Разработка технологического процесса дуговой сварки воздухозборника

Диаметр электродной проволоки  зависит от толщины свариваемого металла. При механизированной сварке наиболее часто используются проволоки диаметром d_э = 1,2 и 1,6 мм. Для тонкого металла (δ < 2 мм) применяются проволоки диаметром d_э - 0,8 и 1,0 мм. Для автоматической сварки могут применяться проволоки d_э - 2,0; 3,0; 4,0 мм.

Силу сварочного тока устанавливают в зависимости от диаметра проволоки и требуемой глубины проплавления. Регулировку силы тока осуществляют путем изменения скорости подачи проволоки и напряжения на дуге. Стабильный процесс сварки с хорошими технологическими свойствами можно получить только при оптимальном соотношении этих трех параметров. Зависимости силы сварочного тока от скорости подачи электродной проволоки приведены на рисунке 4.

 

Рисунок 4 - Зависимость силы сварочного тока от скорости подачи электродной проволоки

Диапазон оптимальных напряжений при сварке проволоками различных  диаметров приведен на рисунке 5.

Сила тока – основной параметр, определяющий глубину проплавления металла. В общем случае глубина проплавления при сварке в СО₂ больше, чем при ручной, что объясняется большим давлением дуги на сварочную ванну. Это приводит к более интенсивному вытеснению расплавленного металла из-под дуги и улучшению теплопередачи от дуги к нерасплавившимся кромкам.

 

Рисунок 5 - Диапазон оптимальных напряжений при сварке

 

 

С увеличением напряжения увеличиваются  общая длина дуги и ширина шва, уменьшается высота валика усиления.

Сварка в СО₂ практически всегда выполняется на постоянном токе обратной полярности. На прямой полярности процесс сварки неустойчивый и его осуществление возможно только проволоками, легированными щелочными и щелочноземельными металлами. Переменный ток для сварки в СО₂ не используется.

 

3 С остав, структура и свойства основного и присадочного материала

3.1 Основной материал

В качестве основного материала  я принял низколегированную  сталь 16ГС

Сталь 16ГС применяется для изготовления фланцев, корпусов и других деталей  работающих при температурах от -40 до +475 ^oС под давлением.

 

Таблица 1 Химический состав стали 16ГС, %  (ГОСТ 19281-89)

С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	P	S	N	As
			Не более
0.1 –0 .18	0.44-0.7	0.9-0.12	0.3	0.3	0.3	0.035	0.04	0.008	0.08

3.2 Присадочный материал

Сварочная проволока Св-08Г2С предназначена  для полуавтоматической сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде защитных газов.

 

Рисунок 6 - Сварочная проволока CВ-08Г2С

 

Таблица 2 - Химический состав проволоки CВ-08Г2С

C	Si	Mn	S	Cr	Ni	Mo	Cu	Al
0,072	0,77	2,1	0,015	0,035	0,01	0,01	0,04	0,03

 

 

4 Технологический процесс

Основными параметрами режима сварки в СО₂ являются: диаметр элекродной проволоки – d_э; сила сварочного тока –I_св; напряжение дуги –U_д; скорость сварки –V_св; скорость подачи сварочной проволоки –V_пп; вылет элекродной проволоки –l; расход защитного газа –Q.

Сила сварочного тока рассчитывается по формуле 1:

 

,

(1)

 

где  j – плотность тока, А/мм²;

   S_э – площадь поперечного сечения металлического стержня электрода, мм².

 

Плотность тока lzk сварки в защитном газе находится в интервале 100 – 300 А/мм². Принимаем j = 100 А/мм². Сварку в углекислом газе выполняют электродными проволоками диаметрами 0,5 – 2,5 мм.

Так как свариваем детали толщиной 8 мм, то принимаем электродную проволоку диаметром 2,5 мм. Значение S_э можно рассчитать по формуле 2:

 

,

(2)

 

то подставив 2 в 1 получим, рассчитав  затем силу сварочного тока.

 

.

А.

 

Напряжение дуги может быть рассчитано по формуле 3:

 

.

(3)

 

В.

 

Принимаем U_д = 35 В.

 

Скорость подачи электродной проволоки  рассчитывается по формуле 4:

 

.

(4)

 

где δ_э – плотность металла электродной проволоки, 7,8 г/см³;

 α_р – коэффициент расплавления, который определяется по  формуле 5.

 

,

(5)

 

  г/А·ч.

 

м/ч,

 

принимаем скорость подачи проволоки  V_пп = 236 м/ч.

Скорость сварки рассчитывается по формуле 6:

 

,

(6)

 

где S_н – площадь поперечного сечения шва, см²;

       δ_н – плотность наплавленного металла, δ_н =7 – 7,2 г/см², принимаем 7 г/см²,

α_н – коэффициент наплавки, который можно найти по формуле 7:

 

,

(7)

 

где ψ –коэффициент потерь на угар и разбрызгивание, %.

При сварке в углекислом газе он может  составлять 8 – 15 %. Принимаем значение ψ = 10 %, тогда по формуле 7 получим:

 

г/А·ч.

 

Вылет электрода L^{`</sup> при сварке в СО<sub>2</sub> устанавливается в интервале 5 – 25 мм. Принимаем L<sup>`} = 10 мм [1].

Расход углекислого газа зависит  от мощности, вылета электрода, воздушных  потоков в помещении, где выполняется  сварка. Его устанавливают в диапазоне 6 –18 л/мин. Принимаем Q_г = 10 л/мин [1].

 

В результате расчёта основных параметров, в дальнейшем данный режим буден называть основным, режима сварки получили:

d_э = 2,5мм;

I_св = 490 А;

U_д = 35 В;

V_пп = 236 м/ч;

L^` = 10 мм;

Q_г = 10 л/мин.

Рассчитанные параметры являются основными. Теперь проведем аналогичный расчет для узлов с тонкими стенками, где данные параметры

неприменимы.

Принимаем электродную проволоку диаметром 1,5 мм. Значение S_э можно рассчитать по формуле 2.

А.

 

Напряжение дуги может быть рассчитано по формуле 3:

 

В.

Принимаем U_д = 28 В. Скорость подачи электродной проволоки рассчитывается по формуле 4:

Коэффициент расплавления определяем по  формуле 5.

 

  г/А·ч.

 

м/ч,

 

принимаем скорость подачи проволоки V_пп = 160 м/ч.

Скорость сварки рассчитывается по формуле 6, а коэффициент наплавки по формуле 7.

Принимаем ψ = 10 %, L^` = 10 мм, δ_н =7 г/см², Q_г = 10 л/мин

 

г/А·ч.

 

В результате расчёта получили следующие параметры, данный режим сварки в дальнейшем будем называть вспомогательным:

d_э = 1,5мм;

I_св = 176 А;

U_д = 27 В;

V_пп = 160 м/ч;

L^` = 10 мм;

Q_г = 10 л/мин.

Но скорость сварки рассчитывается для каждой свариваемой детали. Так  как скорость сварки зависит от площади  поперечного сечения шва S_н, а она различна для каждой пары свариваемых деталей по причине их неодинаковой толщины.

Площадь сечения шва находится  как сумма элементарных геометрических фигур, из которых он состоит.

При сварке в углекислом газе сварной  шов имеет следующий вид:

                                       

Рисунок 7- Сварной шов

 

 h – высота шва; с – высота усиления;  в – ширина шва; α – угол раскрытия.

 

При сварке в СО₂ α = 60-90⁰. Принимаем α = 60⁰, тогда β = α/2 = 30⁰.

Таким образом 

 мм²

 

 

Площадь усиления приблизительно принимается 

Таким образом суммарная площадь  сварного шва

 

       (8) 

мм²

 

Рассчитываем массу наплавленного  по формуле 9.

 

mн = Sшв·L·δн

(9)

 

 

Для каждого сварного соединения рассчитаем необходимые параметры по ранее описанным формулам.

 

1. При сварке патрубка 4 и фланца 5 (узел I), будем использовать вспомогательный режим, принимаем:

Так как производится угловая сварка, то h примем как гипотенузу прямоугольного равностороннего треугольника со стороной равной минимальной толщине свариваемых деталей.

h = 2,8 мм

мм²,

V_св = (11,25·176) / (100·5,4 ·10^-2·7) = 52,3 м/ч,

l = 2·3,14·27 = 169,6 мм,

m_н = 5,4·169,6·7·10^-5 = 0,064 кг.

Для шва 2 параметры сварки аналогичны.

2. При сварке узла I и днища 6  (узел II) будем использовать вспомогательный режим, принимаем:

h = 2,8 мм

мм²,

V_св = (11,25·176) / (100·5,4 ·10^-2·7) = 52,3 м/ч,

l = 2·3,14·27 = 169,6 мм,

m_н = 5,4·169,6·7·10^-5 = 0,064 кг.

3. При сварке фланца 8 и днища 9  (узел III) принимаем:

h = 8 мм,

мм²

V_св = (16,81·490) / (100·42,4 ·10^-2·7) = 27,75 м/ч,

l = 2·3,14·110 = 690,8 мм,

m_н = 42,44·690,8·7·10^-5 = 2,052 кг.

 

4. При сварке обечайки:

h = 8 мм,

мм²

V_св = (16,81·490) / (100·42,4 ·10^-2·7) = 27,75 м/ч,

L = 1070 мм,

m_н = 42,44·1070·7·10^-5 = 3,179 кг

5. При сварке узла 2 и обечайки принимаем:

h = 8 мм,

мм²

V_св = (16,81·490) / (100·42,4 ·10^-2·7) = 27,75 м/ч,

L = 2·3,14·250 = 1570 мм,

m_н = 42,44·1570·7·10^-5 = 4,515 кг,

6. При сварке узла 3 и обечайки принимаем:

h = 8 мм,

мм²

V_св = (16,81·490) / (100·42,4 ·10^-2·7) = 27,75 м/ч,

L = 2·3,14·242 = 1570 мм,

m_н = 42,44·1570·7·10^-5 = 4,515 кг,

7. При сварке фланца 2 и обечайки принимаем:

h = 8 мм,

мм²

V_св = (16,81·490) / (100·42,4 ·10^-2·7) = 27,75 м/ч,

L = 132·4 = 528 мм,

m_н = 42,44·528·7·10^-5 = 1,568 кг,

 

8. При сварке штуцера 1 и отстойника 3 (узел IV) будем использовать вспомогательный режим, принимаем:

h = 4,24 мм

мм²,

V_св = (11,25·176) / (100·5,4 ·10^-2·7) = 52,3 м/ч,

l = 2·3,14·13,5 = 84,78 мм,

m_н = 11,95·84,78·7·10^-5 = 0,071 кг.

 

9. При сварке узла IV и обечайки принимаем:

h = 8 мм,

мм²

V_св = (16,81·490) / (100·42,4 ·10^-2·7) = 27,75 м/ч,

L = 2·3,14·44 = 276,3 мм,

m_н = 42,44·276,3 ·7·10^-5 = 0,821 кг,

 

Общая масса наплавленного металла:

 

Σ m =3·0,064+2,052 +3,179+4,515+4,515+1,568 +0,071+0,821=16,092 кг 
Таблица 3 - Технологический процесс сборки воздухозборника

Операция

Эскиз

Приварить патрубок 4 и фланец 5 Прихватить в месте стыка Сварить     Сварить узел 1 с днищем 6 Прихватить в месте стыка Сварить     Приварить фланец 8 к днищу 6 Прихватить в месте стыка Сварить     Сварить обечайку Прихватить место стыка Длина прихваточных швов – 20-30 мм Расстояние между швами  – 200-250 мм     Сварить узел 2 с обечайкой 7 Прихватить в месте стыка Сварить     Сварить узел 3 с обечайкой 7 Прихватить в месте стыка Сварить     Приварить фланец 2 к обечайке 7 Прихватить в месте стыка Сварить     Приварить штуцер 1 к отстойнику 3 Прихватить в месте стыка Сварить   Приварить узел 4 к обечайке 7 Прихватить в месте стыка Сварить