16. Технологичность сварных конструкций

Под технологичностью сварной конструкции понимают обеспечение возможности получения качественной конструкции наиболее экономичным и прогрессивным методом.

Рассмотрите примеры выбора сплавов, вида и способа получения заготовок, способа сварки, конструктивных и технологических способов борьбы со сварочными напряжениями и деформациями, а также способов контроля качества сварных соединений.

Методические указания по выполнению контрольного задания

Задание состоит из двух частей. Первая часть - изучение способов сварки, вторая - разработка схем технологических процессов сварки изделий.

В первой части задания привести краткое описание сущности рассматриваемого процесса, его технологических особенностей и области применения. Во второй части - рассмотреть разработку схемы технологического процесса сварки изделия, а также выполнить расчеты некоторых технологических параметров.

Важный параметр технологического процесса дуговой сварки (варианты задания 1 - 5) —подготовка кромок и сборка заготовок. Поэтому, необходимо прежде всего указать тип сварного соединения, форму разделки кромок, сборку под сварку. Подготовку кромок под сварку выполняют по ГОСТу, номер которого указывают на чертеже. В этом же ГОСТе приведены поперечные сечения сварных швов с указанием геометрических размеров для заданных толщин металла.

Режим сварки - один из основных элементов технологического процесса, который определяет качество и производительность сварки. При ручной дуговой сварке (вариант задания 1) основные параметры режима: диаметр электрода (мм), сварочный ток (А), напряжение на дуге (В) и скорость сварки (м/ч).

Определение режима сварки начинают с выбора диаметра электрода, его типа и марки. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, а его марку - от химического состава. При выборе типа и марки электрода следует учитывать требования, предъявляемые к качеству сварного соединения.

Производительность процесса сварки определяют, исходя из значения коэффициента наплавки [г/(А·ч)]. Поэтому, из группы электродов, обеспечивающих заданные физико-механические свойства сварного шва, следует выбирать те, которые обеспечивают более высокий коэффициент наплавки и, следовательно, обеспечивают большую производительность процесса.

Значение сварочного тока (А) в зависимости от диаметра электрода определяют по эмпирической формуле:

,

где k - коэффициент, равный 50 А/мм;

- диаметр электрода, мм.

Напряжение на дуге для наиболее широко применяемых электро­дов в среднем составляет 25…28 В. Скорость сварки определяют по формуле, м/ч:

,

где - коэффициент наплавки, г/(А·ч);

у - плотность металла, г/см³;

- площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, представляющая сумму площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва, см².

Зная площадь наплавленного металла, плотность и длину сварных швов, определяют его массу (г) на все изделие по формуле:

,

где - масса наплавленного металла. г;

- площадь наплавленного шва, см²;

L - длина сварных швов на изделии, см;

γ - плотность металла, г/см³.

Расход толстопокрытых электродов с учетом потерь приближенно можно принимать равным от 1,6 до 1,8 массы наплавленного металла.

Количество электроэнергии (кВт·ч), идущей на сварку изделия, определяют как произведение сварочного тока на напряжение дуги и на время сварки. Время сварки изделия подсчитывают, зная скорость сварки, или определяют по формуле:

где - масса наплавленного металла, г;

- коэффициент наплавки, г/(А·ч);

- сварочный ток, А.

При автоматической сварке под слоем флюса (вариант задания 2) в режим входит: диаметр электродной проволоки, сварочный ток, напряжение на дуге, скорость подачи электродной проволоки и скорость сварки. Они назначаются в зависимости от толщины свариваемого металла расчетом или по справочнику.

Марку электродной проволоки и флюс назначают в зависимости от химического состава свариваемого металла.

Режим автоматической сварки под флюсом назначают в такой последовательности:

• устанавливают требуемую глубину провара h, мм. При односторонней сварке она равна толщине металла (h = S), а при сварке угловых соединений h = 0,6S

• выбирают ориентировочное значение сварочного тока из расчета 80…100 А на 1 мм глубины проплавления , где - сварочный ток, А; h - глубина проплавления, мм;

• напряжение на дуге назначают в диапазоне 25…45 В.

Далее определяют массу наплавленного на изделие металла. При определении расхода электродной проволоки следует учитывать потери на угар и разбрызгивание (не весь металл проволоки переходит в шов), которые составляют для сварки под флюсом от 2 до 5% от массы наплавленного металла.

Расход флюса принимают равным массе наплавленного металла. Диаметр электродной проволоки выбирается расчетом или по справочнику. Так, для толщин металла в 10…15 мм он составляет около 5 мм. Коэффициент наплавки выбирается в зависимости от принятой величины сварочного тока и диаметра электродной проволоки и составляет в среднем от 14 до 16 г/(А·ч).

Скорость сварки, расход электроэнергии и время сварки подсчитывают по той же методике, что и для ручного процесса.

При сварке в среде защитных газов плавящимся электродом основными параметрами технологического режима являются: сварочный ток , А, напряжение на дуге , В, скорость сварки , м/ч, диаметр электродной проволоки , мм; вылет электрода , мм; род тока и полярность.

Режим автоматической сварки в углекислом газе назначают в следующей последовательности.

• Выбирают марку и диаметр электродной проволоки. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей широкое распространение получили проволоки с повышенным содержанием элементов раскислителей марок Св-08Г2СА, Св-08ГС. Для автоматической сварки обычно применяют проволоку диаметром от 2 до 5 мм, причем диаметр проволоки выбирают в зависимости от толщины металла. Так, для толщин от 4 до 12 мм рекомендуется = 2 мм.

• Ориентировочное значение напряжения на дуге можно определить по формуле:

, В.

• Значение сварочного тока , (А) следует рассчитать приближенно:

.

• Устанавливают вылет электрода, который для электродных проволок = 2...5 мм составляет от 20 до 30 мм; род и полярность тока.

• Далее определяют массу наплавленного металла, время и скорость сварки по той же методике, что и при ручном процессе. Коэффициент наплавки для вариантов заданий 4 и 5 можно принять равным 18…20 г/(А·ч).

При определении расхода электродной проволоки следует учитывать потери металла на угар и разбрызгивание, которые составляют 5 -10% от массы наплавленного металла. Расход защитного газа в основном зависит от вида и режима сварки, что устанавливают по справочным данным. Зная минутный расход защитного газа и время сварки, можно легко подсчитать общее количество газа, идущего на сварку изделия. Расход электроэнергии определяют по той же методике, что и для ручного процесса.

В режим полуавтоматической сварки в среде углекислого газа входят те же технологические параметры, что и для автоматической сварки, и выбирают их по справочнику.

Расход материалов (начиная с определения массы наплавленного металла), электроэнергии и времени сварки подсчитывается по той же методике, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа.

В режим сварки в среде аргона входят те же технологические параметры, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа, которые выбирают по справочнику.

Марку электродной проволоки выбирают в зависимости от химического состава свариваемого материала. Для сварки коррозионно-стойких нержавеющих сталей марок 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т и др. применяют электродные проволоки марок Св-01Х19Н9 и Св-06Х19Н9Т. Все расчеты по определению расхода материалов, электроэнергии и времени сварки ведут по той же методике, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа. В среде аргона потери на угар и разбрызгивание составляют 2 - 3% от массы наплавленного металла. Коэффициент наплавки , который необходим при определении некоторых параметров режима, можно принять равным 17 г/(А·ч).

Примечание. При сварке заготовок, имеющих форму цилиндра, необходимо на рисунке указать последовательность выполнения сварных швов. В конце задания привести описание наиболее рациональных методов контроля качества сварного соединения.

При выполнении заданий по контактной сварке (варианты заданий 6 - 9) после изображения схемы процесса, описания его сущности следует указать причины нагрева металла в месте контакта соединяемых заготовок. Необходимо начертить и описать цикл сварки (изменение давления и сварочного тока во времени), а также область применения способов сварки.

Вторую часть задания начинать с описания подготовки заготовок под сварку и ее назначение, а затем приступать к выбору типа контактной машины.

При контактной сварке тип машины выбирают по справочнику в зависимости от параметров свариваемых заготовок и их химического состава. Так, при стыковой сварке сопротивлением и оплавлением - от площади поперечного сечения заготовок (мм²); при точечной и шовной сварке -от толщины свариваемых заготовок (мм). После выбора типа машины необходимо указать ее техническую характеристику.

Режим сварки - это совокупность основных показателей, действующих во время процесса. В режим стыковой сварки сопротивлением и оплавлением входят: установочная длина (мм) - суммарное расстояние между электродами 2l; плотность тока ј (А/мм²) (сварочный ток); усилие осадки P (Н); длительность протекания тока (с).

Установочная длина при сварке сопротивлением будет равна:

l = (0,5…0,7) D,

где D - диаметр заготовки, мм.

При сварке оплавлением установочную длину с учетом припусков на оплавление и осадку приближенно можно считать равной

l = (0,5…1,0) D, мм

Примечание. На схеме процесса стыковой сварки сопротивлением и оплавлением укажите установочную длину.

Значение сварочного тока и усилие при осадке приближенно можно определить из следующих условий: и . При этом следует учитывать, какие режимы наиболее выгодно применять: жесткие или мягкие. Время сварки изделия ориентировочно подсчитывают из условий часовой производительности выбранной машины.

Для расчета основных технологических параметров при точечной сварке определить диаметр контактной поверхности электрода, который зависит от толщины свариваемых заготовок: , мм; (S - толщина более тонкой заготовки, мм).

Таким образом, можно определить и площадь контактной поверхности ( ) при точечной и шовной (для случая отсутствия вращения ролика) сварке. Сварочный ток и усилие, приложенное на электродах для этих видов сварки, подсчитывают как произведение площади контактной поверхности ( ) электрода на плотность тока j и давление P: и . При этом так же, как и при стыковой сварке сопротивлением и оплавлением, следует учитывать, какие режимы наиболее целесообразно применять: жесткие или мягкие. Зная время сварки одной точки, а при шовной сварке оптимальную скорость, можно определить время сварки изделия.

Примечание. Для шовной сварки величину тока и усилие на электродах можно определить расчетом этих параметров для точечной сварки с последующим увеличением тока в 1,5…2 раза, а усилия - на 10…30%.

В конце работы необходимо описать наиболее характерные дефекты и причины их возникновения при заданном способе контактной сварки.

При выполнении задания по газовой сварке (вариант задания № 10) изобразить схему ацетилено - кислородного пламени с указанием зон и температур. В описании этого способа сварки отметить достоинства, недостатки и указать область применения.

При рассмотрении сварки меди обратите особое внимание на причины, осложняющие процесс сварки. Укажите роль флюса и элементов раскислителей, вводимых в присадочную проволоку.

Разработку процесса сварки изделия начинать с указания типа соединения и формы разделки кромок. Изобразите эскиз сечения шва с указанием геометрических размеров. Укажите характер пламени, который зависит от химического состава металла.

При сварке низкоуглеродистой стали и меди используется нормальное пламя, характеризуемое соотношением:

Мощность пламени можно определить по формуле q = k·S, где k - коэффициент для меди, равный 150…200; S - толщина металла, мм.

По мощности пламени устанавливают номер наконечника газовой горелки. Марку присадочной проволоки выбирают в зависимости от химического состава свариваемого металла, а ее диаметр - по эмпирическим формулам: при левом способе - d = S/(2 + 1), мм; при правом способе - d = S/2 мм, где S - толщина металла, мм.

На качество и производительность сварки оказывает влияние метод ведения процесса (левый или правый), а выбирается он в зависимости от толщины металла. Массу наплавленного металла подсчитывают по той же методике, что и для ручной дуговой сварки.

При газовой сварке не весь металл присадочной проволоки переходит в шов. Часть его (примерно 15%) -потери на угар и разбрызгивание. Потери надо учесть при определении массы присадочной проволоки.

Расход кислорода, ацетилена и времени сварки изделия ориентировочно подсчитывают по эмпирическим формулам, которые имеются в справочниках. Расход карбида кальция можно определить, зная, что 1 кг карбида кальция средней грануляции дает 260 л ацетилена.

По расходу ацетилена можно рассчитать расход карбида кальция на сварку изделия. Далее следует привести описание наиболее рациональных методов контроля качества сварного шва.