сварки без дополнительных укрытий; возможность устранения поверхностных дефектов; сварочная проволока сразу готова к работе; 37 Некоторые недостатки, возникающие при сварке порошковой проволокой: процесс сварки проволокой Иннершилд происходит на высоком токе (230 — 300 А) и сопровождается достаточно большим разбрызгиванием. При этом капли имеют высокую температуру. В связи с этим при сварке проволокой типа Иннершилд необходимо использование специальной одежды (кожаные костюмы) и масок (фиброметалл). проволока имеет гигиенический сертификат, однако процесс сопровождается повышенным аэрозолевыделением. 38 4 РАСЧЕТ РЕЖИМОВ СВАРКИ Таблица 5 – Конструктивные элементы сварного соединения по ГОСТ 16037-80 Условное обозначение сварного соединения Конструктивные элементы и размеры b, мм c, мм e, мм g, мм Подготовленных кромок свариваемых деталей Сварного шва С17 2,4 2 16 2 Режим сварки – совокупность основных характеристик сварочного процесса, которые обеспечивают получение сварных швов заданных размеров, геометрической формы и качества. Рассчитаем общую площадь поперечного сечения наплавленного метелла для того, чтобы определить необходимое число проходов при сватке стыкового соединения с разделкой кромок. Рисунок 13 – Геометрические лементы площади сечения стыкового шва Площадь наплавки обычно находят как сумму площадей элементарных геометрических фигур: н (5) e g 39 Определим площадь наплавки: н мм При сварке в среде защитных газов электродной проволокой диаметром 1 – 1,4 мм в нижнем положении площадь поперечного сечения наплавленного металла первого прохода 20 – 30 мм 2 , второго 30 – 60 мм 2 , последующих заполняющих и облицовочных проходов 40 – 70 мм 2 ; для вертикального положения сварки площадь первого прохода 20 – 40 мм 2 , второго 40 – 60 мм 2 , последующих 40 -70 мм 2 Сварку стыка производим в три прохода. Для первого площадь составит 21 мм 2 , для последующего и облицовочного – 45 мм 2 4.1 Расчёт режимов сварки в углекислом газе К основным параметрам режима механизированной дуговой сварки в защитных газах плавящимся электродом, определяемых расчётом, относятся: сварочный ток, напряжение на дуге, скорость сварки, диаметр и скорость подачи электродной проволоки. Основные параметры: защитная среда, род тока, полярность устанавливают, исходя из условий сварки конкретного изделия. Для сварки данного соединения, выбран тип соединения С17 с разделкой кромок. Силу сварочного тока I св рассчитаем по формуле (6) [7]: св (6) где d – диаметр электродной проволоки 1 мм (для корневого шва) 1,2 мм (для заполняющих проходов); j – допустимая плотность тока, согласно [5, С.180, табл.40] для сварки в углекислом газе 200÷250 А/мм 2 для корневого шва: св А принимаем I св = 160А. 40 для последующих проходов: св А принимаем I св = 285 А. Определяем оптимальное напряжение дуги [13]: д св (7) для корневого шва: для последующих проходов: д Определим коэффициент формы провара[13]: пр К св д св (8) где К – коэффициент для тока обратной полярности 0,92. для корневого шва: пр для последующих проходов: пр Для механизированной сварки значения Ψ пр должны составлять 0,8…4,0, в нашем случае, значение коэффициента находится в данном интервале, следовательно, режимы подобраны верно. 41 Определим скорость сварки по формуле (9) [13]: св н св н , (9) где – коэффициент наплавки; γ– плотность электродного металла, г/см 3 Для определения коэффициента наплавки н при механизированных способах сварки в среде СО 2 воспользуемся следующей формулой (10) [13]: н р п , (10) где п – коэффициент потерь, который определяется по формуле (11): (11) Подставим известные значения плотности тока j в формулу (11), получим: для корневого шва: п для последующих проходов: п Для того чтобы определить коэффициент наплавки нам необходимо рассчитать коэффициент расплавления р по формуле (12) (величину вылета электрода l в принимаем 15 мм) [13]: р св в (12) для корневого шва: р г Ач для последующих проходов: р г Ач 42 Тогда коэффициента наплавки согласно формуле (10): для корневого шва: н г Ач для последующих проходов: н г Ач Скорость сварки: для первого прохода: св см с м ч для последующих проходов: св см с м ч Определяем скорость подачи электродной проволоки по формуле (13) [13]: п п р св л (13) где F л – площадь поперечного сечения электрода, см 2 для первого прохода: п п см с м ч для последующих проходов: п п см с м ч Погонная энергия рассчитывается по формуле (14) [13]: п н св д св , (14) 43 где н эффективный коэффициент полезного действия нагрева изделия дугой, который при сварке в защитном газе составляет 0,8…0,84, принимаем ; для первого прохода: п ж см для последующих проходов: п ж см Полученные расчеты сведем в таблицу 6. Таблица 6 – Результаты расчетов режимов сварки Параметр Для корневого шва Для последующих проходов Сварочный ток, I св 160 А 285 А Оптимальное напряжение дуги, U д 28 1 В 33 1 В Коэффициент формы провара, пр 2,8 2,06 Коэффициент потерь, п 12,6 % 11,3 % Коэффициент расплавления, р 17,3 г/Ач 25,3 г/Ач Коэффициент наплавки, н 15,1 г/Ач 22,1 г/Ач Скорость сварки, V св 0,41 см/с =14,76 м/ч 0,5 см/с = 18 м/ч Скорость подачи электродной проволоки, V п п 9,86 см/с = 355 м/ч 22,7 см/с = 817 м/ч Погонная энергия, п 8741,5 Дж/см 15048 Дж/см 44 4.2 Режимы сварки самозащитной порошковой проволокой Innershield Рекомендуемые режимы сварки горячего, заполняющего и облицовочного проходов проволокой NR-207. Таблица 7 – Режимы сварки самозащитной порошковой проволокой Innershield Параметр Горячий проход Заполняющий слой Облицовочный слой Скорость подачи проволоки, м/ч 160 183 160 Напряжение, В 18-19 19-20 18-19 Сварочный ток, А 200 225 200 Вылет электрода, мм 12-19 12-19 12-19 Угол наклона электрода, град 0-30 0-30 0-30 Коэффициент наплавки, кг/ч 1,75 2,0 1,75 Температура подогрева 20-135 20-135 20-135 4.3 Выбора источников питания Источник питания сварочной дуги должен отвечать следующим требованиям: обеспечивать необходимую для данного технологического процесса силу тока дуги и напряжение дуги; иметь необходимый вид внешней характеристики, чтобы выполнять условия стабильного горения дуги; иметь такие динамические параметры, чтобы можно было обеспечить нормальное возбуждение дуги и минимальный коэффициент разбрызгивания. Сварочный аппарат Lincoln Electric Invertec STT II с революционной технологией STT® II, представляет собой инверторный сварочный источник с высокой частотой преобразования, в котором применена улучшенная технология управления формой сварочного тока (Waveform Control Technology®), обеспечивающей значительные преимущества по сравнению с традиционной MIG-сваркой короткими замыканиями. Особенности: 45 Управляемое проплавление и тепловложение – идеально для сварки соединений с открытым зазором между деталями или тонколистовых материалов, где крайне недопустимы прожоги свариваемых деталей; Низкий уровень разбрызгивания металла и минимальный выброс сварочных газов, благодаря автоматическому контролю сварочного тока и оптимизации процесса переноса металла; Возможность использования различных газов и смесей - технология STT® II позволяет использовать различные типы защитных газов и их смесей: аргон или 100% CO 2 для проволоки большого диаметра; Хороший вид шва и более высокая скорость сварки без ущерба качеству и внешнему виду шва, процесс STT способен заменить традиционный способ аргоно-дуговой сварки; Регулируемые параметры: базовый ток, время спада заднего фронта импульса и пиковый ток - позволяют точно установить величину тепловложения, уменьшить вероятность прожига и установить нужное проплавление; Контроль над скоростью подачи и напряжением; Режим триггера горелки 2х и 4х тактный; Яркий, цифровой дисплей вольтметра и амперметра; Специализированный комплект оборудования для сварки самозащитной порошковой проволокой, разработанный и выпускаемый фирмой Lincoln Electric, включает следующее [23]: специальный источник сварочного тока — Idealarc DC-400, Invertec V350-PRO, Invertec V300-I, SAM-400 и источники типа Commander различных модификаций; адаптер модели К350 или К350-1; механизм подачи порошковой проволоки LN-23P; сварочную горелку К345 со шлангом и кабелями. 46 Применение: многофункциональная полуавтоматическая сварка Invertec V350-Pro с использованием ипульсных и программируемых режимов, электродуговая сварка покрытым электродом, электро-дуговая строжка. Оснащение: Источник сварочного тока инверторного типа. Универсальная модель, с жесткой и подающей внешней характеристикой. Встроенный цифровой амперметр и вольтметр. Регулируемые функции "Hot Start" - временное увеличение сварочного тока в момент зажигания дуги, "Arc Force" - регулировка тока короткого замыкания, позволяет управлять сварочной дугой делая ее "мягкой" или "жесткой", "Touch-Start"- зажигание дуги точечным касанием. Специализированные импульсные режимы "Power Mode" и "Pulse-on-pulse". Разъем ПДУ. Подключение ПК через SRS. Регулировки: выходная мощность, выбор сварочного процесса, настройка динамических свойств дуги, форсаж дуги, уровень горячего страта. Таблица 8 – Технические характеристики сварочных полуавтоматов Invertec V350-Pro и Lincoln Electric Invertec STT II. Наименование Lincoln Electric Invertec STT II Invertec V350-Pro Напряжение питающей сети, В 380 380 Частота питающей сети, Гц 50/60 50/60 ПВ 60%, А 225 225 ПВ 100%, А 200 200 Номинальная мощность при макс. токе, кВт 6,8 6,8 Диапазон сварочных токов, А 5–450 до 350 Напряжение холостого хода, В 85 85 Потребляемая мощность холостого хода, Вт 40 40 КПД при ПВ 100 % 0,85 0,85 Диаметр сварочной проволоки, мм 1,0-1,6 1,0-1,6 Диапазон регулирования скорости подачи проволоки, м/мин 0,9-19,1 0,9-19,1 Диапазон регулировки напряжения, В 15-36 15-36 Габаритные размеры Д х Ш х В, мм 589x336x620 376x338x709 Масса (без сварочной горелки и кабелей), кг 53 36,7 47 Механизированная сварка методом STT служит для односторонней полуавтоматической сварки проволокой сплошного сечения в среде углекислого газа корневого шва неповоротных стыков труб диаметром 325- 1220 мм с толщинами стенок до 20 мм включительно, а также для сварки всех слоев шва стыков аналогичных диаметров с толщиной стенки до 12 мм [23]. Аббревиатура STT расшифровывается как "Surface Tension Transfer" — процесс переноса капли в сварочную ванну происходит с помощью сил поверхностного натяжения. Этот процесс похож на процесс переноса короткими замыканиями, который реализован при дуговой сварке в среде защитных газов, но с одним отличием — сварочная ванна втягивает в себя расплавленный металл с конца электродной проволоки за счет сил поверхностного натяжения. Электромагнитное сжимающее действие, которое возникает при Пинч-эффекте, способствует отделению капли, но не является основой механизма переноса, как это наблюдается при обычной сварке короткими замыканиями. Данный вид переноса обеспечивает сокращение разбрызгивания и дымообразования в отличие от традиционных методов сварки. Простота использования этого метода позволяет значительно снизить вероятность образования несплавлений, т.к. в процессе сварки над сварочной ванной обеспечивается хороший контроль. При использовании этого метода от сварщика не требуется высокой квалификации, чтобы выполнить сварное соединение высокого качества. Еще достоинством данного способа является то, что простота процесса STT способствует сокращению времени обучения сварщиков. Компания «Lincoln Electric» целенаправленно для процесса STT разработала 225-амперный инверторный источник питания Invertec STT II , который реализует технологию управления формой сварочного тока. В процессе сварки форма выходного тока регулируется определенным образом, в результате этого добиваются вышеуказанных преимуществ. Invertec STT II имеет отличие от обычных сварочных аппаратов. Он не является ни источником с жесткой характеристикой, ни источником с крутопадающей 48 характеристикой. Invertec имеет обратную связь, с помощью которой отслеживаются основные этапы переноса капли и процессы, происходящие между электродом и сварочной ванной. При необходимости аппарат автоматически изменяет величину и форму сварочного тока. Источник не регулирует напряжение на дуге. Напряжение, которое необходимо дуге, автоматически устанавливается источником. Из-за этого количество тепла, которое вводится в сварочную ванну, не зависит от скорости подачи проволоки. Помимо этого, условия контроля над формированием сварочной ванны улучшаются. Пинч-эффект автоматически контролируется источником. Процесс STT особо рекомендован при сварке труб с зазором для выполнения корневых швов. Циклограмма метода STT представлена на рисунке. Рисунок 14 – Циклограмма метода STT |