Разработка технологического процесса сборки и сварки конструкции

Таблица 3. Механические свойства стали D40 на ударный изгиб

по ГОСТ 5521-93.

 

Повышенные механические свойства стали D40 достигаются за счет термической обработки – нормализации. Допускается контролируемая прокатка, термомеханическая обработка, закалка с отпуском.

Технологические свойства стали характеризует ее свариваемость. Оценку свариваемости определяют разными способами. При этом оценивают следующие параметры:

1. склонность к образованию горячих трещин;
2. стойкость к переходу в хрупкое состояние;
3. стойкость стали к коррозии;
4. склонность стали к старению.

Различают физическую и технологическую свариваемость. Физической свариваемостью обладают почти все металлы и сплавы, т.е. способность образовывать монолитные неразъемные соединения с установлением в них химических связей. Под технологической свариваемостью понимается реакция металла на воздействие определенных условий сварки и при этом возможность образовывать соединения с требуемыми свойствами. Для определения свариваемости стали известного химического состава можно подсчитать эквивалент углерода.

Определяем эквивалент углерода для марки стали D 40:

  С´эк=  Ск * (1+0,005*S)

где:  С´эк- полный эквивалент углерода;

Сэк- химический эквивалент углерода;

S- толщина свариваемого металла.

Сэк = 0,41 следовательно, сталь  обладает хорошей свариваемостью, т.е. может свариваться без ограничений в широком диапазоне режимов сварки независимо от толщины металла, жесткости конструкции и температуры окружающей среды.

 

 

 

1.3 Выборов  способов сварки, применяемых при изготовлении бортовой секции, их преимущества и недостатки.

При выборе способа сварки необходимо руководствоваться техническими требованиями, а так же экономической целесообразностью  данного способа сварки.

При изготовлении конструкции  бортовой секции рекомендуется применять следующие способы сварки:

- ручную электродуговую  покрытыми электродами для установки  прихваток и приварки временных  креплений;

- автоматическую под  слоем флюса для сварки стыков  и пазов полотна бортовой секции  и для угловых швов при изготовлении  таврового набора;

- механизированную сварку в среде защитных газов для приварки ребер жесткости и деталей россыпи.

1.3.1 Ручная электродуговая сварка покрытыми электродами является одним из распространенных методов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Основным объяснением является простота и мобильность применяемого оборудования, способность выполнять сварку в различных пространственных положениях и в местах труднодоступных для механизированных способов сварки.

Основным недостатком  ручной сварки покрытыми электродами является малая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от квалификации сварщика.

Для получения качественного  сварного шва, отвечающего всем предъявляемым  требованиям, т.е. соответствие всем заданным геометрическим размерам (ширина, глубина провара, катет и др.), получения металла шва равнопрочного основному металлу и для обеспечения необходимого химического состава металла шва необходимо правильно выбрать режим сварки.

 

1.3.2 Автоматическая сварка под слоем флюса нашла широкое применение и стала одним из ведущих технологических процессов во многих отраслях промышленности и производства конструкций из сталей, цветных металлов и их сплавов.

В данном дипломном проекте  автоматическая сварка под флюсом используется при изготовлении  листов наружной обшивки и ребер жесткости. Сущность процесса заключается в применении сварочной проволоки и гранулированного флюса, насыпаемого впереди дуги слоем 30-50 мм. При этом способе дуга горит под слоем флюса. В зоне сварки образуется газовая полость. Расплавленный флюс защищает сварочную ванну и зону сварки от вредного воздействия окружающей среды.

Металл шва состоит  на 70 -80% процентов из переплавленного  основного металла, в результате скорость сварки значительно увеличивается. Толщина деталей, свариваемых под флюсом, может составлять от 2 до 60 мм при скорости однодуговой сварки до 70 м/ч.

Преимущества данного  вида сварки:

- производительность  процесса увеличивается в 5-12 раз  по сравнению с РДС;

- плавление основного  и электродного металла происходит под слоем флюса, что надежно изолирует их от окружающей среды;

- при автоматической  сварке исключается отслаивание  обмазки, как при сварке покрытыми  электродами;

- стабильно высокое  качество и хороший внешний  вид сварного соединения;

- высокий уровень механизации  сварочного процесса и возможность  его комплексной автоматизации;

- снижение удельного  расхода электродного металла  и электроэнергии.

Недостатки данного  вида сварки:

- возможность сварки  только в нижнем положении;

-необходимость более тщательной (по сравнению ручной дуговой сваркой) подготовки кромок и более точной сборки деталей под сварку;

- невозможность стыковой  сварки на весу т.е. без подкладки  или предварительной подварки  корня шва.

1.3.3 Механизированная сварка применяется для приварки набора к полотну и сварки набора между собой.

Сварка в защитных газах обладает рядом преимуществ: высокое качество сварных соединений разнообразных металлов и сплавов  при различных толщинах; возможность  сварки в различных пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за образованием сварного шва, что особенно важно при полуавтоматической сварке; отсутствие дополнительных операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака; высокая производительность и легкость при механизации и автоматизации; низкая стоимость при использовании защитных газов.

Отличительной чертой механизированной сварки является высокая производительность, по сравнению с ручной.

Сущность способа заключается  в том что электрическая дуга и расплавленный металл защищены от воздействия кислорода и азота зоной защитного газа.

Сварку можно вести в различных  пространственных положениях, что позволяет  повысить уровень её технического оснащения  и применения проволоки от 0.7 до 2 мм.

Применение полуавтоматической сварки в среде защитных газов наиболее экономично при изготовлении данной конструкции. Малая площадь расплавленного металла имеет большое значение при изготовлении конструкции, т.к. вероятность появления сварочных деформаций уменьшается.

Недостатком по сравнению с автоматической сваркой является необходимость предпринимать защитные меры от негативного воздействия световых и тепловых излучений дуги.

 

1.4 Выбор, характеристика сварочных материалов и обоснование выбора.

Качественный сварной  шов при сварке плавлением невозможно получить, только расплавляя кромки свариваемого металла источником нагрева. При любом способе сварки плавлением необходимо применение сварочных материалов.

К сварочным материалам, применяемым с выбранными способами  сварки относятся:

1. металлические покрытые  электроды для РДС;

2. сварочная проволока  и флюс для автоматической  сварки;

3. сварочная проволока  и смесь защитных газов при  механизированной сварке.

 

Применяемые сварочные  материалы обеспечивают:

- требуемые геометрические  размеры шва;

- защиту расплавленного  металла;

- получение металла  шва нужного химического состава  и механических свойств путем  его легирования ;

- очистку металла шва  от вредных примесей и газов;

- удаление включений  окислов и шлаков.

Следовательно, с помощью сварочных материалов реализуется процесс сварки и осуществляется сложная физико-химическая обработка расплавленных электродного и основного металлов, производимая в газовой и шлаковой фазах и завершающаяся в сварочной ванне, что приводит к образованию шва нужного состава с требуемыми свойствами.

Все сварочные материалы  должны удовлетворять следующим  правилам:

1. обеспечивать все сварные швы стойкостью к образованию холодных и горячих трещин;
2. обеспечивать получение наплавленного металла шва близкого по химическим и механическим свойствам к основному металлу;
3. обеспечивать хорошие технологические свойства сварного шва;
4. обеспечивать высокую прочность сварного шва;
5. иметь минимальное выделение вредных газов при сварке;
6. иметь низкую стоимость и при этом высокое качество сварного соединения.

 

1.4.1 Сварочные материалы для ручной дуговой сварки.

Металлические покрытые электроды – это плавящийся электрод для дуговой сварки, имеющий на поверхности покрытие, связанное  с металлом электрода.

Электрод для ручной дуговой сварки представляет собой стержень длиной до 450 мм, изготовленный из сварочной проволоки, на поверхность которой нанесен слой покрытия. Один из концов на длине 20-30 мм не имеет покрытия для зажима держателем с целью обеспечения электрического контакта. Торец другого конца очищен для возможности возбуждения дуги.

Для установки прихваток  и сварки временных креплений  рекомендуется применять электроды  типа Э60А, марки 48ХН-2 диаметром 3,0-4,0 мм с основным покрытием по ТУ 5.965-1124-96.

Легированные никелем сверхнизководородистые электроды применяются для сварки конструкционных низко- и среднелегированных сталей высокой прочности, а также для сварки высокопрочных конструкционных сталей с гарантированным пределом текучести 500-585 МПа.

 

Характеристики электродов 48 ХН-2 представлены в таблице 4.

 

Назначение	Рекомендуется для сварки ледоколов, сосудов работающих под  давлением, для конструкций работающих при низких температурах и других средств работающих в сложных  условиях.
Химический состав металла  шва, %	С	Mn	Si	Ni
	0,12	0,9-1,2	0,15-0,35	1,65-2,1
Механические свойства металла шва	Временное сопротивление, кгс/мм²	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, Дж/см³
	60	500	25	200
Положение шва в пространстве и сила тока при сварке	Ø, мм	Положение шва в пространстве		Ток, А
	3,0 (1 проход)	Вертикальное ( снизу  вверх)		95-105
	3,0 (2 проход)			110-125
	4,0			145-160
Коэффициент наплавки, 1 г/А, ч	7,5-9,5

Таблица 4. Характеристики электродов 48 ХН-2 по ТУ 5.965-1124-96.

 

 

 

1.4.2 Сварочные материалы для автоматической сварки.

1.4.2.1 Сварочная проволока, марки Св-10ГНА применяемая при автоматической сварке под слоем флюса, должна соответствовать по качеству ТУ 1211-002-20821199-03, расплавляться спокойно и равномерно, температура плавления должна быть меньше или ровна температуре плавления основного металла.

Химический состав проволоки  Св-10ГНА представлен в таблице 5.

 

 

 

Таблица 5. Химический состав проволоки Св-10ГНА 

по ТУ 1211-002-20821199-03.  

Марка проволоки	Химический состав, в %
	C не более	Mn	Si не более	Cr не более	Ni не более	Не более
						Азот	O2	S	P
Св-10ГНА	0,12	0,9-1,2	0,15-0,35	0,20	0,9-1,2	0,010	0,005	0,008	0,012

 

Легирующие элементы содержащиеся в проволоке улучшают свойства сварного шва (Ni, Mn и Cr – повышают коррозионную стойкость).

1.4.2.2 Флюс – это специально приготовленный неметаллический гранулированный порошок с размером отдельных зерен 0,25-4 мм (в зависимости от марки флюса). Флюсы расплавляются создавая газовый и шлаковый купол под зоной сварочной дуги, а после химико-металлургического воздействия в дуговом пространстве и сварочной ванне образуют на поверхности шва шлаковую корку, в которую выводятся окислы, вредные примеси (S,P) и газы.

При автоматической сварке под слоем флюса для насыщения сварочного шва легирующими элементами, предупреждения пор и получения заданных механических свойств, раскисления металла шва, применяют сварочный флюс марки АН-47 по ГОСТ  9087-81. Он малочувствителен к ржавчине и загрязненным поверхностям основного металла, обеспечивает получение сварных соединений хорошего качества.

Флюс АН-47 предназначен для автоматической сварки низколегированных  сталей обычной и повышенной прочности. Обеспечивает хорошее горение дуги, разрывная длина дуги до 10 мм, формирование шва хорошее с плавным переходом к основному металлу, склонность к образованию пор и трещин низкая, отделимость шлаковой корки хорошая.