Способы уменьшения сварочных деформаций, напряжений и перемещений

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

     4

ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18 

 Разраб.

Малеев Д.В.

 Провер.

Поднозов В.Г.





 Н. Контр.



 Утв.

  



Пояснительная

записка



Лит.

у

Листов



гр. 13-СПз Кафедра МТК,

ИПТМ з



		СОДЕРЖАНИЕ

		

		Введение……………………………………………………………………………………………

		1. Описание и назначение конструкции, условия ее работы, ТУ на изготовление, 

		требования к сварным соединениям…………………………………………………………….

		2. Общая характеристика основного металла…………………………...……………………

		3. Оценка свариваемости основного металла………………………………………………

		4. Оценка технологичности конструкции……………………………………………………

		5. Выбор вида сварки …….......................................................................................................

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

		7. Расчет режимов сварки……………………………………………………………………

		8. Выбор источника тока и сварочного оборудования………………………………………

		9. Выбор и описание сборочно-сварочных приспособлений, установок и технологической оснастки………………………………………………………………………………

		10. Способы уменьшения сварочных деформаций, напряжений и перемещений …………

		11. Выбор методов контроля качества сварных соединений………………………………

		12. Технологический процесс сборки и сварки……………………………………………

		13. Экономические расчеты ……………………………………………………………….

		14. Производственная безопасность и экология…………………………………………

		14.1 Оценка опасных и вредных производственных факторов…………………….

		14.2 Безопасность производственного процесса……………………………….

		14.3 Электробезопасность………………………………………………

		14.4 Безопасность труда при эксплуатации грузоподъёмных средств………………….

		14.5 Производственная санитария …………………

		14.6 Пожарная безопасность………………………………………

		14.7 Охрана окружающей среды …………………

		14.8 Расчетная часть ………………

		Заключение ……………………………………………………………………………

		15. Рекомендуемая литература ……………………………………………………………

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

											

		

		

		

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



               ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18               Введение

			

		

		Сварочное производство - это комплекс производственных процессов с широким использованием сварочной техники, образующий самостоятельную, законченную технологию изготовления сварной продукции.

		Понятие «сварка» прочно вошло в современный обиход, и практически нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы она не применялась. Это обусловлено тем, что сварка имеет ряд преимуществ: скорость процесса, возможность изготовления сложных конструкций (узлов, агрегатов), а также экономичность. 

		В век научно-технического прогресса значительная роль отводится подъемно-транспортному машиностроению, перед которым поставлена задача широкого внедрения во всех областях народного хозяйства комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, ликвидации ручных погрузочно-разгрузочных работ и исключения тяжелого ручного труда при выполнении основных и вспомогательных технологических операций. Подъемно-транспортное оборудование в настоящее время превратилось в один из основных решающих факторов, определяющих эффективность производства. Уровень механизации трудового процесса, определяет собой степень совершенства технологического процесса.

		В выпускной квалификационной работе разработан технологический процесс изготовления главной балки мостового крана. Она является частью подъемно-транспортного оборудования, главной сварной конструкцией крана и ответственной конструкцией. 

		Следовательно, тема выпускной квалификационной работы «Технология сборки и сварки главной балки мостового крана» является актуальной. 

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



               ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18               

		1. Описание и назначение конструкции, условия ее работы, ТУ на изготовление, требования к сварным соединениям

		

		В выпускной квалификационной работе разработан технологический процесс изготовления главной балки мостового крана. Главная балка мостового крана является основной частью крана и несет основную нагрузку. На ней размещены рельсы, по которым передвигается грузовая тележка. Так как на тележку действует основная нагрузка от веса груза, то главная балка является основным нагруженным элементом металлоконструкции мостового крана, на ней размещены также площадка для осмотра и кабина машиниста.

		Балка имеет коробчатое сечение, а для жесткости приваривают ребра жесткости.

		Главная балка мостового крана представлена на рисунке 1 и состоит из двух боковых стенок, верхнего листа и пяти нижних листов.

		

		

		

		Рисунок 1 – Главная балка мостового крана

		1 – боковая стенка (2 шт); 2 – верхняя полка; 3 – нижняя полка; 

		4 – нижняя полка L=500 мм (2 шт);  5 – нижняя полка L=3010 мм (2 шт); 

		6 – ребро (6 шт); 7 – ребро (4шт)

		

		

		

		

		

		

		Металлоконструкция главной балки мостового крана изготавливается в соответствии со следующей нормативно-технической документацией: ТУ 24.22.188-04 «Технические условия на ремонт, изготовление (отдельных элементов), реконструкция и монтаж грузоподъемных кранов» РД 24.090.97-98 «Оборудование подъемно-транспортное. Требования к изготовлению, ремонту и реконструкции металлоконструкций грузоподъемных кранов» и ПБ 10-382-00 «Правила устройства и безопасности эксплуатации грузоподъемных кранов»

		1.1 Требование к основным материалам (металлопрокату, сварочным материалам) [1].

		 Прокат из конструкционных сталей, используемый для изготовления, ремонта и реконструкции сварных металлоконструкций кранов, при поступлении на склад должен быть подвергнут входному контролю. Входной контроль должен осуществляться предприятием в соответствии с требованиями действующей нормативно-технической документации.

		Поступающий на предприятие материал должен иметь сертификат завода изготовителя с указанием химического состава и механических свойств.

		Маркировка проката, прошедшего входной контроль, должна наноситься на его поверхности или торце с применением ударного метода или нанесением красок соответствующего цвета. При этом должна быть обеспечена абсолютная информативность о марке материала, номере сертификата и порядковом номере учетной документации на него.

		Хранение металлопроката должно осуществляться в рассортированном состоянии.

		Качества сварочных материалов (электродов, электродной проволоки, защитных газов, флюсов), должно соответствовать требованиям действующей нормативно-технической документацией 

		Сварочные материалы, независимо от наличия сертификата, должны быть подвергнуты входному контролю. Входной контроль должен осуществляться в соответствии с    

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



               ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18                 учетом требований действующей нормативно-технической документации.

		1.2 Требования к сборке [1].

		Сборка стальных конструкций при изготовлении должна производиться в стендах или при условии, исключающих возможность смещения свариваемых кромок и деформации собираемых сборочных единиц и конструкций.

		Детали перед сборкой должны тщательно выправлены.

		 Длина состыкованных элементов металлоконструкций должна быть не менее 15S                 (S - толщина листа, полки уголка, швеллера, двутавра) при толщине элементов не более              10,0 мм включительно, и не менее 150 мм при толщине элементов более 10,0 мм.

		Предельные размеры и отклонения форм и элементов металлоконструкций должны соответствовать чертежам, а зазоры между свариваемыми элементами должны соответствовать требованиям нормативно-технической документации.

		

		

		

		 При сборке стыков под одностороннюю сварку с обратным формированием шва смещение нижних кромок относительно друг друга допускается не более 0,5 мм для всех толщин.

		Собранные на стендах или в приспособлениях металлоконструкции после проверки положения их элементов должны закрепляться при помощи прихваток, струбцин, пневматических, винтовых или гидравлических зажимов.

		Длина прихваток на несущих элементах (сборочных единицах) металлоконструкции должна быть не менее 30 мм. Размер прихваток по высоте выполнять не менее 0,75К                       (К - катет шва или толщина элементов свариваемых встык).

		Прихватки, накладываемые для соединения деталей должны размещаться в местах расположения сварных швов и должны быть переплавлены в процессе ведения сварки. Перед выполнением сварного шва шлак прихваток должен быть удален.

		Для временного соединения элементов прихватки допускается размещать вне мест расположения сварных швов. После выполнения окончательных операций соединения прихватки должны быть удалены - зачищены до основного металла.

		Выполнение прихваток элементов конструкций при сборке перед сваркой с применением электродов или электродной проволоки, более низких марок, чем применяемые для сварки, запрещается.

		1.3 Требования к сварке [1]

		 Сварку металлоконструкций необходимо производить в соответствии с требованиями технологического процесса, устанавливающего способ сварки, порядок положения швов, режимы сварки.

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



               ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18               Принятая технология сварки должна обеспечить механические свойства металла шва сварного соединения не ниже нижнего предела основного металла и минимум остаточных сварочных напряжений.

		Перед сваркой необходимо очистить сварочную проволоку от грязи и ржавчины. Электроды и флюс просушить и прокалить по режимам, указанным в паспортах на эти материалы.

		Сварщик обязан проставлять присвоенный ему номер или условный знак (клеймо) рядом с выполненным им швом. Место клеймения и способ нанесения указываются в конструкторской документации.

		Сварка деталей или сборочных единиц должна производиться только после проверки правильности их установки, сборки (контроль ОТК, БТК).

		Положение свариваемых конструкций должно обеспечивать наиболее удобные условия для работы сварщика и получения качественных сварных соединений. В необходимых усло

		

		

		

		виях должны применяться специальные сварочные приспособления - позиционеры, кантователи и другие.

		При многослойной сварке каждый слой шва должен быть перед наложением последующего слоя очищен от шлака и брызг металла. Участки слоев шва с порами и недопустимыми дефектами (раковинами и трещинами) должны быть вырублены до чистого металла.

		Не разрешается зажигать дугу на основном металле вне границ шва, а также выводить кратер на основной металл.

		При перерыве процесса сварки, возобновлять его разрешается только после очистки концевого участка шва длиной не менее 50 мм и кратера от шлака. Кратер должен быть заплавлен (заварен).

		Сварка металлоконструкций из углеродистой стали должна производиться при температуре окружающего воздуха не ниже -200С [1] с обеспечением необходимых условий защиты от осадков, ветра и сквозняков.

		По окончании сварки швы и прилегающие к ним зоны должны быть зачищены от шлака, брызг и натеков металла. Ширина зоны очистки устанавливается технологическим процессом, но не менее 20 мм по обе стороны от оси шва.

		1.4. Контроль качества сварного соединения.

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



               ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18               Контроль качества сварных соединений металлоконструкций грузоподъемных кранов при изготовлении, ремонте и реконструкции должен осуществляться следующими методами:

		 - внешним осмотром и замерами швов; 

		- радиографическим; 

		- ультразвуковым. 

		Заключение о качестве сварных соединений при изготовлении, ремонте и реконструкции металлоконструкций грузоподъемных кранов выдает подразделение неразрушающего контроля предприятия-изготовителя или независимая лаборатория неразрушающего контроля, аттестованные и имеющие соответствующие лицензии Федеральной службы по экологическому, техническому и атомному надзору.

		Внешнему осмотру должны подвергаться 100 % сварных соединений. Форма и размеры сварных швов должны соответствовать требованиям соответствующих стандартов                            (ГОСТ 14471-76 и ГОСТ 8713-79) и чертежам на изделие. 

		Контроль несущей конструкции –балки двутаврового сечения н наличие внутренних дефектов производится ультразвуковым методом контролем с расшифровкой рентгенографическим методом контроля.

		Контроль сварных швов, недоступных для осмотра после окончательной сварки конструкции, производится до установки деталей, закрывающих эти швы.

		

		

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



               ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18               

		 Дефектные, сварные швы должны быть отремонтированы и вновь проконтролированы в полном объеме. 

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



               ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18               2. Общая характеристика основного металла

		

Материалом сварной конструкции главной балки мостового крана является сталь 09Г2 по ГОСТ 19281-89 [2]. Сталь 09Г2 – конструкционная низколегированная.

Применение стали 09Г2: стойки ферм, верхние обвязки вагонов, хребтовые и двутавровые балки, другие детали вагоностроения, рамы шахтных вагонеток, рамы кранов перегружателей, детали экскаваторов, детали коксовых машин, элементы сварных металлоконструкций и другие детали, работающие при температуре от -40?С до +450?С не под давлением.

Металлопрокат поставляется следующего сортамента:

- рулонный прокат по ГОСТ 19903-74 габаритами 1500х24000х12 мм; а также листовой 1500х8000х6 мм нормальной точности. 

Сталь обладает следующими свойствами: механическими, физическими и технологическими. 

Химические состав стали 09Г2 приведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Химический состав стали 09Г2 [2]





С,%

Si, %

Mn, %

N,%

P, %

S, %

Cr,%

Ni, %

Cu,%

As,%









не более

до 0,12

0,17?0,37

1,4?1,8

до 0,008

0,035

0,04

0,30

0,08

		

		Механические свойства стали 09Г2 приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Механические свойства стали 09Г2 [2]; [3].



№ п/п

Механические свойства

Значение

1.

Предел текучести ?0,2, МПа 

305

2.

Временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении) ?в, МПа

440

3.

Относительное удлинение после разрыва ?5, % 

21

4.

Ударная вязкость, Дж/см2

 - KCU при Т=-200 С 

- при механическом старении

-KCV при Т=-200 С



29



29

		

		

		К физическим свойствам относятся: ковкость, обработка резанием, свариваемость, склонность к отпускной хрупкости и флокеночувствительность

		

		

		

		

		

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18Сталь 09Г2 обладает следующими физическими свойствами [3]:

		- температура ковки Тначало=12500 С, Тконца=8500 С, охлаждение на воздухе;

		- свариваемость без ограничений [3];

		- флокеночувствительность –не чувствительная

		- к отпускной хрупкости – не склонна.

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		3. Оценка свариваемости основного металла

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18

		

		Процесс сварки – это комплекс нескольких одновременно протекающих процессов, основными из которых являются: тепловое воздействие на металл в околошовной зоне, плавление, металлургические процессы, кристаллизация метала шва, взаимная кристаллизация металлов в зоне плавления.

		Понятие свариваемости дано в ГОСТ 2601-84 «Свариваемость – свойство металлов или сочетание металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия».

		Исходя из этого определения, свариваемость зависит от материала изделия, технологии сварки, конструктивного оформления сварного соединения, а также от требуемых эксплуатационных свойств.

		  Свариваемостью считают так же способность металлов образовывать сварные соединения (без трещин и прочих дефектов), имеющие физические, механические и другие свойства, близкие к свойствам основного металла.

		Основными показателями свариваемости металлов и сплавов являются: окисляемость метала в условиях сварки, сопротивляемость образованию горячих и холодных трещин, чувствительность метала к тепловому воздействию сварки, к образованию пор, соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационным требованиям и равнопрочность сварного соединения с основным металлом.

		Технологическая свариваемость металлов и их сплавов зависит от многих факторов – химической активности металлов, степени легирования, структуры и содержания примесей.

		О склонности стали с точки зрения её чувствительности к закаливаемости ориентировочно судят по коэффициенту эквивалентности по углероду для различных легирующих элементов по формуле 1.1 [6]:

			                               (1)

		где С, S, P, Si, Ni, Mn, Cr, Mo, V – массовая доля соответственно углерода, серы, 

		фосфора, кремния, никеля, марганца, хрома, молибдена, ванадия в металле сплава.

		

		Таким образом, данная сталь не склонна к образованию горячих и холодных трещин.

		По формуле (2) определяем содержание эквивалентного углерода Сэ, по которому 

		

		

		

		

		

		оцениваем свариваемость основного металла, то есть склонность к холодным трещинам  [6]:

                                     (2)



		Так, как Сэг=0,34%?0,45%, то данная сталь не склонна к горячим трещинам влияние на свариваемость оказывает углеродот воздействия воздуха расплавленный металл защищают флюсами или покрытиями.


		Следовательно, сталь 09Г2 имеет хорошую свариваемость и сваривается всеми видами сварки.

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		4 Оценка технологичности конструкции изделия

		

В настоящее время при конструировании изделий все больше внимания уделяют вопросам технологичности.

Технологичной считается конструкция, обеспечивающая наиболее простое, быстрое и экономичное изготовление при обязательном соблюдении соответствующих конструктивных решений и передовые технические возможности.

Отсюда понятие «технологичность конструкции» представляется, как довольно сложная характеристика (свойство), определяемая комплексом прогрессивных конструкторских и технологических решений, позволяющих при обеспечении всех необходимых эксплуатационных качеств изделия добиваться в процессе изготовления высоких производственных показателей – снижение металлоемкости, быстрого освоения производства, минимальной трудоемкости и себестоимости.

Конструкция балки кранового пути имеет сравнительно не сложную геометрическую форму, не содержит труднодоступных мест для выполнения сварки в нижнем положении, что позволяет применять автоматические и механизированные способы сварки.

Для производства главной балки мостового крана применяется сталь 09Г2                              ГОСТ 19903-74, которая обладает хорошей свариваемостью и сваривается практически всеми видами сварки.

Важны показателем технологичности изготовления сварной конструкции является КИМ – коэффициент использования металла, который определяется по следующей формуле:

 (3)

где   - масса заготовки, кг;



Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18       - масса листа, кг 

      кг/м3 – плотность стали; 

      объем листа,м3

























На рисунке 2 представлены карты раскроя деталей главной балки мостового крана







Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18



Рисунок 2 – Карты раскроя деталей главной балки кранового пути



Для листа габаритами 1500х8000х8 мм -  кг;  м3

   кг 

%

		Исходя из вышеизложенного конструкция главной балки мостового крана технологична.

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-185. Выбор вида сварки 

		Выбор вида сварки зависит от: конструкции изделия; материала изделия; толщины изделия; длины шва; назначение конструкции; программы выпуска; положения в пространстве сварных швов; требований к качеству сварных швов.

		Изделие балка подкранового пути изготавливается из углеродистой стали 09Г2 с толщиной стенки деталей 6-12 мм. Данная сталь имеет хорошую свариваемость, что позволяет применять практические все виды сварки. Пространственное положение швов – нижнее, швы доступные для проведения процесса сварки. Сварные шва присутствуют как, короткометражные, так и длиной порядка 7м.

		На основании выше изложенного можно сделать вывод, что данная конструкция может свариваться практически всеми видами сварки. Выберем самый приемлемый, автоматизированный и экономически выгодный.  

		Ручная дуговая сварка. Она является высокоманевренным способом и позволяет производить сварку во всех положениях, но не всегда обеспечивает требуемый состав и свойств металла-шва по всей длине. Кроме того, при ручной сварке требуется частая замена электрода, что ведет к появлению частых кратеров и тем самым снижается качество сварного шва и эксплуатационные характеристики изделия. Процесс ручной дуговой сварки нельзя автоматизировать, следовательно, она обладает небольшой производительности.

		 Сварка под слоем флюса имеет много преимуществ перед ручной сваркой обеспечения стабильности  горения дуги, что достигается за счет надёжной защиты сварочной ванны и металла шва в период кристаллизации и охлаждения от воздействия атмосферы (кислорода, азота воздуха); пониженный расход электродного металла и электроэнергии; повышенная производительность, за счет автоматизации процесса, также  не требуются защитные приспособлений от светового излучения, поскольку дуга горит под слоем флюса; низкая скорость охлаждения металла, что обеспечивает высокие показатели механических свойств металла-шва.

		Основным ее недостатком является невозможность ее использования во всех пространственных положениях без специальных приспособлений; невидимость процесса сварки; трудность корректировки положения дуги относительно кромок свариваемых деталей; значительны затраты времени на засыпку флюса и удаления шлака; требования к чистоте поверхности выше, чем при сварке в защитных газах. 

		Сварка в защитном газе может осуществляться плавящимся или неплавящимся электродом; вручную, автоматически и полуавтоматически.

		

		

		

		

			

		

		Преимущества сварки в защитных газах: сварка возможна во всех пространственных положениях; обеспечение достаточно надежной защиты сварочной ванны; отсутствует шлаковая корка; возможность визуального наблюдения за ходом сварки; процесс дуговой сварки менее чувствителен к ржавчине на свариваемых кромках по сравнению со сваркой под флюсом.

		Недостатки: повышенное разбрызгивание электродного металла  и порообразование при сварки в СО2.

		Из вышеизложенного для изготовления главной балки мостового крана применяем:

		Для сварки деталей поз 1, 2, 3, 4, и 5 выбираем автоматическую сварку под слоем флюса.

		Для прихватки и приварки деталей поз 6 и 7 выбираем механизированную сварку в среде защитного газа.

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18

		

		       

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

		

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-186. Выбор сварочных материалов

Основные требования к сварным соединениям устанавливают в зависимости от условий их эксплуатации. Качество сварного соединения в значительной степени определяется  составом и свойствами металла шва. К наплавленному металлу предъявляются, такие требования, как прочность, вязкость, твёрдость. Свойства металла шва зависят главным образом от состава металла, электрода и его покрытия. В проекте применяют два вида сварки автоматическая под слоем флюса и механизированная в среде защитного газа. Для того чтобы получить качественное сварное соединение необходимо правильно подобрать сварочные материалы.

1 Автоматическая сварка под слоем флюса.

Для автоматической сварки под слоем флюса для сварки изделий из стали 09Г2 по рекомендациям [7] используют сварочную проволоку Св-08А или Св-08 ГОСТ 2246-70, флюс АН-348-А или ОСЦ-45 по ГОСТ 9087-81. 

Химический состав сварочной проволоки приведен в таблице 8.

    Таблица 8 – Химический состав сварочной проволоки Св-08 и Св-08А  по ГОСТ 2246-70 [8]



Марка проволоки

Массовая доля элементов, %



С

Mn

P

S

Cr

Si

Ni

	Al

	Cu











	не более

Св-08

не более 0,10

	0,35-0,60

0,30

0,15

0,03

0,30

	0,01

	0,25

Св-08А

не более 0,10

	0,35-0,60

0,04

0,15

0,03

0,25

	0,01

	0,25



Сварочная проволока Св–08А обеспечивает равнопрочность сварного шва основному металлу и обеспечивает требуемые механические свойства.

Химический состав флюсов АН-348-А и ОСЦ-45 дан в таблице 9.

Таблица 9 –Химический состав флюса сварочного АН-348А и ОСЦ-45 по ГОСТ 9087-81.



Наимено-вания

флюса

SiO2,%

MnO,%

CaO,%

MgO,%

Al2O3,%

Fe2O3,%

S,%

P,% 

CaF2,%

АН-348-А

40,0-44,0

31,0-38,0

<12,0

<7,0

<13,0

0,5-2,2

<0,11

<0,12

3,0-6,0

ОСЦ-45

38-44

38-44

<6,5

<2,5

<0,5

2,0

<0,12

<0,12

6,0-9,0















Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18В настоящее время наша промышленность применяет преимущественно плавленые флюсы. По химическому составу плавленые флюсы различают по содержанию в них окислов различных металлов. По содержанию окиси кремния (Si02) флюсы разде

ляются на высококремнистые (до 40-45% Si02), низкокремнистые (до 0,5 Si02) и бескремнистые. Низкокремнистые флюсы обычно применяются для сварки легированных сталей. По содержанию закиси марганца МпО флюсы разделяются: на высокомарганцевые  с содержащие более 30% МпO, среднемарганцевые содержащие МпО в пределах 15-30% и низкомарганцевые. Примером современных высококремнистых марганцовистых флюсов могут служить флюсы ОСЦ-45 и АН-348-А.

При сварке низкоуглеродистых сталей происходит интенсивное испарение углерода и выгорание марганца, поэтому флюс вместе с электродной проволокой должны компенсировать убыль марганца в металле шва и подавлять реакцию окисления углерода. Из флюсов,

предназначенных для сварки низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, должны переходить в шов марганец и кремний, что обеспечит получение плотных швов, без пор и трещин. Кремний подавляет реакцию окисления углерода и предотвращает появление пор в шве. При низком содержании в металле шва марганца швы склонны к образованию трещин.

Флюс ОСЦ-45 менее чувствителен, чем другие плавленые флюсы, к отклонению химического состава основного металла и электродной проволоки. Флюс малочувствителен к ржавчине, содержащейся на поверхности основного металла, обеспечивает получение плотных швов, стойких против образования трещин. К недостаткам флюса можно отнести высокое содержание фтористого кальция, выделение которого может приводить к отравлению работающих в замкнутых пространствах, внутри котлов, резервуарах и другие.

Флюс АН-348-А является модификацией флюса ОСЦ-45. Он обеспечивает несколько большую устойчивость дуги и по сравнению с флюсом ОСЦ-45 выделяет меньше вредных газов вследствие пониженного содержания фтористого кальция.



2 Механизированная сварка в среде защитного газа.

Для сварки стали 09Г2 рекомендуют [7] использовать сварочную проволоку                   Св-08Г2С или 08Г2 по ГОСТ 2246-70 [8]. Химический состав сварочной проволоки приведен в таблице 10.



















Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-17Таблица 10 – Химический состав сварочной проволоки Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70 [8]

Марка проволоки

Массовая доля элементов, %



С

Mn

Si

Cr

S

	P









	не более

Св-08Г2С

0,05-0,11

	1,80-2,10

0,70-0,95

0,2

0,025

	0,030

Св-08Г2

до 0,1

	1,4-1,7

0,6-0,85

0,2

0,025

	0,030



Для обеспечить равнопрочность сварного шва основному металлу и обеспечения  требуемые механические свойства используем проволоку Св08Г2С с большим содержанием марганца.     

В качестве защитного газа применяют углекислоту по ГОСТ 8050-85  «Двуокись углерода газообразная жидкая». Поскольку для получения швов высокого качества необходим углекислый газ высокой частоты, для сварки используют двуокись углерода газообразную высшего сорта, состав приведен в таблице 11.

       Таблица 11 - Состав двуокиси углерода газообразной высшего сорта по ГОСТ 8050-85.



Показатель

Значение 

Объемная доля (СО2),  % не менее

99,8

Объемная доля СО, %

нет

Массовая концентрация минеральных масел и 

механических примесей, мг/кг, не более

0,1

Массовая доля воды, % не более

нет

Массовая концентрация водяных паров при t=200С и 

давлении 101,3кПа, г/см3 не более, что соответствует 

температуре насыщения СО2 водяными парами при 

давлении 101,3 КПа и температуре, 0С, не выше 



0,037



-48

























7. Расчет режимов сварки

Рассчитаем параметры автоматической сварки под флюсом и механизированную сварку в среде СО2 и сравним их с рекомендованными [7]. 

Основными параметрами режима сварки являются [7]:

- диаметр электродной проволоки , dэ, мм;

- сила сварочного тока, Iсв, А;

- напряжения на дуге Uсв, В;

- скорость сварки, Vсв, м/ч;

- скорость подачи сварочной проволоки, Vпп, м/ч;

- род тока; 

- полярность тока;

- вылет электрода

1 Автоматическая сварка под слоем флюса по ГОСТ 8713-79.

 Произведем расчет, для автоматической сварки под слоем флюса.

Площадь поперечного сечения наплавленного металла определяется по формуле:

          , мм					(4)

где катет шва, мм; мм; мм.

Диаметр электродной проволоки выбираем исходя из данных размеров катетов мм.

Сила сварочного тока рассчитывается по следующей формуле [7]:

     А				(5)

где плотность сварочного тока в электродной проволоки при сварке угловых и тавровых швов [7], А/мм2; при мм равна  мм, принимаем  А/мм2;

 Тогда,                                       А,  принимаем А

Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока следующая:

При силе сварочного тока А, В, вылет электродной проволоки принимается равный 30-60 мм.



Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18Скорость подачи электродной проволоки определяется по формуле [7]:

 м/ч   			(6)

где коэффициент расплавления проволоки сплошного сечения при сварке 









под флюсом рассчитывается по формуле [7]:

 г/А·ч, принимаем  г/А·ч

      плотность наплавляемого металла, г/см3;                   

Скорость сварки определяется по формуле [7, 23]:

м/ч		 		(7)

где коэффициент наплавки рассчитывается по формуле [7]:

 г/А·ч

где см2 – коэффициент потерь, металла на угар и разбрызгивание, применяем равный ; тогда

 г/А·ч, принимаем  г/А·ч.

Тогда, 		 см/с =18 м/ч – для катетамм.

Расчетные и рекомендованные [6] данные представлены в таблицу 12.

Таблица 12 – Режимы автоматической сварки под слоем флюса.

Толщина

металла, 

мм



Эскиз соединения

dэ,

мм

Iсв, А;

Uсв, В;

Vсв, м/ч;

Vп.п, м/ч;

Вылет 

электродной 

проволоки [6],

 мм

6-12







4,0

630

38-40

36

32

30-60

   

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-17Примечание: род тока - постоянный ток;

 полярность – обратная



2. Механизированная сварка в среде защитного газа

Произведем расчет для механизированной сварки в среде СО2.

Выберем, диаметр сварочной проволоки для толщины металла S=8 мм dэл=1,6 мм [6]. 















Расчет сварочного тока, при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле [6]:

			                 (8)

где А/мм2 – плотность тока в электродной проволоки при сварке в среде СО2, принимаем  А/мм2 [6]:

     - диаметр электродной проволоки, мм.

Механизированные способы сварки позволяют применить значительно, большие плотности тока по сравнению с ручной сваркой. Это объясняется меньшей длиной вылета электрода.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-17

Напряжение дуги и расход углекислого газа выбирают в зависимости от силы сварочного тока [7] при А, тогда В. 

Вылет электродной проволоки [7] составляет 8?15 мм. Расход защитного газа СО2 при сварочном токе А равен 15?16 л/мин. 

Скорость подачи сварочной проволоки рассчитывается по формуле [7]:

				(9)

где  коэффициент расплавленной проволоки, г/А·ч;

       диаметр электрода, мм

      г/см3 – плотность металла.

Значение  находим по формуле [7]:

 г/А·ч, принимаем  г/А·ч

Тогда, 	см/с=68 м/ч



























Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



ВКР-НГТУ-15.03.01-000-18Скорость сварки [7], рассчитывается по формуле:

				(10)

где коэффициент наплавки, г/А·ч, 

      , где коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивания при сварки в СО2  (принимаем ) [6];

 г/А·ч, принимаем  г/А·ч,

       площадь поперечного сечения  рассчитывается по формуле [7]:

          , мм					(11)

где катет шва, мм; мм.

Тогда,  мм.

Тогда,     см/с=16 м/ч

Расчетные и рекомендованные [6] данные представлены в таблицу 13



Таблица 13– Режимы механизированной сварки в среде СО2.

Толщина

металла, мм



Эскиз соединения

dэ,

мм

Iсв, 

А

Uсв,

 В

Vсв, м/ч;

Vп.п, м/ч;

Расход СО2 

л/мин

Вылет 

электродной 

проволоки,

 мм

Расчетные

6-8







1,6

242

28-30

.......................