Создание автоматической дугой сварки под флюсом

Содержание.

 

Введение…………………………………………………………………..3

1.Описание изделия……………………………………………………………..4

2. Стали применяемые  в мостостроении………………………………………5

3. Анализ и оценка свариваемости  стали………………………………………7

3.1.Влияние основных легирующих  примесей на свариваемость сталей....7

4. Обоснования выбора  способов сварки…………………………………...….10

5. Сущность автоматической сварки  под флюсом……………………………12

6. Выбор сварочных материалов………………………………………………..14

6.1.Сварочные материалы  для автоматической сварки

6.1.1. Сварочная проволока  Св-10НМА…………………………………..14

6.1.2.Флюс сварочный АН-47………………………………………….......16

6.1.3. Флюса сварочного АН-348А………………………………………..17

6.2.Сварочные материалы  для ручной дуговой сварки

6.2.1.Электроды марки УОНИИ-13/55……………………………………20

7.Расчет режимов сварки

7.1. расчет режимов ручной  дуговой сварки………………………………..22

7.2. Расчет  режимов автоматической  сварки…………………………………...23

8. Выбор оборудование  для выполнения монтажных сварных  соединений...26

8.1.Обор удование для автоматической сварки………………………….….26

8.2.Оборудование для ручной дуговой сварки……………………………...32

9. Режимы сварки второго (облицовочного) прохода…………………………34

10. Контроль сварного соединения……………………………………………..36

Список используемой литературы……………………………………..………44

 

 

 

 

Введение.

Создание автоматической дугой сварки под флюсом является крупнейшим достижением современной сварочной техники. Первоначальная идея способа сварки под флюсом принадлежит изобретателю способа дуговой сварки Н. Г. Славянову. В качестве флюса он применял дробленое оконное стекло.

Развитие автоматической сварки под флюсом изменило представление о масштабах и возможностях автоматизации процесса дуговой сварки. В ряде производств в настоящее время автоматическая сварка почти полностью вытеснила ручную сварку.

Достоинства сварки под флюсом:

• Повышенная производительность;
• Минимальные потери электродного металла (не более 2%);
• Отсутствие брызг;
• Максимально надёжная защита зоны сварки;
• Минимальная чувствительность к образованию оксидов;
• Мелкочешуйчатая поверхность металла шва в связи с высокой стабильностью процесса горения дуги;
• Не требуется защитных приспособлений от светового излучения, поскольку дуга горит под слоем флюса;
• Низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва;
• Малые затраты на подготовку кадров;
• Отсутствует влияния субъективного фактора.

Недостатки сварки под флюсом:

• Трудозатраты с производством, хранением и подготовкой сварочных флюсов;

Трудности корректировки положения дуги относительно кромок.

 

1.Описание изделия.

Использование автоматической сварки при изготовлении сварных конструкций мостов широко распространено во всем мире. Ежегодно изготавливается порядка 50-60 тысяч тонн мостовых конструкций. Новые разработки технологий дуговой сварки и материалы находят применение при изготовлении и монтаже мостовых конструкций.

В данной работе рассмотрим монтажную автоматическую сварку под флюсом с метало-химической присадкой ортотропных плит  мостового полотна из стали 15ХСНД толщиной 14 мм..

Плита ортотропная — плита проезжей части стального пролетного строения моста, состоящая из плоских стальных листов, подкрепленных снизу перпендикулярно пересекающимися поперечными и часто расположенными продольными ребрами. (рис1)

Рисунок 1.

Одно из основных преимуществ, стальной ортотропной проезжей части - небольшой собственный вес, в 3 - 4 раза меньше, чем вес железобетонной плиты. Применение ортотропных плит для стальных мостов больших пролетов приводит к экономии металла по сравнению со сталежелезобетонными мостами, позволяет сократить сроки строительства, ликвидировать сезонность монтажных работ и создать новые аффективные формы конструкций пролетных строения, например тонкостенные мосты-оболочки коробчатого поперечного сечения.

2. Стали применяемые в мостостроении.

Условия работы и эксплуатации изделия непосредственно влияют на выбор основного металла. Так, для изготовления стальных конструкций мостов, к которым относится ортотропная плита, применяют прокат по ГОСТ 6713-91. Это стали марок 15ХСНД, 10ХСНД, а также 15ХСНДА, 10ХСНДА 2-й и 3-й категорий 1-го и 2-го классов ТУ 14-1-5120-92.

В сталях для конструкций ортотропных плит содержание углерода составляет 0.1-0.25 %. При таком его количестве сталь хорошо поддается механической обработке, обладает вязкостью, пластичностью и способностью свариваться. Увеличение содержания углерода повышает прочность и предел текучести стали, но делает ее более хрупкой, ухудшает свариваемость и увеличивает трудоемкость механической обработки.

Сера и фосфор являются вредными примесями стали. Сера образует в расплаве сульфид железа, который имеет меньшую, чем сталь, температуру плавления (1193 оС) и при нагреве до светло красного каления нарушает межкристаллитную связь между зернами сплава, в результате чего сталь теряет прочность и образует трещины при остывании после сварки. Фосфор растворяется в железе. Он резко снижает ударную вязкость, особенно при отрицательных температурах. Поэтому ГОСТ 6713-91 ограничивает содержание серы и фосфора в сталях марок 10ХСНД и 15ХСНД: для конструкций обычного исполнения не более 0.035%, а для конструкций северного исполнения - серы не более 0.03%, а фосфора - не более 0.025%.

С целью уменьшения количества газовых пузырей, образуемых окисью углерода, применяют раскислители и успокоители (Si, Mn, Ti), которые отбирают кислород, образуя твердые невредные окислы и непосредственно связывают CО, образуя нитриды, гидриды, карбониты. Также наличие Mn повышает ударную вязкость и хладноломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. Введение в сталь небольшого количества меди (Cu =0.3-0.4 %) повышает стойкость стали против коррозии в атмосферной и морской воде.

Сталь 15ХСНД ГОСТ 6713-91-краткие сведения.

Назначение - элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 до 450°С.

Химический состав в % стали 15ХСНД.

Таблица 1.

Химический элемент	%
Углерод(С)	0,12- 0,18
Кремний (Si)	0.4-0.7
Медь (Cu)	0.2-0.4
Марганец (Mn)	0.4-0.7
Никель (Ni)	0.3-0.6
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr)	0.6-0.9
Сера (S), не более	0.035

 

 

Таблица 2.

Марка стали	Толщина проката, мм	Механические свойства при растяжении для проката всех категорий поставки			Ударная вязкость KCU (а1), Дж/см2 (кгс·м/см2), для проката категорий, при температуре, °С					Испытание на изгиб в холодном состоянии до параллельности
		Временное сопротивление sв,	Предел текучести sт,	Относительное удлинение d5, %	1	2	3	1 и 2	3	сторон для проката
								+20	–20	категорий
		Н/мм2 (кгс/мм2)	Н/мм2 (кгс/мм2)		–40	–60	–70	после механического старения		1	2, 3
			не менее
15ХСНД	14	490—685 (50—70)	345 (35)	21	29 (3,0)	29 (3,0)	29 (3,0)	29 (3,0)	29 (3,0)	d = 2 а	d = 1,5 а

 

 

 

 

 

 

3. Анализ и оценка свариваемости стали.

Совокупность технологических характеристик основного металла, определяющих его реакцию на изменения, происходящие при сварке, и способность при принятом технологическом процессе обеспечивать надежное в эксплуатации и экономичное сварное соединение, объединяют в понятие «свариваемость».

Так как свариваемость должна оцениваться по совокупности ряда свойств, то любая методика испытания не может однозначно характеризовать комплексное понятие свариваемости. Поэтому для оценки свариваемости применяют ряд испытаний, каждое из которых выявляет на ту или иную сторону явления. Выбор методов испытания должен производиться в зависимости от назначения конструкции, свойств металла и др. Поэтому первым видом испытаний свариваемости является определение стойкости против образования горячих трещин. Вторым видом испытаний свариваемости является определение стойкости металла околошовной зоны против образования холодных трещин. Третьей группой испытаний свариваемости является оценка стойкости основного металла, металла ЗТВ и шва, а также всего сварного соединения против перехода в хрупкое состояние.  Четвертым видом испытаний свариваемости является проверка эксплуатационных характеристик металла шва, металла ЗТВ и сварного соединения в целом.

Для каждой группы испытаний разработан ряд методов, причем выбор тех или иных из них обуславливается свойствами металла, применяемым методом сварки, назначением конструкции, условиями работы сварного              соединения и т. д. [3].

3.1.Влияние основных легирующих примесей на свариваемость сталей.

Углерод (С) – одна из важнейших примесей, определяющая прочность, пластичность, закаливаемость и др. характеристики стали. Содержание углерода в сталях до 0,25% не снижает свариваемости. Более высокое содержание "С" приводит к образованию закалочных структур в металле зоны термического влияния (далее по тексту – ЗТВ) и появлению трещин.

Сера (S) и фосфор (P) – вредные примеси. Повышенное содержание "S" приводит к образованию горячих трещин – красноломкость, а "P" вызывает хладноломкость. Поэтому содержание "S" и "P" в низкоуглеродистых сталях ограничивают до 0,3-0,4%.

Кремний (Si) присутствует в сталях как примесь в количестве до 0,3% в качестве раскислителя. При таком содержании "Si" свариваемость сталей не ухудшается. В качестве легирующего элемента при содержании "Si" – до 0,8-1,0% (особенно до 1,5%) возможно образование тугоплавких оксидов "Si", ухудшающих свариваемость стали.

Марганец (Mn) при содержании в стали до 1,0% – процесс сварки не затруднен. При сварке сталей с содержанием "Mn" в количестве 1,8-2,5% возможно появление закалочных структур и трещин в металле ЗТВ.

Хром (Cr) в низкоуглеродистых сталях ограничивается как примесь в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях возможно содержание хрома в пределах 0,7-3,5%. В легированных сталях его содержание колеблется от 12% до 18%, а в высоколегированных сталях достигает 35%. При сварке хром образует карбиды, ухудшающие коррозионную стойкость стали. Хром способствует образованию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель (Ni) аналогично хрому содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях его содержание возрастает до 5%, а в высоколегированных – до 35%. В сплавах на никелевой основе его содержание является превалирующим. Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали, оказывает положительное влияние на свариваемость.

Ванадий (V) в легированных сталях содержится в количестве 0,2 - 0,8%. Он повышает вязкость и пластичность стали, улучшает ее структуру, способствует повышению прокаливаемости.

Молибден (Мо) в сталях ограничивается 0,8%. При таком содержании он положительно влияет на прочностные показатели сталей и измельчает ее структуру. Однако при сварке он выгорает и способствует образованию трещин в наплавленном металле.

Титан и ниобии (Ti и Nb) в коррозионностойких и жаропрочных сталях содержатся в количестве до 1%. Они снижают чувствительность стали к межкристаллитной коррозии, вместе с тем ниобий в сталях типа 18-8 способствует образованию горячих трещин.

Медь (Си) содержится в сталях как примесь (в количестве до 0,3% включительно), как добавка в низколегированных сталях (0,15 до 0,5%) и как легирующий элемент (до 0,8-1%). Она повышает коррозионные свойства стали, не ухудшая свариваемости.

Методы определения показателей свариваемости можно разделить на прямые, при которых оценку производят путем сварки образцов заданной конструкции, и на косвенные, при которых сварочный процесс заменяют другим, имитирующим его процессом. Косвенные методы испытания следует рассматривать только как предварительные. Результаты их в большинстве случаев должны быть проверены путем прямых испытаний.

 

 

 

 

 

 

4. Обоснования выбора способов сварки.

Основными способами сварки на строительной площадке является электрическая дуговая сварка.

При изготовлении «Мостового полотна» возможно, использовать следующие ее виды:

• Ручную дуговую сварку покрытыми электродами;
• Механизированную сварку в среде защитных газов;
• Автоматическую сварку под флюсом.

Конструкция «Мостовое полотно» имеет протяженные швы и при сборке возникает необходимость выполнения прихваток.