Стыковая и электродуговая сварка

Расчетно-графическая  работа по электродуговой сварке

 

Вариант № 2

 

1. Изобразите схему  и опишите сущность процесса  автоматической сварки под слоем  флюса и флюсовой подушки.

 

Сущность способа заключается  в образовании соединения при  кристаллизации сварочной ванны под слоем флюса, который защищает расплавленный металл от кислорода и азота воздуха.

Расплавление основного  и электродного металлов происходит под действием теплоты дуги, горящей  между непокрытой электродной проволокой и свариваемыми заготовками (рис. 1). В расплавленном флюсе образуется газовый пузырь, в котором газообразные продукты, выделяющиеся при плавлении металла и флюса, находятся под небольшим избыточным давлением. Давление столба дуги, газов и паров металла, находящихся в пузыре, способствует оттеснению жидкого металла из-под дуги, что улучшает проплавление кромок заготовок и уменьшает потери металла на угар и разбрызгивание. Металлургические взаимодействия между расплавленным металлом и жидким шлаком способствуют получению металла шва с заданным химическим составом указано направление движения дуги.

Рисунок 1 - Схема дуговой сварки под флюсом: 1 - сварной шов, 2 - расплавленный флюс, 3 - ванна, 4 - газовый пузырь, 5 - заготовка, 6 - флюс, 7 - электродная проволока, 8 - токоподводящнй наконечник; Н_тр - глубина провара; стрелкой.

 

Сварку под флюсом можно осуществлять на переменном постоянном токах. В свою очередь, в зависимости  от полярности постоянного тока дуга может быть прямой и обратной полярности. По способу перемещения дуги относительно заготовок сварка под флюсом подразделяется на механизированную и автоматическую. При механизированной сварке автоматизирован только процесс подачи электродной проволоки в зону сварки держатель с установленной на нем воронкой с флюсом перемешают вручную. При автоматической сварке перемещение держателя и поддержание дуги осуществляются специальными механиз гами I

Технологические особенности: расстояние от токопроводяшего мундштука до сварочной ванны постоянно; вылет электрода не превышает 40...70 мм, что позволяет без перегрева  последнего использовать сварочные токи силой до 2000 А; плотность сварочного тока достигает 200...250 А/мм² (при ручной дуговой сварке она не превышает 15 А/мм²), в результате чего 2...2,5 раза  повышается коэффициент наплавки и одновременно уменьшается доля  наплавленного металла в сварном  шве благодаря большой глубине проплавления;  электродный металл переносится в ванну мелкими каплями, которые не замыкают дугового промежутка и не гасят дугу; наличие расплавленного шлака над сварочной ванной  улучшает условия кристаллизации шва.

Преимущества перед ручной дуговой сваркой покрытыми электродами: более высокая (в 5...20 раз) производительность; более высокие физико-механические свойства металла шва; возможность сварки заготовок толщиной до 20 мм односторонним швом без разделки кромок и до 50 мм - двусторонним швом; значительно меньшая стоимость за счет снижения расходов на электроэнергию и присадочный материал.

Подготовку заготовок под сварку с использованием флюса осуществляют более тщательно, чем под ручную дуговую сварку. Резку и скос кромок выполняют механической обработкой или механизированной кислородной резкой. Перед сборкой под сварку края заготовок нужно очистить от ржавчины, масла и других загрязнений на ширине 25...30 мм от м :та сварки. Сборку осуществляют или в специальных приспособлениях, или с использованием универсальной оснастки. При этом необходимо обеспечить требуемый и постоянный зазор по длине шва. При стыковых соединениях заготовок толщиной 15 мм зазор должен составлять 1...3 мм, а толщиной 16...20мм - 2...4 мм. Для угловых соединений зазор не должен превышать 1 мм, для тавровых - 2 мм. Угол разделки кромок заготовок толщиной свыше 20 мм должен составлять (50+5)°. Для обеспечения хорошего качества начала и конца шва устанавливают начальные и выводные планки (рис. 2, а), материал и разделка кромок которых такие же, как у свариваемых заготовок. Длина планок составляет 100...120 мм, ширина - 60... 1000 мм. После сварки планки удаляют. Способы предотвращения вытекания расплавленного металла из сварочной ванны показаны на рис. 2, б...е.

Рисунок 2 - Подготовка заготовок к сварке под флюсом с использованием начальных и выводных планок (а), асбестовой набивки (б), остающейся стальной подкладки (в), предварительной ручной подварки (г), флюсомедной подкладки (д), флюсовой подушки (е)

 

 

2. Разработайте процесс односторонней  сварки плиты из стали Ст3, производство  крупносерийное. Укажите тип соединения, форму разделки кромок под  сварку по ГОСТ 8713-79. Приведите  эскиз сечения шва с указанием размеров.

 

Вид сварки: сварка под  флюсом;

Способ сварки: АФ автоматическая на флюсовой подушке;

Условное обозначение  сварного соединения С18;

Тип соединения: стыковое;

Форма подготовленных кромок – со скосом кромок, характер сварного шва односторонний  по ГОСТ 8713-79. Условное обозначение сварочного шва С18. Толщина свариваемого соединения 20мм.

 

Технология  сварки. Перед началом сварки в воронку держателя насыпают флюс и устанавливают держатель на место сварки. Затем открывают заслонку и место сварки покрывают слоем флюса. Нажав кнопку на держателе, включают сварочный ток и после возбуждения дуги перемещают держатель вдоль линии соединения заготовок с требуемой скоростью. Расход флюса, определяемый опытным путем, регулируют заслонкой. В случае прорыва газов через слой флюса количество последнего увеличивают.

 

 

 

Форма технологического процесса сборки-сварки изделия

№ опера-ции	Наименование и краткое  содержание операции	Оборудование и инструмент для сборки и сварки
1	Зачистка. Основной металл очищают от ржавчины, масла, влаги, рыхлого слоя окалины. Допускается зачистка не всей поверхности свариваемых деталей, а только части поверхности кромок шириной 30–40мм.	Для удаления масел применяют  ветошь. Дробометную машину.
2	Правка. Правку листовой стали производят в холодном состоянии. При этом устраняют общие и местные неровности, волнистость кромок, саблевидность.	Четырехвалковая правильно  – гибочной машине Листоправильная машина.
3	Разметка.	Мерительный инструмент.
4	Резка. Для холодной резки  прокатной стали преимущественно применяют гильотинные, уголковые и сортовые ножницы.	Кромкострогальный станок
5	Подготовка кромок под  сварку. Зачистку кромок выполняют  механическими способами: пескоструйным, дробеструйным, металлическими щетками.	Дробеструй
6	Сборка.	Верстак
7	Сварка автоматическая под слоем флюса	Для сварки используется проволока марки  Керамические флюсы

 

 

 

Форма поперечного сечения  подготовленных кромок

Форма поперечного сечения  сварного шва

 

 

3. Подберите марку и диаметр электродной проволоки и флюса.

 

Для марки Сталь Ст3 выбираем ГОСТ 2590–71 (сортовой прокат в  горячекатаном или термически обработанном состоянии сталь).

 

Таблица 1 - Химический состав основного металла

С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	As	Cu
0,14 – 0,22	0,05–0,17	0,40–0,65	≤0,04	≤0,05	≤0,30	≤0,30	≤0,08	≤0,30

 

Таблица 2 - Механические свойства в данной стали

Сечение, мм	у0,2, Н/мм²	, Н/мм²	, %
Свыше 2,0	–	360–530	24

 

где у^0,2 - условный предел текучести, ув - временное сопротивление,

- относительное удлинение.

 

Технологические свойства в данной стали

Свариваются без ограничений (кроме химико-термически обработанных деталей).

Способы сварки: РДС, АДС  над флюсом и газовой защитой ЭШС и КТС.

 

Для автоматической дуговой сварки под слоем флюса углеродистых и низколегированных сталей применяем керамические флюсы.

Гранулометрический состав флюса должен соответствовать приведенному в табл.3.

Флюсы не должны содержать инородных примесей. Частицы компонентов, входящих в состав флюса, не являются инородными примесями.

Относительная влажность  готового флюса в момент упаковывания должна быть не более 0,1%.

 

Таблица 3 - Гранулометрический состав флюса

Размер гранул флюса, мм	Просев через сетку N 025 (ГОСТ 6613),%	Остаток на сетке N 2 (ГОСТ 6613),%
0,25-2,00	Не более 5	Не более 8

 

Сварочно-технологические  свойства флюсов при соблюдении режимов и условий сварки, установленных техническими условиями на флюс конкретной марки, и при отсутствии магнитного дутья должны удовлетворять следующим требованиям:

- дуга должна легко возбуждаться и стабильно гореть;

- сварочный валик должен иметь ровную гладкую поверхность с выпуклостью не более 4 мм и плавным переходом к основному металлу;

- шлак должен обеспечивать хорошее формирование валиков наплавленного металла и легко удаляться после охлаждения;

- поры, трещины и надрывы на поверхности наплавленного валика не допускаются

 

Выбираем сварочную  проволоку исходя из механического состава основного металла Ст3.

Диаметр электрода: dэ =6 (мм)

Для данной конструкции используется марка электрода УОНИ-13/45.

Условное обозначение  электрода:

Электроды типа Э42А по ГОСТ 9467, марки УОНИИ-13/45, диаметром 6,0 мм, для сварки углеродистых и низколегированных сталей У, с толстым покрытием Д, с установленной по ГОСТ 9467 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, 43 2(5), с основным покрытием Б, для сварки во всех пространственных положениях 1 на постоянном токе обратной полярности 0:

 

4. Подберите режим сварки. По  размерам шва подсчитайте массу  наплавленного металла. Определите  расход электроэнергии.

 

По 2 таблице 10.3 с. 223 определяем ориентировочные режимы сварки под флюсом при выполнении стыковых соединений на флюсовой подушке при толщине металла 20мм.

Зазор 5-6 мм;

Сила сварочного тока 950-1000А;

Напряжение дуги для  постоянного тока 36-40В;

Скорость сварки 15м/ч.

Масса наплавляемого  металла:

где – объём наплавляемого металла,

с =7,85 г./ см³ – плотность металла.

Для начала вычислим площадь  сечения:

F=l·S/2=24 · 24/2=288 (мм²) = 2,88 (см²)

Вычислим объём наплавляемого  металла 

V_н = F · l_шва = 2,88 · 300=864 (см³)

где l_шва = 300см – смотри исходное задание

г = 6,87 кг

где с=7,85 г/ см³

 

Определяем расход электроэнергии

кВт

где - время процесса сварки, для сварки под флюсом определяем по формуле:

ч

 

5. Укажите методы контроля качества  сварного шва.

 

Дефекты в сварных  соединениях могут быть вызваны  плохим качеством сварных материалов, неточной сборкой и подготовкой  стыков под сварку, нарушением технологии сварки, низкой квалификацией сварщика и другими причинами. Задача контроля качества соединений - выявление возможных причин появления брака и его предупреждения.

Работы по контролю качества сварочных работ проводят в три  этапа:

- Предварительный контроль, проводимый до начала работ:

- Контроль в процессе  сборки и сварки ( по операционный ).

- Контроль качества  готовых сварных соединений.

Предварительный контроль включает в себя: проверку квалификации сварщиков, дефектоокопистов и итр, руководящих работами по сборке, сварке и контролю.