Технология и оборудование сварки конструкционных сталей

Введение

Целью курсовой работы (КР) является углубление и закрепление знаний студентов в области технологии и оборудовании сварки конструкционных сталей.

КР оформляется в виде расчетно-пояснительной записки, в которой рассматриваются следующие вопросы:

а) характеристика заданной стали (химсостав, механические свойства, термокинетическая диаграмма) [1];

б) оценка свариваемости;

в) выбор формы подготовки кромок под сварку

г) расчет режимов сварки

д) расчет скорости охлаждения зоны термического влияния (ЗТВ) и сравнение ее с рекомендуемой для данной стали;

е) выбор метода регулирования скорости охлаждения З.Т.В.

ж) выбор сварочных материалов

з) выбор сварочного оборудования

Краткая характеристика свариваемой стали

Выбор типа разделки свариваемых кромок

По ГОСТ 8712-79 и ГОСТ 14776-76 выбираются форма и конструктивные элементы подготовки кромок под сварку (рис. 3.3)

Рис. 3. 3. Способы разделки кромок под сварку

а) - без разделки кромок; б) - V-образная разделка; в) - U-образная разделка; г) - Х-образная разделка Выбираем Х-образную разделку кромок.

Расчёт параметров режима сварки

Задаются необходимой глубиной проплавления Н:

при двухсторонней сварке

Н = d /2 + 2 мм=17 мм

при сварке швов с предварительной разделкой кромок под сварку глубиной проплавления для первого прохода

Н = с,                                                                                              (3.12)

где с - величина притупления в мм.

С=10мм

Рекомендуемый диаметр электродной проволоки

для сварки с Х-образной разделкой кромок_э

Допускаемая плотность тока

J= 30-50 А/мм²

Определяется сила сварочного тока, обеспечивающая заданную глубину проплавления

Определяется оптимальное значение напряжения на дуге

Скорость сварки находится по формуле

Определяется коэффициент наплавки α_н . При сварке под флюсом коэффициент наплавки ввиду незначительных потерь металла на разбрызгивание и угар может быть взят равным коэффициенту расплавления α_р. сталь сварочный оборудование ток

Из таблицы 3.11 коэффициент наплавки примем равным 16,3

Определяется погонная энергия сварки

где - I_св - ток дуги, А;

U_д - напряжение на дуге, В;

η_э - эффективный КПД сварочной дуги (при сварке под флюсом

η_э = 0,8÷0,9);

v_св - скорость сварки, см/с.

Площадь наплавки за один проход

, см² ,                                                                    

где α_н - коэффициент наплавки, г/А·ч;

ρ - плотность металла, г/см³;

v_св - скорость сварки, см/ч.

 см²

Определяют скорость подачи электродной проволоки

,    м/ч                                                           

где v_св - скорость сварки, м/ч;

F_н - площадь наплавки, мм²;

F_э - площадь поперечного сечения электрода, мм².

 м/ч

Далее оцениваются размеры поперечного сечения зоны проплавления - глубина проплавления Н и ширина В

, см                                                                 

где q_п - погонная энергия сварки, Дж/см;

Коэффициент формы проплавления определяется по эмпирической формуле

,

где К^¢- коэффициент, зависящий от рода тока и полярности.

Для плотности тока j< 120 А/мм² при сварке на постоянном токе обратной полярности

К^¢ = 0,367 j^0,1925.                                      

При прямой полярности

К^¢ = 0,282 j^0,1925.                                      

При j> 120 А/мм² величина К^¢ остается неизменной (прямой полярности К^¢= 1,12, при обратной - К^¢= 0,92).

При сварке переменным током К^¢= 1 во всем диапазоне плотностей тока.

 см

Определяем ширину шва

В = ψ_пр Н, см

В= 6,8·0,59=4 см

Расчет скорости охлаждения зоны термического влияния (ЗТВ) и сравнение ее с рекомендуемой для данной стали

На априорной стадии разработки технологического процесса сварки сталей оценивается возможность отказа от предварительного подогрева. В качестве критерия стойкости к ХТ используется эквивалент углерода, рассчитываемый по формуле [2]

,

При С_экв > 0,45% считается, что сталь потенциально склонна к образованию ХТ. Это означает, что при неблагоприятных режимах сварки весьма вероятно образование закалочных структур, которое в сочетании с высоким уровнем растягивающих внутренних напряжений и наличием диффузионного водорода ведет к зарождению и распространению ХТ. В этом случае необходим предварительный подогрев, температура которого Т₀ в ^оС при априорном анализе оценивается по формуле

 ^оС

Для многослойной сварки стыковых и угловых швов скорость охлаждения при сварке первого слоя определяется по формуле для модели точечного источника на поверхности плоского слоя толщиной d

 ^оС/с

где ω - безразмерная поправка, учитывающая ограниченную толщину свариваемых листов. Она зависит от безразмерной величины 1/θ, который определяется по формуле

.

0,14

Если 1/q £ 0,4, то используется формула расчета приращения температуры Т - Т₀ на оси шва для точечного быстродвижущегося источника на поверхности полубесконечного тела [3]

 ,

где t - время, отсчитываемое от момента пересечения источником проекции рассматриваемой точки на ось шва.

После преобразований (2.12) время t_K , соответствующее точке К:

.

Для точки L

Далее оценивается процент ферритно-перлитной смеси в структуре по приближенной интерполяционной формуле

=·100%=2,8%

С учетом результата предшествующего феррито-перлитного превращения количество бейнита в структуре определится по интерполяционной формуле

=·100%=45%

Определяется количество мартенсита в структуре

=100-2.8+45=52.2%

При многослойной сварке короткими участками необходимо знать длину участка ℓ, при которой температура ОШЗ до прихода тепловой волны от каждого последующего слоя не успевает понизиться ниже допустимой величины Т_кр. Она может быть определена по следующей формуле:

Выбор сварочного оборудования

СВАРОЧНЫЙ ТРАКТОР-АВТОМАТ BRIMA MZ 1000

Розничная цена:213300 руб

Сварочный трактор MZ-1000, предназначен для дуговой сварки и наплавки изделий из малоуглеродистых сталей под флюсом. Сварка осуществляется на постоянном токе стальной электродной проволокой.

Сварочный трактор производит сварку соединений встык с разделкой и без разделки кромок, угловых швов наклонным электродом, а также нахлесточных швов. Швы могут быть прямолинейными и кольцевыми. Автомат в процессе работы передвигается по изделию или по уложенной на нем направляющей линейке.

Преимущества сварочных автоматов "BRIMA"

высокая производительность процесса сварки;

сварка протяженных сварных швов;

сварка металлических соединений встык с разделкой и без разделки кромок, с копирами и без копиров, угловых швов, а также нахлесточных соединений;

малые массогабаритные показатели;

изменяемая вольтамперная характеристика;

цифровой контроль параметров;

защита от перегрузок;

Характеристика         значение

Напряжение питающей сети, В      380±15%

Потребляемая мощность, кВА      51,2

Частота питающей сети, Гц  50/60

Напряжение холостого хода, В     83

Диапазон регулирования сварочного тока, А 112-1000

Диапазон регулирования скорости подачи проволоки, м/мин  0,5-2,5

ПВ, %        60

КПД, %      86

Коэффициент мощности       0,93

Класс изоляции  F

Степень защиты IP21

Вес, кг        85

Габаритные размеры, мм     865x445x820

Библиографический список

1. Попов Л.И., Попова А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана. - М: Металлургия, 1991. - 503 с.

. Рыкалин Н.Н. Расчет тепловых процессов при сварке. - М.: Машгиз, 1951. - 296 с.

. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич. Технология и оборудование сварки плавлением. М. Машиностроение. 1977, 432с.

. ГОСТ 5264-80 Швы сварных соединений. Ручная электродуговая сварка.

. ГОСТ 8713-70 Швы сварных соединений. Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом.

. ГОСТ 14771-79 Швы сварных соединений. Электродуговая сварка в защитных газах.