Разработка технологического процесса дуговой сварки воздухозборника

 

 
5. Средства технологического  оснащения

5.1 Описание и технологические  характеристики

Для изготовления заданной конструкции  выбираем установку УСФ-1.

Установка УСФ-1 предназначена для  сварки в защитном газе кольцевых швов изнутри и снаружи обечаек диаметром 160…650 мм и продольных швов обечаек. Конструкция установки включает тележку колонны, которая перемещается вдоль двутавра по рельсам со сварочной или маршевой скоростью. На тележке установлено поворотное устройство на которое установлена стрела. По стреле перемещается каретка со сварочной системой.  
     Сварочная система включает безлюфтовые  суппорт вертикального, и горизонтального перемещения,  мотор-редуктор подачи проволоки с электродвигателем постоянного тока.  
     Сварка производится в защитном газе.  
     Устройство управления обеспечивает возбуждение дуги, стабилизацию режима горения, заварку кратера при прекращении процесса сварки. Обеспечивается  хранение 39 вариантов режимов сварки с последующим их быстрым вызовом, а также стабилизация этих параметров непосредственно в процессе производства.    
     Использование процесса двухдуговой сварки с независимыми параметрами каждой дуги позволяет точно настроить технологический процесс для обеспечения наивысшей производительности при высоком качестве получаемой продукции, выбрать параметры режимов, обеспечивающие полное проплавления стенки и полки при максимальной скорости сварки. 
     Весьма ощутимым технологическим преимуществом установки является  возможность сварки с одной стороны и выполнение загрузки с другой, что позволяет обеспечить наивысшую производительность стенда.

Технологические характеристиками являются:

– максимальная грузоподъёмность, кг………………………………..10000;

– допустимая нагрузка на один ролик, кг…………………..………….1300;

– диаметр свариваемых изделий, мм………………………….....160 – 650;

– скорость вращения, м/ч………………………………………….…24 – 96;

– маршевая скорость, м/мин…………………………………………….…13.

Применяется также поворотный стол для сварки днищ с патрубками. Имеет вращения для того, чтобы варить кольцевые швы.

Технологические характеристики:

– максимальная грузоподъёмность, кг…………………………………….50;

– диаметр стола, мм…………………………………………………..……800;

– скорость вращения, м/мин…………………………………………..15 – 85.

Вращатель роликовый предназначен для вращения цилиндрических сосудов и обечаек диаметром 500..4500мм со смещенным центром тяжести на сварочных стендах. 
     Вращатель выполнен в виде полноприводной секции, которая включает в себя единую раму с установллеными двумя перемещаемыми узлами вращения с обрезиненными роликами диаметром 520 мм с индивидуальным приводом на каждый ролик.    
     В качестве привода используются мотор-редукторы с электродвигателями переменного тока. Вращение от мотор-редуктора на ролик передается через открытую зубчатую передачу. 
     Мотор-редуктор выпо лнен в виде единого модуля, который включает электродвигатель переменного тока, глобоидный червячный редуктор, одноступенчатый зубчатый цилинд-рический редуктор. 
     Конструкция вращателя предусматривает одновременную работу до 4 полноприводных секций, что позволяет произвести вращение сосудов длиной до 30 м, а  при использовании приводных и неприводных секций - до 50 м. 
     Для обеспечения длительной эксплуатации в запыленных помещениях механическая часть привода выполнена в закрытом исполнении  (IP 54). Использование глобоидного редуктора позволило существенно увеличить ресурс привода. 
     Вращатель прост в эксплуатации и обеспечивает высокое  качество вращения во всех режимах его работы. Система  управления  не допускает динамических перегрузок привода при  любых действиях оператора во всех возможных режимах работы (включение,  выключение,  движение со сварочной  или  транспортной  скоростью),  благодаря чему до минимума сведен износ механических узлов оборудования. Обеспечивается полное тестирование установки и локализация неисправности  с  выдачей  информации  на системный пульт   управления. 
     Цифровая электронная система обеспечивает постоянную заданную скорость вращения привода, позволяет осуществить групповое управление одновременно 4 секциями от одного пульта, который может быть расположен на одном из блоков управления или вынесен на расстояние до 50 м. Представление скорости вращения цифровое и индицируется на блоке управления и на выносном пульте. Легко производится переключение на режим ускоренного вращения и обратно. 
     Изменение скорости вращения плавное, производится плавный разгон и торможение. По мере набора заданной скорости выдается сигнал на начало  процесса сварки.  
     Предусмотрено несколько защит: по скорости вращения, по  динамической ошибке, по обрыву тахогенератора, по пропаданию питания одной из фаз, по понижению напряжения питания ниже заданного и ряд других.  
     Исполнение механических узлов по IP 54, электрических и электронных по IP 43 
5.2 Чертеж оборудования и оснастки

Рисунок 8 - Стенд для сборки и сварки обечаек встык

1. стопорная гайка; 2. крепежные винты; 3. усиление для горизонтального ролдика; 4. роликовый держатель; 5. основание; 6. вертикальное усиление; 7. держатель; 8. рукав электроподвода; 9. винт-фиксатор диаметра обечайки; 10. крепежный винт горизонтального ролика; 11. горизонтальный ролик; 12. фиксирующий палец; 13. крепежный винт;

Рисунок 9 - Вращатель ВРБ-4

 

6. Контроль качества

6.1 Возможные дефекты изделия

Дефекты сварных швов являются следствием неправильного выбора или нарушения  технологического процесса изготовления сварной конструкции, применения некачественных сварочных материалов и низкой квалификации сварщика.

Дефекты разделяются на внешние  и внутренние. К внешним дефектам относятся: нарушение размеров и  формы шва, не провар, подрез зоны сплавления, поверхностное окисление, прожог, наплыв, поверхностные поры, незаверенные кратеры и трещины продольные и поперечные. К внутренним дефектам относятся: внутренние поры, неметаллические включения, не провар и микротрещины.

Нарушение размеров и формы шва  выражается в неровномерности ширины и высоты шва, в чрезмерном усилении и резких переходах от основного металла к наплавленному. Эти дефекты при ручной сварке являются результатом низкой квалификации сварщика, плохой подготовки свариваемых кромок, неправильного выбора сварочного тока, низкого качества сборки под сварку. Дефекты формы шва могут быть и следствием колебаний напряжения в сети. При автоматической сварке нарушения формы и размеров шва являются следствием неправильной разделки шва или нарушения режима в процессе сварки (скорости сварки, скорости подачи электродной проволоки, сварочного тока).

Не провар - местное не сплавление свариваемых кромок основного и наплавленного металлов – является следствием низкой квалификации сварщика, некачественной подготовки свариваемых кромок (малый угол скоса, отсутствие зазора, большое притупление), смещения электрода к одной из кромок, быстрого перемещения электрода по шву.

Подрез - узкое углубление в основном металле вдоль края сварного шва - образуется при сварке большим током или удлиненной дугой, при завышенной мощности горелки, неправильном положении электрода или горелки и присадочного прутка.

Поверхностное окисление - окисление металла шва и прилегающего к нему основного металла. Причинами являются сильно окисляющая среда, большая длина дуги, чрезмерно большая мощность сварочной горелки или слишком большой сварочный ток, замедленное перемещение электрода   или   горелки   вдоль   шва.

Прожог - сквозное отверстие в сварном шве. Основными причинами прожога являются большой сварочный ток, завышенная мощность сварочной горелки, малая толщина основного Металла, малое притупление свариваемых кромок и неравномерный зазор между ними по длине.

Наплыв - результат натекания металла шва на непрогретую поверхность основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним. Такие дефекты могут быть при низкой квалификации сварщика, некачественных электродах и несоответствии скорости сварки и сварочного тока разделке шва.

Поверхностные и внутренние поры возникают  вследствие попадания в металл шва  газов(водород, азот, углекислый газ  и др.). образовавшихся при сварке. Водород образуется из влаги, масла и компонентов покрытия электродов. Азот в металл шва попадает из атмосферного воздуха при недостаточно качественной защите расплавленного металла шва. Оксид углерода образуется в процессе сварки стали при выгорании углерода, содержащегося в металле. Если свариваемая сталь и электроды имеют повышенное содержание углерода, То при недостатке в сварочной ванне раскислителей и при большой скорости сварки оксид углерода не успевает выделиться и остается в металле шва. Таким образом, пористость является результатом плохой подготовки свариваемых кромок (загрязненность, ржавчина, замасленность), применения электродов с сырым покрытием, влажного флюса, недостатка раскислителей,  больших  скоростей  сварки.

Неметаллические включения образуются при сварке малым сварочным током, применении некачественных электродов, сварочной проволоки, флюса, загрязненных кромках и плохой очистке шва от шлака при многослойной сварке. При неправильно выбранном режиме сварки шлаки и оксиды не успевают всплыть на поверхность и остаются в металле шва в виде неметаллических включений.

Трещины наружные и внутренние (микротрещины) являются опасными и недопустимыми дефектами сварных швов. Они образуются вследствие напряжений, возникающих в металле от его неравномерного нагрева, охлаждения и усадки. Высокоуглеродистые и легированные стали после сварки при охлаждении закаливаются, в результате чего могут образоваться трещины. Причиной возникновения трещин служит также повышенное содержание в стали вредных примесей (серы и фосфора).

Методы устранения дефектов сварных  швов. Неполномерность швов устраняется наплавкой дополнительного слоя металла. При этом наплавляемую поверхность необходимо тщательно очистить до металлического блеска абразивным инструментом или металлической щеткой. Чрезмерное усиление шва устраняют с помощью абразивного инструмента или пневматического зубила.

Непровар, кратеры, поверхностные и внутренние поры и неметаллические включения устраняют вырубкой пневматическим зубилом или расчисткой абразивным инструментом всего дефектного участка с последующей заваркой. Часто применяют выплавку дефектного участка с помощью поверхностной кислородной или воздушно-дуговой резки.

Подрезы заваривают тонкими Беликовыми швами. Наплывы устраняют обработкой абразивным инструментом или с помощью  пневматического зубила. Наружные трещины  устраняют разделкой и последующей заваркой. Для предупреждения распространения трещины по концам ее засверливают отверстия. Разделку трещины выполняют зубилом или резаком. Кромки разделки зачищают от шлака, брызг металла, окалины и заваривают. Швы с внутренними трещинами вырубают и заваривают заново. При наличии сетки трещин дефектный участок вырезают и сваркой накладывают заплату.

 

 

6.2 Технология контроля

Для получения сварного соединения хорошего качества необходимо осуществлять контроль, начиная с проверки качества подготовки шва и кончая проверкой полученного сварного соединения. Качество основного металла, электродной проволоки, присадочного металла, флюса и других материалов проверяют по сертификатам и заводским документам. Маркировка и качество должны соответствовать установленным техническим условиям и технологическому процессу сварки. Сборку под сварку и разделку шва проверяют по стандартам и техническим условиям.

Сварное соединение проверяется внешним осмотром, металлографическими исследованиями, химическим анализом, механическими испытаниями, просвечиванием рентгеновскими и гамма-лучами, магнитными методами и с помощью ультразвука. Предварительно сварное соединение очищают от шлака, окалины и металлических брызг.

Внешним осмотром выявляют наружные дефекты шва. Осмотр производят невооруженным глазом или с помощью лупы с десятикратным увеличением. Размеры сварных швов проверяют шаблонами и мерительным инструментом.

Металлографические исследования заключаются в следующем: сверлят отверстие, проходящее через шов и основной металл. Поверхность отверстия протравливают 10%-ным водным раствором двойной соли хлорной меди и аммония в течение 1...3 мин. Осадок меди удаляют водой. Протравленную поверхность осматривают невооруженным глазом или с помощью лупы. При этом выявляют качество провара и наличие внутренних дефектов. Для ответственных сварных конструкций производят более полные металлографические исследования макро- и микрошлифов из специально сваренных контрольных пластин или из пластин, вырезанных из сварных соединений.

Химическим анализом определяют состав основного и наплавленного металлов и электродов, а также их соответствие установленным техническим условиям на изготовление сварного изделия. Методы отбора проб для химического и спектрального анализов предусмотрены ГОСТ 7122—81.

Механические испытания проводят либо специально сваренных контрольных образцов, либо образцов, вырезанных из сварного соединения. Определяют предел прочности на растяжение, ударную вязкость, твердость и угол загиба.

Рентгенодефектоскопия основана на различном поглощении рентгеновских лучей различными веществами. Этим   методом   обнаруживают   поры, микротрещины, непровары, неметаллические включения. Рентгеновские лучи направляют на сварной шов, а с обратной стороны, прикладывают фотопленку. Дефектные места пропускают лучи с меньшим поглощением, чем сплошной металл. После проявления на пленке хорошо видны очертания дефектов шва.

Рентгеновские лучи - коротковолновое электромагнитное излучение получают в рентгеновских трубках бомбардировкой быстрыми электронами положительного электрода. К рентгеновской трубке подводится ток высокого постоянного напряжения (10⁴—10⁶ эВ). Следует иметь в виду, что рентгеновские лучи вредны для человеческого организма, поэтому рентгеновская трубка изолируется защитным свинцовым кожухом, в котором имеется узкая щель для выхода лучей, направляемых на контролируемое изделие. Для контроля в монтажных условиях очень удобны малогабаритные отечественные рентгеновские аппараты РУП-120-5-1, ИРА-1Д, ИРА-2Д, РИНА-ЗД и др. Толщина металла, которая может контролироваться этими аппаратами,— 25...100 мм.

 

 

Рисунок 10 -  Схема просвечивания рентгеновскими лучами

1 - рентгеновская трубка, 2 - контролируемый  шов, 3 - кассета с фотопленкой.

 

 

Гамма-дефектоскопия также основана на различном поглощении веществами   гамма-лучей.   Как   и   при рентгенодефектоскопии, получают теневой снимок сварного шва. Гамма-лучи получаются при ядерном распаде естественных и искусственных радиоактивных веществ (радия, мезатория, кобальта, цезия, иридия и др.). Наибольшее распространение как более дешевые получили радиоактивные изотопы кобальта ⁶⁰Со, цезия ¹³⁷Сs и иридия ¹⁹² Ir. Гамма-лучи обладают большой проникающей способностью и позволяют контролировать металл толщиной до 350 мм. Гамма-лучи также вредны для человека, поэтому ампула с радиоактивным веществом помещается в переносной свинцовый контейнер или в стационарный аппарат с дистанционным управлением. Контейнер устанавливают против контролируемого участка, а с обратной стороны сварного шва помещают кассету с пленкой. Затем с помощью дистанционного управления выдвигают ампулу из аппарата или открывают щель в контейнере для выхода гамма-лучей.

 

Рисунок 11 - Схема просвечивания сварного шва гамма- лучами

 

1. схема просвечивания сварного шва:

1- контейнер, 2 - ампула, 3 - контролируемый шов, 4 - кассета с пленкой;

б) схема устройства ампулы с радиоактивным веществом:

1- радиоактивное вещество, 2— стеклянная ампула, 3—вата, 4—латунная или алюминиевая оболочка, 5—крышка, 6—свинцовый футляр.