Исследование причин образвания холодных трещин в титановых сплавах и разработка сварки колеса дымососа

4.      В сегодняшний век высоких технологий и быстроразвивающейся науки и техники,

зачастую изобретаются новые, более совершенные материалы, техника и технология по изготовлению изделий, а также совершенствуются процессы сварки. Это даёт огромный экономический эффект, уменьшение себестоимости и повышение культуры производства. Но зачастую, предприятия, в силу тех или иных причин не стремятся к усовершенствованию или развитию производства. Это и накладывает определённые минусы на изготовление и производство продукции. Поэтому как способ повышения качества изготовления изделия и был включён пункт по введению новых технологий и материалов[21].

5.      Для улучшения качества сварных швов также применяют различного рода сборочно-сварочное оборудование.

         Среди средств механизации сварочных процессов, выполняемых дуговой сваркой, широкое применение нашла технологическая оснастка, в которую входят кантователи, вращатели, манипуляторы и позиционеры. Выбор типа кантователя  определяется заданной программой выпуска изделия, его конструктивными элементами (конфигурацией, габаритными размерами, массой), способами сварки и предъявляемыми к сварному узлу техническими требованиями.

          Кантователи – стационарные приспособления, позволяющие не закреплять свариваемое изделие, поворачивать его и устанавливать в удобное для сварки положение. Служат преимущественно для ручной и полуавтоматической сварки. Применяемые в промышленности кантователи можно разделить на четыре типа : с приводными роликами, с торцевыми шайбами, напковые, роликовые с жёсткой кинематической связью.

          Вращатели – устройства, предназначенные для вращения свариваемых изделий с заданной рабочей скоростью; в отличие от манипуляторов имеют неподвижную или перемещающуюся параллельно самой себе ось вращения.

 

 

          Манипуляторы – устройства, обеспечивающие вращение изделия с заданной рабочей скоростью при различных углах наклона оси вращения изделия. Область применения – автоматическая и полуавтоматическая сварка.

          Манипуляторы-позиционеры. К этой группе относятся механизмы предназначенные удерживать изделия в удобном для сварки положении и обеспечивающие только маршевую скорость вращения изделия при различных углах его наклона. Позиционеры применяют при ручной и полуавтоматической сварке.

          Кинематические схемы оборудования, применяемого для механизации сварочных производственных процессов, выбирают в зависимости от характера манипуляции, производимых со свариваемым изделием. К основным конструктивным элементам сварочных манипуляторов относятся стойки, опоры привода, токоподводящие устройства, поворотная платформа (планшайба), механизм вращения, наклона и подъёма планшайбы, рама  и силовой орган у зажимным элементам.

          Поворотная платформа (планшайба) кантователей служит для размещения элементов крепления и ориентации свариваемого изделия. Стойки кантователя в нижней части основания могут быть соединены общей связью или даже их устанавливают на отдельных фундаментах. Наибольшее распространение получили сварные конструкции стоек в виде закрытых тумб с внутренним размещением механизма привода[25].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Анализ существующей технологии при сварке колеса

2.1   Анализ технологии, представленной на базовом предприятии

 

На предприятии ОАО  «Сибэнергомаш», на котором изготавливается колесо дымососа тягодутьевой машины (рисунок 3), технологический процесс изготовления заключается в следующем:

 

Рисунок 3 – Общий вид  колеса дымососа

На стеллажи, краном, выкладываются  стыкуемые части диска согласно схеме строповки, далее зачищаются кромки под сварку, т.е. обезжиривается поверхность и протирается чистой тканью. Диск собирается на прихватки и заваривается, сначала с одной стороны, потом выбирается шов на величину 3 мм и заваривается в разделку. После этого диск, при помощи мостового крана перемещается на стенд для выверения радиального биения, которое определяется с точностью до 2 мм. Далее начинается разметка диска для установки лопаток. Это операция сопровождается взвешиванием лопаток и делением их на пары, в зависимости от массы. Это требуется для того, чтобы исключить биение колеса при её долговременной работе.

После накерняется контур лопаток (рисунок 4) и происходит установка лопаток.

Рисунок 4 – Кернение контура лопаток

Далее лопатки соединяются  с диском при помощи шести прихваток, посередине и по краям. После происходит приварка лопаток, сначала с вогнутой стороны и потом с внешней (рисунок 5). После приварки первой лопатки, привариваются следующие, делая шаг в две лопатки.

Рисунок 5 – Прихватка  и сварка лопаток

Наноситься печать и отправляется на контроль мастера и ОТК. Сварочные работы ведутся ручной аргонно-дуговой сваркой в среде защитного газа  аргона с использованием Мульти-системы «Kemppi»[27].

 

Сложность работы при сборке колеса дымососа высокая, так как количество деталей, задействованных в процесс сварки равно семнадцати. Конструкция изделия является сложной, поскольку сама деталь состоит из семнадцати частей (диска и лопаток), доступность к сварным швам хорошая, разбиения на подузлы не требуется.

   При изготовлении  колеса применяются стандартные соединения Т8- 4. Для оценки способа сварки, рассмотрим параметры швов. Для снижения трудоемкости сборку и сварку проводят в нижнем положении, т.к. это пространственное положение позволяет получать сварные швы наиболее высокого качества и облегчает условия выделения неметаллических включений, газов из расплавленного металла сварочной ванны. При этом также наиболее благоприятны условия формирования металла шва, так как расплавленный металл сварочной ванны от вытекания удерживается не расплавившейся частью кромок.

   Общая протяженность сварного шва Т8- 4, соединяющего диск и лопатки, равна 21216 мм. 

 

Таблица 2.1  – Общий вид сварного шва и его геометрические характеристики

 

Условное обозначение  сварного элемента	Конструктивные элементы		Толщина	Номинальный размер	Предельное отклонение
	Подготовленные кромки свариваемых  изделий	Сварного шва
Т8			От 8 до 11	9	±2

 

 

 Лопатки привариваются  к диску. Тип соединения –  тавровое с двусторонним скосом  кромок. При соединении деталей в конструкцию, используются двусторонние швы. Толщина металла соединяемых деталей позволяет произвести сварку за один проход.

 

2.    Химический состав и механические свойства свариваемых материалов

Химический состав титана марки ОТ4 должен соответствовать  ГОСТ 19807-91 и приведён в таблице  2.2 :

Таблица 2.2 – Химический состав титана марки ОТ4 согласно ГОСТ 19807-91

 

Fe	C	Si	Mn	N	Ti	Al	Zr	O	H
до 0,3	до 0,1	до 0,12	0,7-0,2	до 0,05	94,33-97,5	1,5-2,5	до 0,3	до 0,15	до 0,012

 

Механические свойства сортового  проката при t=20 ⁰C должны соответствовать ГОСТ 19807-91 и приведены в таблице 2 :

 

Таблица 2.3 – Механические свойства сортового проката согласно ГОСТ 19807-91

 

Марка Титана	Предел прочности, σB, МПа	Относительное удлинение δ5, %	Относительное сужение, ψ, %	Толщина листа, S, мм
ОТ4-0	470-630	20-25	18-20	0,3-14

 

            Химический состав проволоки ВТ 1-00св должен соответствовать ГОСТ 27265-87 и представлены в таблице 2.4 :

 

 

 

 

        Таблица 2.4 - Химический состав проволоки ВТ 1-00св по  ГОСТ 27265-87

 

Марка проволоки					Массовая  доля элементов. %
	Основные  компоненты				Примеси
	Ti	Al		Si	Fe	C	O	N	H	Др.
ВТ1-00св	Основной компонент	Не  более 0,2		0,08	0,15	0,05	0,12	0,03	0,003	0,1

 

     Состав защитного газа аргона  высшего сорта должен соответствовать  ГОСТ 10157-79 и представлен в таблице  2.5 :

      Таблица 2.5 – Состав защитного газа аргона по ГОСТ 10157-79

 

Показатели	Высший  сорт
Cодержание аргона (%) по объему (не менее)	99,993
Cодержание кислорода (%) по объему (не менее)	0,0007
Cодержание азота (%) по объему (не менее)	0,005
Содержание водяных  паров(%) по объему, (не более)	0,0009
Содержание СО (%) по объему, (не более)	0,0005

 

Химический  состав лантанированного вольфрамового электрода должен соответствовать ГОСТ  23949-80 и представлен в таблице 2.6 :

      Таблица 2.6 - Химический состав лантанированного вольфрамового электрода

 по  ГОСТ  23949-80

Марка электрода	Основные  компоненты		Примеси
	Окись лантана	От 0,5 до 2,3	Mo	0,040
			Fe	0,007
			Al	0,005
ЭВЛ	Вольфрам	Не  менее 97,623	Si	0,010
			Ca	0,010
			Ni	0,005

 

           Ниже приведены режимы для наложения прихваток и выполнения сварных швов, используемые на базовом предприятии при сварке колеса дымомососа :

Таблица 2.7 – Режимы для наложения прихваток и выполнения сварных швов

 

Процесс	Сила  тока, А	Напряжение, В	Диаметр проволоки, мм	Расход  аргона в горелку,  л/м	Расход  аргона в поддув,  л/м
Прихватка	180-230	10-16	3	20	10
Сварка	180-230	10-16	3	20	10

 

 

3.   Анализ и принцип работы сборочно-сварочных приспособлений

 

1. Анализ представленных сборочных приспособлений

 

Для изготовления колеса дымососа тягодутьевой машины  используют ручную аргонно-дуговую сварку в среде защитного газа аргона. Сборку изделия под аргонно-дуговую сварку следует производить при помощи сборочных элементов, которые будут использоваться в дальнейшем при сборке :

- монтажные уголки;

- цилиндр с  пазами;

- пневмоцилиндр серии ПЦ 750;

- обрезиненный молоток;

- вращатель.

           Монтажные уголки служат непосредственно для выполнения точной  установки лопаток на самом диске манипулятора. Монтажные уголки устанавливают и приваривают, как правило, с одной стороны стола, ввиду того что свободное место для размещения имеется лишь с внешней части. Уголки по своей конструкции являются поворотными, это требуется для того чтобы после проведения монтажа и прихватки лопаток вытащить диск со стола манипулятора.  Рекомендуемые конструкции и размеры монтажных уголков выбираются в зависимости от толщины основания, на которое крепятся уголки. Угол поворота 180⁰ .

              Крайняя точка уголка снизу имеет специальный упор, доходя до которого, уголок встанет на место, где должна привариваться лопатка, также и другая сторона, при дохождении до крайнего положения даёт вытащит уже прихваченную заготовку. Ширину для уголка рекомендуется принять 100мм, уголок равнополочный. Высота уголка выбирается из расчёта, что в нижней части лопатки будет свободное место для поддува и свободное место для сварки. Толщину сборочных элементов, размеры и расположение швов, которыми они привариваются, выбирают исходя из условий обеспечения прочности сборки на время выполнения установочных и технологических операций.