Разработка технологического процесса дуговой сварки воздухозборника

 

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

 «Белорусский государственный  университет транспорта»

Кафедра «Материаловедение и технология материалов»

 

 

 

 

Разработка технологического процесса дуговой сварки воздухозборника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработал:

студент гр. МО-41

Малицкий А.В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2008

 

Министерство образования  Республики Беларусь

Учреждение образования

 «Белорусский государственный  университет транспорта»

Кафедра «Материаловедение и технология материалов»

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовому проекту  по дисциплине

«Технология сварочного производства»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Консультант:

К.т.н., профессор

Саркисов О.А.

Разработал:

студент гр. МО-41

Малицкий А.В.

 

 

 

Принял:

доцент т.н., профессор

Казаченко В.П.

Ассистент

Кривенков А.А

 

 

 

 

 

 

 

 

2008

 

Содержание

 
Введение

Сварка в защитном газе является одним из наиболее распространенных способов сварки. При сварке в защитном газе, в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха,   окисления   и   азотирования.

Сварку в углекислом газе производят почти во всех пространственных положениях, что очень важно при производстве строительно-монтажных работ. Сварку осуществляют при питании дуги постоянным током обратной полярности. При сварке постоянным током прямой полярности снижается стабильность горения дуги, ухудшается формирование шва и увеличиваются потери электродного металла на угар и разбрызгивание. Однако коэффициент наплавки в 1,6... 1,8 раза выше, чем при обратной полярности. Это качество используют при наплавочных работах.

Сварка в CO₂ позволяет сваривать листы толщиной от 0,6 мм, при этом необходимо производить отбортовкой кромок.

Таким образом сварка в защитном газе имеет ряд плюсов при применении в конкретной сфере промышленно.

Применительно к моей детали, я  выбрал сварку в CO₂ по причине её простоты в эксплуатации, дешевизны в использовании, так как мне не требуется сваривать детали большой толщины. 
 1 Совре менное состояние технологии

Сварка в углекислом газе (СО₂) является основным и наиболее распространённым способом сварки плавлением на машиностроительных предприятиях. Она экономична, обеспечивает достаточно высокое качество швов, особенно при сварке низкоуглеродистых сталей, требует более низкой квалификации сварщика. Наиболее распространена сварка полуавтоматами, применяется так же широко автоматическая сварка в среде углекислого газа.

Сварка в среде защитных газов  применяется как для соединения различных сталей (низкоуглеродистые, среднеуглеродистые, низколегированные  и легированные конструкционные), так  и цветных металлов и таких активных, как титан, цирконий, тантал и другие металлы.

Она отличается относительной простотой  процесса сварки, возможностью сварки швов находящихся в различных  пространственных положениях, что позволяет  механизировать сварку в различных пространственных положениях, в том числе сварку неповоротных стыков труб.

      В углекислом газе и в смесях газов (СО₂+О₂, Аг + Не, Ar+O₂, Ar + CO₂, Ar+O₂+CO₂) можно сваривать стали толщиной 0,8 - 120 мм, но обычно в углекислом газе сваривают стали толщиной до 40 мм, а в смесях газов – до 80 мм. Защита смесью газов улучшает технологические и металлургические характеристики процесса сварки, позволяет экономить дорогие газы. Сварка углеродистых и низколегированных сталей в инертных газах экономически нецелесообразна.

     Порошковыми проволоками можно сваривать стали толщиной от 3 до 120 мм. Стали меньшей толщины этим способом не сваривают, так как   промышленностью   пока   не   освоено   производство порошковых проволок маленьких диаметров.  На практике обычно сваривают стали толщиной до 40 мм.

В сварочном производстве осуществляется комплексная механизация и автоматизация  производственных процессов и внедрения  высокоэффективных технологий.

      Высокой степенью механизации и автоматизации сварочных работ характеризуется трубное производство. Автоматическая сварка под флюсом и в С0₂ двух и трехдуговыми автоматами, а также шестью однодуговыми автоматами на многопозиционных станах применяется при изготовлении спиралешовных, а также прямошовных одно и двухшовных труб диаметром до 2500 мм с толщиной стенки до 25 мм. Швы накладываются одно, двух и трехслойные (двусторонние).

Широко применяется  механизированная сварка под флюсом, в СО₂ и порошковыми проволоками при строительстве доменных печей (объемом до 5000 м³), резервуаров для хранения нефтепродуктов (объемом от 5 до 100 тыс. м³), кранов грузоподъемностью до 250 т, цельносварных каркасов высотных зданий, мачт высотой до 1000 м, в строительстве железнодорожных и автомобильных мостов, в судостроении (атомные ледоколы, подводные лодки и многие другие суда).

2 Вопросы теории

Теплотой дуги электродный и  основной металл в зоне сварки локально нагревается до жидкого состояния. Капли расплавленного металла с торца электродной проволоки попадают в сварочную ванну. В ней металл капель перемешивается и растворяется с расплавленным основным металлом. Жидкий металл сварочной ванны подвергается металлургической обработке, т. е. раскисляется и легируется. При передвижении дуги вдоль свариваемых кромок перемещается и сварочная ванна. В ее хвостовой части металл охлаждается, кристаллизуется и в результате образуется сварное соединение (рис.1).

 

 

Рисунок 1 - Сварка в среде углекислого газа

 

1 – электродная проволока; 2 – сопло; 3 – токоподводящий наконечник; 4 – газ; 5 – дуга; 6 – затвердевший шлак; 7 – шов; 8 – сварочная ванна;

 9 – основной металл

 

        В  углекислом газе и в его  смесях с кислородом сваривают  низко- и среднеуглеродистые стали, низколегированные и некоторые легированные конструкционные стали.

Если толщина свариваемого металла  превышает глубину проплавления, свариваемые кромки предварительно обрабатываются, а затем выполняется  многопроходная сварка, т.е. накладывается несколько швов.

Режим сварки выбирается по справочным данным в зависимости от толщины и состава металла, типа сварного соединения, положения шва в пространстве.

        Сварка в защитных газах включает  в себя группу способов сварки, для которых защита расплавленного металла от атмосферы осуществляется путем подачи в зону горения дуги через сварочную горелку газа, вытесняющего из этой зоны воздух. Способы сварки в защитных газах отличаются друг от друга родом применяемого газа, а также схемами процесса. Наиболее распространены две схемы — сварка плавящимся и сварка неплавящимся электродом. В качестве защитного могут использоваться активные газы — СО₂ и смесь СО₂ + О₂, инертные газы Аг, Не, а также смеси инертных и активных газов Аг + СО₂; Аг + СО₂ + О₂; Аг + О₂. Сварка плавящимся электродом осуществляется во всех перечисленных защитных средах, сварка неплавящимся электродом производится только в инертных газах. Это объясняется быстрым окислением и низкой стойкостью неплавящегося электрода в активных газах.

Важным  параметром  режима сварки  является вылет электрода – расстояние

от токоподводящего мундштука  горелки до торца электрода. При  малом вылете затруднено наблюдение за процессом и происходит частое подгорание мундштука,  забрызгивание  сопла.  При   слишком  большом  вылете  ухудшается

устойчивость дуги, наблюдается плохое формирование шва.

Технологический процесс дуговой  сварки состоит из следующих операций:

1. обработка свариваемых кромок;
2. очистка поверхностей свариваемых заготовок;
3. сборка;
4. прихватка;
5. сварка;
6. правка;
7. очистка швов и рядом расположенных поверхностей от закристаллизовавшихся брызг;
8. контроль качества сварной конструкции.

       Учитывая, что защитный газ активный  и может вступать во взаимодействие с расплавленным металлом, сварка в углекислом газе имеет ряд особенностей.

      В зоне дуги углекислый газ диссоциирует:

                                    

2СО₂ 2СО+О₂.

 

      Углекислый газ и образовавшийся кислород взаимодействуют с расплавленным металлом сварочной ванны с образованием оксида железа:

 

Fe + СО₂ = FeO + CO,

2Fe + О₂ = 2FeO.

 

Окисление сварочной  ванны ухудшает механические свойства шва и в первую очередь его пластичность. Для предотвращения этого процесса в сварочную ванну вводят элементы-раскислители, хорошо взаимодействующие с кислородом. Обычно это марганец и кремний. Раскислители выводят в шлак избыток кислорода и на участках сварочной ванны, имеющих пониженную температуру, восстанавливают железо из оксидов:

 

2FeO + Si = 2Fe + SiO₂,

FeO + Мn = Fe + MnO,

2Mn + O₂ = 2MnO,

Si + O₂ = SiO₂.

      

Введение  раскислителей в сварочную ванну  обычно осуществляется через проволоку. Поэтому при сварке в углекислом газе используется сварочная проволока, легированная марганцем и кремнием. При сварке низкоуглеродистых сталей это обычно проволока марки Св08Г2С, содержащая 0,08 % С; 2 % Мn и 1 % Si.

         Однако, несмотря на введение  раскислителей, характеристики пластичности шва получаются несколько ниже, чем при сварке под флюсом или ручной сварке электродами с основным покрытием. Поэтому сварку в углекислом газе не рекомендуют использовать для ответственных конструкций, работающих при низких температурах в условиях переменных и ударных нагрузок.

Свои особенности  имеет и перенос электродного металла при сварке в СО₂, что связано со специфическими свойствами углекислого газа — высокой теплопроводностью в области температур сварочной дуги и большими затратами теплоты на диссоциацию многоатомного газа СО₂. Это приводит к интенсивному отбору тепла с поверхности дуги и ее сжатию. Вследствие сжатия равнодействующая сила, приложенная к капле электродного металла, направлена вверх, препятствует переносу капель в сварочную ванну (рисунок 2). При этом создаются условия для ее роста и асимметричного расположения по отношению к оси электрода, что часто приводит к выносу капли из зоны дуги.

 

Рисунок 2 - Формирование капли электродного металла при сварке в углекислом газе

 

         В связи  с этим при сварке в углекислом газе характерны крупнокапельный перенос и повышенное разбрызгивание.

 

 

Рисунок 3 - Зависимость потерь на разбрызгивание от силы сварочного тока (обратная полярность) при различных диаметрах проволоки (проволока Св08Г2С)

 

 

На рисунке 3 приведена зависимость потерь на разбрызгивание от силы сварочного тока для разных диаметров сварочной проволоки. Для каждого диаметра проволоки существует область токов, при которых разбрызгивание максимально. Эта область соответствует крупнокапельному переносу. При малых токах, когда перенос происходит короткими замыканиями, разбрызгивание ниже. Ниже разбрызгивание и при больших токах, для которых характерен меньший размер капель.

Повышенное разбрызгивание является недостатком сварки в углекислом газе, так как требует дополнительных затрат на зачистку свариваемого металла и сопла горелки полуавтомата. Причем брызги при сварке в углекислом газе сильнее привариваются к металлу, чем при сварке покрытыми электродами,  поскольку практически не покрыты шлаковой пленкой.

Улучшить процесс переноса электродного металла и уменьшить разбрызгивание позволяет введение в сварочную проволоку щелочных и щелочноземельных металлов (цезия, рубидия и др.), а также использование импульсных и программируемых источников питания, позволяющих управлять отрывом капель.

Одним из способов снижения разбрызгивания и уменьшения приваривания брызг  к основному металлу является добавка к углекислому газу кислорода. Кислород уменьшает силу поверхностного натяжения жидкого металла, которая удерживает каплю на конце проволоки. Это приводит к лучшему отрыву капель и переходу к более мелкокапельному переносу. Улучшается формирование шва. Несколько увеличивается производительность сварки в результате выделения дополнительного тепла при окислительных реакциях. Окисленные капли хуже привариваются при падении на свариваемый металл.

Однако сварка в смеси СО₂ + О₂ имеет и недостатки, связанные с ухудшением механических свойств вследствие интенсивного выгорания Мn и Si, и повышенного окисления сварочной ванны. Несколько уменьшить отрицательное влияние кислорода на механические свойства позволяет сварка с повышенным вылетом электродной проволоки.

Основными параметрами режима сварки в СО₂ являются диаметр электродной проволоки - d_э; сила сварочного тока - I_св; напряжение на дуге - U_д; скорость сварки - V_св; скорость подачи сварочной проволоки - V_пп; вылет электродной проволоки - l; расход защитного газа — Q_г.