Полуавтоматическая сварка втулки (25Х3МВФ)

- убедиться в том,  что вблизи рабочего места  не расположены пожаро- и взрывоопасные  вещества и горючие материалы  в радиусе 5 м. 

 Детали и заготовки  уложить или установить в устойчивом положении на подкладках и стеллажах таким образом, чтобы высота штабелей не превышала полторы ширины и полтора диаметра основания штабеля, но не более 1 метра.

 Проверить: 

- работу подъемных  механизмов.

- освещенность рабочего места. 

- ознакомиться с предстоящей работой и подготовить необходимый для ее выполнения инструмент и технологическую оснастку.

- использовать исправный переносной  светильник. Учитывать, что: 

- переносной ручной светильник  должен иметь рефлектор, защитную  сетку, крючок для подвешивания и шланговый провод с вилкой, сетку закрепленную на рукоятке винтами или хомутами, патрон встроенный в корпус светильника таким образом, чтобы токоведущие части патрона и цоколя лампы были недоступны для прикосновения к ним руками.

- для питания светильника в особо опасных помещениях и в помещениях с повышенной опасностью применять напряжение не выше 12 В и 42 В соответственно.

- вилки светильников напряжением  12 В и 42 В не должны подходить  к розеткам 127 и 220В, штепсельная  розетка напряжением 12 В и 42 В должна визуально отличаться от розеток напряжением 127 В и 220 В.

- проверить исправность местной  и общеобменной вентиляции.

 

3. Характеристика свариваемой  стали 25Х3МВФ

 

Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 20072-74, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006. Калиброванный пруток: ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75. Полоса: ГОСТ 103-2006, ГОСТ 4405-75. Поковки и кованые заготовки: ГОСТ 1133-71.

Класс: Сталь жаропрочная релаксационностойкая

Использование в промышленности: роторы, диски, поковки, прутки, крепежные детали, трубы для химической аппаратуры, работающие при температурах до 550 °С Химический состав (в %):

C 0,15 - 0,23,

Si 0,17 - 0,37

Mn 0,25 - 0,5

Ni до 0,3

S до 0,025

P до 0,03

Cr 2,8 - 3,3

Mo 0,35 - 0,55

W 0,3 - 0,5

V 0,6 - 0,85

Cu до 0,2

Fe ~93

 

Свойства:

Удельный вес: 7800 кг/м3

Термообработка: Закалка 1030 - 1060 oC, масло, Отпуск 660 - 700 oC

Твердость материала: HB 10 -1 = 269 МПа

Температура ковки, °С: начала 1240, конца 780. Сечения до 50 мм охлаждаются в ящиках, 51-700 мм подвергаются отжигу с одним переохлаждением.

Температура критических  точек: Ac1 = 800 - 830 , Ac3(Acm) = 900 - 950 , Ar3(Arcm) = 790 - 800 , Ar1 = 680 - 700

Обрабатываемость резанием: в отожженном состоянии при HB 157 и  σв=530 МПа,  К υ тв. спл=1,5 и Кυ б.ст=1,1

Свариваемость материала: ограниченно свариваемая. Способы  сварки: MIG/MAG, необходимы подогрев и последующая термообработка.

 

Таблица 1 Механические свойства стали 25Х3МВФ

ГОСТ	Состояние поставки, режим термообработки	Сечение, мм	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (Дж / см2)
ГОСТ 20072-74	Закалка 1030-1060 °С, масло. Отпуск 660-700 °С, воздух	90	735	880	12	40	59

Свойства и сварка стали марки 25Х3МВФ (и подобных): в  большинстве среднелегированных сталей структуру и механические свойства зоны термического влияния улучшают нормализацией (закалкой) и последующим отпуском. Так как ответственные конструкции из среднелегированных сталей обычно подвергают последующей полной термообработке, возможное ухудшение свойств металла участка перегрева в состоянии после сварки не препятствует применению электрошлаковой сварки.

Повышенное содержание легирующих элементов в среднелегированных сталях может способствовать получению  и более стойких форм перегрева, которые не устраняются одноразовой  нормализацией или закалкой. Кристаллографически упорядоченная структура металла в околошовной зоне (бейнит, мартенсит, видманштеттова структура) может вызывать структурную его наследственность. Одна из характерных особенностей мартенситного и промежуточного превращений - кристаллогеометрическая связь кристаллических решеток исходной и вновь образующейся фаз. Исходное зерно аустенита при охлаждении после сварки превращается в кристаллики а-фазы, которые близостью ориентировок (текстур) объединены в группы.

Образующиеся в пределах аустенитного зерна текстуры закономерно связаны с кристаллической решеткой аустенита и между собой. Поэтому аустенитные зерна сохраняют индивидуальность. Внутризеренная структура объединяет а-кристаллы, образующиеся в объеме аустенитного зерна, в единый комплекс - псевдозерно, наследующее величину, форму и ориентировку исходного зерна. Такая наследственность при охлаждении может вызвать структурную наследственность металла при нагреве. При медленном или очень быстром нагреве соединения до температур нормализации (закалки) аустенит также образуется кристаллографически упорядоченным механизмом, в результате чего в зоне термического влияния восстанавливается исходное крупное зерно, вызванное перегревом при сварке. Примером могут служить сварные соединения из сталей 20ХЗМВФ, 30ГХ2МФ, 25ХНЗМФ и др. Нормализация таких соединений при температурах на 40-60 К (40-60° С) выше критической точки Ас3 не приводит к изменению аустенитного зерна в участке перегрева. Оно сохраняется таким же крупным, как и в состоянии после сварки, а ударная вязкость металла остается низкой.

Для устранения последствий  перегрева в таких сталях используют то обстоятельство, что крупнозернистый  аустенит, образовавшийся при повторном  медленном или быстром нагреве  перегретой стали, не стабилен в структурном отношении. С увеличением выдержки или повышением температуры в надкритической области (выше Ас3) он претерпевает рекристаллизацию. Последняя обусловлена внутренним или фазовым наклепом аустенита, вызванным наследственной передачей ему части дефектов мартенсита или бейнита или возникновением дефектов в процессе а - у превращения, сопровождающегося изменением удельного объема. Процесс фазовой перекристаллизации в этом случае состоит из собственно фазового превращения, в результате чего происходит восстановление исходного крупного зерна, и рекристаллизации аустенита, когда крупное зерно заменяется мелким.

Для исправления структуры  перегрева необходимо нагревать  соединения в температурном интервале  рекристаллизации аустенита. Он зависит  от состава стали, исходной структуры  и режимов нагрева и для  многих среднелегированных сталей превышает  точку Ас3 на 100-150 К (100-150° С). При назначении режима термообработки необходимо помнить, что при чрезмерном повышении температуры или увеличении выдержки может происходить собирательная рекристаллизация, или рост зерна аустенита. Поэтому для массивных изделий, температуры и скорости нагрева которых на поверхности и в центральной зоне могут быть различны, после термообработки в интервале рекристаллизации аустенита в ряде случаев прибегают к дополнительному нагреву до температур межкритического интервала Ас1-Ас3. Вследствие термообработки в этом интервале температур, как уже упоминалось в п. 9.2, происходят частичная перекристаллизация и измельчение структуры металла. В результате такой сложной термообработки, как это видно на примере стали 25ХНЗМФ, вязкость металла участка перегрева восстанавливается до уровня вязкости основного металла.

Последствия перегрева  в сталях, склонных к структурной  наследственности, могут быть устранены  двойной термообработкой при  температурах ниже температуры рекристаллизации аустенита. Были проанализированны  свойства металла участка перегрева на сталях 20ХЗМВФ и 30ГХ2МФ после такой термообработки. В общем случае желательно после первого нагрева выше точки Ас3 охладить сварное соединение замедленно, чтобы произошли распад аустенита на ферритно-перлитную структуру. Тогда повторный нагрев выше точки Ас3 для нормализации или закалки уже не приведет к восстановлению исходного зерна перегретой стали. Вызвано это тем, что образующиеся в результате диффузионного распада аустенита в перлитной области колонии перлита не обнаруживают резко выраженной ориентационной связи с исходным зерном аустенита и их можно рассматривать как отдельные зерна. Вследствие этого многократная закалка, дающая кристаллографически упорядоченные структуры, может быть менее эффективна для устранения последствий перегрева, чем один полный отжиг с распадом аустенита в перлитной области.

 

Стойкие формы перегрева  можно устранить и одноразовой  закалкой (нормализацией), если сварное  соединение подвергнуть значительным пластическим деформациям (например, ковке). Крупные аустенитные зерна в процессе деформирования раздробляются, а последующая закалка с отпуском сообщает металлу требуемую прочность и вязкость. Так, например, в сварных соединениях из стали 35ХНЗМФА толщиной 750 мм равноценную ударную вязкость основного металла и зоны термического влияния (1,35-1,64 и 1,43-1,49 МДж/м2 соответственно) можно получить после ковки и последующей закалки с отпуском. Наиболее эффективно сочетание пластической деформации соединений с термообработкой при изготовлении крупнотоннажных заготовок, изделия из которых формируются с большей степенью укова. Получающаяся при этом однородность структуры особенно важна для изделий со специальными свойствами, например, с высокой магнитной проницаемостью.

 

4. Выбор и характеристика сварочных материалов

 

Проволока

Для сварки втулки выбираем сварочную проволоку близкую  по химическому составу с основным металлом

OK Autrod 312 (OK Autrod 16.75) - сварочная  проволока коррозионностойкая для  сварки аустенитных нержавеющих  сталей, содержащих Cr ~20%, Ni ~ 3%, в среде защитных газов ( Ar). Благодаря высокому содержанию Cr наплавленный металл обладает хорошей стойкостью к окислению при высоких температурах. Широко применяется при сварке разнородных сталей, особенно если один из компонентов полностью аустенитные стали, инструментальных, трудно свариваемых, аустенитномарганцовистых и т.п. Применяется в химическом машиностроении, нефтехимии.  Ток = (+).

Типичный хим. состав наплавленного металла:

С < 0,01%

Si 0,5%

Mn 1,7%

Cr 20,0%

Ni 3%

Типичные механические свойства металла шва:

Предел текучести 610 МПа

 Предел прочности  770 Мпа

 Удлинение 20%

 КСV  +20°С 50 Дж

Защитный газ 

Для сварки изделия в  качестве защиты применяем защитный газ СО2

Рис. 2 Схема хранения углекислого газа (углекислоты) в баллоне

Углекислый газ CO2 (углекислота, двуокись углерода, диоксид углерода, угольный ангидрид) в зависимости  от давления и температуры может  находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии.

В газообразном состоянии  диоксид углерода представляет собой бесцветный газ с немного кисловатым вкусом и запахом. В атмосфере Земли содержится около 0,04% углекислого газа. При нормальных условиях его плотность составляет 1,98 г/л – примерно в 1,5 раза больше плотности воздуха.

Согласно ГОСТ 8050-85 газообразная и жидкая углекислота поставляется трех видов: высшего, первого и второго сортов. Для сварки рекомендуется использовать углекислоту высшего и первого сорта.

 

 

5. Сборка детали под  сварку

 

Сварку деталей выполняют после предварительной сборки и установки на стеллаже, сварочной плите и т.д. От правильной сборки свариваемых элементов во многом зависит окончательный результат сварки. Особенно это касается деталей с небольшими габаритами и требующих высокой точности предсварочной сборки, под которой понимают обеспечение взаимного расположения элементов с закреплением специальными приспособлениями и прихватками.

Прихватками называются предварительные сварочные швы  небольшой длины, служащие для совмещения деталей перед сваркой и предотвращения их деформации под действием нагрева. Прихватки (рис.3) должны располагаться в центре сварного соединения и по его краям. Кроме того, если соединение имеет большую длину, то должны быть выполнены прихваточные швы на расстоянии 50 см друг от друга. Длина прихваточных швов зависит от толщины свариваемых деталей, но в любом случае они должны иметь ограниченное поперечное сечение и располагаться в местах, обеспечивающих их полную переварку при выполнении основного шва.

В условиях единичного производства и на строительных площадках взаимное расположение свариваемых деталей обеспечивается прихватками, струбцинами, тисками, клиньями и другими универсальными приспособлениями. Для этого свариваемые детали совмещают между собой и заводят в специальные карманы или под губки прижимных устройств, небольшой перечень которых представлен на рис.3 и рис.4.

Рис.3 Сборочные приспособления: А-карман; Б-упор; В-жесткий палец; Г-зажим; Д-откидной палец; Е-откидной упор.

Рис.4 Механические зажимные устройства: А-Б-Г-Е-винтовые; В-Д-эксцентриковые; Ж-З-И-рычажного типа.

 

Использование таких  приспособлений предусматривает совмещение деталей с последующим прижимом ручным, винтовым, рычажным, эксцентриковым или другим приводом, в результате чего исключаются их смещения в процессе сварки. Для облегчения труда работающего приспособления могут снабжаться электрическими, пневматическими или гидравлическими приводами.

Если же в процессе сварки детали нужно поворачивать для сварки труднодоступных мест, то пользуются поворотными приспособлениями-позиционерами, вращателями, кантователями роликовыми стендами, манипуляторами и т.д. Такие приспособления могут быть общего назначения (то есть универсальными), или изготавливаться по специальным чертежам применительно к конкретному виду свариваемых деталей. Это позволяет создать оптимальные условия работающему, повысить качество сборки и производительность сварочных работ.