Разработка технологического процесса сборки-сварки корпуса сливного фильтра

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.»




Факультет                                 Институт электронной техники и машиностроения	
направление_____________  Машиностроение
Кафедра ____________         Сварка и металлургия___________________






ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Разработка технологического процесса сборки-сварки корпуса сливного фильтра
 (тема)





									
                       Выполнил
								
                                                                                        студент 121900 МНСТ 41 Родионова М.А.
      
          Руководитель работы  к.т.н.. 



Консультант по ______________________________________________________________________
Консультант по _______________________________________________________________________
Консультант по _______________________________________________________________________
Консультант по _______________________________________________________________________

Допущен к защите
Протокол № __________ от ____ _______________________2018 г.
Зав. кафедрой   _____________________________________________



Саратов – 2018
РЕФЕРАТ
     
     Пояснительная записка содержит   стр., рис., табл.  
     
Ключевые слова: ФИЛЬТР СЛИВНОЙ, СВАРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ, МЕХАНИЗИРОВАННАЯ  АРГОНОДУГОВАЯ СВАРКА ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ, ИНВЕРТОРНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, РЕЖИМЫ СВАРКИ, ПРИСАДОЧНЫЙ ПРУТОК, ВРАЩАТЕЛЬ, КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.
     
     Объектом разработки является технологический процесс сборки-сварки корпуса сливного фильтра.
     В процессе работы рассчитаны режимы сварки, выбрано сварочное оборудование, сварочные материалы для ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом, разработаны универсальная оснастка для сварки панелей корпуса и планировка сварочного участка. Разработан технологический процесс сборки-сварки корпуса сливного фильтра ФС-500, проведен экономический расчет используемых технологий сварки, а так же рассмотрены вопросы безопасности сварочных процессов.
     Эффективность разработки определяется повышением производительности и улучшением качества сварных соединений.
     
Аннотация
     
     Объектом  дипломной  работы  был  выбран  фильтр сливной жидкости ФС-500.
     Фильтр сливной предназначен для предварительной очистки нефти, бензина, дизельного топлива и других жидкостей от механических примесей. 
Фильтр сливной является комплектующим оборудованием для АЗС и нефтебаз в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других отраслях. 
Фильтр сливной выпускается в климатическом исполнении Т, У и УХЛ категории размещения 1 по ГОСТ 15150-69.
     Эксплуатируется данное изделие в соответствии с правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и производств ПБ 10-115-96. 
     В ходе проведенной работы необходимо выбрать более результативный процесс сборки-сварки изделия с разработкой технологического процесса сборки-сварки, разработке оснастки и выборе способа сварки и сварочного оборудования.
      
      
      
      
      
      
      
      
      
     
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.»


Кафедра                             «Сварка и металлургия»            			


 
З А Д А Н И Е
выпускную квалификационную работу (ВКР)

Студенту уч. группы МНСТ41 Института электронной техники и машиностроения (факультет.)

______________________________________________________
(фамилия, имя, отчество.)


Т Е М А   ВКР


          Разработка технологического процесса сборки-сварки сливного фильтра                                                                                                                             
____________________________________________________________________    _____ __

(Утверждена на заседании кафедры, протокол от_____________________№______________)

Начало проектирования ___________________________________________________________

Предоставление оформленного проекта ______________________________________________

Дата защиты_______________________________

Оценка защиты____________________________уч. звание, фамилия секретаря ГЭК, подпись.

Целевая установка и исходные данные:

    Корпус фильтра ФС-500 предназначен для очистки различных жидкостей  в том числе нейтральных, агрессивных, эмульсий и суспензий в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газодобывающей, газоперерабатывающей, металлургической и других отраслях промышленности. В данном проекте разработана технология сборки-сварки корпуса фильтраФСЖ-200.
     
     
     
№ п/п
Перечень чертежей подлежащих разработке.
Формат, количество
1
Плакат «корпус фильтра ФС-500. Общий вид»
А1, 1
2
Сборочный чертеж изделия
А1, 1
3
Плакат «Основные и сварочные материалы. Режимы сварки»
А1, 1
4
Плакат «Таблица сварных швов и методы контроля»
А1, 1
5
Плакат «Выбор сварочного оборудования»
А1, 1
6
Плакат «Схема сборки-сварки изделия»
А1, 1
7
Плакат «Вращатель сварочный универсальный СВУ-4»
А1, 1
8
Сборочный чертеж оснастки
А1, 1
9
Плакат «Планировка участка»
А1, 1


Руководитель ВКР
__________________________________________________
(фамилия, подпись)

№
п/п
Содержание расчетно-пояснительной записки
(перечень вопросов ,подлежащих разработке)
Консультанты
1
Введение

2
Технологическая часть 

3
Конструкторская часть 

4
Организационно-экономическая часть

5
Охрана труда, безопасность и экология  технологических процессов сборки-сварки изделия

6
Заключение

7
Список использованных источников

8
Приложения


Основная рекомендуемая литература:

     1) Сварка в машиностроении. Справочник. В 4-х томах. Под общ. ред. Н. А. Ольшанского. – М. : Машиностроение, 1978.
     2) Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах. Под общ. ред. Н. П. Алешина, Г. Г. Чернышова. – М. : Машиностроение, 2005.
     3) Справочник сварщика. Под ред. В.В. Степанова. Изд. 3-е. М. : Машиностроение, 1975, 520 с.
     4) ПОТ РМ-020-2007. Межотраслевые правила по охране труда при электро- и газосварочных работах. 
     5) Красовский А.В. Проектирование сварочных цехов/ М. : Машиностроение, 1984. - 326 с.
     6) Охрана труда в машиностроении, под ред. Е.Я. Юдина, М. : Машиностроение 1983 г.
     7) ГОСТ Р 52630-2012. Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия.


Руководитель проекта
______________кондидат технических наук_______________________________
(уч. степень и  звание)
_____________ __________________________
(фамилия, имя, отчество)
Задание принял к исполнению________________________________2018 г.

Студент_____ _____________________
(Ф.И.О. ,подпись.)


Содержание

Введение	8
1.Технологический раздел	10
1.1 Анализ свариваемого изделия	10
1.2 Описание материала изделия	11
1.3 Особенности сварки стали	14
1.4 Технология сварки стали СТ09Г2С	18
2 ВЫБОР СПОСОБА СВАРКИ И СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ	24
2.1 Сварка в защитных газах.	24
2.2 Сварка под флюсом.	27
2.3 Выбор сварочных материалов	28
2.4 Выбор режимов сварки	34
2.4.1 Режимы для автоматической сварки под слоем флюса	35
2.4.2 Режимы для механизированной сварки в среде защитного газа	36
2.5 Выбор сварочного оборудования	36
2.5.1 Сварочного оборудования для механизированной сварки в среде углекислого газа	36
2.5.2 Сварочное оборудование для автоматической сварки под слоем флюса	39
3 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРА	41
4.1 Контроль качества	42
4.2 Контроль качества антикоррозионной защиты.	44
4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ	47
4.1 Нормирование времени для механизированной сварки в среде защитного газа	47
4.2 Экономическая оценка сравниваемых смесей газа	49
4.1.1 Сварка в среде защитного газа СО2:	50
4.1.2 механизированная сварка в среде защитного газа СО2 + Ar	52
5.1 Организация безопасного производства работ	54
5.2 Меры безопасности при подготовке и производстве	55
5.3 Контроль воздушной среды при проведении огневых, газоопасных работ	58
5.4 Средства индивидуальной защиты и предохранительные         приспособления	61
5.5 Санитарные  условия	62
5.6 Пожарная безопасность	63
5.7 Электробезопасность	66
5.8 Чрезвычайные ситуации	68



1. Введение
     
     Развитие машиностроительной отрасли с каждым годом происходит всё быстрее. Появляются новые изделия, механизмы, устройства, разрабатываются новые технологии и улучшаются старые.
     Как известно, в настоящее время значительно увеличивается производство продуктов переработки нефти. В связи с этим в нефтеперерабатывающей промышленности нашей страны шире стали использовать установки с повышенной интенсивностью процессов переработки нефти. На ряду со строительством новых нефтеперерабатывающих заводов и установок с этой целью все больше реконструируется существующее оборудование.
     Оборудование и трубопроводы нефтяной промышленности эксплуатируются, как правило, в крайне тяжелых условиях и фактический срок их эксплуатации составляет более 20 лет.
     Они подвергаются воздействию высоких и низких температур, статических, динамических и циклических нагрузок, коррозионно-активных сред, а зачастую и сочетанию указанных факторов. Это существенно повышает технологическую и экологическую опасность конструкции, и, как следствие, приводит к возрастанию требований по их надежности. Выбор материалов является первостепенным вопросом в решении проблемы повышения надежности сварных конструкций. Материалы, применяемые для изготовления оборудования в нефтяной промышленности представлены на листе 2.
     Интенсификация процессов переработки нефти требует условий, которые усложняют работу сварных соединений оборудования. Поэтому как при изготовлении, так и при ремонте современного нефтеперерабатывающего оборудования с целью повышения надёжности его работы и увеличения эффективного времени эксплуатации необходимо применять достаточно совершенную технологию сварки. Важной частью нефтеперерабатывающих установок являются трубные элементы, которые изготавливаются из теплоустойчивых сталей. Основной особенностью этих сталей является склонность к закалке и образование трещин в зоне влияния термического цикла сварки. Сварка теплоустойчивых сталей осуществляется с высокотемпературным предварительным подогревом и термической обработкой сварных соединений.
     Использование подогрева и термообработки в монтажных условиях существенно затрудняется, в результате чего в ряде случаев не удается получить сварные соединения без трещин, что сдерживает строительство нового и усложняет эксплуатацию действующего оборудования.
     Также развитие не обходит стороной отрасль сварочного производства, являющуюся неотъемлемой частью машиностроения. Появляются новые способы сварки, совершенствуются технологии сварочного производства, появляются новые сварочные материалы, улучшается оборудование для сварки и многое другое.
     Все это позволяет улучшить качество сварных конструкций и изделий, уменьшить количество потраченного времени  для  производства.
     Цель данной работы – улучшение качества производимого изделия, минимизирование времени на его производство, получение положительного экономического эффекта. В качестве изделия выступает фильтр сливной жидкости ФС-500. Изготовлен из стали СТ09Г2С ГОСТ 5632-72 . 
     В ходе данной  работы будет осуществлен выбор способа сварки, выбор необходимые материалы и оборудования для сварки данного изделия, разработаны техпроцесс сборки-сварки, план  сварочного участка, а так же будут введены вопросы по обеспечению безопасности производства некоторые экономические вопросы.
     
     
     
     


2.Технологический раздел

2.1 Анализ свариваемого изделия


     Фильтр является комплектующим изделием для электронасосных установок, может эксплуатироваться в жесткой среде, не вызывающих интенсивной коррозии или разрушение сталей и сплавов при взаимодействии с рабочими жидкостями. Все перекачиваемые жидкости должны иметь санитарно - эпидемиологические заключения, согласно приказу Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека от 19.07.2007 N? 224.

Рисунок 1 – Фильтр сливной ФС 500/16

     По устойчивости к воздействию климатических факторов внешней среды фильтр изготавливается в исполнении У, УХЛ, категории размещения 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 15150-69.
     Условное обозначение фильтра при заказе состоит из: 
     - ФС – фильтр сливной ФС-500;
     - 500 – условный проход, мм;
          - 16 – номинальная тонкость фильтрации, мкм;
      - 1.1 – конструктивное исполнение (с фланцевым соединением );
Таблица 1- Технические  характеристики 
 Показатели
      Величина 
      показателей
  Условный проход Ду, мм
      500
  Номинальная тонкость фильтрации, мкм
      16*
Давление перекачиваемой жидкости (давление в фильтре), МПа (кгс/см2), не более
      0,4(4)
Расчетное давление, МПа (кгс/см2), не более
      0,6 (6)
  Производительность, м3/ч (л/мин)
      160(2666)
     

2.2 Описание материала изделия

     Сталь СТ09Г2С – конструкционная низколегированная для сварных конструкций,. Химический состав регламентирован ГОСТ 5632-72 нержавеющих сталей аустенитного класса. Преимущества: высокая пластичность и ударная вязкость.
     Использование в промышленности: различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от —70 до +425°С под давлением.
     Вид поставки: сортовой прокат,  в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 8239-89, ГОСТ 8240-97. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 5520-79, ГОСТ 5521-93, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 17066-94, ГОСТ 19904-90. Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70. Поковки и кованные заготовки ГОСТ 1133-71.
     Расшифровка марки 09Г2С: Обозначение 09Г2С означает, что в стали присутствует 0,09% углерода, поскольку 09 идет до букв, далее следует буква «Г» которая означает марганец, а цифра 2 – процентное содержание до 2% марганца. Далее следует буква «С», которая означает кремний, но поскольку после С цифры нет – это означает содержание кремния менее 1%. Таким образом, расшифровка 09Г2С означает, что перед нами сталь имеющая 0,09% углерода, до 2% марганца, и менее 1% кремния и поскольку общее кол-во добавок колеблется в районе 2,5% то это низколегированная сталь.
     Удельный вес 09Г2С: 7,85 г/см3
     Температура критических точек: Ac1 = 725 , Ac3(Acm) = 860, Ar3(Arcm) = 780 , Ar1 = 625
     Свариваемость материала: без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и и газовой защитой, ЭШС.
     Флокеночувствительность: не чувствительна.
     Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.
     Температура ковки, °С: начала 1250, конца 850.
     Обрабатываемость резанием: в нормализованном отпущенном состоянии ?B=520 МПа, К? б.ст=1,0 К ? тв. спл=1,6
     Предел текучести ?0,2 МПа (по ГОСТ 5520-79 ) при разных температурах: 250 °С=225 МПа, 300 С=195 МПа, 350 С=175 МПа, 400 С=155 МПа
     Чаще всего прокат из данной марки стали используется для разнообразных строительных конструкций благодаря высокой механической прочности, что позволяет использовать более тонкие элементы чем при использовании других сталей. Устойчивость свойств в широком температурном диапазоне позволяет применять детали из этой марки в диапазоне температур от -70 до +450 С. Также легкая свариваемость позволяет изготавливать из листового проката этой марки сложные конструкции для химической, нефтяной, строительной, судостроительной и других отраслей. Применяя закалку и отпуск изготавливают качественную трубопроводную арматуру. Высокая механическая устойчивость к низким температурам также позволяет с успехом применять трубы из 09Г2С на севере страны.
     Также марка широко используется для сварных конструкций. Сварка может производиться как без подогрева, так и с предварительным подогревом до 100-120 С. Так как углерода в стали мало, то сварка ее довольно проста, причем сталь не закаливается и не перегревается в процессе сварки, благодаря чему не происходит снижение пластических свойств или увеличение ее зернистости. К плюсам применения этой стали можно отнести также, что она не склонна к отпускной хрупкости и ее вязкость не снижается после отпуска. Вышеприведенными свойствами объясняется удобство использования 09Г2С от других сталей с большим содержанием углерода или присадок, которые хуже варятся и меняют свойства после термообработки. Для сварки 09Г2С можно применять любые электроды, предназначенные для низколегированных и малоуглеродистых сталей, например Э42А и Э50А. Если свариваются листы толщиной до 40 мм, то сварка производится без разделки кромок. При использовании многослойной сварки применяют каскадную сварку с током силой 40-50 Ампер на 1 мм электрода, чтобы предотвратить перегрев места сварки. После сварки рекомендуется прогреть изделие до 650 С, далее продержать при этой же температуре 1 час на каждые 25 мм толщины проката, после чего изделие охлаждают на воздухе или в горячей воде – благодаря этому в сваренном изделии повышается твердость шва и устраняются зоны напряженности.
     Сталь 09Г2 после обработки на двухфазную структуру имеет повышенный предел выносливости; одновременно примерно в 3—3,5 раза увеличивается число циклов до разрушения в области малоцикловой усталости.
     Упрочнение ДФМС(дфухфазные ферритно-мартенситные стали) создают участки мартенсита: каждый 1 % мартенситной составляющей в структуре повышает временное сопротивление разрыву примерно на 10 МПа независимо от прочности и геометрии мартенситной фазы. Разобщенность мелких участков мартенсита и высокая пластичность феррита значительно облегчают начальную пластическую деформацию. Характерный признак ферритно-мартенситных сталей — отсутствие на диаграмме растяжения плошадки текучести. При одинаковом значении общего (?общ) и равномерного (?р) удлинения ДФМС обладают большей прочностью и более низким отношением ?0,2/?в (0,4—0,6), чем обычные низколегированные стали. При этом сопротивление малым пластическим деформациям (?0,2) у ДФМС ниже, чем у сталей с ферритно-перлитной структурой.
     При всех уровнях прочности все показатели технологической пластичности ДФМС (?0,2/?в, ?р, ?общ, вытяжка по Эриксену, прогиб, высота стаканчика и т. д.), кроме раздачи отверстия, превосходят аналогичные показатели обычных сталей.
     Повышенная технологическая пластичность ДФМС позволяет применять их для листовой штамповки деталей достаточно сложной конфигурации, что является преимуществом этих сталей перед другими высокопрочными сталями.
     Сопротивление коррозии ДФМС находится на уровне сопротивления коррозии сталей для глубокой вытяжки.
     ДФМС удовлетворительно свариваются методом точечной сварки. Предел выносливости при знакопеременном изгибе составляет для сварного шва и основного металла (?в = 550 МПа) соответственно 317 и 350 МПа, т. е. 50 и 60 % ов основного металла.
     В случае применения ДФМС для деталей массивных сечений, когда необходимо обеспечить достаточную прокаливаемость, целесообразно использовать составы с повышенным содержанием марганца или с добавками хрома, бора и т. д.
     Экономическая эффективность применения ДФМС, которые дороже низкоуглеродистых сталей, определяется экономией массы деталей (на 20—25%). Применение ДФМС в некоторых случаях позволяет исключить упрочняющую термическую обработку деталей, например высокопрочных крепежный изделий, получаемых методом холодной высадки.
      
      
2.3 Особенности сварки стали
      
     Способность к свариванию и механическая устойчивость металла – условия изготовления износостойких фасонных изделий металлопроката, таких как балка 09г2с, уголок, швеллер г/к 09г2с. Сталь идеальна для производства комплектующих для нужд станкостроения, машиностроения и транспорта, строительной, нефтяной, химической отраслей. Огромный «плюс» – прокат выдерживает влияние температурных режимов от -70 до +425 оС в условиях многолетних нагрузок и различных деформаций.
     Так, продукция из стали 09г2с, характеристики которой, подчас, можно отнести к разряду уникальных, дают возможность функционировать городам, сложнейшим транспортным системам, предприятиям в климатических зонах повышенной опасности, в регионах с суровым климатом.
     К примеру, закаленная сталь данной марки с повышенными характеристиками механической прочности крайне востребована при возведении трубопроводов на крайнем севере страны. Новые технологии позволяют монтировать сложнейшие по конфигурации сварные элементы.
     Сварные конструкции из данной разновидности стали различной сложности крайне востребованы. Металл при любом способе сварки не теряет свойств пластичности. Именно поэтому мастера самых разных производственных профессий любят работать со сталью 09г2с (ГОСТ19281-73).
     Паровые котлы, различное оборудование для работы в сложных термальных условиях, применяемое в промышленности и с/х – все это изготавливают с помощью прочной и пластичной стали 09г2с.
     Необходимость в прокате из ст09г2с легко объяснить с точки зрения экономичности. Возводимые конструкции легче варить, они меньше весят, обладают высокими прочностными характеристиками.
     Для сваривания изделий из стали 09Г2С обычно применяют инструмент, рассчитанный на использование исключительно низколегированного, углеродистого сырья. Как и в любом деле, здесь необходима внимательность и соблюдение всех технологических нюансов.
     Чтобы, к примеру, при каскадной сварке предотвратить перегрев шва, используют силу тока всего 40-50 А /1 мм электрода. При этом после проведения сварных работ изделие закаливают при 650 оС, и, далее, ориентируясь на его толщину, поддерживают этот температурный режим (каждые 25 мм – час времени).
     Затем конструкцию охлаждают в обычной горячей воде или на воздухе, что снимает напряженность в шве и обеспечивает его надежность.
     После проведения закалки прочность и сопротивление изделия износу увеличивается, изделие не уступает по своим характеристикам другим продуктам, выполненным из более дорогих марок сталей.
     По реакции на термический цикл низколегированная низкоуглеродистая сталь мало отличается от обычной низкоуглеродистой. Различия состоят в основном в несколько большей склонности к образованию закалочных структур в металле шва и околошовной зоне при повышенных скоростях охлаждения. Металл шва низкоуглеродистых низколегированных сталей, например 09Г2С,17Г1С, 14ХГС и др., имеет не только феррито-перлитную структуру, но и при повышенных скоростях охлаждения в швах этих сталей кроме феррита и перлита присутствуют также мартенсит, бейнит и остаточный аустенит. Обнаруживаемый в таких швах мартенсит — бесструктурный, а бейнит представляет собой феррито-карбидную смесь высокой дисперсности. Количество указанных структурных составляющих изменяется в зависимости от температурного цикла сварки. При уменьшении погонной энергии количество мартен сита, бейнита и остаточного аустенита в металле шва повышается, и дисперсность их увеличивается. Так, количество закалочных структур в швах на низкоуглеродистой кремнемарганцевой стали толщиной 12 мм при сварке с погонной энергией Е = 4 ккал/см и скорости охлаждения в интервале температур 400—600° С, примерно равной 4,5° С/с, составляет 10—11%. 
     В швах, выполненных с большой погонной энергией, количество этих структур резко уменьшается. Структура швов на этой же стали при погонной энергии 13 ккал/см и скорости охлаждения примерно 0,5—0,6° С/с состоит только из феррита и перлита. Мартенсит и бейнит образуются также и в околошовной зоне сварных соединений, например стали 14ХГС, Их количество при сварке такой стали максимально (около 3%) в участке перегрева и снижается по мере удаления от линии сплавления. 
     При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механические свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Однако при увеличении доли таких структур в шве и околошовной зоне пластичность металла и его стойкость против хрупкого разрушения резко ухудшаются. Дополнительное легирование стали марганцем, кремнием и другими элементами способствует образованию в сварных соединениях закалочных структур. Поэтому режим сварки большинства низколегированных сталей ограничивается более узкими (по значению погонной энергии) пределами, чем при сварке низкоуглеродистой стали. В ряде случаев, например при микролегировании ванадием, ванадием и азотом, а также другими элементами, склонность низколегированной стали к росту зерна в околошовной зоне при сварке незначительна. 
     Для определения реакции низколегированной стали на термический цикл сварки проводят комплекс испытаний. С целью снижения разупрочнения в околошовной зоне термоулучшенные низколегированные стали следует сваривать при минимально возможной погонной энергии. 
     Обеспечение равнопрочности металла шва с основным металлом достигается в основном за счет легирования его элементами, переходящими из основного металла. Иногда для повышения прочности и стойкости против хрупкого разрушения металл шва дополнительно легируют через сварочную проволоку. 
     Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин при сварке низколегированных сталей несколько ниже, чем низкоуглеродистых, в связи с усилением отрицательного влияния углерода некоторыми легирующими элементами, например кремнием. Повышение стойкости против образования трещин достигается снижением содержания в шве углерода, серы и некоторых других элементов за счет применения сварочной проволоки с пониженным содержанием указанных элементов, а также выбором соответствующей технологии сварки (последовательность выполнения швов, обеспечение благоприятной формы провара) и рациональной конструкции изделия.

2.4 Технология сварки стали СТ09Г2С

     Металлургические особенности сварки. В большинстве случаев низколегированные стали — спокойные. При выборе марки электродной проволоки обычно стремятся обеспечить состав металла шва, близкий к основному, а также требуемые эксплуатационные свойства. Образование горячих трещин при сварке низколегированных сталей в основном связано с присутствием в металле шва углерода, серы и фосфора сверх допустимых пределов. Допустимое содержание серы и фосфора в металле шва регламентируется стандартом на основной металл и электродную проволоку.
     Образование горячих трещин предотвращают также за счет рационального выбора сварочных материалов: флюсов, электродов, электродных проволок таким образом, чтобы при осуществлении любого отмеченного металлургического варианта обеспечивалось снижение вредных примесей в металле шва. Содержание углерода в металле шва обычно устанавливают не более 0,15%, а необходимые свойства получают путем дополнительного его легирования.
      Образование пор при сварке низколегированных сталей, так же как и углеродистых, связано с выделением окиси углерода, водорода и азота. Вероятность образования пор из-за выделения окиси углерода при сварке низкоуглеродистых сталей небольшая, поскольку в сварочной ванне, как правило, обеспечивается достаточная концентрация сильных раскислителей (например, кремния). Вероятность образования пор из-за водорода при сварке низколегированных сталей выше, чем при сварке углеродистых сталей, из-за повышенной степени раскисленности. Поэтому при сварке низколегированных сталей необходимо предусматривать меры для снижения вероятности попадания водорода и азота в зону сварки.
     Изменение структуры и свойств металла в зоне термического влияния. Как правило, низкоуглеродистые низколегированные стали обладают удовлетворительной тепловой свариваемостью. Однако по сравнению с низкоуглеродистыми при сварке низколегированных в особенности при сварке металла большой толщины, используют подогрев.
     При разработке режимов сварки следует иметь в виду, что в структуре металла зоны сварного соединения низкоуглеродистых низколегированных сталей допустимо содержание до 90% мартенсита, если твердость металла не превышает 415НV. Это обусловлено относительно высокими пластическими свойствами низкоуглеродистого реечного (дислокационного) мартенсита.
     Технология сварки низколегированных сталей в атмосфере защитных газов мало чем отличается от технологии сварки углеродистых сталей.
     Низколегированные стали плавящимся электродом в большинстве случаев сваривают в углекислом газе. При сварке сталей 09Г2, 10Г2СД, 14ХГС, 15ХСНД и подобных им в основном применяют электродную проволоку Св-08Г2С. Для повышения коррозионной стойкости сварных соединений в морской воде используют сварочную проволоку Св-08ХГ2С.
     В некоторых случаях для повышения производительности сварки, улучшения внешнего вида швов, повышения пластических свойств металла шва применяют порошковые проволоки марок ПП-АН8, ПП-АН10, ПП-АН4, ПП-АН9. Проволоки ПП-АН4 и ПП-АН9 обеспечивают более высокие механические свойства металла шва при отрицательных температурах. Высокопрочные низколегированные стали сваривают электродными проволоками сложного легирования, которые выбирают в зависимости от свойств свариваемых сталей.
     Электрошлаковая сварка. Технология электрошлаковой сварки низколегированных сталей аналогична технологии сварки углеродистых сталей. Сварку в основном осуществляют с применением флюса АН-8, однако возможно использование флюса АН-22. Электродную проволоку выбирают в зависимости от свойств свариваемой стали. Так, например, при сварке сталей 09Г2С, 16ГС, 14ГС, 15ХСНД используют проволоки Св-08ГС, Св-10Г2. Проволока Св-08ГА не обеспечивает достаточной прочности металла шва.
     В зависимости от предрасположенности основного металла к росту зерна и требований, предъявляемых к сварному соединению, после сварки назначают термообработку. Для сталей, склонных к росту зерна, обычно назначают нормализацию; для сталей, не склонных к росту зерна, как правило, ограничиваются отпуском при температуре 650° С.
     Характеристика теплоустойчивых сталей и особенности их сварки. Низколегированные теплоустойчивые стали относятся, в основном к перлитному классу (например, сталь 12Х1МФ.) Они характеризуются достаточной жаропрочностью, жаростойкостью, запасом пластичности и стабильностью структуры при температурах до 600°С, что позволяет использовать их в зависимости от состава для работы в области температур 450—585° С.
     Повышенная прочность стали в области высоких температур достигается за счет упрочнения легирующими элементами  -твердого раствора железа и формирования устойчивых карбидов, не склонных к коагуляции. Основные легирующие элементы теплоустойчивых сталей — карбидообразующие: хром, молибден, ванадий, вольфрам, ниобий. Содержание углерода в хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталях обычно 0,08— 0,12%.
     Теплоустойчивые стали упрочняются термообработкой. Однако, как правило, стали используют или в отожженном состоянии, или после нормализации и высокого отпуска (при температуре 650—750° С в зависимости от марки стали). Использование сталей в подобных состояниях обусловлено особенностями их работы: длительные сроки службы (сотни тысяч часов) при повышенных температурах (450—585° С).
     Металлургические особенности сварки. Теплоустойчивые стали относятся к спокойным.
     Сварные соединения теплоустойчивых сталей, как правило, подвергаются длительной эксплуатации при повышенных температурах. При подобных условиях получают значительное развитие диффузионные процессы. При различии в составе металла шва и основного, особенно по карбидообразующим элементам, возможно перераспределение углерода, обладающего повышенной диффузионной подвижностью по сравнению с другими компонентами стали. Это может привести к неблагоприятному изменению свойств металла в зоне сварного соединения. Для предотвращения развития указанных процессов состав металла шва должен быть близким к основному. В первую очередь это относится к содержанию карбидообразующих элементов.
     С целью предотвращения образования кристаллизационных трещин содержание углерода в металле шва ограничивают в пределах 0,07—0,12%, а необходимые свойства металла шва обеспечивают за счет дополнительного введения легирующих элементов, исключающих заметное развитие диффузионных процессов в области границы сплавления. В этом случае рационально использовать комплексное легирование металла шва хромом, молибденом, ванадием, вольфрамом, чтобы градиент концентраций по каждому элементу в зоне сплавления был небольшим.
     Изменение структуры и свойств металла в зоне термического влияния. В зоне термического влияния теплоустойчивых сталей можно выделить два характерных участка, определяющих работоспособность сварного соединения: участок повышенной твердости, который включает высокотемпературную область и зону аустенитизации, и участок пониженной твердости, включающий зону неполной перекристаллизации и разупрочнения в случае использования стали в состоянии после нормализации и высокого отпуска.
     Аустенит теплоустойчивых сталей склонен к переохлаждению и образованию структур закалки. Это необходимо учитывать при выборе режима сварки, особенно при многослойной сварке элементов большой толщины. Для предотвращения образования холодных трещин сварку теплоустойчивых сталей, особенно при толщине соединяемых элементов свыше 10 мм, выполняют с подогревом.
     Температуру подогрева (местного или общего) назначают в зависимости от марки свариваемой стали. С увеличением содержания углерода и степени легирования температура подогрева повышается.
     На работоспособность сварных соединений теплоустойчивых сталей большое влияние оказывает второй участок, особенно вона неполной перекристаллизации. Это обусловлено тем, что в указанной зоне сварного соединения наряду с продуктами распада вновь образовавшегося при сварке высокоуглеродистого аустенита в структуре металла имеется феррит с пониженной (по сравнению с аустенитом) концентрацией углерода. Поэтому участок неполной перекристаллизации характеризуется гетерогенностью структуры и механических свойств, что особенно сказывается на длительной прочности при высоких температурах.
     Разрушение соединений происходит по зоне неполной перекристаллизации из-за локализации пластической деформации и разрушения ферритных зерен.
     Улучшение свойств металла зоны термического влияния достигают, как правило, за счет высокотемпературного отпуска. Более оптимальные свойства достигаются при проведении полной термообработки (нормализация и высокотемпературный отпуск) сварного изделия. Однако подобную термообработку к громоздким сварным изделиям применить, как правило, не представляется возможным.
     Особенности сварки. Сварка покрытыми электродами — основной способ выполнения сварных соединений теплоустойчивых сталей. Это обусловлено тем, что детали и узлы энергостроения отличаются сложностью и разнообразием конструктивных решений и единичным характером производства. Сварку преимущественно осуществляют электродами с основным покрытием. В зависимости от состава сваривае.......................