Выбор и обоснование методов сборки и сварки

 

Сборку сварных конструкций вединичном и мелкосерийном производстве можно производить по разметке с применением простейших универсальных приспособлений (струбцин, скоб с клиньями), с последующей прихваткой с использованием того же способа сварки, что и при выполнении сварных швов.

В условиях серийного производства сборка под сварку производится на универсальных плитах с пазами, снабжёнными упорами, фиксаторами с различными зажимами. На универсальных плитах сборку следует вести только в тех случаях, когда в проекте заданы однотипные, но различные по габаритам сварные конструкции. При помощи шаблонов можно собрать простые сварные конструкции.

В условиях серийного и массового производства сборку под сварку следует производить на специальных сборочных стендах или в специальных сборочно-сварочных приспособлениях, которые обеспечивают требуемое взаимное расположение входящих в сварную конструкцию деталей и точность сборки изготавливаемой сварной конструкции в соответствии с требованиями чертежа и технических условий на сборку.

Кроме того, сборочные приспособления обеспечивают сокращение длительности сборки и повышение производительности труда, облегчение условий труда, повышение точности работ и улучшение качества готовой сварной конструкции.

Собираемые под сварку детали крепятся в приспособлениях и на стендах с помощью различного рода винтовых, ручных, пневматических и других зажимов.

Выбор того или иного способа сварки зависят от следующих факторов:

- толщины свариваемого материала;

- протяжённости сварных швов;

- требований к качеству выпускаемой продукции;

- химического состава металла;

- предусматриваемой производительности;

- себестоимости 1 кг наплавленного металла;

Среди способов электродуговой сварки наиболее употребляемыми являются.

- ручная дуговая сварка;

- механическая сварка в защитных газах;

- автоматизированная сварка в защитных газах и под флюсом.

Ручная дуговая сварка (РДС) из-за низкой производительности и высокой трудоёмкости не приемлема в серийном и массовом производствах. Она используется в основном в единичном производстве.

Наиболее целесообразно использование механизированных способов сварки.

Одним из таких способов является полуавтоматическая сварка в углекислом газе, которая в настоящее время занимает значительное место в народном хозяйстве благодаря своим технологическим и экономическим преимуществам.

Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки, возможность полуавтоматической и автоматической сварки швов, находящихся в различных пространственных положениях, что позволяет механизировать сварку в различных пространственных положениях, в том числе сварку неповоротных стыков труб.

Небольшой объём шлаков, участвующих в процессе сварки в СО₂ позволяет в ряде случаев получить швы высокого качества

Экономический эффект от применения сварки в углекислом газе существенно зависит от толщины свариваемого металла, типа соединения, расположения шва в пространстве, диаметра электродной проволоки и режимов сварки.

Себестоимость 1 кг наплавленного металла при сварке вуглекислом газе всегда ниже, чем при газовой и ручной дуговой сварке.

При сварке в углекислом газе проволокой диаметром 0, 8-1, 4 мм изделий из стали, толщиной до 40 мм во всех положениях выработка на средних режимах на автоматах в 2-5раз выше, а на полуавтоматах - в 1, 8-3 раза выше, чем при ручной дуговой сварке.

При сварке в углекислом газе проволокой диаметром 0, 8-1, 4 мм вертикальных и потолочных швов из стали толщиной 8 мм и более и в нижнем положении толщиной более 10 мм проволоками диаметром 1, 4-2, 5 мм производительность в 1, 5-2, 5 раза выше, чем при ручной электродуговой сварке.

Производительность сварки в углекислом газе проволоками диаметром 1, 4-2, 5 мм из стали толщиной 5-10 мм в нижнем положении зависит от характера изделия, типа и размера соединения, качества сборки и др. При этом производительность только в 1, 1-1, 8 раза выше, чем вручную.

Перечисленные технологические и экономические преимущества сварки в углекислом газе позволяют широко использовать этот метод всерийном и массовом производствах.

Для выполнения швов большой протяженности на металле средних и больших толщин целесообразно применение автоматической сварки под флюсом. При сварке под флюсом вылет электрода значительно меньше, чем при ручной дуговой сварке. Поэтому можно, не опасаясь перегрева электрода и отделения защитного покрытия, внесколько раз увеличить силу сварочного тока, что позволяет резко увеличить производительность сварки, которая в 5-20 раз выше, чем при ручной дуговой сварке, коэффициент наплавки достигает 14-16 г/Ач в некоторых случаях даже 25-30 г/Ач.

Плавление электродного и основного металла происходит под флюсом надёжно изолирующим их от окружающей среды. Флюс способствует получению чистого и плотного металла шва, без пор и шлаковых включений, с высокими механическими свойствами Введение вo флюс элементов-стабилизаторов и высокая плотность тока в электроде позволяет производить сварку металла значительной толщины без разделки кромок. Практически отсутствуют потери на угар и разбрызгивание электродного металла. Процесс сварки почти полностью механизирован. Механизированная сварка под флюсом по сравнению сРДС значительно улучшает условия труда сварщика-оператора, повышает общий уровень и культуру производства [2. C.227-233], [6, с.127-129].

В настоящее время на машиностроительных предприятиях Республики Беларусь всё шире ведутся работы по внедрению в производство сварки в аргоне в смеси с углекислым газом. При сварке в СО₂ проволоками любого диаметра выявляется два вида переноса расплавленного металла, характерные для оптимальных режимов: с периодическими замыканиями дугового промежутка и капельный перенос без коротких замыканий. При сварке в смеси Аr+CQ₂ область режимов сварки с короткими замыканиями дугового промежутка отсутствует. Изменение характера переноса при замене защитной среды можно рассматривать, как улучшение технологического процесса тем более, что оно сопровождается улучшением качественных и количественных характеристик процесса сварки: разбрызгивания и набрызгивания металла на сваривание детали и сопло.

При сварке в углекислом газе на оптимальных режимах на детали набрызгивается примерно 1 г/Ач брызг. Брызги прихватываются к поверхности свариваемого металла и с трудом удаляются металлической щёткой. 25-30% крупных капель привариваются к металлу, и для их удаления необходима работа с зубилом или другими средствами зачистки шва. Существенное уменьшение набрызгивания на детали наблюдается при сварке в смеси Ar+CO₂ как минимум в 3 раза.

При сварке в СО₂ существует область режимов, при которых наблюдается повышение забрызгивания сопла. Для проволоки диаметром 1, 2 мм это область составляет 240-270 А, а для диаметра проволоки 1, 6 мм – 290-310 А. При сварке всмеси аргона и углекислого газа область режимов большого разбрызгивания практически отсутствует. При забрызгивании сопла ухудшается состояние газовой защиты, а периодическая очистка снижает производительность. Форма провара при сварке СО₂ в округлая и сохраняется в смеси Ar+CO₂ при малых токах. При больших токах в нижней части провара появляется выступ, увеличивающий глубину проплавления, что увеличивает площадь разрушения по зоне сплавления. При равной глубине проплавления площадь провара основного металла в смеси Ar+CO₂ на 8-25% меньше, чем при сварке в СО₂, что приводит к уменьшению деформации. Наряду со сваркой в смеси аргона с углекислым газом наиболее широкое применение получила сварка в смеси углекислого газа с кислородом. Наличие кислорода в смеси пределах 20-30% уменьшает силы поверхностного натяжения, что способствует более мелкокапельному переносу и более «стойкому» разрыву перемычки между каплей и электродом, что снижает разбрызгивание. Кроме того окисленная капля хуже приваривается к металлу. Окисленные реакции увеличивают количество тепла, выделяемого в зоне дуги, что повышает производительность сварки. Наибольше преимущества сварка в смеси CO₂+О₂ имеет при повышенном вылете электрода и применением проволок легированных цирконием, например Св08Г2СЦ.

Полуавтоматическую сварку в смеси CO₂+О₂ производят проволоками диаметром 1, 2-1, 6 мм проволоками марок Св08Г2С и Св08Г2СЦ с обычным вылетом электрода во всех пространственных положениях.

 

Режимы сварки.

Режимом сварки называется совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, форм, качества. При всех дуговых способах сварки такими характеристиками являются следующие параметры: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока и полярность. При механизированных способах сварки добавляется ещё один параметр - скорость подачи сварочной проволоки, а при сварке в защитных газах - удельный расход защитного газа.

Параметры режима сварки влияют на форму, и размеры шва. Поэтому, чтобы получить качественный сварной шов заданных размеров, необходимо правильно подобрать режимы сварки, исходя из толщин свариваемого металла, типа соединения и его положения в пространстве. На форму и размеры шва влияют не только основные параметры режима сварки; но также и технологические факторы, как род и плотность тока, наклон электрода и изделия, вылет электрода, конструкционная форма соединения и величина зазора.

Основными параметрами режима автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом являются: сварочный ток, диаметр, скорость сварки.

Расчёт режима сварки производится всегда для конкретного случая, когда известен тип соединения, толщина свариваемого металла, марка проволоки, флюс и способ защиты от протекания расплавленного металла в зазор стыка. Поэтому до начала расчёта следует установить по ГОСТ 8713-79 конструктивные элементы заданного сварного соединения. При этом необходимо учитывать, что максимальное сечение однопроходного шва, выполненного автоматом, не должно превышать 100 мм².

Для стыковых соединений площадь поперечного сечения шва Аш, мм² определяется по формуле

Аш = 0, 75eg + sb, (2.1)

 

где Аш – площадь поперечного сечения шва, мм²;

е - ширина шва, мм; (4-8 мм)

g - усиление шва, мм; (3-5мм)

s - толщина шва, мм; (4-8мм)

b - зазор, мм. (1мм)

 

Сила сварочного тока I, А, определяется по глубине провара из формулы

I = (80...100)h, (2.2)

 

где I – сила сварного тока, А;

h - глубина провара, мм.

 

Для сварки в среде углекислого газа силу сварочного тока можно определить по формуле:

, А (2.3)

 

где k_п - коэффициент пропорциональности, зависящий от условий сварки, мм/100А, принимаем по справочным данным.

 

После вычисления силы сварочного тока уточняем диаметр проволоки по формуле:

, мм (2.4)

 

где I - сварочный ток, А

j - допустимая плотность тока, А/мм²

 

Глубиной провара задаются конструктивно, исходя из толщины металла.

Для однопроходного стыкового шва глубина провара h, мм, выбирается из условия

h = (0, 7...0, 8)S, (2.5)

 

где h – глубина провара, мм;

S - толщина свариваемого металла, мм.

Для двухсторонней сварки глубина провара h, мм, выбирается из условия

 

, (2.6)

 

где h – глубина провара, мм;

S - толщина свариваемого металла, мм.

и должна составлять не менее 60% толщины свариваемых деталей.

Диаметр сварочной проволоки d, мм, принимается в зависимости oт толщины свариваемого металла в пределах 2...6 мм, а затем уточняется расчетом

, (2.7)

где d - диаметр сварочной проволоки, мм;

I - сварочный ток, А;

i - плотность тока, А/мм²

Плотность тока в зависимости от диаметра проволоки указана в таблице 2.3.

 

Таблица 2.3 - Плотность тока в зависимости от диаметра проволоки.

 

Диаметр проволоки, мм
Плотность тока, А/мм2	65-200	45-90	35-260	30-50	25-45

 

Напряжение на дуге U, В принимается впределах 22-23В и 32-40 В.

Скорость сварки V_св, м/ч, определяется по формуле

 

, (2.8)

где V_св - скорость сварки, м/ч;

- коэффициент наплавки, г/Ач;

I - сварочный ток, А;

Аш - площадь сечения, мм²;

γ - удельная плотность наплавленного металла, г/cm³, γ =7, 85 г/см³

 

При сварке постоянным током обратной полярности коэффициент наплавки , рассчитывается по эмпирической формуле

 

=11, 6 ± 0, 4 г/Ач (2.9)

 

При сварке на постоянном токе прямой полярности и переменном токе коэффициент наплавки , определяется по формуле

, (2.10)

где - коэффициент наплавки, г/Ач;

А и В - коэффициенты, значения, которых для флюса АН-384А приведены в таблице 2.4.

 

Таблица 2.4 - Значения коэффициентов А и В для флюса АН-384А

 

Коэффициент	А	В
Прямая полярность	2.3	0.065
Переменный ток		0.04

 

Скорость подачи проволоки Vпод, м/ч, определяем по формуле

 

, (2.11)

где Vпод - скорость подачи проволоки, м/ч;

Аш - площадь сечения шва, мм²;

Аэ - площадь семения электродной проволоки, мм²;

Vсв - скорость сварки, м/ч.

 

Скорость подачи электродной проволоки V_под, м/ч, можно также подсчитать следующим образом, по формуле

 

, (2.12)

где V_под - скорость подачи электродной проволоки, м/ч

α н - коэффициент наплавки, г/Ач;

I - сварочный ток, А;

d - диаметр сварочной проволоки, мм;

γ - удельная плотность наплавленного металла, г/см³.

 

Расчёт режимов автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом угловых швов.

 

Определить площадь сечения Аш, мм, по катету шва, заданного в чертежах, по формуле

, (2.13)

где Аш - площадь сечения, мм

По ГОСТ 14771-76 усиление углового шва q, мм, выполненного в нижнем положении, допускается до 30% его катета, т.е.

 

, (2.14)

 

где q - высота усиления шва, мм;

k - катет шва, мм.

 

Устанавливаем количество проходов на основании того, что за один проход автоматом можно наплавить не более 100 мм² площади шва.

Выбираем диаметр электрода, имея в виду, что угловые швы катетом 3-4 мм можно получить использованием электродной проволоки диаметром 2 мм, при сварке электродной проволокой диаметром 4-5 мм минимальный катет составляет 5-6 мм. Сварочную проволоку диаметром более 5 мм применять не следует, т.к. она не обеспечивает провара корня шва.

Для принятого диаметра проволоки подбираем плотность тока по данным, приведённым в таблице 2.3, и определяем силу сварочного тока I, А, по формуле

, (2.15)

где I_св - сила сварочного тока, А;

d -диаметр сварочной проволоки, мм;

i - плотность тока, А/мм².

 

Определить коэффициент наплавки по одной из ранее приведённых (2.9) и (2.10) формул в зависимости от рода тока и полярности.

Зная площадь наплавки за один проход, сварочный ток и коэффициент наплавки, определить скорость сварки V_СВ, м/ч по формуле (2.8).

Скорость подачи электродной проволоки определяется по формуле (2.11).

Выбор режима сварки в углекислом газе, а также в смеси газов производится в зависимости от толщины и свойств свариваемого металла, типа сварного соединения и положения сварного шва в пространстве на основании обобщённых опытных данных [11].

Полученные данные свести в таблицу 2.5.

Таблица 2.5. – Режимы сварки

Катет сварно-го шва, мм	Диаметр проволо-ки, d, мм	Свароч-ный ток, Iсв, А	Напряже-ние дуги, Uд, В	Скорость подачи проволоки, Vпод, м/ч	Скорость сварки, Vсв, м/ч	Вылет электрода, Iэ, мм	Расход газа, дм3/мм

 

Выбор сварочных материалов.

 

Общие принципы выбора сварочных материалов характеризуются следующими основными условиями:

- обеспечением требуемой эксплуатационной прочности сварного соединения, т.е. определяемого уровня механических свойств металла шва в сочетании с основным металлом;

- обеспечением необходимой сплошности металла шва (без пор и шлаковых включений или с минимальными размерами и количеством указанных дефектов на единицу длины шва);

- отсутствием горячих трещин, т.е. получением металла шва с достаточной технологической прочностью;

-получением комплекса специальных свойств металла, шва (жаропрочности, жаростойкости, коррозионной стойкости).

Выбор сварочных материалов производится в соответствии с принятым способом сварки.

Выбор и обоснование конкретных типов и марок сварочных материалов следует произвести на основании литературных источников с учётом требований.

В картах технологического процесса для каждой технологической операции (сборка на прихватках, сварка), необходимо указать виды, марки, стандарт на виды и марки, сварочных материалов.

При ручной дуговой сварке конструкционных углеродистых и легированных сталей выбор электродов производится по ГОСТ 9467-75, который предусматривает два класса электродов. Первый класс - электроды для сварки углеродистых и легированных сталей, требования к которым установлены по механическим свойствам наплавленного металла и содержанию в нём серы и фосфора. Второй класс регламентирует требования к электродам для сварки легированных теплоустойчивых сталей и которые классифицируются по химическим свойствам наплавленного металла шва.

ГОСТ 10052-75 устанавливает требования к электродам для сварки высоколегированных сталей с особыми, свойствами. Выбор электродов для сварки этих сталей производится по этому ГОСТу.

Выбор стальной проволоки для механизированных способов сварки производится по ГОСТ 2246-70, который предусматривает выпуск стальной сварочной проволоки для сварки диаметром от 0, 3 до 12 мм.

Сварочная проволока для сварки алюминия и его сплавов поставляется по ГОСТ 7881-75.

Выбор флюсов для сварки производится по ГОСТ 9078-81, который предусматривает две группы флюсов:

- для сварки углеродистых низколегированных и среднелегированных сталей (АН-348А, АН-348АМ, ОСЦ-45, АН-60, АН-22, ФЦ-9, АН-64);

- для сварки высоколегированных, сталей (АН-26, АН-22, АН-30, АНФ-14, АНФ-16, АНФ-17, ФЦК-С, К-8).

В качестве защитных газов при сварке применяются инертные газы (аргон, гелий) и активные газы (углекислый газ, водород).

Аргон, предназначенный для сварки, регламентируется ГОСТ 10157-79 и в зависимости от процентного содержания аргона и назначения делится на аргон высшего, первого и второго сорта.

Гелий поставляется по ГОСТ 20461-75, который предусматривает два сорта газообразного гелия: гелий высокой чистоты (99, 98% Не) и гелий технический (99, 8% Не).

Углекислый газ, предназначенный для свари, соответствует ГОСТ 8050-85, который в зависимости, от содержания СО₂ предусматривает двасорта сварочной углекислоты: первый сорт - с содержанием CQ₂ не менее 99, 5%, второй сорт - с содержанием СО₂ не менее 99%.

После обоснования выбора сварочных материалов для принятых в проекте способов сварки необходимо привести в форме таблиц химический состав этих материалов, механические свойства и химический состав наплавленного металла.

Химический состав сварочной проволоки приводится в таблице 2.6.

Таблица 2.6 – Химический состав сварочной проволоки

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: