Разработка технологии изготовления кожуха диаметром 3050 мм, толщиной стенки 100 мм, длиной 7150 мм из биметалла 20ЮЧ + 06ХН28МДТ

 

Рассчитаем химическую активность флюса АН-22:

  (15)

 

,    (16)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В – основность флюса

– следовательно, флюс малоактивный.

Рассчитаем химическую активность флюса АН–18:

 

 

 

 

 

    В – основность флюса

– следовательно, флюс АН–348А является малоактивным.

Таблица 16 – Химический состав сварочных проволок по ГОСТ 2246

Марка проволоки	Химический состав, %
	С	Si	Mn	Cr	Ni	Ti	Mo	S	P	Проч.
Св-10НЮ	<0,1	<0,3	0,4-0,7	<0,25	<1,5	<0,1	-	<0,3	<0,3	Al 0,1-0,25
Св-01Х23Н28М3Д3Т	<0,03	<0,55	<0,55	22-25	26-29	0,5-0,9	2,5-3	<0,018	<0,03	Cu 2,5-3,5
Св-03ХН25МДТБ	<0,03	<0,8	<0,8	22-25	26-29	0,5-0,9	2,5-3	<0,02	<0,035	Сu 2,5-3

 

Для  автоматической сварки под флюсом коррозионностойкого слоя биметалла – стали 06ХН28МДТ выбираем проволоку Св-03ХН25МДТБ, которая обеспечит химический состав металла шва, близкий к химическому составу основного металла, тем самым предупредит развитие диффузионных процессов на границе сплавления основного металла с наплавленным. Для сварки переходного шва выберем проволоку Св-01Х23Н28М3Д3Т. А для автоматической сварки под флюсом основного слоя биметалла – стали 20ЮЧ выберем проволоку Св-10НЮ, данная проволока относительно недорога и имеет пониженное содержание вредных примесей (S и P).

Проволока Св-10НЮ предназначена для автоматической сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в газовой смеси и под флюсом, судостроительной стали, труб большого диаметра, а так же для сосудов и емкостей, находящихся под высоким удельным давлением.

Проволока Св-03ХН25МДТБ предназначена для сварки и наплавки ответственных конструкций из углеродистых и высоко легированных сталей, сварки оборудования из коррозионностойких хромоникелевых и хромоникелемолибденовых сталей, работающего в агрессивных средах при температуре до 350°С и не подвергающегося термообработке после сварки, а также для сварки ответственного оборудования из коррозионностойких хромоникелемолибденовых сталей.

 

4.2 Сварка продольных и кольцевых стыков корпуса аппарата

Сварку продольных и кольцевых стыков корпуса аппарата будем производить автоматической сваркой под флюсом  на специальной установке У-177 (рисунок 36). Ее техническая характеристика приведена в таблице 17.

 

Таблица 17 – Техническая характеристика универсальной установки У-177 для сварки продольных и кольцевых швов цилиндрических изделий

Параметр	Величина
Размеры свариваемых изделий, мм:
Диаметры, мм	1000..4500
Длины, мм	1000…15000
Толщины стенок, мм	5…100
Установленная мощность установки, квт	160
Давление воздуха в сети, атм	4…6
Расход воздуха, м3/ч	150

      

 

Для установки выбираем сварочный трактор СВАРОГ MZ 1000 (J58), техническая характеристика которого приведена в таблице 18

 

Таблица 18 – Техническая характеристика сварочного трактора СВАРОГ MZ 1000 (J58)

Параметр	Величина
Напряжение питающей сети, В	380±15%
Потребляемая мощность, кВА	51,2
Частота питающей сети, Гц	50/60
Напряжение холостого хода, В	83
Диапазон регулирования сварочного тока, А	160–1000
Диапазон регулирования скорости подачи проволоки, м/мин	0,5–2,5
Диаметр электродной проволоки, мм	1,6…5,0
Скорость передвижения при  сварке, м/мин	0,1…2,0
Емкость бункера для флюса, дм3	10
Вес, кг	103
Габаритные размеры, мм	865x445x820

 

1 - обечайка; 2 - роликовый стенд; 3 - пневмоцилиндр флюсовой подушки; 4 - сварочный трактор; 5 - консольная балка (велобалкон); 6 - сварочный автомат; 7 - входная планка; 8 - выводная планка; 9 - концевой выключатель; 10 - велосипедная тележка; 11 - привод велосипедной тележки; 12 - привод велобалкона; 13 - флюсовый поджим.

Рисунок 36 – Установка У-177 для сварки продольных и кольцевых стыков аппарата.

 

В качестве источника питания возьмем ВДУ – 1001 М, техническая характеристика которого представлена в таблице 18.

Таблица 19 – Техническая характеристика ВДУ – 1001 М

Параметр	Значение
Напряжение	3x380 В
Частота	50 Гц
Номинальный сварочный ток	1000 А (100%)
Пределы регулирования сварочного тока	120...2000 А
Напряжение холостого хода	85 В
Номинальное рабочее напряжение	56 В
Потребляемая мощность	102 кВА
Габаритные размеры	690х1160х1025 мм
Масса	550 кг

 

4.2.1 Расчёт режимов сварки продольного стыка обечайки

Для сварки продольного стыка обечайки принимаем автоматическую сварку под флюсом, тип соединения С14 по ОСТ 26.260.480-2003 (рисунок 37).

Сварочные материалы: проволока Св-10НЮ, Св-01Х23Н28М3Д3Т, Св-03ХН25МДТБ, по ТУ 14-1-2571, флюсы АН-22, АН-18 по ГОСТ 9087.

 

Рисунок 37 – Разделка кромок С14

 

Шов А, Б, В выполняем сваркой под флюсом на постоянном токе обратной полярности проволокой Св-10НЮ под флюсом АН-22 на следующих режимах.

 

Шов А :

а) сварочный ток определим по формуле:

= = 400 А                           (17)

где  h1 – глубина проплавления, h1 = 6 мм;

Кh – коэффициент пропорциональности, выбираем по таблице 2.1 методических указаний. Кh =1,25 (обратная полярность С19).

Принимаем Iсв = 400 А.

б) напряжение горения дуги равно:

 В       (18)

где, dэ – диаметр электрода, j – допустимая плотность тока (выбираем из таблицы 2.2 методических указаний).

Принимаем Uд = 32 В, d = 4 мм.

в) Как известно из практики, шов формируется удовлетворительно тогда, когда произведение силы тока (А) на скорость сварки (м/час) при автоматической сварке электродной проволокой диаметром 4 мм находится в пределах 16000…20000.

Исходя из этого определим скорость сварки по формуле:

= 40..50 м/ч                     (19)

то есть входит в предел скоростей 15…60 м/ч для автоматической дуговой сварки.

Принимаем Vсв = 40 м/ч

г) скорость подачи электродной проволоки определим из условия:

                                            (20)

где dэ – диаметр проволоки, мм; αн – коэффициент наплавки, г/А·ч;   γ = 7,85 г/см3 – удельный вес металла.

Определяем коэффициент наплавки:  αн = αр

;               (21)

=11,6±0,4;

= 0,0303     (22)

где l и dэ - вылет и диаметр электрода в мм. Вылет электрода примем 70 мм.

 

αр = 11,6 + 0,0303 = 11,6303 г/А · ч

Скорость подачи сварочной проволоки равна:

м/ч

Шов Б:  

а) А

Примем = 400 А

б) В

в) = 38..50 м/ч

Примем Vсв = 40 м/ч

г) = 0,0193

αр = 11,6 + 0,029 = 11,6193 г/А · ч

м/ч

Кол-во проходов равняется 18.

 

Шов В:  

а) А

Примем = 560 А

б) В

в) = 29..36 м/ч

Примем Vсв = 35 м/ч

г) = 0,0393

αр = 11,6 + 0,0393 = 11,6393 г/А · ч

м/ч

Количество проходов равняется 3.

 

Швы Г, Д выполняем сваркой под флюсом АН-18 на постоянном токе прямой полярности расщепленным электродом диаметром 4х3, расстояние между проволоками в свету 5 мм. При этом шов Г является переходным слоем и применяется проволока Св-01Х23Н28М3Д3Т, а для сварки шва Д применяется проволока Св-03ХН25МДТБ.

Шов Г, Д

а) = 350 А

б) В

в) = 42..57 м/ч

Примем Vсв = 42 м/ч

г) = 0,024

αр = 11,6 + 0,024 = 11,624 г/А · ч

м/ч

Количество проходов равно 8.

 

4.2.2  Расчет состава металла шва.

Содержание рассматриваемого элемента в металле шва определяется на основании правила смешения по формуле:

,                                         (23)

где |х|ш, |х|ом, |х|э – концентрация рассматриваемого элемента в металле шва, основном и электродном металле;

γо – доля участия основного металла в формировании шва, определяется по формуле:

,                                                        (24)

где Fн – площадь наплавленного металла,

Fпр – площадь провара.

 

4.2.2  Расчет  состава металла шва.

Содержание рассматриваемого элемента в металле шва определяется на основании правила смешения по формуле:

,                                         (23)

где |х|ш, |х|ом, |х|э – концентрация рассматриваемого элемента в металле шва, основном и электродном металле;

γо – доля участия основного металла в формировании шва, определяется по формуле:

,                                                        (24)

где Fн – площадь наплавленного металла,

Fпр – площадь провара.

Определим химическое содержание шва при сварке переходного слоя между 20ЮЧ и 06ХН28МДТ проволокой Св-01Х23Н28М3Д3Т.

Определяем площадь наплавленного металла:

0,22 см2        (25)

Определяем площадь провара:

         (26)

 

 

Определим химическое содержание шва при сварке плакирующего слоя 06ХН28МДТ проволокой Св-03ХН25МДТБ.

Определяем площадь наплавленного металла:

0,22 см2        (25)

Определяем площадь провара:

         (26)

 

 

 

Определим структуру металла шва плакирующего после сварочных операций, для чего воспользуемся диаграммой Шефлера.

Вычислим эквивалент хрома и никеля по следующим формулам:

             

                                                

Т.о.

Изобразим область на диаграмме Шефллера.

 

Рисунок 38 – Диаграмма Шеффлера.

 

Т.о. структура шва – аустенит.

Полученный химический состав шва соответствует химическому составу основного металла.

 

4.2.3  Расчет ожидаемых механических свойств шва и околошовной зоны.

Расчет фактической скорости охлаждения околошовной зоны производят на основе теории распространения тепла при сварке, разработанной академиком Н. Н. Рыкалиным по следующей формуле:

- для сварки первым проходом:

(29)

где  ωохл – мгновенная скорость охлаждения при температуре Тm, ˚С/с;

λ – коэффициент теплопроводности, кал/см с˚С;

сγ – объемная теплоемкость, кал/см3˚С;