Разработка технологического процесса сварки корпуса колонного аппарата

 

 

Следовательно, по ГОСТ 2246-70 [8] принимаем d_эл = 2,5 мм.

Вылет электрода влияет на стабильность процесса и формирование размеров шва. С увеличением вылета возрастает коэффициент расплавления, разбрызгивание. При малом вылете увеличивается  набрызгивание на сопло, затрудняется наблюдение за процессом. Вылет электрода  l_э устанавливают опытным путем в зависимости от диаметра электродной проволоки.

 

l_э = 18 мм.

 

Определение напряжения дуги U_д, производится по формуле:

 

     (2.6)

 

.

 

      (2.7)

 

где  a_н – коэффициент наплавки;

       y – коэффициент потерь на угар и разбрызгивание при дуговой сварке в среде защитных газов, принимаем y=2 для сварки в среде аргона.

a_р – коэффициент расплавления, значение коэффициента в зависимости от диаметра сварочной проволоки и сварочного тока, a_р = 15 г / А· ч [1] .

 

.

 

Скорость сварки, как для автоматических, так и для механизированных способов определяется по формуле:

 

, м/ч,     (2.8)

 

где g - удельная плотность металла шва, для стали g=7,85 г/см³.

 

.

 

Скорость подачи электродной проволоки  зависит от величины сварочного тока I_св, диаметра сварочной проволоки d_э и определяется по выражению:

 

,     (2.9)

 

где F_э – площадь сечения сварочной проволоки, F_э = 4,9 мм².

 

.

 

Расчет расхода сварочных материалов.

 

Определим расход сварочной проволоки. Найдем длину проволоки по формуле:

 

 

где t_св – время сварки:

 

 

 

Определение расхода защитного газа и расстояния между изделием и соплом, в зависимости от диаметра электродной проволоки:

Расход газа: 20 л/мин;

Расстояние от сопла горелки  до изделия: 12 мм.

 

Выбор сварочного оборудования [1].

 

Выбираем автомат АДПГ-500 со следующими характеристиками:

• сила сварочного тока I_ном = 500 А;
• диаметр сварочной проволоки:0,8…2,5 мм
• скорость подачи: 150…720 м/ч;
• скорость сварки: 12…120 м/ч;
• тип источника питания ВДУ-506. 
  3.2 Узел приварки верхней и средней обечаек (Узел Б)

 

При сварке данного узла используем сварку под слоем флюса по  
ГОСТ 8713– 79.

Из ГОСТа, в зависимости от толщин свариваемых деталей  
(S₁ = S₂ = 32 мм) выбираем вид сварного соединения С32, способ сварки АФф.

 

s, s₁ – толщины свариваемых деталей, с – высота необработанной 
поверхности кромки, b – зазор в стыке, e – ширина шва, g – усиление шва

Рисунок 2.2 - Сварка верхней и средней  обечаек

S = S₁ = 32 мм; e = 23 мм; g = 2,5 мм.

 

Выбор присадочных материалов.

 

Особенность этого узла заключается  в том, что в нем свариваются  разнородные стали и выбор  выполняется на основе управления процессом  разбавления и получения шва  заранее рассчитанного химического  состава и структурного класса. Флюс подбирается после определения  марки проволоки.

Выбор сварочной проволоки производится в 3 этапа, по следующей методике:

1. Рассчитываются эквиваленты по  хрому, никелю для основных металлов и сварочной проволоки. При этом надо учесть, что при сварке ферритных сталей с феррито-перлитными желательной структурой металла шва является аустенитная, а при сварке аустенитных с феррито-перлитными - аустенитно-ферритная. В соответствии с этими требованиями выбирается сварочная проволока. Сварочная проволока Св-04Х19Н11М3.

Все легирующие элементы приводятся в эквивалент никеля åNi (аустенизаторы) и эквивалент хрома åCr (ферритизаторы), которые определяются по формулам [1]:

 

åNi = Ni + 30×C + 0,5×Mn + 30×N₂           (2.11)

åCr = Cr + 1,5×Si + Mo + 0,5×Nb                        (2.12)

 

Для стали ВСт3пс:

 

åNi = 0,3 + 30×0,18 + 0,5·0,52 + 30× 0 = 7,225 %;

åCr = 0,3 + 1,5×0,17 + 0 + 0,5×0 = 0,555 %.

 

Для стали 08Х17Н15М3Т:

 

åNi = 15 + 30×0,08 + 0,5·2 + 30× 0 = 18,4 %;

åCr = 17 + 1,5×0,8 + 3 + 0,5×0 = 21,7 %.

 

Для проволоки Св-04Х19Н11М3:

 

åNi = 11 + 30×0,04 + 0,5·2 + 30× 0 = 13,2 %;

åCr = 19 + 1,5×0,06 + 3 + 0,5×0 = 22,1 %.

 

2. Полученные значения SCr и SNi наносятся на структурную диаграмму высоколегированных сталей (рисунок 2.3) и строятся линии разбавления, которые служат для графического определения химического состава металла шва при известных долях основного и наплавленного металлов.

 

Рисунок 2.3 – Структурная диаграмма  высоколегированных сталей

(диаграмма Шеффлера)

 

3. Структурные области диаграммы,  пересекаемые линией разбавления,  анализируются, с точки зрения  свариваемости, и назначается  оптимальное значение γ₀. Оптимальное значение γ₀ определяется из условий обеспечения металла шва с высокой технологической прочностью.

При γ₀=40 % åNi=14 %, åCr=19 %.

 

Расчет режима автоматической сварки под флюсом.

 

Сварку под слоем  флюса производят голой электродной  проволокой, которую подают в зону горения дуги специальным механизмом, называемым головкой автомата. Токоподвод к проволоке осуществляется через  скользящий контакт при прохождении  проволоки через мундштук, изготовляемый  из меди. Малый вылет электрода, отсутствия покрытия, большая скорость подачи электродной проволоки позволяют значительно увеличить силу сварочного тока по сравнению с ручной сваркой электродами тех же диаметров, что приводит к ускорению процесса плавления сварочной проволоки, увеличению глубины проплавления основного металла и, как следствие, значительному повышению производительности.

На качество и работоспособность  сварного соединения, выполняемого под  слоем флюса, помимо применяемого материала  и режимов сварки влияют также  конструктивные элементы шва (коэффициент  формы провара и коэффициент  формы валика):

Коэффициент формы провара, определяется по формуле:

 

,           (2.13)

 

где  е – ширина усиления сварного шва;

       h_пр – глубина проплавления металла.

Глубина проплавления при односторонней  стыковой сварке определяется по формуле:

 

,           (2.14)

 

где  S – толщина свариваемых изделий;

       n - количество проходов.

 

Количество проходов n определяется  исходя из максимального сечения однопроходного шва F₁, которое не должно быть больше 100 мм², по формуле (2.1), а площадь наплавленного металла F _н  по формуле:

 

F_н = 2·S+0,5·8·8+8·(S-8-4)+0,5· (S-8-4)²·tg(13)+0,75·e·g+0,75·4·2;

 

F_н = 2·32+0,5·8·8+8·(32-8-4)+0,5·(32-8-4)²·0,23+0,75·23·2,5+0,75·2·4 = 351 мм²;

 

Тогда число проходов:

 

n=351/85=4,1;

 

Следовательно число проходов п = 5,тогда F₁=83,2 мм².

 

.

 

Коэффициент формы провара:

 

.

 

Коэффициент формы провара может  изменяться в пределах от 0,5 до 4,0. В расчете коэффициент формы провара получился несколько больше, но это значение является оптимальной величиной.

Отношение ширины шва к его выпуклости (коэффициент формы валика)

 

,     (2.15)

 

где  g – высота усиления шва.

.

 

При хорошо сформированных швах коэффициент  формы валика не должен выходить за пределы 7…10.

Диаметр сварочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемых  изделий: d_пр = 6 мм.

Сварочный ток, необходимый для  получения заданной глубины проплавления основного металла, рассчитывают по формуле:

,     (2.16)

где   – коэффициент пропорциональности, зависящий от условий проведения сварки.

Марка флюса ОСЦ - 45, применяется переменный ток, следовательно,    = 0,9 мм / 100А [1].

 

 

Скорость подачи сварочной проволоки  , м/час, определяется в зависимости от величины сварочного тока и диаметра проволоки [1]:

 

= 42 м / час.

 

Скорость сварки , м/мин, рассчитывается по формуле:

 

,     (2.17)

 

где F – площадь поперечного сечения сварочной проволоки,  F = 28,26 мм².

 

 м/час.

 

Напряжение дуги выбирается в зависимости  от силы сварочного тока, диаметра электродной  проволоки и марки флюса, и  составляет 40 В.

 

Расчет расхода сварочного оборудования.

 

Определим расход сварочной проволоки. Найдем длину проволоки по формуле:

 

 

где t_св – время сварки:

 

 

 

Подбор сварочного оборудования.

 

Согласно определенным режимам  сварки выбираем сварочный трактор [1]:

• марка источника: АДФ – 1602;
• сила сварочного тока: 1600А;
• диаметр сварочной проволоки: 3…6 мм;
• скорость подачи: 18…360 м/час;
• скорость сварки: 12…120 м/час;
• тип источника питания: ВДУ-1601.

 

3.3 Узел приварки средней  обечайки, люка-лаза и укрепляющего  кольца  
(Узел В)

 

а) Сварка средней обечайки с укрепляющим кольцом сваркой в среде защитных газов по ГОСТ 14771 – 76. Исходя из толщин свариваемых деталей (S1 = S = 32 мм),  по ГОСТу выбираем вид сварного соединения Н1, способ сварки УП:

 

s, s₁ – толщины свариваемых деталей, b – зазор в стыке,  
B – величина нахлеста двух деталей, с – высота необработанной  
поверхности кромки, k – катет шва

Рисунок 2.4 - Сварка средней  обечайки с укрепляющим кольцом

k = S = 32 мм; S₁ =S = 32 мм; b = 0 мм

Расчет  режима сварки.

 

Подбираем режимы сварки для толщины  S = 32 мм;

По толщине свариваемых деталей подбираем диаметр электрода:

 

d_э = 2 мм.

 

Определяем число проходов n по формуле (2.1):

Площадь сечения наплавленного металла и сечения одного прохода для угловых швов определяется по формуле:

 

,       (2.18)

 

где  k- катет углового шва;

        k_y- коэффициент, учитывающий площадь усиления [1];

 

k_y =1,1;

 мм²;

.

 

Принимаем n=6, тогда F₁=60,1 мм²;

Определение сварочного тока производится по формуле:

 

     (2.19)

 

где  h_пр – глубина провара, определяется по формуле (2.4)

 

 мм;

 

K_a-коэффициент, зависящий от диаметра сварочной проволоки:

 

K_a = 1,55 мм/А

 

;

 

Окончательный выбор диаметра электродной  проволоки проводят с использованием формулы (2.5):

 

i =150 мм² [1]

 

 мм,

 

Следовательно, d_эл = 2 мм.

 

Определение напряжения дуги U_д, производится по формуле (2.6):

 

 В.

 

a_н – коэффициент наплавки, определяется по формуле (2.7);

y – коэффициент потерь на угар и разбрызгивание при дуговой сварке в среде защитных газов, определяется по формуле (2.8):

 

y = - 4,72 +А·10 ^–2 i - 4,48·10^-4 i² ,

 

где А- коэффициент, значение которого зависит от защитного газа [1]:

 

А =20.

 

a_р – коэффициент расплавления, значение коэффициента в зависимости от диаметра сварочной проволоки и сварочного тока [1]:

 

a_р =18 г/А·ч;

 

;

 

.

 

Скорость сварки, как для автоматических, так и для механизированных способов определяется по формуле (2.9):

 

 м/час.

 

Скорость подачи электродной проволоки  зависит от величины сварочного тока I_св, диаметра сварочной проволоки d_э и определяется по выражению (2.9):