ОСП 10 ВАРИАНТ

Содержание
Введение ................................................................................................................... 2
1. Характеристика способа сварки ........................................................................ 3
2. Анализ технологической свариваемости материала ....................................... 4
2.1 Химический состав и структура исходного металла ..................................... 4
2.2 Оценка свариваемости материала и определение температуры подогрева
заготовок перед сваркой ......................................................................................... 5
3. Выбор сварочных материалов ........................................................................... 6
4. Расчет параметров режима сварки .................................................................... 7
5. Определение геометрических размеров сварного шва ................................... 8
6. Характеристика металла шва ............................................................................. 8
6.1. Расчетное определение химического состава металла шва ......................... 8
6.2. Оценка условий получения однородной структуры металла в сварном
соединении ............................................................................................................... 9
7. Разработка технологии получения сварного соединения ............................. 10
8. Расчет технико-экономических показателей сварки соединения ................ 10
9. Выбор сварочного оборудования .................................................................... 11
10. Заполнение технологической карты.............................................................. 12
Заключение ............................................................................................................ 13
Список литературы ............................................................................................... 14
Приложение Карта технологического процесса сварки ................................... 15
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Подпись Дата
Лит.
Лист
Листов
1
15
Введение
Сварка плавлением — это процесс соединения двух деталей или
заготовок в результате кристаллизации общей сварочной ванны, полученной
расплавлением соединяемых кромок.
Сталь
12Х18Н10Т
предназначена
для
изготовления
деталей,
работающих при темпратуре до 600 °С. Сварные аппараты и сосуды,
работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной
кислот, растворах щелочей и солей и другие детали, работающие под
давлением при температуре от —196 до +600 °С, а при наличии агрессивных
сред до +350 °С.
Задание на Курсовую работу
Разработать технологическую карту сварки в среде углекислого газа
соединения из стали 12Х18Н10Т толщиной 5 мм и длиной 380 мм. Тип
сварного соединения С8.
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
2
1. Характеристика способа сварки
Сварка в среде углекислого газа нашла широкое применение в
промышленности.
Сущность метода. При сверке в зону дуги 1 через сопло 2 непрерывно
подается защитный газ 3 (рис.1.1). Теплотой дуги расплавляется основной
металл 4 и электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны,
кристаллизуясь, образует шов.
Рисунок 1.1 – Схема сварки в среде защитных газов
Широкий диапазон используемых защитных газов, обладающих
значительно различающимися теплофизическими свойствами, обуславливает
большие технологические возможности способа,
как в отношении
свариваемых металлов, так и их толщин.
По сравнению с другими способами сварка в среде защитных газах
обладает ряд преимуществ:
- высокое качество сварных соединений на разнообразных металлах и
сплавах различной толщины;
- возможность сварки в различных пространственных направлениях;
- возможность визуального наблюдения за образованием шва;
- отсутствие операций по засыпке и удалению флюса и шлака;
-
высокая
производительность
и
легкость
механизации
и
автоматизации;
- низкая стоимость при использовании активных защитных газов;
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
3
К недостаткам способа по сравнению со сваркой под флюсом
относится необходимость применения защитных мер против световой и
тепловой радиации дуги.
Техника сварки плавящимся электродом. Технологические свойства
дуги в значительной мере определяются родом и полярностью сварочного
тока.
В силу физических особенностей стабильности дуги и ее
технологические свойства выше при использовании постоянного тока
обратной полярности. При использовании постоянного тока прямой
полярности количество расплавленного электродного металла увеличивается
на 25-30%, но резко снижается стабильность дуги и повышаются потери
металла на разбрызгивании. Применение переменного тока невозможно из-за
нестабильного горения дуги.
2. Анализ технологической свариваемости материала
2.1 Химический состав и структура исходного металла
Химический состав стали 12Х18Н10Т ГОСТ 7350-77 приведен в
таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Химический состав стали 12Х18Н10Т ГОСТ 7350-77
Массовая доля элементов, %
Углерод Кремний Марганец Сера Фосфор
не более
0,12
0,8
2,0
0,02
0,04
Хром Никель Титан
17-19
11-13
5-0,7
Для основного металла по средним значениям концентрации (%)
легирующих элементов первоначально рассчитываются эквивалентные
значения хрома и никеля (%) по формулам:
ЭСr = %Сr + %Мo + 2%Тi + 2%Al + %Nb + 1,5%Si + %V;
(2.1)
ЭNi = %Ni + 30%C + 30%N + 0,5%Мn
(2.2)
ЭСr = 19 + 25 + 1,50,8 = 30,2%;
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
4
ЭNi = 13 + 300,12 + 0,52 = 17,6%.
Определение структуры заданной стали осуществляется по диаграмме
Шеффлера (рис.2.1)
Рисунок 2.1 – Диаграмма Шеффлера
По диаграмме Шеффлера видно, что сталь относится к сталям
аустенитно-ферритного класса.
Механические свойства стали представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Механические свойства стали 12Х18Н10Т ГОСТ 7350-77
Предел
Ударная
текучести
Временное
Относительное
вязкость
Т, Н/мм2
сопротивление В,
удлинение 5,
KCU, Дж/см2
(кгс/мм2)
Н/мм2 (кгс/мм2)
%, не менее
(кгсм/см2) не
не менее
235 (24)
менее
530 (54)
38
-
2.2 Оценка свариваемости материала и определение температуры
подогрева заготовок перед сваркой
Склонность соединения к горячим трещинам оценивается расчетностатистическими показателями, исчисляемыми для заданного материала по
формуле:
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
5
L = 299C + 8Ni + 142Nb -5.5(%Fe)2 -105 =
= 2990.12 + 813 - 5.5(10)2 - 105 = -547
Так как L < 0, то сталь не склонна к образованию горячих трещин
Оценка образования холодных трещин
Сэ = С +Mn/6 + (Сr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu/)1/15 =
= 0,12 + 0,8/6 + 19/5 + 13/15 = 4,92%
Свариваемость плохая, так Сэ >0, 45%. Возможно образование
холодных трещи.
Так как Сэ > 0.25, то требуется предварительный подогрев металла:
Т п  350 С э 1  0,005S  0.25  350 4,921  0,005  5  0.25  766 0 C .
3. Выбор сварочных материалов
В качестве сварочных материалов при сварке в среде защитных газов
используется электродная проволока и защитный газ.
При выборе сварочной проволоки учитываем, что химический состав
проволоки должен быть наиболее сроднен к химическому составу основного
металла. Для сварки стали 12Х18Н10Т используем проволоку Св06Х19Н10М3Т ГОСТ 2246-70 [1, стр.300, табл.78]. Химический состав
сварочной проволоки приведен в таблице 3.1.
Таблица 3.1
– Химический состав сварочной проволоки
Св-
06Х19Н10М3Т ГОСТ 2246-70, %
Химический состав, %
Марка
проволоки
С
Si
Св-
не
не
06Х19Н10
более
более
М3Т
0,08
0,06
Mn
Cr
1,0-2,0
18-20
Ti
0,50,8
Ni
S
P
не более
9-11
0,018 0,025
В качестве защитного газа используем СО2 ГОСТ 8050-85.
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
6
4. Расчет параметров режима сварки
Диаметр проволоки зависит от толщины металла. Для толщины
свариваемого металла 5 мм dэ = 1,2 мм. [2, стр.8, табл.2]
Для сварки под флюсом и в среде углекислого газа силу сварочного
тока можно определить по формуле:
I св 
Н пр
kп
 100,
(4.1)
где Нпр - глубина проплавления;
Для одностороннего сварочного шва С8 Нпр =S = 5 мм.
где kП – коэффициент пропорциональности, зависящий от условий
сварки; kП =1 [2, стр.9, табл.3]
5
I св   100  500 A.
1
Уточняем диаметр проволоки
d э  1.13
I св
,
j
(4.2)
где j - допустимая плотность тока, А/мм2;
j = 90-200 А/мм2 [2, стр.9, табл.4]. Примем j = 200 А/мм2
d э  1.13
500
 1,8 мм . Принимаем dэ = 2 мм
200
Напряжение для сварки в СО2:
U 2  20 
0.05
0.05
I св  1  20 
 500  1  37,7  1 В.
dэ
1,6
(4.3)
Скорость подачи VП.ПР, м/ч сварочной проволоки вычисляют по
формуле:
VП.ПР. 
α н I св
,
γFэ100
(4.4)
где αН– коэффициент наплавки, г/(А • ч); для сварки в СО2 αН =
(12…14) г/(А • ч);
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
7
γ – плотность железоуглеродистого металла, γ = 7,8 г/см3.
FЭ – площадь сечения проволоки, см2:
d 2э 3,14  0,2
Fэ 

 0,0314 см2
4
4
2
VП.ПР. 
14  500
 285 м/ч
7,8  0,0314  100
5. Определение геометрических размеров сварного шва
Для заданного типа сварного шва С8 по ГОСТ 14771-76 определяем
конфигурацию подготовки кромок и размеры отдельных элементов (рис.5.1).
Рисунок 5.1 – Конструктивные элементы сварного соединения
Определим площадь поперечного сечения наплавленного металла по
формуле: FН = Sb + 0,5(S-c)2tgα + 0.75eg =
= 51 + 0,5(5-1)2tg40 + 0.7581 = 17.7 мм2 = 0,177см2
6. Характеристика металла шва
6.1. Расчетное определение химического состава металла шва
Сварной шов состоит из основного и наплавленного металлов, которые
перемешиваются,
образуя сварочную ванну. При этом легирующие
элементы из основного металла (Эо) и проволоки (Эн) в количестве,
пропорциональном доле участия
металле в шве основного (θО) и
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
8
наплавленного
(θн)
металла,
соответственно, формируют
содержание
элементов (Эисх) в исходном составе металла шва:
Эисх = Эо θО + ЭН θН
(6.1)
Доли участия основного и присадочного металла в шве равны:
θ0 = F0/Fш; θН = FН/Fш; θ0 + θН = 1.
(6.2)
где Fо – площадь основного металла в металле шва, мм2;
Fо = Fш - Fн
(6.3)
Fш = 35 мм2
Fо = 35 – 17.7 = 17.3 мм2
θ0 = 17.3/35 = 0,494; θН = 17.5/35 =0,506.
Содержание никеля Niисх = 130.494 + 110.506 = 11.988%;
Содержание углерода Сисх = 0,120.494 + 0,080.506 = 0,1%;
Содержание марганца Mnисх = 20.494 + 20.506 = 2%;
Содержание титана Тiисх = 50.494 + 0.80.506 = 2.875 %;
Содержание хрома Crисх = 190.494 + 200.506 = 19.506%;
Содержание серы Sисх = 0.020.494 + 0.0180.506 = 0.019%.
6.2. Оценка условий получения однородной структуры металла в
сварном соединении
Структура металла шва определяется также по диаграмме Шеффлера.
При этом для определения эквивалентов по никелю ЭNiш и хрому ЭСrш
необходимо пользоваться формулами:
ЭNiш= %Ni + 30%C + 30%N + 10%В + 0,5%Мn;
ЭNiш= 11.988 + 300.1 + 0,50.8 = 15.388 %;
ЭСrш= %Сr + 2%Аl + %V + 5%Тi + 1,5%S + 2%Nb + 2%Мо + 1,5%W.
ЭСrш= 19.506 + 52.875 + 1,50.019 = 33.91%.
Определив ЭNiш и ЭСrш, наносят на диаграмму Шеффлера точку,
соответствующую структуре шва. Структура шва – ферритно-аустенитная.
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
9
7. Разработка технологии получения сварного соединения
1. Перед сваркой соединяемые детали на расстоянии не менее 20 мм от
шва должны быть очищены от грязи, масел, старой краски, следов коррозии;
2. Перед сваркой деталей необходимо произвести предварительный
подогрев деталей до 250- 3000С;
3. Установить режимы сварки: Iсв = 500 А; Напряжение дуги 37.71В;
скорость подачи сварочной проволоки VП.ПР = 285 м/ч = 4.75 м/мин;
4. Прихватить выводные планки;
5. Произвести сварку изделия обратноступенчатым методом, для этого
детали делим на два участка. Шов заканчивать на выводной планке;
6. Удалить выводные планки;
7. Произвести
8. Расчет технико-экономических показателей сварки соединения
Общее время на выполнение сварочной операции св. состоит из
нескольких компонентов и определяется по формуле:
св. = tо+ tп.з.+ tв+ tобс+ tn,
(8.1)
где t n.з. - подготовительно-заключительное время;
tо - основное время;
tв - вспомогательное время;
tобс - время на обслуживание рабочего места;
tn - время перерывов на отдых и личные надобности.
Основное время - это время на непосредственное выполнение
сварочной операции, которое определяется по формуле:
t0 
М НМ
,
I св
(8.2)
где Мнм – масса наплавленного металла, г:
Мнм = Fн×Lш×γ ,
(8.3)
Мнм = 0,177×38×7,8 = 52,463 г
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
10
t0 
52,463
 0,0075 ч  0,45 мин.
14  500
Расход электродной проволоки вычисляется по массе наплавленного
металла с учетом потерь его на угар и разбрызгивание:
Р = Кр Мнм
(8.4)
Кр = 1,1
Р = 1,152,463 = 57,7 г.
Расход защитного газа зависит от силы сварочного тока и составляет
20...22 л/мин.
9. Выбор сварочного оборудования
Для полуавтоматической сварки в СО2 по возможности необходимо
выбирать полуавтомат, который поставляется в комплекте с источником
питания. Кроме силы сварочного тока полуавтомат должен обеспечивать
сварку проволокой выбранного диаметра, а также обеспечивать скорость
подачи проволоки, полученную при расчете режима сварки.
Для сварки выбираем сварочный полуавтомат ПДГ-510 (рис.9.1)
с
ВДУ-601С.
Рисунок 9.1 – сварочный полуавтомат ПДГ-510 с ВДУ
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
11
Таблица 9.1 – Технические характеристики полуавтомат ПДГ-510
Параметр
Номинальное
напряжение,
ПДГ-510
питающей
сети,
50Гц/В
Номинальный сварочный ток: при ПВ=60% и
цикле сварки 5 мин, А
380
500
Пределы регулирования сварочного тока, А
100-500
Расход защитного газа, л/ч
480-1280
Диаметр электродной проволоки, мм
Пределы
регулирования
скорости
1,2-2,0
подачи
электродной проволоки , м/ч
Масса полуавтомата, кг
70-1200
18
10. Заполнение технологической карты
Результаты расчетов заносим в технологическую карту (приложение
1). При отсутствии числовой или текстовой информации в ячейке ставим
прочерк.
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
12
Заключение
В результате выполнения курсовой работы мы научились:
1. Оценивать свариваемость материала и определять температуру
подогрева. Результаты расчетов показали, что свариваемость стали плохая,
возможно образование холодных трещин, требуется предварительный
подогрев и последующий отпуск;
3. Для сварного соединения подобрали режимы сварки, выбрали
сварочные материалы и определи норму времени на выполнении сварочной
операции.
4. Для сварного шва определили химический состав и структуру шва.
Структура шва – ферритно-аустенитная.
5. Для выбранных режимов сварки подобрали сварочный полуавтомат
ПДГ-510 с ВДУ 601С.
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
13
Список литературы
1. Акулов, А. И., Демянцевич В.П, Технология и оборудование сварки
плавлением/А.И. Акулов. М.: Машиностроение, 1977.- 432 с.
2. Салангин В.Г., Методические указания по выполнению курсовой
работы по дисциплине «Основы сварки плавлением» для студентов,
обучающихся по направлению 15.03.01 «МАШИНОСТРОЕНИЕ», профиль «Оборудование и технология сварочного производства».
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
14
Приложение
Карта технологического процесса сварки
Способ сварки - УП
Марка основного материала 12Х18Н10Т ГОСТ 7350-77 (М11)
Тип шва – СШ
Типоразмеры, мм:
Тип соединения по НД
Лист, (длина -L) 380 х 200
С8 (стыковой)
(ширина - B), 2 штуки
Положение при сварке – Н
Толщина металла - 5 мм.
Обозначение шва (по стандарту) –
Температура подогрева -250-3000.
С8 ГОСТ 14771-76
Рекомендуемая скорость
охлаждения шва - произвести
отпуск при температуре 1500С в
течении 1 ч.
Сварочные материалы (обозначение
проволока Св-06Х25Н12ТЮ ГОСТ
по ГОСТ):
2246-70;
углекислота СО2 ГОСТ 8050-85
Параметры режима сварки:
Iсв = 500 А; U =37.71В;
VП.ПР = 285м/ч; t0 = 0.017 ч
Сварочное оборудование:
Источник питания Автомат/полуавтомат Примечания: метод контроля
ВДУ601С
полуавтомат ПДГ-510
Визуальный и измерительный по
РД 03-606 – 03, объем 100%
Ультразвуковой по ГОСТ 14782-86
объем 100%
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
15