Реферат выпускная квалификационная работа 114 с., 15 рис., 23 табл., 50 источников, 1 прил
 Скачать 2.07 Mb.
|
|
1. T 0 –T 1 — базовый ток — это значение тока дуги до короткого замыкания со сварочной ванной. Это постоянное значение может быть установлено между 50 и 100А. 2. T 1 –T 2 — формирование капли — при первом же замыкании электрода на сварочную ванну при базовом токе детектор разности потенциалов на дуге обнаруживает это замыкание. Базовый ток снижается до значения 10А и удерживается в этом значении примерно 0,75 мсек. 3. T 2 –T 3 — в этом интервале времени происходят: - обжатие капли: вслед за формированием капли ток на закороченном электроде возрастает. Перенос расплавленного металла в сварочную ванну ускоряется за счёт эффекта обжатия. Электрическое сопротивление между электродом и каплей в этой фазе не равно нулю ввиду высокого сопротивления металла, нагретого до температуры плавления. - вычисление скорости изменения напряжения — сечение шейки, соединяющей электрод с каплей, на этой фазе уменьшается ввиду обжатия, и сопротивление шейки растёт. Пропорционально росту сопротивления меняется и разность потенциалов. Достижение скоростью изменения напряжения определённого значения указывает на то, что сечение достигло критического значения и капля готова отделиться. Ток уменьшается до 5А в течение микросекунд. Это происходит до того, как электрод выходит из короткого замыкания со сварочной ванной. 4. T 4 — отделение капли — собственно отделение капли происходит в момент T 4 при низком токе. После того, как шейка между каплей и электродом сильно сужается, уменьшается сила поверхностного натяжения, которая действует на каплю со стороны электрода. За счет сил поверхностного натяжения, которые действуют со стороны сварочной ванны на каплю, капля мягко отделяется и плавно соединяется со сварочной ванной. 5. T 5 –T 6 — рост плазменного столба — после отделения капли и прерывания короткого замыкания между электродом и сварочной ванной, на 50 электрод подаётся высокий ток, который вновь вызывает плавление электрода и поддержание длины дуги. Форма плавящегося участка электрода в этот момент весьма прихотлива. Реактивные силы, действующие на электрод со стороны катода — сварочной ванны, — поджимают вверх начавшую формироваться каплю, удлиняя дугу и исключая возможность преждевременного возникновения короткого замыкания. Одновременно высокое значение тока, действующее на этой фазе, выполняет задачу улучшения сплавления и смачивания, на короткое время расширяя дугу и вызывая сильный эффект катодного прогревания. При традиционном же процессе увеличение тока для улучшения сплавления порождает серию неуправляемых коротких замыканий, образуя огромное количество сварочных брызг. 6. T 6 –T 7 — стабилизация — в этот период происходит плавное снижение тока до величины базового, предотвращая ведущий к перемешиванию сварочной ванны бросок из-за внезапного резкого изменения величины электродинамических сил, действующих на сварочную ванну. При необходимости — для улучшения прогрева заготовки — на этой фазе можно задать повышенное значение базового тока. Механизированная сварка методом STT может быть использована в составе следующих технологических вариантов сварки [2 3] : - корневой слой шва выполняется механизированной сваркой методом STT, заполняющие и облицовочный слои шва – механизированной сваркой самозащитной порошковой проволокой типа Иннершилд; - корневой слой шва выполняется механизированной сваркой методом STT, заполняющие и облицовочный слои шва – ручной дуговой сваркой электродами с основным видом покрытия методом "на подъем"; - корневой слой шва выполняется механизированной сваркой методом STT, заполняющие и облицовочный слои шва – ручной дуговой сваркой электродами с основным видом покрытия методом "на спуск"; 51 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. Применение: многофункциональная полуавтоматическая сварка Invertec V350-Pro с использованием импульсных 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. 52 Самозащитная порошковая проволока может быть использована в составе следующих комбинированных технологических вариантов сварки [23]: сварка корневого слоя электродами с основным видом покрытия и всех последующих слоев проволокой типа Иннершилд; сварка корневого слоя шва и "горячего" прохода электродами с целлюлозным видом покрытия и всех последующих слоев проволокой типа Иннершилд; сварка корневого слоя шва электродами с целлюлозным видом покрытия, "горячего" прохода и всех последующих слоев проволокой типа Иннершилд; сварка корневого слоя шва полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа методом STT и всех последующих слоев проволокой типа Иннершилд. При сварке согласно первому технологическому варианту корневой слой шва должен выполняться электродами типа Э50А диаметром 2,5 — 3,25 мм марок ЛБ-52У, Линкольн 16П, Феникс К50Р Мод, ОК 53.70 и др. При сварке согласно второму и третьему технологическим вариантам корневой слой шва выполняется электродами типа Э42 — Э50 диаметром 3,2 — 4,0 мм марок Флитвелд 5П+ , Пайпвелд 6010, Фоке Цель и др. При сварке согласно четвертому технологическому варианту корневой слой шва выполняется проволокой сплошного сечения марки L-56 диаметром 1-1,2 мм. Сварку "горячего" прохода допускается выполнять как электродами с целлюлозным видом покрытия (второй технологический вариант сварки), так и проволокой типа Иннершилд (третий технологический вариант сварки). 53 5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ 5.1 Заготовительные операции Заготовительными операциями являются: очистка труб, подготовка и зачистка кромок, сборка стыка, предварительный подогрев. Монтаж различных узлов трубопровода, независимо от того, производится он в цеховых или в полевых условиях, должен выполняться так, чтобы полностью смонтированный трубопровод соответствовал нормам и конкретным требованиям строительного проекта. Трубы раскладывают на краю траншеи на специальных лежках так, чтобы был обеспечен беспрепятственный доступ к торцам труб, для этого трубы располагают под к оси траншеи. Расстояние от нижней образующей трубы до грунта должно быть не менее 450 мм. В процессе раскладки труб необходимо проводить их осмотр на соответствие требованиям. Перемещение труб непосредственно к месту сборки стыка осуществляется трубоукладчиком. 5.2 Разработка технологии сборки и сварки Перед сборкой стыка зачищается внутренняя полость труб от загрязнений и ржавчины. С помощью шлифовальной машинки очищаются до металлического блеска кромки и прилегающие к ним поверхности на ширину не менее 15 мм. Перед сборкой проводится осмотр поверхности кромок свариваемых труб. Если на неизолированных концах труб имеются дефекты глубиной до 5% от толщины стенки, то эти дефекты устраняются шлифованием. 54 Усиление заводских продольных и спиральных швов снаружи трубы следует удалить до величины 0 - 0,5 мм на участке шириной 10 - 15 мм от торца трубы [25]. Забоины и задиры фасок глубиной до 5 мм труб 1-й группы прочности (таблица 8) следует отремонтировать электродами с основным видом покрытия типа Э50А диаметром 2,5-3,2 мм; 2-й группы прочности (таблица 9) – электродами с основным видом покрытиям типа Э60 диаметром 3,0-3,2 мм. При этом перед началом сварки осуществляется предварительный подогрев до 100 +30 С [25]. Таблица 9 – Группы по классам прочности труб и деталей трубопроводов Номер группы Класс прочности Нормативное значение временного сопротивления разрыву основного металла, МПа (кгс/см2) 1 до К54 включительно до 530 (54) включительно 2 К55…К60 539…588 (55…60) 3 К65 637 (65) После ремонта кромки труб необходимо зачистить шлифовальной машинкой, восстановить заводскую разделку кромок, толщина стенки должна соответствовать нормативному значению. Если имеются плавные вмятины на концах труб с глубиной не более 3,5% от диаметра, то возможна их правка без применения ударов с помощью разжимных устройств гидравлического типа с проведением местного подогрева трубы до 150°С, независимо от температуры окружающего воздуха. В случае если концы труб имеют забоины и задиры фасок глубиной более 5 мм или вмятины глубиной более 3,5% от диаметра трубы, а также любые вмятины с надрывами или резкими перегибами, имеющие дефекты, которые не подлежат исправлению, они должны быть срезаны. После этого проводится обработка специализированным станком или шлифовальной машинкой. Металл кромок, который образовался после резки, удаляется на глубину не менее 1 мм. 55 После вырезки дефектного участка проводится ультразвуковой контроль прилегающего участка шириной не менее 40 мм по всей окружности, для определения возможных расслоений. Если при ультразвуковом контроле выявлено наличие расслоений в металле, производится обрезка трубы на величину не менее 300 мм от торца и проводится повторный ультразвуковой контроль. Сборка стыка производится на специальном внутреннем гидравлическом центраторе. Центратор устанавливают таким образом, чтобы медная технологическая подкладка, предназначенная для формирования обратного валика, находилась в плоскости стыка. Внешний вид внутреннего гидравлического центратора представлен в таблице 10. Таблица 10 – Центратор внутренний гидравлический Внутренний центратор гидравлический Технические характеристики центратора ЦВ 54 - диаметр труб 530 мм; - толщина стенки 6-14 мм; - число жимков в одном ряду – 8; - число центрирующих рядов – 2; - суммарное усилие, развиваемое одним центрирующим рядом 900- 1000 кН; - длина 2280 мм; - диаметр 530 мм; - масса 500 кг. При сборке заводские швы следует смещать относительного друг друга не менее, чем на 100 мм - при диаметре труб свыше 530 мм [25]. 56 При установке зазора в стыках следует руководствоваться таблицей 11. Таблица 11 – Величина зазоров в стыках Способ сварки Диаметр сварочной проволоки, мм Величина зазора, мм Механизированная сварка методом STT 1-1,2 2,5 – 4,0 Механизированная сварка самозащитной порошковой проволокой Innershield 1,7 2,5 – 4,0 При механизированной сварке допускается выполнение сборка стыка без прихваток. Если при центровке труб и установлении технологического зазора возникла необходимость прихватки, разрешается ее выполнение на режимах сварки, аналогичных сварке корневого слоя, с последующим ее удалением в процессе выполнения корневого слоя. Прихватки выполняются на расстоянии 100 мм от заводских швов. Перед началом процесса сварки проводится предварительный подогрев до температуры, рассчитанной для данной стали. Предварительный подогрев стыков труб с толщиной стенки менее 22 мм должен осуществляться с помощью установок индукционного нагрева или кольцевых пропановых горелок [25]. Средства нагрева должны равномерно подогревать торцы труб по всему периметру стыка и прилегающие к стыку участки поверхности трубы в полосе шириной 150 мм. При подогреве не должна быть нарушена целостность изоляции, для ее защиты следует использовать термостойкие материалы и специальные пламегасители для горелок. 57 Типовая схема сварки и последовательность сварки отдельных участков приведена на рисунке 15. Рисунок 15 – Схема сварки и последовательность сварки отдельных участков шва Принятые обозначения: Kl, К2 - участки корневого слоя на левом и правом полупериметрах трубы; Зп 1.1 - заполняющие слои. Первая цифра - номер слоя, вторая -последовательность сварки в пределах слоя; Обл.1 - облицовочный слой [25]. Цифра обозначает - последовательность сварки в пределах слоя Интервал времени между окончанием сварки корневого шва и началом сварки 1-го заполняющего шва не должен превышать 10 мин. 58 5.3 Оборудование и техника механизированной сварки Специализированный комплект оборудования для механизированной сварки, выпускаемый фирмой Lincoln Electric представлен в таблице 12. Таблица 12 – Комплект оборудования для сварки специальный источник питания Invertec STT-II, Invertec V350-PRO механизм подачи проволоки LN-27 или LF-37 сварочная горелка Magnum 200 со шлангом, сварочная горелка К 345 коаксиальный кабель газовый баллон с редуктором, расходомером и подогревателем газа защитная палатка 59 Полуавтоматическую сварку корневого шва неповоротных стыков труб ведут на спуск. Процесс начинают в верхней части трубы в положении 12-ти часов. Возбуждение дуги производят на одной из кромок. Затем дугу переносят на противоположную кромку, формируя при этом сварочную ванну. На этом участке трубы сварку осуществляют с дугообразными колебаниями небольшой амплитуды. Дугу следует располагать внутри сварочной ванны в первой 1/4 или 1/3 от ее переднего фронта. Дугу нельзя располагать на передней кромке сварочной ванны. В позициях от 12-ти до 1-го часа сварку производят углом назад. При этом угол наклона электрода составляет 45°. Совершая дугообразные колебания, не следует задерживаться на кромках трубы. Прямолинейные колебания с кромки на кромку приводят к увеличению проплавления. Техника и последовательность сварки стыка представлена в таблице 13. Таблица 13 – Техника сварки Возбуждение дуги производят на кромке трубы После формирования сварочной ванны нужно перенести ее на середину стыка, удерживая дугу в ее передней части 60 Как только сварочная ванна пересекла зазор стыка, необходимо перенести ее на противоположную кромку Сварку углом назад на спуск производят с небольшими дугообразными колебаниями с кромки на кромку С позиции 12 00 до 1 00 сварку осуществляют с колебаниями В позиции 1 00 колебания прекращают. Располагая дугу в передней части сварочной ванны, с позиции 1 00 до 5 00 , сварку производят без колебаний. При необходимости с 5 00 до 6 00 колебания возобновляют 61 В позициях с 5 00 — 6 00 сварочную горелку располагают перпендикулярно поверхности трубы В позиции 6 00 , прекращая процесс сварки, необходимо вывести дугу на одну из кромок и оборвать ее. Нельзя останавливать процесс на самом шве, так как это может привести к образованию поверхностной пористости Кажется, что при расположении дуги в сварочной ванне нельзя добиться необходимого проплавления, как это наблюдается при обычной полуавтоматической сварке в защитных газах, где увеличение проплавления происходит при размещении дуги на передней кромке ванны. Однако при сварке STT большая глубина проплавления достигается, если дуга горит внутри сварочной ванны. С позиции 1-го часа амплитуду колебаний можно уменьшить и затем совсем прекратить их, продолжая двигаться вдоль стыка и располагая дугу внутри сварочной ванны в первой трети от ее переднего фронта. Угол наклона электрода на этом участке уменьшают на 10°. В позиции 4:30 — 5:00 колебания можно возобновить и увеличить угол наклона электрода. Это зависит от зазора и притупления свариваемых кромок. При прекращении сварки прерывается дуга на одной из кромок. По внешнему виду наплавленного валика можно судить о необходимости корректировки сварочных параметров. Существуют различные комбинации величин пикового и базового тока, которые позволяют получить необходимую форму корневого шва. Увеличение разбрызгивания наблюдается при слишком низком значении пикового тока. При сборке соединения необходимо, чтобы начало и конец каждой прихватки были сошлифованы для обеспечения плавного перехода от корневого шва к прихватке. Данный процесс не позволяет проплавить прихватку. 62 После завершения процесса сварки проводится визуальная оценка качества облицовочного слоя. При обнаружении внешних дефектов сварного шва, производится их устранение шлифованием до неразрушающего контроля. 5.4 Сварочные напряжения и деформации, меры борьбы с ними При изготовлений сварной конструкции часто в ней возникают различного рода напряжения, которые могут быть значительно выше эксплуатационных, что может привести к недопустимым деформациям и разрушению. Основными причинами возникновения сварочных деформаций и напряжений является неравномерное нагревание и охлаждение изделия и структурные превращения в металле шва [4]. Неравномерное нагревание и охлаждение вызывают тепловые напряжения и деформации. При сварке происходит местный нагрев небольшого объёма металла, который, расширяясь, воздействует на близлежащие менее нагретые слои металла. Чем выше температура нагрева, а также чем больше коэффициент линейного расширения и ниже теплопроводность металла, тем больше тепловые напряжения и деформации развиваются в свариваемом шве. Возникающие при сварке деформации разделяют на временные, существующие только во время сварки конструкции, и остаточные, остающиеся после завершения сварки и остывания конструкции. Важное значение для практики имеют остаточные сварочные деформации. В зависимости от характера и формы, размеров свариваемых деталей различают деформацию в плоскости и деформацию из плоскости соединяемых элементов. Величина и характер остаточных деформаций в значительной степени определяют толщиной и свойствами основного металла, режимом сварки, последовательностью наложения швов, конструктивными формами свариваемых деталей и формой шва. Изменение размеров и формы сварной конструкции в некоторых случаях снижает ее работоспособность и портит ее внешний вид. Если остаточные деформации достигают заметной величины, то 63 они могут привести к неисправимому браку. При разработке, технологии сборки и сварки конструкции из данной стали следует учитывать необходимость снижения остаточных деформаций до величины, при которой они не отражаются на работоспособности и внешнем виде конструкции и не затрудняют сварку отдельных элементов [4]. Сварочные напряжения могут быть сняты почти полностью, если в шве и около шовной зоне создать дополнительные пластические деформации. Это достигается проковкой швов. Проковывают каждый слой, за исключением первого, в котором от ударов могут образоваться трещины. Этот прием применяют для снятия напряжений при заварке трещин и замыкающих швов в жестких конструкциях [4]. Для уменьшения возникающих напряжений применяют соответствующий порядок наложения швов. Порядок заполнения швов имеет большое значение для уменьшения остаточных напряжений и деформаций. Под порядком заполнения швов понимается как порядок заполнения разделки шва по поперечному сечению, так и последовательность сварки по длине шва. Для уменьшения деформаций и напряжений, которые образуются после сварки, необходимо выполнение следующих условий: - рациональное конструирование; - сборка заготовок и назначение их размеров с учётом последующих деформаций и перемещений; - создание деформаций и перемещений обратных сварочным; - рациональная последовательность сборочно-сварочных операций; - снижение погонной энергии сварки; -уменьшение площади зоны пластических деформаций путём искусственного охлаждения металла в процессе сварки; - закрепление изделий в приспособлениях. |