Совершенствование сварочного производства изготавливаемого, кольца

Содержание
Задание на курсовое проектирование…………………………......……..……...2
Введение	3
1.	Описание изделия и требований к нему, оценка свариваемости материала изделия	5
2.	Описание технологии изготовления изделия, принятой как вариант базовой технологии	8
3.	Определение перечня возможных способов сварки изделия и выбор проектных вариантов сварки	11
   4.	Определение и выбор сварочных материалов и режимов сварки для проектных вариантов техпроцесса изготовления изделия	21
4.1. Автоматическая импульсно-дуговая сварка.	21
4.2	Плазменная сварка.	24
5.   Определение и выбор основного и вспомогательного оборудования для проектных вариантов техпроцесса изготовления изделия	25
5.1	Автоматическая импульсно-дуговая сварка в защитных газах с присадочным материалом.	25
5.2. Сварочное оборудование для плазменной сварки	31
6. Определение методов и средств контроля свойств сварных соединений для проектных вариантов техпроцесса изготовления изделия.	35
6.2	Визуально- измерительный контроль.	36
7.	Определение затрат средств по базовому и проектным вариантам и выбор экономичного проектного варианта	37
8.	Описание технологии лучшего проектного варианта	39
Список используемых источников	48
   Приложение А
   Приложение Б
   Приложение В





     Введение
     Сложные конструкции, как правило, получают в результате объединения между собой отдельных элементов (деталей, узлов, агрегатов). Такие объединения могут выполняться с помощью разъемных и неразъемных соединений.
     Сварка является одним из прогрессивных методов получения неразъемных соединений. Это обусловлено тем, что высокая производительность сварочного процесса, высокое качество соединений и экономическое использование металла обеспечивают преимущественное сварки для изготовления самых разнообразных металлоконструкций, в том числе машиностроительных [1].
	 Механизация и автоматизация сварочного производства позволяет добиться повышения производительности за счет снижения затрат на выполнение вспомогательных операций, экономии вспомогательных материалов за счет их рационального использования, существенно уменьшить себестоимость продукции.
     В условиях механизированного производства повышение производительности происходит за счёт снижения затрат времени на выполнение вспомогательных операций. Модернизация технологического оснащения позволяет получить экономию вспомогательных материалов за счёт их рационального использования.
     Задачами курсового проекта являются: определение перечня возможных способов сварки изделия и выбор проектных вариантов сварки, выбор сварочных материалов и режимов сварки, выбор основного и вспомогательного оборудования, экономическое сравнение вариантов технологического процесса, оформление технологической документации лучшего проектного варианта. 
     Целью данной работы является совершенствование сварочного производства изготавливаемого, кольца.
     Для достижения поставленной цели необходимо решены следующие задачи:
     - Применение оборудования с меньшей стоимостью и более высоким КПД;
     - Оптимизация производственных затрат путем многовариантной проработки технологического процесса и экономического сравнения вариантов.
     
     1. Описание изделия и требований к нему, оценка свариваемости материала изделия
     Кольцо компрессора двигателя НК-32 имеет форму в виде конуса. Оно состоит из детали – кожух 1, фланец передний 2 и фланец задний 3 (Рисунок 1).  Детали соединяются между собой автоматической аргонно-дуговой сварки.
     Кольцо изготовлено из титанового деформируемого сплава ВТ-20. Детали, длительно работающие при температуре до 500°; коррозионная стойкость хорошая; класс по структуре псевдо ?.
     В процессе эксплуатации на сварочную конструкцию воздействуют несколько факторов. Это вибрационные нагрузки, ударные нагрузки.

     Рисунок 1 – Эскиз кольца
     
     Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатками титана являются его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости. Титан плохо обрабатывается резанием, удовлетворительно – давлением, сваривается в защитной атмосфере. Широко распространено вакуумное литье.
     Обязательным условием получения качественного сварного соединения является надежная защита от газов атмосферы. Насыщение металла шва кислородом, азотом и водородом происходит при температуре более 3500С. Это резко снижает пластичность и длительную прочность сварных конструкций. Сварку необходимо производить в среде защитных газов (аргона и ли гелия) высокой частоты, под специальными флюсами или в вакууме. Защитные средства должны обеспечивать защиту зоны сварки, ограниченной изотермой более 3500С. Необходимо также тщательно защищать и обратную сторону шва даже в том случае, если слои металла не расплавлялись, а только нагревались выше этой температуры.
     Чувствительность к сварочному термическому циклу выражается в протекании полиморфного превращения ?-?, в резком росте размеров зерна ?-фазы и перегреве на стадии нагрева, в образовании хрупких фаз при охлаждении и старении, неоднородности свойств сварных соединений, зависящих от химического и фазового состава сплава. Перегрев шва и околошовной зоны связан с низкой теплопроводностью титана. Устранить указанные трудности удается применением оптимальных режимов сварки, которые выражаются в снижении погонной энергии для ?- и псевдо- ?-сплавов и в увеличении погонной энергии для ?+ ? сплавов.
     Положительные результаты дает применение концентрированных источников энергии (лазерный и электронный лучи).
     Титан и его сплавы не склонны к образованию кристаллизационных (горячих) трещин в металле шва. Наиболее распространенными дефектами являются поры и холодные трещины. Поры в сварных соединениях чаще всего располагаются в виде цепочки по зоне сплавления. Они снижают статическую и динамическую прочность соединений. Образование пор может быть связано с попаданием водорода в шов с адсорбированной влагой на присадочной проволоке. Флюсе, кромках свариваемых изделий или атмосферы при нарушении защиты. Для получения беспористых швов необходимо обеспечить требуемую чистоту основного металла и сварочных материалов, сварку выполнять на оптимальных режимах с соблюдением всех требований технологических процессов.
     
Таблица 1 - Применение материала ВТ-20 [3]
ВТ-20
детали, длительно работающие при температуре до 500°; коррозионная стойкость хорошая; класс по структуре псевдо ?

     Таблица 2 - Химический состав материала ВТ-20 [3]
Fe
C
Si
Mo
V
N
Ti
Al
Zr
O
H
до 0.3
до   0.1
до 0.15
0.5-2
0.8-2.5
до 0.05
84.938-91.7
5.5-7
1.5-2.5
до 0.15
до 0.012

Таблица 3 - Механические свойства при Т=20 oС [3]
 
Сортамент
Размер
Напр.
sв
sT
d5
y 
KCU 
 
- 
мм 
- 
МПа 
МПа 
% 
% 
кДж / м2
ВТ-20
Пруток 
  
  
950-1150
840
10 
 25 
450  

Таблица 4 – Физические свойства сплава ВТ20 [3] 
T (Град)
E?10-5 (Мпа)
??106 (1/Град)
? (Вт/(м*град))
? (кг/м3)
С (Дж/(кг?град))
R*109 (Ом?м)
20
1.12

8
4450

1110
100

8.3
8.8



200

8.3
10.2

0.587

300

9
10.9

0.628

400

9.2
12.2

0.67

500

9.3
13.8

0.712

600

9.5
15.1



     
     







     2. Описание технологии изготовления изделия, принятой как вариант базовой технологии 
     В базовом варианте технологии получение изделия «Кольцо» осуществляется с помощью автоматической аргонно-дуговой сварки.
     Перечень и трудоемкость операций маршрутной технологии изготовления изделия:
       005 Комплектовочная.
     Комплектовочная операция предусматривает комплектацию изделия по технологической цепочке его изготовления комплектующими деталями: кожуха, фланца переднего и фланца заднего.
     Оборудование: верстак слесарный.
     010 Обезжирование.
     На данной операции происходит зачистка следов рисок и притупление острых кромок в стыках фланцев и кожуха.
     015 Сборочная.
     На данной операции производится сборка и закрепления кожуха и фланцев в сборочно-сварочном приспособлении.
      Оборудование: манипулятор МС-20.
      Технологическая оснастка: щупы 2, кл. точн. 1.
     
     Рисунок 2 – Схема сборки деталей
       020 Прихватка.
     На данной операции производится прихватка кожуха и фланцев по стыку, полуавтоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с шагом 15…50 мм.
     Оборудование: ВСВУ-400.
     Технологическая оснастка: ШЦ-1-125-0,1, Лупа ЛП-1-4Х.
     Материалы: аргон по ГОСТ 10157-73 1-го сорта, электрод ВЛ-10 ?2-3 мм, сварочная проволока Св-ВТ20-1.
     025 Сварочная.
     На данной операции происходит аргонно-дуговая сварка кожуха и фланцев по стыку местной защиты.
     Оборудование: ВСВУ-400, МС-20.
     Технологическая оснастка: щупы 2, Кл. точн. 1.
     ПС
     Dc, мм
lc, мм
     Пл.
     U, В
     qзо, л/мин
     Vc, м/час
     Vп, м/час
     
     qk, л/мин
     I, A
     qдз, л/мин
     Н
     14-16
10-12
     П
     8-10
     6
     8-12
     9-14
     
     16-20
     40-65
     6
     Таблица 5 – Режимы сварки 
     
      
     
     Рисунок 3 – Схема и конструктивные размеры сварного соединения
     
     030 Термообработка.
     На данной операции происходит термообработка для снятия напряжения после аргонно-дуговой сварки.
     Оборудование: печь.
     035 Контрольная.
     На данной операции происходит рентгеноконтроль сварных швов после аргонно-дуговой сварки.
     Оборудование: рентген лаборатория, рентгеновская пленка.

















3. Определение перечня возможных способов сварки изделия и выбор проектных вариантов сварки
     Проведем анализ соответствия технических возможностей способов сварки плавлением для заданного материала и геометрии сварного соединения, на основании которого составить полный перечень технически возможных способов сварки плавлением и давлением.
     Выбор способа сварки конструкций из деформируемых титановых сплавов обусловлен составом основного материала, типом и размером полуфабрикатов, из которых изготовляют отдельные элементы, формами и размерами самой конструкции, условиями ее эксплуатации, возможностью проведения термической обработки.
     Возможны следующие способы сварки для ВТ-20:
     1) Автоматическая сварка под флюсом.
     2) Автоматическая плазменная сварка.
3)      Стыковая сварка оплавлением.
4)     Лазерная сварка.
5)     Электронно-лучевая сварка. 
6)     Автоматическая импульсно-дуговая сварка.

     










     1. Автоматическая сварка под флюсом.


Рисунок 4 – Схема автоматической сварки под флюсом
     Дуговая механизированная сварка под флюсом обеспечивает высокую производительность, хорошие гигиенические условия труда и механизацию сварочных работ. Электрическая дуга горит между концом электродной (сварочной) проволоки и свариваемым металлом, находящимся под слоем флюса в парогазовом пузыре, образованном в результате плавления флюса и металла и заполненном парами металла, флюса и газами. Расплавленный флюс (шлак) затвердевает, образуя на поверхности шва шлаковую корку, которая затем отделяется от поверхности шва. Специальным механизмом подают электродную проволоку в дугу.
     Высокое качество сварного соединения достигается за счет надежной защиты расплавленного металла от взаимодействия с воздухом, его металлургической обработки и легирования расплавленным флюсом. Наличие шлака на поверхности шва уменьшает скорость кристаллизации металла сварочной ванны и скорость охлаждения сварного соединения.
     В результате металл шва не имеет пор, содержит пониженное количество неметаллических включений.
     Сварку под флюсом применяют для изготовления крупногабаритных резервуаров, строительных конструкций, труб и т.д. из сталей, никелевых сплавов, меди, алюминия, титана и их сплавов.
     Недостатки способа - большой объем сварочной ванны и повышенная жидкотекучесть расплавленного металла и флюса, что ограничивает возможность применения сварки в различных пространственных положениях.
     Сварка наиболее целесообразна в нижнем положении при отклонении плоскости шва от горизонтальной не более чем на 10-150.
     Механизированной сваркой под флюсом соединяют толщины от 2 мм [4].
     Вывод: Данный способ сварки не применим для получения стыкового соединения толщиной 1,5 мм, так минимально свариваемая толщина для данного метода составляет 2 мм.
     
     2. Плазменная сварка.
     Плазменная сварка – это сварка с помощью направленного потока плазменной дуги.
     Плазма – ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способные проводить ток. Ионизация газа происходить при его нагреве.
     Плазменную сварку используют для изготовления ответственных сварных конструкций толщиной 1...20 мм из низкоуглеродистых, низколегированных, высокопрочных и коррозионностойких сталей, никелевых и титановых сплавов, меди и ее сплавов, алюминиевых сплавов.
     


Рисунок 5 - Схема процесса плазменной сварки
     
     Для повышения температуры и мощности обычной дуги и превращения ее в плазменную используются два процесса: сжатие дуги и принудительное вдувание в нее плазмообразующего газа. Схема получения плазменной дуги приведена на рисунке выше. Сжатие дуги осуществляется за счет размещения ее в специальном устройстве – плазмотроне, стенки которого интенсивно охлаждаются водой. В результате сжатия уменьшается поперечное сечение дуги и возрастает ее мощность – количество энергии, приходящееся на единицу площади. Температура в столбе обычной дуги, горящей в среде аргона, и паров железа составляет 5000–7000°С. Температура в плазменной дуге достигает 30000 °С.
     Одновременно со сжатием в зону плазменной дуги вдувается плазмообразующий газ, который нагревается дугой, ионизируется и в результате теплового расширения увеличивается в объеме в 50–100 раз. Это заставляет газ истекать из канала сопла плазмотрона с высокой скоростью. Кинетическая энергия движущихся ионизированных частиц плазмообразующего газа дополняет тепловую энергию, выделяющуюся в дуге в результате происходящих электрических процессов. Поэтому плазменная дуга является более мощным источником энергии, чем обычная.
     Основными чертами, отличающими плазменную дугу от обычной, являются:
     -более высокая температура;
     -меньший диаметр дуги;
     -цилиндрическая форма дуги (в отличие от обычной конической);
     -давление дуги на металл в 6–10 раз выше, чем у обычной;
     -возможность поддерживать дугу на малых токах (0,2–30 А).
     Перечисленные отличительные черты делают плазменную дугу по сравнению с обычным более универсальным источником нагрева металла. Она обеспечивает более глубокое проплавление металла при одновременном уменьшении объема его расплавления [5].
     В зависимости от силы тока различают три разновидности плазменной сварки:
     -микроплазменная (Iсв = 0,1–25А);
     -на средних токах (Iсв = 50–150А);
     -на больших токах (Iсв > 150А).
     Для данного способа используются следующие расходные материалы:
     1) Защитный газ, аргон высшего сорта.
     2) Плазмообразующий газ, Аргон+15% водорода.
     3) Присадочная проволока СВ-Вт-20-1. 
     4) Неплавящийся электрод ВЛ-10.
     Вывод: Данный способ сварки технически применим для получения данного соединения.

3. Стыковая сварка оплавлением
     Сварка оплавлением металлов — один из способов контактной стыковой сварки. При сварке оплавлением вначале на детали подают напряжение от сварочного трансформатора, а затем их сближают с заданной скоростью. При соприкосновении деталей в образующихся отдельных контактах вследствие большой плотности тока металл контактов быстро нагревается и взрывообразно разрушается. Часть выделившегося при этом тепла безвозвратно теряется в атмосфере с брызгами металла, другая часть благодаря теплопроводности накапливается в стыке. Накопление тепла в процессе непрерывного образования и разрушения контактов — перемычек обеспечивает нагрев торцов деталей. К концу процесса нагрева на торцах образуется сплошной слой жидкого металла. В этот момент резко увеличивается скорость сближения деталей. Торцы соединяются, большая часть жидкого металла вместе с поверхностными пленками и частью твердого металла выдавливается из зоны сварки, образуя утолщение — грат. Сварочный ток выключается во время осадки деталей. Основная технологическая роль оплавления заключается в нагреве деталей до образования на торцах слоя расплавленного металла и в получении соответствующего распределения температур в околошовной зоне для проведения последующей осадки и удаления расплава и оксидов.
     Процесс оплавления может быть прерывистым и непрерывным. Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением: торцы заготовок перед сваркой не требуют тщательной подготовки, можно сваривать заготовки с сечением сложной формы и большой площадью, а также разнородные металлы. Стыковую сварку оплавлением применяют для соединения заготовок сечением до 100 000 мм2. Типичными изделиями являются элементы трубы, колеса, кольца, рельсы, железобетонная арматура, листы, ленточные пилы. Контактная сварка оплавлением — один из широкораспространённых методов сварки давлением, он позволяет существенно расширить номенклатуру свариваемых материалов по сравнению со сваркой плавлением [6].
     Вывод: Данный способ сварки не применим для получения данного соединения вследствие больших габаритов и малой толщины изделия.
     
4. Лазерная сварка
     Сущность процесса сварки лазерным лучом заключается в следующем. Лазер является источником когерентного, монохроматического излучения, имеющего малую угловую расходимость. Это позволяет обеспечивать высокую точность и степень фокусировки луча на образце и достигать высокой концентрации энергии в строго определенной и очень малой зоне обработки. 
     Под действием сфокусированного импульсного лазерного излучения на поверхности металла происходит быстрый локальный нагрев.
     Преимуществами лазерной сварки являются:
     * Высокая точность наведения луча при чрезвычайно малых размерах светового пятна и зоны сварки;
     * Минимальная зона термического воздействия, отсутствие напряжений и повышение коррозионной стойкости;
     * Локальность разогрева в зоне сварки (доли миллиметра) и гарантированное сохранение остальной поверхности неповрежденной;
     * Возможность сварки без добавления присадочного металла или угара основы (например, для сварки золота);
     * Возможность сварки при близком соседстве разнородных материалов.
     * Возможность сварки золоченых и серебреных металлов без утраты покрытия.
     К недостаткам лазерной сварки относится высокая отражательная способность металлов (особенно оплавленных), которая приводит к потере мощности в процессе облучения, в результате чего возникает необходимость увеличения энергии лазерной установки.
     Достоинства:
* меньшее влияние изменения длины дуги на геометрические размеры зоны проплавления;
* высокая проплавляющая способность сжатой дуги;
* меньшие требования к качеству подготовки изделия под сварку;
* низкий расход сварочных материалов;
* высокое качество сварных швов;
* отсутствие включений вольфрама в сварном шве;
* повышенная производительность сварки;
* меньший сварочный ток при прочих равных условиях, а, следовательно, меньшее тепловложение в изделие;
* меньшие сварочные деформации;
* возможность сварки больших толщин за один проход;
* универсальность процесса;
* повышение экологичности процесса сварки.
     Недостатки: 
     Необходимость использования водяного охлаждения плазмотронов и необходимость специализированных установок. Еще одним недостатком, некоторое время назад, было отсутствие надежных плазмотронов, которые бы отличались хорошими техническими характеристиками [7].
     Вывод: Применение лазерной в данном случае не целесообразно, так процесс лазерной сварки имеет небольшой КПД = 3%, так же оборудование для данного способа сварки на данный момент является дорогим и сложным в обслуживании.
     
5. Электронно-лучевая сварка.

Рисунок 6 – Схема электронно-лучевой сварки
     Электронно-лучевая сварка проводится электронным лучом в вакуумных камерах. Размеры камер зависят от размеров свариваемых деталей и составляют от 0.1 до нескольких сотен кубических метров.
     Плавление металла при электронно-лучевой сварке и образование зоны проплавления обусловлено давлением потока электронов в электронно-лучевой пушке, выделением теплоты в объеме твердого металла, реактивным давлением испаряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излучением.
     Сварка производится непрерывным или импульсным электронным лучом. Импульсные лучи с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100—500 Гц используются при сварке легкоиспаряющихся металлов, таких как алюминий, магний. При этом повышается глубина проплавления металла. Использование импульсных лучей позволяет сваривать тонкие металлические листы.
     В камере, формирующей электронный луч, откачивается воздух вплоть до давлений 1—10 Па. Это приводит к высокой защите расплавленного металла от газов воздуха [8].
     Вывод: из-за необходимости создания вакуума в рабочей камере, дорогостоящего оборудования и образование непроваров и полостей в корне шва не целесообразно использовать данный вид сварки.
     
6. Автоматическая импульсно-дуговая сварка.
     Импульсная сварка представляет собой разновидность дуговой сварки в защитных газах. На основной сварочный ток накладываются, с частотой в несколько десятков герц, дополнительные импульсы тока. При этом сила основного сварочного тока составляет 10—15 % от тока в импульсе.
     Разработана также технология двойного импульса в модуляции импульсов тока. Модуляция позволяет изменять формы импульса, углы наклона их фронта волны, что позволяет управлять мелкокапельным переносом металла при сварке.
     Преимуществами импульсной сварки является устойчивое горения дуги, постоянство качества металла шва по всей его длине, устраняются кратеры из сварных точек, уменьшаются участки перекрытия в сварном шве. В импульсной сварке производится бесконтактный перенос металла с электрода в сварочную ванну. При подаче кратковременных импульсов тока происходит изменение гидродинамического состояния жидкого металла в сварочной ванне, его активное перемешивание. Перемешивание, в свою очередь, вызывает разрушение оксидных пленок, всплытие их фрагментов и удаление пор. Это уменьшает число дефектов при сварке [9].
     Вывод: Данный способ сварки технически применим для получения данного соединения.
Вывод по разделу:
      * В качестве базового способа сварки на предприятии используется автоматическая аргонно-дуговая сварка.
      * Таким образом, анализируя приведенные выше преимущества и недостатки возможных способов сварки, для проведения технико-экономического анализа выберем следующие:
     1. Автоматическая импульсно-дуговая сварка.
     2. Плазменная сварка.




















4. Определение и выбор сварочных материалов и режимов сварки для проектных вариантов техпроцесса изготовления изделия
4.1. Автоматическая импульсно-дуговая сварка.
     При сварке неплавящимся электродом в качестве присадочного материала применяют сварочную проволоку и прутки, химический состав которых аналогичен основному металлу. Следовательно, для сплава ВТ-20 сварочной присадочной проволокой будет являться проволока СВ-ВТ-20-1 изготавливаемая по ГОСТ 27265-87.
Таблица 6- Химический состав проволоки ВТ-20-1 [10]
C
Не более 0,05
Si
Не более 0,1
Mo
0,5-1,5
V
0,5-1,5
N
Не более 0,04
P
Не более 0,015
Ti
91,36-95,7
Al
2,0-3,0
Fe
Не более 0,15
Zr
1,0-2,0
O
Не более 0,12
H
Не более 0,003
Прочих примесей
0,3


Таблица 7 – Механические характеристики СВ-ВТ-20-1 [10]
Сортамент
Размер
Напр.
?в
?Т
?5
?
KCU
Термообр.
-
мм
-
МПа
МПа
%
%
кДж/м2
-
Проволока, ГОСТ 27265-87
 
 
590-785
 
12
 
 
 




Таблица 8 – Виды вольфрамовых электродов ISO6848-2004 [11]
Вольфрамовые электроды WL-20, WT-20, WC-20, WY-20  (ISO6848-2004)
Марка
Диаметр, мм
 
Цена, руб/шт
ВЛ10
1,0; 1,2; 1,4; 1,5; 1,6; 2,0; 2,4; 3,0; 3,2; 4,0; 5,0; 6,0
W с присадкой оксида Се
70
WL-10

аналог ВЛ (W с присадкой оксида LA)
72
WL-15


73
WL-20


75
WT-20

аналог ВТ15 (W  с присадкой оксида Th)
80
WP

аналог ВА (W)
70
WY-20
1,0; 1,6; 2,0; 2,4; 3,0; 3,2; 4; 4,8
аналог ВИ-2 (W с присадкой оксида Y)
80
WZ-8
		 
W с присадкой оксида Zr
80
В качестве неплавящегося электрода берем электрод ВЛ-10 ?2. 
Таблица 9 – Химический состав инертных газов [12]
Наименование газа

Химическая формула

Плотность(плотность воздуха = 1,293), кг/м3
Плотность относительно плотности воздуха
Точка кипения при 0,101 МПа, °С
Реакционная способность при сварке
Гелий
Не
0,178
0,138
-268,9
Инертный
Двуокись углерода (углекислый газ)
CO
1,977
1,529
-78,5
Окислитель
Кислород
O
1,429
1,105
-183,0
Окислитель
Азот
N
1,251
0,968
-195,8
Малоактивный
Аргон
Ar
1,784
1,380
-185,9
Инертный

     В нашем случае, при сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов в качестве основного защитного газа применяют аргон высшего сорта, (ГОСТ 10157-79), т.к. при сварке в аргоне вольфрамовый электрод не окисляется и обеспечивает лучшую защиту, чем в углекислом газе. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности, т.к. при таком роде тока обеспечиваются лучшие условия для термоэлектронной эмиссии с электрода, повышается его стойкость и допускаемая сила тока.
     Форма сварного шва С4 по ГОСТ 14771-76.
     

Рисунок 7 – Основные типы сварных соединений при сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов ГОСТ 14771-76 [13]
     Режимы автоматической сварки в защитных газах с присадочным материалом.
Таблица 10- Режимы автоматической импульсно-дуговой сварки в среде защитного газа [14]
Способ сварки
b,мм
vсв, м/ч
lcв, А
Uд, В
?и, c
?п, c
Односторонняя
0,5
10... 15
30...50
8...9
0,15...0,20
0,15...0,20

1,0
10...25
70... 130
6... 10
0,12...0,20
0,10...0,20

1,5
10...15
90... 120
10... 12
0,15...0,20
0,15...0,20

2,0

160...200



Двусторонняя
1,5
10...24
85... 135
6...8
0,12...0,22
0,10...0,12

2,0

130... 175

0,16...0,38
0,10...0,14

3,0
24
250
10
0,12
0,12
Сварка погруженной дугой
2,0
-
300
-
0,15
5

2,5

320

0,17
 
     Условные обозначения: ?и - продолжительность импульса сварочного тока; ?п - продолжительность паузы
     Выбранные режимы сварки приведены в таблице 11.
     
     
     Таблица 11 – Выбранные режимы сварки
Способ сварки
b,мм
vсв, м/ч
lcв, А
Uд, В
?и, c
?п, c
Односторонняя
1,5
10...15
90... 120
10... 12
0,15...0,20
0,15...0,20

     4.2	Плазменная сварка.
     Плазменная сварка осуществляется сжатой дугой прямого действия постоянного тока прямой полярности. В качестве плазмообразующего газа применяется аргон в/с ГОСТ 10157-79, защитного – гелий ГОСТ 20461-75.
     Электродами являются вольфрамовые прутки диаметром 2 мм марок WL-20 ISO 6848-2004. Плазменную сварку осуществляют в непрерывном режиме. 
     Режимы для плазменной сварки. 
Таблица 12- Рекомендуемые режимы для плазменной сварки [5]

Таблица 13 –  Режим плазменной сварки 
Сварочный ток, А
80-85
Род тока
постоянный
Полярность
прямая
Диаметр сопла, мм
3
Скорость сварки м/ч
20-22

Расход газа, л/мин
Плазмообразующего
0,5

Защитного
3-4



     5.   Определение и выбор основного и вспомогательного оборудования для проектных вариантов техпроцесса изготовления изделия
     5.1	Автоматическая импульсно-дуговая сварка в защитных газах с присадочным материалом.
 1. Helvi Compact 360 AC/DC
    Сварка неплавящимся электродом (TIG) на постоянном и переменном токе (для Compact 220/360 AC/DC) с дистанционным зажиганием дуги (осциллятор);

     Рисунок 8- Helvi Compact 360 AC/DC
     
Таблица 14 - Основные технические характеристики ТСС PRO TIG/MMA-200P AC/DC [15]
Напряжение питания: 
400 В
Ток в режиме TIG:
5-350 А
Диаметр электродов (min - max): 
1,6-6 мм
Напряжение холостого хода: 
12 В
Класс защиты: 
IP22S
Коэффициент мощности (COS?)
1
КПД: 
85
Потребляемая мощность: 
8.70 кВА
ПВ %: 
80
Частота сети, Гц:
50 Гц
TIG ток при ПВ 80%:
200 А
Гарантийный срок: 
1
Габаритные размеры: 
670х320х530
Продолжение таблицы 14
Вес: 
46 кг.
Цена, руб
286019

2. Аргонодуговой аппарат ESAB Caddy Tig 2200i AC/DC
    Профессиональная сварка TIG с использованием переменного/постоянного тока с дистанционным зажиганием дуги (осциллятор);
  

Рисунок 9- ESAB Caddy Tig 2200i AC/DC 
Таблица 15 - Основные технические характеристики ESAB Caddy Tig 2200i AC/DC [16]
Напряжение сети: 
220 В (±15%)
Ток в режиме TIG:
4- 220 А
Диаметр электродов (min - max): 
1-3.2 мм
TIG ток при ПВ 60%:
220 А
Класс защиты: 
IP23
Коэффициент мощности (COS?):
0.70
КПД: 
85
Класс изоляции: 
S
Максимальная мощность  
12 кВА
Время продувки перед сваркой: 
0-5 с
Время продувки после сварки: 
1-10 с

Продолжение таблицы 15
Гарантийный срок: 
1
ПВ %: 
60
Частота сети, Гц:
50 Гц
Габаритные размеры: 
449х198х347
Вес: 
4,5 кг
Цена, руб
181677

3. EWM Phoenix 355 Progress puls MM TKM 

Рисунок 10- EWM Phoenix 355 Progress puls MM TKM
Таблица 16 - Основные технические характеристики инвертора EWM Phoenix 355 Progress puls MM TKM [17]
Напряжение сети:
380 В (300-480)
Мощность при максимальной нагрузке:
14 кВА
Диаметр электродов (min - max):
1-4 мм
Ток в режиме TIG:
5 - 350 А
TIG ток при ПВ 100%:
270 А
TIG ток при ПВ 60%:
300 А
Тип охлаждения:
Воздушное
Класс защиты:
IP 23
Коэффициент мощности (COS?):
0.99
КПД:
88
Потребляемая мощность:
10,6 кВА
Сварочное напряжение:
14,3-31,5 В
Рабочая температура:
0-+40 мм
Габаритные размеры:
625x300x480
Вес:
35,5 кг.
Цена, руб.
366135
     

4. Манипулятор сварочный МС-20.
     
     Рисунок 11- Манипулятор сварочный МС-20
Таблица 17 - Основные технические характеристики МС-20 [18]
Габариты (ШxГxВ)
1160х420х595
Смещение центра тяжести изделия, мм
300
Грузоподъемность
2000.00
Эксцентриситет, мм
300
Скорость вращения планшайбы, об/мин
0,08-0,8
Диаметр планшайбы, мм 
1200
Угол наклона планшайбы
120
Скорость наклона планшайбы, об/мин
0,33
Вес, кг
1100
Цена, руб. 
745249

5. Сварочная колонна ESAB CaB 460S

     Рисунок 12 -Сварочная колонна ESAB CaB 460S
     Колонна представляет собой коробчатый профиль из свариваемой стали с автоматическими прямоугольными направляющими для подъема стрелы. Колонна установлена на опорной платформе с подшипниками, что обеспечивает вращение на 360°.Блокировка колонны выполняется с помощью зажимного приспособления за счет сил трения. Подставка для источника питания и стойка зажимного приспособления находятся на колонне.
     Вертикальный подъем осуществляется при помощи редуктора переменного тока с функцией самоторможения при определенной скорости. 
     Стрела – сварная металлическая секция с механизированными V образными направляющими для горизонтальной каретки. Стрела приводится в движение мотор-редуктором переменного тока, находящимся на каретке суппорта с шестерней, которая передает движение на стальную планку, приваренную к стреле.
     Таблица 18 - Технические характеристики колонны [19]
Параметры
Величина
Высота уровня сварки, мм
200-2700
Вылет, мм
4750
Наибольший диаметр свариваемых изделий, мм
1500
Габаритные размеры, мм
1250х3800х5835
Масса, кг
2150
Цена, руб.
205960

6. Сварочная головка ESAB A25 BTE 250

Рисунок 13 –Сварочная головка ESAB A25 BTE 250

Таблица 19 - Технические характеристики [20]
Характеристика
Значение
Максимальный сварочный ток ПВ 100% (воздушное охлаждение), A
250
Диаметр электрода, мм
1,0/1,6/2,4/3,2
Скорость подачи проволоки, м/мин
0,1-2,6
Диаметр присадочной проволоки
1-4
Максимальный диаметр кассеты под проволоку, мм / масса, кг
300/15
Ручной горизонтальный суппорт, мм
93
Плавающая головка, амплитуда, мм
73
Амплитуда БПК, мм
73
МАХ скорость колебаний, мм/с
19
Амплитуда АРНД, мм
73
Скорость корректировки длины дуги, мм/с
2,5
Цена,р
180000

     Вывод: Анализируя таблицы оптимальным вариантом, по критерию: КПД, габаритные размеры, диапазон регулирования параметров и оптимальная цена, для автоматической сварки в инертных газах с присадочным материалом будем использовать сварочный аппарат инверторного типа ESAB Caddy Tig 2200i AC/DC, со сварочной головкой ESAB A25 BTE 250. Вращатель примем МС-20, а сварочную колонну возьмем ESAB CaB 460S. 











5.2. Сварочное оборудование для плазменной сварки

     1.      Установка плазменной сварки / резки EWM TETRIX 300 COMFORT PLASMA
     
     Рисунок 14- EWM TETRIX 300 COMFORT PLASMA
     
     Таблица 20 - Технические характеристики EWM TETRIX 300 COMFORT PLASMA [21]
Параметры
Величина
Номинальный сварочный ток, А
300
Номинальная продолжительность нагрузки, %
60
Пределы регулирования сварочного тока,  А
5-300
Напряжение холостого хода не более, В
12
Потребляемая мощность, кВА 
10
Номинальное напряжение  питающей сети (при 50 Гц)
380
Габариты, мм
990х500х1000
Масса, кг
90
Стоимость, руб.
330700








2. Универсальный аппарат плазменной сварки PMI 380


Рисунок 15 - PMI 380

Таблица 21 – Технические характеристики PMI 380 [22]
Напряжение питания при 50/60 Гц
3x400 В
Макс. потребление мощности (50%ПВ)
20 кВт
Максимальный импульсный ток
- А
Ток при ПВ 60% (при температуре 40 град)
100 А
Ток при ПВ 100% (при температуре 40 град)
280 А
Ток вспомогательной дуги, 100% ПВ
30 А
Диапазон установки сварочного тока для плазменной дуговой сварки 
6-320 А
Диапазон установки сварочного тока для плазменной точечной сварки
6-380 А
Диапазон установки сварочного тока для аргонодуговой сварки (TIG)
6-380 А
Диапазон тока вспомогательной дуги
5-60 А
Напряжение холостого хода
80 В
Плазмообразующий газ
Аргон
Защитный газ
Ar или Ar+He или Ar+H2
Электронный регулятор плазмообразующего газа 
0,1-5,0 л/мин
Ручной регулятор защитного газа
2-20 л/мин
Уровень шума
менее 70 дБ
Класс защиты
IP 23
Габариты (длина x ширина x высота)
1120х580 х860 мм
Вес
120 кг
Продолжение таблицы 21
Плазменная сварка
есть
Плазменная точечная сварка
есть
Ручная аргонодуговая сварка (TIG)
есть
Сварка покр. электродом (MMA)
есть
Возможность роботизации
есть
Цена, руб
453746

3. EWM -Tetrix 400 Plasma


Рисунок 16 - EWM -Tetrix 400 Plasma
Таблица 22 - Технические характеристики Tetrix 400 Plasma [23]
Модель
Tetrix 400 Plasma
Диапазон регулирования сварочного тока, А
5-400
ПВ при температуре окружающей среды
40
Сила тока при ПВ 40% (t=40°С), А
400
Сила тока при ПВ 60% (t=40°С), А
360
Сила тока при ПВ 100% (t=40°С), А
300
Сетевое напряжение (допуски), В
400 (-25%; +20%)
Напряжение холостого хода, В
92
Частота тока в сети, Гц
50/60
Сетевой предохранитель, А
3 x 25
Максимальная потребляемая мощность, кВА
18,0
Рекомендуемая мощность генератора, кВА
25,0
COS?
0,99
Габариты аппарата в полной комплектации, мм
980 x 505 x 990
Масса аппарата в полной комплектации
90
Цена, руб
338457

     4.  Плазматрон SP45

Рисунок 17 – Плазматрон SP45

Таблица 23 – Технические характеристики плазматрона SP45[24]
Расход воздуха:
50 л/мин
Ток сварки :
40-120 А
Давление воздуха:
4 Бар
Длина горелки:
6 м
Тип охлаждения:
Водяное
Давление воды:
4 бар
Расход воды:
1,45 л/мин
Ток сварки при ПВ 100%:
200 А
Вес:
1.20 кг.
Цена, руб
98000

     Вывод: для автоматической плазменной сварки будем установка плазменной сварки EWM TETR.......................