Технология изготовления металлической колонны

Низкоуглеродистые стали содержат до 0,25 % углерода и  имеют хорошую свариваемость. При  выборе типа и марки электрода  для сварки низкоуглеродистых сталей руководствуются следующими требованиями:

• обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом;
• отсутствие в швах дефектов;
• получение требуемого химического состава металла шва;
• обеспечение стойкости сварных соединений в условиях вибрационных и ударных нагрузок, при повышенных или пониженных температурах.

В зависимости  от степени ответственности свариваемого изделия используют электроды типов Э38, Э42 и Э42А (марок ОММ-5, СМ-5, ЦМ-7, ОМА-2, УОНИ-13/45, СМ-11 и др.). Электродами типа Э38 сваривают неответственные изделия, Э42 – ответственные и Э42А – особо ответственные. Для повышения прочности наплавленного металла и сварных соединений при сварке изделий из толстых листов (10 мм и более) в неудобных для сварщика положениях, в монтажных условиях, на строительстве применяют электроды типов Э46 и Э46А.

 

Расчёт режима ручной дуговой сварки

Тип соединения	Марка стали	Толщина сварных  элементов (мм)
стыковое	С245	8
угловое	С245	8

 

2.2.Выбор сварочных  материалов

Для ручной дуговой  сварки металлоконструкций из углеродистых и низколегированных сталей должны применяться электроды, удовлетворяющие требованиям ГОСТ .

Так как материалом для изготовления колонны выбрана  сталь марки С245, то согласно нормативной  и технической документации, для  данной конструкции принимается марка электрода, соответствующая типу Э46. А именно выбрана марка МР-3.

Электрод МР-3 c рутиловым  покрытием, предназначен для сварки ответственных конструкций из углеродистых  и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа.

Основу покрытия таких электродов составляют рутиловый концентрат (природный диоксид титана). Металл шва, выполненный электродами с рутиловым покрытием, соответствует спокойной или полуспокойной стали. Стойкость металла шва против образования трещин у электродов с рутиловым покрытием выше, чем у электродов с кислым покрытием.

Рутиловые электроды обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими видами электродов, а именно обеспечивают стабильное и мощное горение дуги при сварке переменным током, малые потери металла на разбрызгивание, легкую отделимость шлаковой корки, отличное формирование шва. Электроды мало чувствительны к образованию пор при изменении длины дуги, при сварке влажного и ржавого металла и по окисленной поверхности.

Электрод с рутиловым покрытием прост в использовании, вследствие чрезвычайной легкости зажигания дуги. Электрод идеален для выполнения коротких сварных швов и корневых сварных швов и корневых проходов.

Данный тип  электрода используется для ручной дуговой сварки на переменном и постоянном токе в различных пространственных положениях ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей.

 При переменном токе требует лишь 50 В, напряжения холостого хода.

 

2.3.Обоснование  режимов сварки 

Режимом сварки называется совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получения сварного соединений заданных размеров, формы, качества и химического состава шва.

Под режимом сварки понимают совокупность условий, создающих  устойчивое протекание процесса сварки. Параметры режима сварки подразделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам режима сварки при ручной сварке относят величину, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение, скорость сварки, а дополнительным - величину вылета электрода, состав и толщину покрытия электрода, начальную температуру основного металла, положение электрода в пространстве (вертикальное, наклонное) и положение изделия в процессе сварки.

Глубина провара  и ширина шва зависят от всех основных параметров режима сварки.

Увеличение сварочного тока вызывает при неизменной скорости рост глубины проплавления (провара), что объясняется изменением величины погонной энергии (теплоты, приходящейся на единицу длины шва) и частично изменением давления, оказываемого столбом дуги на поверхность сварочной ванны.

Род и полярность тока также влияют на форму и размеры  шва. При сварке постоянным током  обратной полярности, глубина провара на 40-50% больше, чем при сварке постоянным током прямой полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на аноде и катоде. При сварке переменным током глубина провара на 15-20% меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности. При сварке постоянным током шов получается с меньшим количеством брызг металла, поскольку нет перехода через нуль и смены полярности тока.

Напряжение при  ручной дуговой сварке на глубину  провара оказывает незначительное влияние, которым можно пренебречь. Ширина шва связана с напряжением на электродах прямой зависимостью, при увеличении напряжения ширина шва увеличивается.

Величина поперечного  колебания электрода позволяет  существенно изменять глубину провара и ширину шва.

Температура электрической  дуги превосходит температуры плавления  всех существующих металлов. Электросварка  не изменяет химического состава  материала.

Рис. Ручная дуговая сварка: 1-сварочная дуга, 2- металлический стержень электрода, 3-основной металл, 4-сварочная ванна, 5-капли жидкого металла, 6-покрытие электрода, 7-газовая защита, 8-жидкая шлаковая ванна, 9-сварочный шов, 10-шлаковая корка.

К электроду и  свариваемому изделию для образования  и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный или переменный сварочный ток. Сварочная дуга (см. рис) горит между металлическим стержнем электрода (2) и основным металлом (3) Под действием тепла дуги металл дуги электрода, покрытие электрода и основной металл расплавляется, образуя сварочную ванну (4). Капли жидкого металла (5) с торца расплавленного электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода (6), образуя вокруг дуги газовою защиту (7) и жидкую шлаковую ванну (8). По мере движения дуги, металл сварочной ванны затвердевает, образуется сварочный шов(9) и шлаковую корка(10) на поверхности шва.

При ручной дуговой  сварке указанные операции, необходимые для образования шва, выполняются человеком вручную без применения механизмов.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, положения, в котором выполняется сварка, а также в зависимости от характера соединения и формы подготовленных кромок под сварку. Экспериментально установлена следующая зависимость:

Для сварки в нижнем положении при  выборе диаметра электрода можно  руководствоваться приведенной  выше зависимостью. Примерное соотношение между толщиной металла S и диаметром электрода d_э, при РД сварке шва в нижнем положении следующее:    d_э = S/2.

Для изготовления данной колонны применяются профили  и листовая сталь различных толщин, поэтому будут использоваться электроды  следующих диаметров: f 4 мм и f 5. При выполнении сварных швов в вертикальном и потолочном положениях применяют электроды диаметром 3-4 мм. Если имеется разделка кромок, то корневой слой шва выполняется электродами диаметром 2-4 мм.

Сила сварочного тока зависит от выбранного диаметра электрода и положения сварки.

 Для сварки  в нижнем положении силу сварочного  тока подбирают по формуле  I=К∙d_э,

где I - сила сварочного тока, А;

      К - коэффициент, А/мм;

      d_э - диаметр электрода, мм.

При сварке в вертикальном положении в вышеприведенную  формулу вводится коэффициент 0,9, учитывающий снижение силы сварочного тока I=0,9∙К∙d.

Используя данные формулы были получены следующие  результаты.

Сварочные электроды Э46 марка МР-3

Диаметр электрода, мм	Величина тока IСВ при положениях сварки, А
	нижнее и нижнее в лодочку	вертикальное снизу вверх и  горизонтальное на вертикальной плоскости	потолочное
2,5 3,0 4,0 5,0	60 – 100 70 – 130 100 – 200 150 - 290	60 – 90 70 – 120 100 – 180 150 - 260	60 – 80 70 – 110 100 – 160 150 - 230

 

2.4.Выбор источников  питания и сварочного оборудования

Ручная дуговая сварка, источником теплоты которой служит электрическая дуга, занимает одно из ведущих мест среди различных видов сварки плавлением. Электрическая дуга, возникающая за счет дугового разряда между электродом и свариваемым металлом, возникает и поддерживается источником постоянного или переменного тока. Под действием теплоты, полученной при помощи электрической дуги, происходит плавление основного и присадочного материалов, в результате чего образуется сварочная ванна. Остывая, металл кристаллизуется, образуя прочное сварное соединение. Все операции по зажиганию дуги, поддержанию ее длины и перемещению вдоль линии шва выполняются сварщиком вручную без применения механизмов.

В качестве оборудования, создающего устойчивую  сварочную дугу, применяют различные трансформаторы, выпрямители и генераторы.

Так как источники питания постоянного  тока обеспечивают более стабильное горение дуги, то учитывая диапазон рассчитанных токов выбираем источник питания сварочный выпрямитель ВДУ-505.

Сварочный выпрямитель представляет собой источник питания, состоящий из трансформатора с регулирующим устройством и блока полупроводниковых выпрямителей.

Принцип действия его основан на питании сварочной дуги постоянным током, протекающим по цепи вторичной  обмотки и выпрямленным блоком селеновых или кремниевых выпрямителей. Для получения падающей внешней характеристики эти устройства часто обеспечивают дополнительным дросселем, включенным в цепь постоянного тока. Как правило, сварочные выпрямители изготавливают по трехфазной схеме, преимущества которой заключаются в большом числе пульсаций напряжения, что обеспечивает равномерную нагрузку трехфазной цепи.

Технические характеристики ВДУ-505

Параметры	ВДУ-505
Номинальный сварочный ток, А	500
Номинальное рабочее напряжение, В, при характеристиках: жёстких спадающих	50 46
Номинальный режим работы ТВ, %	60
Диапазон  регулировки сварочного тока, А	50-500
Диапазон  регулировки напряжения, В, при характеристиках: жёстких спадающих	18-50 22-48
Напряжение  нерабочего хода, В	80
Первичная мощность, кВА	40
ККД, %	82
Масса, кг	300

 

 

Рисунок Выпрямитель ВДУ-505

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ  ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРОЧНОЙ 

КОНСТРУКЦИИ

3.1.Заготовительные  операции

Заготовительной операцией применяемой для нашей  сварной конструкции является подготовка основного металла под сварку

Входной контроль металла (труб, листов, профильного  проката), конструктивных элементов, включает следующие контрольные операции:

-проверку наличия  сертификата или паспорта, полноты  приведенных в нем данных и  соответствия этих данных требованиям  стандарта, технических условий  или конструкторской документации;

• проверку наличия маркировки и соответствия ее сертификатным или паспортным данным;
• осмотр металла и конструктивных элементов для выявления поверхностных дефектов и повреждений.

При отсутствии сертификата  или неполноте сертификатных  данных применение этого металла может быть допущено только после проведения испытаний, подтверждающих соответствие металла всем требованиям стандарта или технических условий.

3.2.Сварочные напряжения  и деформации, меры борьбы с  ними

Различают:

 

• тепловые напряжения, вызванные неравномерным распределением температуры при сварке;
• структурные напряжения, возникающие вследствие структурных превращений, сопровождающиеся переохлаждением аустенита в околошовнойзоне и образования продуктов закалки мартенсита.