Разработка технологии сварки деталей

Задание состоит из двух частей. Первая часть относится к изучению способа сварки, а вторая - к разработке схем технологических процессов сварки изделий.

В первой части задания следует дать краткое описание сущности рассматри­ваемого процесса, его технологических особенностей, достоинства и недостатки, области применения. Во второй части разработать схемы технологического про­цесса сварки изделия и выполнить расчеты основных технологических парамет­ров.

Важным параметром технологического процесса дуговой сварки является подготовка кромок и сборка заготовок. Необходимо прежде всего указать тип сварного соединения, форму разделки кромок, сборку под сварку. Подготовку кромок под сварку выполняют по ГОСТу, номер которо­го указывают на чертеже. Например, на рисунке заготовки указано АфС_{1 7} (ГОСТ 8713-79), что означает: Аф - автоматическая сварка под слоем флюса, на флюсо­вой подушке; С_{1 7} - условное обозначение шва сварного соединения. В этом же ГОСТе приведены поперечные сечения сварных швов с указанием геометрических размеров для заданных толщин металла.

Режим сварки - один из основных элементов технологического процесса, который определяет качество и производительность сварки. При ручной дуговой сварке основными параметрами технологического режима являются: диа­метр электрода в мм, сварочный ток в амперах (J_св) напряжение на дуге в воль­тах (U_Д) и скорость сварки в м/ч (V_св).

Определение режима сварки начинают с выбора диаметра электрода, его типа и марки. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, а его марку - от химического состава. При выборе типа и марки электро­да следует учитывать требования, предъявляемые к качеству сварного соединения.

Производительность процесса сварки определяют, исходя из коэффициента наплавки а_н [г/(А • ч) ]. Поэтому из группы электродов, обеспечивающих заданные физико-механические свойства сварного шва, следует выбирать те, которые обеспе­чивают более высокий коэффициент наплавки и, следовательно, обеспечивают большую производительность процесса.

Сварочный ток в зависимости от диаметра электрода определяют по эмпири­ческой формуле

J_св = kd_эл, где k- коэффициент, равный 50 А/мм; d_эл – диаметр электрода, мм.

Напряжение на дуге для наиболее широко применяемых электродов в среднем составляет 25 ... 28 В. Скорость сварки (в м/ч) определяют из выражения

где а_н - коэффициент наплавки, г/(А • ч); - плотность металла, г/см³; F_н.м. -площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, см², представляющая сумму площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва.

Зная площадь наплавленного металла, плотность и длину сварных швов, опре­деляют его массу на все изделие по формуле

G_н.м.= F_н.м.L

где G_н.м - масса наплавленного металла, г;

F_н.м. - площадь наплавленного шва, см ;

L- длина сварных швов на изделии, см;

- плотность металла, г/см³.

Расход толстопокрытых электродов с учетом потерь приближенно принимают равным 1,6 ... 1,8 от массы наплавленного металла.

Количество электроэнергии (кВт • ч), идущей на сварку изделия, определяют как произведение сварочного тока на напряжение дуги и на время сварки. Время сварки изделия подсчитывают, зная скорость сварки, или определяют по формуле

t_св=

При автоматической сварке под слоем флюса в параметры технологического ре­жима сварки входят: диаметр электродной проволоки, сварочный ток, напряжение на дуге, скорость подачи электродной проволоки и скорость сварки. Их назначают в зависи­мости от толщины свариваемого металла расчетом или по справочнику.

Марку электродной проволоки и флюс назначают в зависимости от химическо­го состава свариваемого металла. При сварке низкоуглеродистых сталей в боль­шинстве случаев применяются флюсы марок АН-348А и ОСЦ45 (ГОСТ 9087-81) и низкоуглеродистые электродные проволоки марок СВ-08 и СВ-08А (ГОСТ 2246-70).

Режим автоматической сварки под флюсом назначают в такой последователь­ности: устанавливают требуемую глубину проплавления А, мм. При односторонней сварке она равна толщине (s) металла h = s, а при двусторонней h = 0,6 s; выби­рают ориентировочно сварочный ток из расчета 80... 100 А на 1 мм глубины проплавления:

J_св = (80 ... 100) • h,

J_св - сварочный ток, А;

Затем назначают напряжение на дуге в диапазоне 30 ... 40 В.

Далее определяют массу наплавленного на изделие металла. При определении расхода электродной проволоки следует учитывать потери на угар и разбрызги­вание (не весь металл проволоки переходит в шов), которые составляют для свар­ки под флюсом от 2 ... 5 % от массы наплавленного металла.

Расход флюса принимают равным массе наплавленного металла. Диаметр электродной проволоки выбирают расчетом или по справочнику. Так, для толщин металла 8... 20 мм он составляет 5 мм. Коэффициент наплавки выбирают в зави­симости от сварочного тока и диаметра электродной проволоки, что составляет в среднем 14 ... 16 г/(А • ч).

Массу наплавленного металла, скорость сварки, расход электроэнергии и вре­мя сварки подсчитывают по той же методике, что и для ручного процесса.

При сварке в средах защитных газов плавящимся электродом основными параметрами технологического режима являются: сварочный ток в амперах (J_св), напряжение на дуге в вольтах (U_Д), скорость сварки в м/ч (v_св), диаметр электродной проволоки в мм (d_эл), вылет электрода в мм (l_эл), род тока и полярность.

Режим автоматической сварки в среде углекислого газа назначают в такой последо­вательности: выбирают марку и диаметр электродной проволоки. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей широкое распространение полу­чили проволоки с повышенным содержанием элементов раскислителей марок СВ-08Г2СА, СВ-08ГС (ГОСТ 2246-70). Для автоматической сварки обычно приме­няют проволоку диаметром 2... 5 мм, причем диаметр проволоки выбирают в зависимости от толщины металла. Так, для толщин 4... 12 мм рекомендуется проволока диаметром 2 мм. Ориентировочные значения напряжения в (В) на дуге можно определить по формуле

u_Д=8 (d_эл+1,6).

Сварочный ток J_св следует рассчитать приближенно.

Устанавливают вылет электрода, который для электродных проволок d_эл = 2 ÷ 5 мм составляет 20 ... 30 мм; род и полярность тока.

Далее определяют массу наплавленного металла, время и скорость сварки по той же методике, что при ручном процессе.

Коэффициент наплавки (а_н) для вариантов заданий 3 и 5 можно принять равным 18 ... 20 г/ (А • ч).

При определении расхода электродной проволоки следует учитывать потери металла на угар и разбрызгивание, которые составляют 5 ... 10 % от массы наплав­ленного металла.

Расход защитного газа зависит от вида и режима сварки и устанавливается по справочным данным. Зная минутный расход защитного газа и время сварки, можно подсчитать общее количество газа, идущего на сварку изделия. Расход электроэнер­гии определяют по той же методике, что и для ручного процесса. В режим полуавто­матической сварки в среде углекислого газа входят те же технологические парамет­ры, что и для автоматической сварки. Расход материалов (начиная с определения массы наплавленного металла), электроэнергии и времени сварки подсчитывается по той же методике, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа. В режим сварки в среде аргона входят те же технологические параметры, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа, которые выбирают по справоч­нику.

Марку электродной проволоки выбирают в зависимости от химического со­става свариваемого материала. Для сварки коррозионно-стойких нержавеющих сталей марок 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т и других применяют электродные прово­локи марок СВ-01Х19Н9 и СВ-06Х19Н9Т (ГОСТ 2246-70). Все расчеты по опре­делению расхода материалов, электроэнергии и времени сварки ведут по той же методике, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа. В среде аргона потери на угар и разбрызгивание составляют 2-3 % от массы наплавленного металла. Коэффициент наплавки (а_н), который необходим при определении неко­торых параметров режима, можно принять равным 17 г/ (А • ч).

Примечание. При сварке заготовок, имеющих форму цилиндра, необхо­димо указать последовательность выполнения сварных швов. В конце задания следует привести описание наиболее рациональных методов контроля качества сварного соединения.

При выполнении заданий по контактной сварке после изображения схемы процесса, описания его сущности следует указать причи­ны нагрева металла в месте контакта соединяемых заготовок. Необходимо начер­тить и описать циклограмму (изменение давления и сварочного тока во вре­мени), а также область применения способов сварки.

Вторую часть задания следует начинать с описания подготовки заготовок под сварку и ее назначения, а затем приступать к выбору типа контактной машины. При контактной сварке тип машины набирают по справочнику в зависимости от параметров свариваемых заготовок и их химического состава: так, при стыковой сварке сопротивлением и оплавлением от площади поперечного сечения загото­вок, мм²; при точечной и шовной сварке - от толщины свариваемых заготовок, мм. После выбора типа машины необходимо указать ее техническую характери­стику.

В параметры технологического ре­жима стыковой сварки сопротивлением и оплавлением входят: установочная длина l (мм) - суммарное расстояние между электродами 2l; плотность тока (А/мм² ) (сварочный ток); усилие осадки Р(Н); длительность прохождения тока t_CB(с).

Установочная длина при сварке сопротивлением равна l = (0,5 .. . 0,7) ∙ D, где D - диаметр заготовки, мм.

При сварке оплавлением установочную длину с учетом припусков на оплавле­ние и осадку приближенно можно считать ринной l = (0,5 ÷1,0)D

Примечание. На схеме процесса стыковой сварки сопротивлением и оплавлением укажите установочную длину.

Сварочный ток и усилие при осадке приближенно можно определить из сле­дующих условий: J_CB = j_заг F_заг. и Р = p∙F_заг. При этом следует учитывать, какие режимы более выгодно применять: жесткие или мягкие. Время сварки изделия ориентировочно подсчитывают из условия часовой производительности выбранной машины.

Для расчета основных технологических параметров при точечной сварке сле­дует определить диаметр контактной поверхности электрода, который зависит от толщины свариваемых заготовок:

d_t =2s + 3 мм,

гдеs - толщина более тонкой заготовки, мм.

Таким образом, можно определить и площадь контактной поверхности (F_эл)при точечной и шовной (для случая отсутствия вращения ролика) сварке. Свароч­ный ток и усилие, приложенное на электродах для этих видов сварки, подсчитыва­ют как произведение площади контактной поверхности (F_3n) электрода на плот­ность тока j и давление Р: J_св = j • F_эл и Р = p∙F_эл. Следует учитывать, какие ре­жимы более целесообразно применять: жесткие или мягкие. Зная время сварки одной точки, а при шовной сварке оптимальную скорость, определяют время сварки изделия.

Примечание. Для шовной сварки ток и усилие на электродах определяют расчетом этих параметров для точечной сварки с последующим увеличением тока в 1,5 ... 2 раза, а усилия - на 10... 30 %.

В конце работы необходимо описать наиболее характерные дефекты и причи­ны их возникновения при заданном способе контактной сварки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дальский A.M. и др. Технология конструкционных материалов. М., 1985.

2. Семенов Е.И. Ковка и штамповка. М., 1985.

3. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. М., 1982.

4. Степанов В.В. Справочник сварщика. М., 1982

5. Формообразование заготовок сваркой: методические указания к лабораторным работам / Ф.А. Гарифуллин, Ф.Ф. Ибляминов. - Казань: Изд-во Казан, гос. технол. ун-та, 2005.—32с.