WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«Министерство образования и науки Российской Федерации Псковский государственный университет В. В. Шевельков, Л. А. Суханов ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ И СВАРКИ ЧАСТЬ 2. ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Псковский государственный университет

В. В. Шевельков, Л. А. Суханов

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ И СВАРКИ

ЧАСТЬ 2. СВАРКА

Методические указания по лабораторным работам

Рекомендовано к изданию кафедрой «Теория механизмов и машин»

Псковского государственного университета

Псков

Псковский государственный университет

УДК 621 791

ББК 30.61

Ш371

Рекомендовано к изданию кафедрой «Теория механизмов и машин»

Псковского государственного университета

Рецензент:

— В. В. Шкуркин, кан. техн. наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» Псковского государственного университета Шевельков, В. В., Суханов, Л. А.

Ш371 Технология литья и сварки. Часть 2. Сварка : методические указания по лабораторным работам. — Псков : Псковский государственный университет, 2013. — 124 с.

В методических указаниях представлены 10 лабораторных работ для всех форм обучения студентов по направлению 151900.62 — конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств. Профиль — технология машиностроения.

Указания разработаны в соответствии с требованиями федерального государственного общеобразовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 151900.62. Процесс обучения дисциплины направлен на формирование у студентов основных компетенций ОК–6, ПК–2, ПК–8, ПК–11, ПК–25. Методические указания могут быть использованы студентами электротехнических и строительных специальностей при изучении соответствующей дисциплины.



УДК 621 791 ББК 30.61 © Шевельков В. В., Суханов Л. А., 2013 © Псковский государственный университет, 2013 Содержание Введение ……………………………………………………………………….. 4

1. Лабораторная работа № 1. Сварные соединения и швы ………………… 5

2. Лабораторная работа № 2. Основы проектирования технологических сварных конструкций …………………………………………………………. 20

3. Лабораторная работа № 3. Ручная дуговая сварка плавящимся электродом ……………………………………………………………………... 36

4. Лабораторная работа № 4. Определение величины фиктивной усадочной силы и прогиба при наплавке валикового шва на продольную кромку стальной полосы ……………………………………………………… 61

5. Лабораторная работа № 5. Полуавтоматическая сварка в защитных газах ……………………………………………………………………………. 66

6. Лабораторная работа № 6. Технология и оборудование контактной электрической сварки …………………………………………………………. 78

7. Лабораторная работа № 7. Свариваемость сталей ……………………….. 87

8. Лабораторная работа № 8. Проектирование технологии изготовления сварных конструкций …………………………………………………………. 97

9. Лабораторная работа № 9. Газовая сварка ……………………………….. 108

10. Лабораторная работа № 10. Неразрушающий контроль сварных соединений …………………………………………………………………….. 118 Введение Технический прогресс в промышленности неразрывно связан с постоянным совершенствованием сварочного производства.

Сварка является таким же необходимым технологическим процессом, как обработка металлов резанием, литьё, ковка, штамповка. Она часто конкурирует с этими процессами, а в ряде случаев и теснит их.

Сварные конструкции нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Поэтому рациональное расходование металла и максимальное повышение производительности труда приобретают большое значение.

Состояние сварочной техники открывает неограниченные возможности при проектировании технологических процессов изготовления сварных конструкций. Большую роль при этом играют расчётные методы определения режимов сварки, свойств металла сварных соединений, сварочных деформаций и напряжений, методов борьбы с деформациями, последовательность сборочносварочных операций, температура предварительного подогрева перед сваркой, типа приспособлений и вспомогательного сварочного оборудования, размеров припусков на механическую обработку.

Предлагаемое пособие рассчитано на формирование у студентов знаний, которые им будут необходимы при разработке сварных конструкций, выборе оптимального оборудования и сталей, определению дефектов сварных швов и их контроль.

Лабораторная работа № 1

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ШВЫ

Цель работы: Изучить виды сварных соединений и швов, научиться обозначению сварных швов на машиностроительных чертежах.

Виды сварных соединений Сварным соединением называют неразъёмное соединение нескольких деталей, выполненное сваркой.

При сварке плавлением основными видами соединений являются: стыковое, нахлёсточное, угловое и тавровое. Применяются также соединения прорезные, торцовые, с накладками и электрозаклёпочные.

В стыковом соединении составляющие его элементы расположены в одной плоскости или на одной поверхности (Рис. 1, а–в).

Оно наиболее распространено в сварных изделиях, так как имеет следующие преимущества перед остальными:

1. Неограниченная толщина свариваемых элементов.

2. Более равномерное распределение силовых линий (напряжений) при передаче усилий от одного элемента к другому (Рис. 1, а).

3. Минимальный расход металла на образование сварного соединения.

4. Надёжность и удобство контроля качества соединения рентгеновским излучением с определением места, размеров и характера дефекта сварки.

Недостатками стыковых соединений перед другими видами являются:

1. Необходимость более точной сборки элементов под сварку.

2. Сложность обработки кромок под стыковую сварку профильного металла (уголки, швеллеры, тавры, двутавры).

Угловое соединение — сварное соединение двух элементов, расположенных под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев (Рис. 1, д).

Тавровое соединение — сварное соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент (Рис. 1, е), как правило, угол между элементами прямой.

Угловые и тавровые соединения широко используются при сварке балок, колонн, стоек, каркасов, ферм и др., обеспечивая увеличение жесткости и уменьшение деформаций изделия.

Нахлёсточное соединение (Рис. 1, г) представляет собой сварное соединение, в котором свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга. Эти соединения имеют недостатки:

1. Расход основного металла на перекрытия в соединении. Необходимость экономии металла ограничивает применение нахлёсточных соединений для элементов толщиной до 20 мм. Величина нахлёстки (перекрытия) должна быть не менее 5 толщин наиболее тонкого из свариваемых элементов.

Рис. 1. Основные виды сварных соединений:

а — стыковые; б — стыковые с отбортовкой; в — стыковые листов разной толщины;

г — нахлесточные; д — угловые; е — тавровые; ж — прорезные; з — торцовые; и — с накладками; к — электрозаклёпочные; 1,3 — свариваемые элементы;

2 — накладки

2. Распределение силового потока в нахлёсточном соединении является нелинейным (Рис. 1, б), поэтому оно хуже работает на переменную или динамическую нагрузку, чем стыковое. В конструкциях, работающих при низких температурах и подвергающихся действию переменных или динамических нагрузок, следует избегать нахлёсточных соединений.

3. Возможность проникновения влаги в щель между перекрываемыми листами (при односторонней сварке), что вызывает коррозию сварного соединения.

а б

Рис. 2. Распределение силовых линий в соединениях:

а — стыковое; б — нахлёсточное

4. Сложность определения дефектов сварки.

Преимуществами нахлёсточного соединения являются:

1. Отсутствие скоса кромок под сварку.

2. Простота сборки соединения (возможность подгонки размеров за счёт величины нахлестки).

Прорезные соединения (Рис. 1, ж) применяются тогда, когда длина шва нахлёсточного соединения не обеспечивает достаточной прочности.

Соединения с накладками (Рис. 1, и) применяют только в тех случаях, когда не могут быть выполнены стыковые или нахлёсточные соединения.

Накладки применяются также для соединения элементов из профильного металла и для усиления стыковых соединений.

Соединения электрозаклёпками (Рис. 1, к) применяют в нахлёсточных и тавровых соединениях. При помощи электрозаклёпок получают прочные, но не плотные соединения. Верхний лист пробивается или просверливается, а отверстие заваривается так, чтобы был частично проплавлен нижний лист (или профиль). При толщине верхнего листа до 6 мм его можно предварительно не просверливать, а проплавлять дугой, горящей под флюсом или в защитном газе, при этом можно применять и неплавящиеся электроды.





Классификация сварных швов Сварные швы подразделяются на стыковые и угловые по виду сварного соединения и геометрическому очертанию сечения шва (Рис. 3). Стыковой шов характеризуется шириной ( b ) и усилением hв, глубиной провара hп, угловой — катетом К, шириной В, толщиной Н. Стыковые швы применяют для выполнения стыковых, торцовых, отбортованных, а иногда и угловых соединений.

Угловые швы применяют в нахлёсточных, тавровых и угловых соединениях.

По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть плоские или выпуклые (с усилением) (Рис. 4, г). Угловые швы могут выполняться и вогнутыми. Сварные соединения с выпуклыми швами, хотя и неэкономичны, однако лучше работают на статическую нагрузку, чем соединения с плоскими или вогнутыми швами. При плоских и вогнутых швах нет резких переходов от основного к наплавленному металлу, как следствие — нет концентрации напряжений, и возрастает сопротивляемость соединения динамическим или знакопеременным нагрузкам. В соответствии со стандартом допускается выпуклость шва при нижней сварке до 2 мм и не более 3 мм для швов, выполненных в остальных положениях. Вогнутость допускается во всех случаях не более 3 мм.

b k

–  –  –

Угловой Стыковой Рис. 3. Классификация сварных швов по геометрическому очертанию сечения b — ширина шва;

hb — усиление шва;

hn — глубина проплавления;

k — катет шва;

b — ширина шва;

H — толщина шва.

По положению в пространстве различают швы нижние, вертикальные, горизонтальные и потолочные (Рис. 4, а).

Сварка нижних швов наиболее удобна, легко поддаётся механизации.

Наиболее сложен и труден потолочный шов, выполнение которого требует специальной тренировки. Вертикальные, горизонтальные и потолочные швы в большинстве случаев применяют в строительстве и монтаже крупных сооружений и значительно реже — в заводских условиях, где с помощью приспособлений удатся почти полностью сваривать конструкцию только в нижнем положении.

По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на фланговые (боковые) и продольные, оси которых параллельны направлению усилия; лобовые, оси которых перпендикулярны к направлению усилия;

комбинированные и косые (Рис. 4, в).

По протяжённости различают швы сплошные и прерывистые. Прерывистый шов может быть цепным или шахматным. Цепной шов представляет собой двусторонний прерывистый шов таврового соединения, в котором участки сварки и промежутки расположены по обеим сторонам стенки один против другого (Рис. 4, б). Шахматный шов — двусторонний прерывистый шов таврового соединения, в котором промежутки на одной стороне стенки расположены против сваренных участков шва на другой стороне. Расстояние от начала проваренного участка шва до начала следующего участка называется шагом шва.

Прерывистые швы применяют в соединениях, не требующих герметичности (непроницаемости) и когда сплошные швы слабо нагружены.

Рис. 4. Классификация сварных швов:

а — по положению в пространстве; б — по протяженности; в — по отношению к направлению действующих усилий; г — по форме наружной поверхности Сварные соединения со сплошными швами лучше выдерживают знакопеременную нагрузку и меньше поддаются коррозии, чем соединения с прерывистыми швами. Особо ответственные сварные изделия, как правило, выполняются со сплошными швами.

По условиям работы швы подразделяются на рабочие, воспринимающие внешние нагрузки, и связующие (соединительные швы), предназначенные только для скрепления частей изделия. Связующие швы часто называют нерабочими швами.

На виды сварки, конструктивные элементы сварных швов и подготовки кромок для них действуют государственные стандарты:

ГОСТ 5264–80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные.

ГОСТ 8713–79. Сварка под флюсом. Соединения сварные.

ГОСТ 14771–76. Дуговая сварка в защитном газе. Сварные соединения.

ГОСТ 16037–80. Соединения сварных стальных трубопроводов.

ГОСТ 14806–80. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные.

Кроме стандартов на соединения стыковые и под прямыми углами, имеются стандарты на сварные соединения под острыми и тупыми углами (ГОСТ 11534–75, ГОСТ 11533–75, ГОСТ 23518–79).

Подготовка кромок под сварку Для обеспечения сквозного проплавления и получения сварного шва по всей толщине соединяемых деталей, их кромки должны быть подготовлены под сварку. Основные виды подготовки кромок и обозначение их конструктивных элементов изображены на рис. 5.

Отбортовку кромок (Рис. 5, а) применяют для деталей малой толщины s и обычно для сварки неплавящимся электродом без присадочного материала.

Формирование шва происходит за счет оплавления кромок.

При толщине деталей более 6 мм применяют прямолинейные односторонние или двухсторонние скосы одной или двух кромок, а также криволинейные скосы. Скосы выполняют механической обработкой (точением, фрезерованием, строганием), скалыванием под углом на специальных ножницах, кислородной, плазменной резкой и другими способами.

При малой толщине деталей сварку можно осуществить без скоса кромок.

Чертежи деталей проектируют так, чтобы обеспечить требуемые зазоры b между деталями, величину притупления t и угол скоса. Зазор b составляет 0+0,5, 0±1 и 2 2 мм при толщине деталей s соответственно до 2; 4 и более мм.

Притупление t кромок назначают от 1 ± 1 до 2 2 мм (большее притупление соответствует большей толщине s).

Угол скоса кромок зависит от способа сварки, вида скоса кромок и типа сварного соединения:

– для ручной электродуговой сварки при прямолинейном скосе одной кромки а = 45° ± 2°, двух — 25° ± 2°, а при криволинейном скосе — 20° ± 2° и 12° ± 2°;

Рис. 5. Виды подготовки кромок под сварку:

а — с отбортовкой кромок; б, и, к — без скоса кромок; в — со скосом одной кромки;

г — со скосом двух кромок; д — с двухсторонним скосом двух кромок; е — с криволинейным скосом кромок; ж — с использованием остающейся или съемной подкладки;

з — с замковым расположением деталей; л — дополнительным скосом для устранения влияния разной толщины

– для автоматической сварки под флюсом = 30° ± 5° и 10° ± 2° при прямолинейном и криволинейном скосах кромок в случае стыковых и угловых соединений, тавровые соединения требуют большего угла, который равен соответственно 50° ± 5° и 20 ± 2;

– для сварки в среде защитных газов = 40° ± 2° и 20° ± 2° при прямолинейном скосе одной и двух кромок — в случае криволинейного скоса = 12° ± 2°.

Детали при стыковом соединении должны иметь, как правило, одинаковую толщину. Допустимая разность толщины при сварке составляет не более 1, 2, 3 и 4 мм при толщине деталей соответственно до 4, 20, 30 и более мм. Если разность толщины больше, то на детали с большей толщиной делают скос под углом 15° с одной или двух сторон (Рис. 5, л).

При угловом соединении допускается не делать скос кромок а формирование шва производить за счет смещения деталей на величину h (Рис. 5, и, к).

Смещение может быть менее 0,5 s или более 0,5 s при толщине деталей до 6 и 30 мм соответственно.

Выбор типа соединения и способа подготовки кромок зависит от условий его работы, толщины соединяемых деталей, конфигурации изделия и условий сварки. Так, наиболее дешевые соединения без подготовки кромок, но их сквозное проплавление ограничено толщиной детали. Скосы двух кромок, особенно криволинейные, наиболее трудоёмки, но позволяют сократить массу наплавляемого металла и время сварки.

Зазоры между соединяемыми деталями обычно невелики, в противном случае возможны вытекание расплавленного металла и прожог кромок. Это обстоятельство особенно может проявиться при автоматической сварке.

Для защиты обратной стороны шва от вытекания металла могут быть использованы ниже перечисленные приёмы:

– Замок, т. е. перекрытие одной детали другой (Рис. 5, з). Перекрытие деталей b2 составляет 3... 20 мм, а зазор в замке z = 0 +0,5. Способ эффективный, но дорогой.

– Остающаяся стальная подкладка (Рис. 5, ж), толщина которой t1 достигает 0,5 толщины детали, но не менее 3 мм, ширина b1 = 10... 30 мм, а зазор между подкладкой и деталями z не должен быть более 0,5... 1 мм. Этот способ применяют, в частности, при сварке шаровых резервуаров, сосудов малого диаметра. Такие подкладки соответствуют соединениям С10, С 19 (см. Табл. 1).

– Съёмная технологическая подкладка из меди для стали, из графита для меди и т. п., которая не приваривается и её удаляют после сварки (С9, С18).

– Предварительная ручная, подварка корня шва (С12, С13, С21, С23, У5, У10, Т2) является трудоёмкой, её применяют, когда свариваемое изделие невозможно кантовать или точно собрать перед сваркой.

– Заделка зазора асбестовой набивкой или флюсовой подушкой.

Сварные соединения можно выполнять автоматической, полуавтоматической или ручной сваркой. Способ сварки выбирают в зависимости от геометрических размеров изделий, свойств материалов, формы сварного шва и серийности производства.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка обладает большой производительностью, обеспечивает высокое качество и надёжность соединения, не требует высокой квалификации сварщика, даёт наибольший эффект в серийном и массовом производстве, а также при соединении толстостенныx деталей. Недостатком этих способов является ограничение по конфигурации и положению шва. Наиболее распространенные автоматы способны сваривать прямолинейныe горизонтальные швы или соединять цилиндрические детали типа тел вращения.

Форма сварных швов после сварки видна в табл. 3. Так ширина зоны расплавленного металла несколько больше, чем исходный зазор между кромками.

По высоте сварной шов больше толщины детали, т. е. имеет место так называемое усиление шва. Конструктивные элементы швов также регламентированы перечисленными ранее стандартами.

Усиление шва при необходимости снимают строганием, точением или шлифовальными кругами до требуемой шероховатости поверхности.

Условное обозначение швов сварных соединений На чертежах сварных изделий применяется система условного изображения и обозначения швов сварных соединений по ГОСТ 2.312–72.

В планах и боковых видах чертежа место видимого шва изображают сплошной линией, а невидимого — пунктирной линией (Рис. 6, а, б). В поперечных сечениях границы шва изображают сплошными полужирными линиями, а кромки свариваемых частей — сплошными тонкими линиями (Рис. 6, в).

Обозначение шва отмечается выноской, состоящей из наклонной линии и полки. Наклонная линия заканчивается односторонней стрелкой на месте шва.

–  –  –

Характеристика шва проставляется или над полкой (когда односторонней стрелкой указана лицевая сторона шва), или под полкой (когда указана обратная сторона шва) и состоит из следующих элементов:

1 — вспомогательные знаки шва по замкнутой линии или контура монтажного шва (Табл. 1);

2 — стандарт на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений;

3 — буквенно-цифровое обозначение шва по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений;

4 — условное обозначение способа сварки по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (допускается не указывать).

Приняты следующие обозначения способов сварки:

Р — ручная;

АФ — автоматическая под флюсом на весу;

АФФ — автоматическая под флюсом на флюсовой подушке;

АФО — автоматическая под флюсом на остающейся подкладке;

АФМ — автоматическая под флюсом на медной подкладке;

АФК — автоматическая под флюсом с предварительной подваркой корня шва;

АФШ — автоматическая под флюсом с предварительной подваркой шва;

ПФ, ПФО, ПФШ — то же, что и выше, но полуавтоматическая сварка;

ИН — электродуговая сварка в инертных газах без присадочного металла;

ИНП — в инертных газах с присадочным металлом;

ИП — в инертных газах и их смесях с углекислым газом плавящимся электродом;

УП — в углекислом газе плавящимся электродом;

ШЭ — электрошлаковая проволочным электродом и т. д.

5 — знак и размер катета согласно стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (только для швов угловых, тавровых и нахлёсточных соединений);

6 — для прерывистого шва — размер длины провариваемого участка, знак / или Z и размер шага;

– для одиночной сварной точки — размер расчётного диаметра точки;

– для шва контактной точечной электросварки или электрозаклёпки — размер расчётного диаметра точки или электрозаклёпки, знак / или Z и размер шага;

– для шва контактной роликовой электросварки — размер ширины шва;

7 — вспомогательные знаки (тип прерывистого шва, обозначение шероховатости поверхности, знак снятия усиления шва и т. д.).

Все элементы условного обозначения располагаются в указанной последовательности и отделяются друг от друга знаком дефис (за исключением вспомогательных знаков).

Буквенные обозначения способа сварки необходимо проставлять на чертеже только в случае применения нескольких видов сварки в данном изделии, например, П — полуавтоматическая дуговая сварка, Г — газовая, У — дуговая в углекислом газе, А — автоматическая дуговая и др., ручная дуговая сварка не имеет буквенного обозначения. Можно не указывать на полке линии-выноски обозначения стандарта, если все швы в изделии выполняются по одному стандарту. В этом случае следует сделать соответствующее указание в примечаниях на чертеже (Табл. 2).

–  –  –

Т8 6 … 20 ИНП 6 … 80 УП, ИП, 8 … 100 Р, 16 … 40 АФ, ПФ Т5 30 … 60 АФ, 30 … 120 Р

–  –  –

Содержание отчёта

1. Нарисовать и описать основные виды сварных соединений.

2. Привести классификацию сварных швов.

3. Чертежи возможных вариантов подготовки кромок под сварку двух листов одинаковой толщины согласно заданию в табл. 4.

4. К каждому варианту написать обозначение сварного шва на чертеже, учитывая способ сварки, вид сварки и дополнительные условия.

Контрольные вопросы

1. Что называется сварным соединением?

2. Какие существуют основные виды сварных соединений?

3. В чем преимущества и недостатки стыкового соединения?

4. В чем недостатки нахлёсточного соединения?

5. Какими параметрами характеризуются сварные швы?

6. Какова классификация сварных швов по геометрическому очертанию сечения?

7. Какова классификация сварных швов по положению в пространстве?

8. Как проводится подготовка кромок под сварку?

9. Какие существуют основные способы подготовки кромок под сварку?

10. Каково условное обозначение швов сварных соединений?

11. Какова структурная схема обозначения сварных швов на чертежах?

–  –  –

Цель работы: Изучить основные принципы конструирования и технологические требования к форме и размерам сварной конструкции. Приобрести навыки проектирования технологичных сварных изделий с малой трудоёмкостью и себестоимостью их производства.

Создание рациональных сварных конструкций является комплексной задачей. Одновременно с проектированием конструктор обязан выбрать вид заготовок, материал, наиболее приемлемый способ сварки и т. д.

Разнообразие назначений, форм и размеров машиностроительных конструкций, прогресс техники и технологии сварочного производства не позволяют конструктору просто механически повторять готовые решения. Поэтому проектирование является каждый раз творческой задачей, не исключающей, но допускающей разумную конструктивную преемственность.

Элементы сварных конструкций Сварные изделия типа кронштейнов, шкивов, зубчатых колес принято считать деталями, хотя это, строго говоря, не соответствуют определению самого понятия «деталь», т. к. они собираются из нескольких элементов. Сварные рамы, станины, корпуса, балки относят уже к узлам. Форма и размеры отдельных элементов сварных конструкций определяются их назначением, воспринимаемыми нагрузками и типом заготовок. Например, на рис. 1 показана конструкция сварного кронштейна, предназначенного для закрепления оси блока.

Рис. 1. Сварной кронштейн

Кронштейн состоит из опорной подошвы (1), которой он крепится к раме, втулки (2), где непосредственно устанавливается ось. Втулка опирается на стенку (3). Для обеспечения необходимой жёсткости в конструкции кронштейна предусмотрено ребро (4). Все детали соединены сваркой. Отдельные элементы кронштейна изготовлены из простых заготовок: втулка — из трубы, подошва, стенка и ребро — из листового проката.

Назначая размеры на заготовки, конструктор должен исходить из возможностей существующих стандартов на прокат. Особенно это касается тех поверхностей, которые не подвергаются механической обработке. В приведённом примере наружный диаметр втулки не может быть равным 62 мм, так как по ГОСТ 8732–78 этого диаметра нет. Ближайший к нему 60 мм и 63 мм.

Следовательно, наружный диаметр втулки может быть либо 60 мм, либо 63 мм.

Для сварных изделий используют сортовой, фасонный, листовой прокат, трубы, а также литые и кованые заготовки. Из фасонного проката наиболее часто используют сталь прокатную угловую (ГОСТ 8509–93), балки двутавровые (ГОСТ 8239–89), швеллеры (ГОСТ 8240–89), а также трубы водогазопроводные (ГОСТ 3262–75), бесшовные холоднотянутые (ГОСТ 8734–75) и горячекатаные (ГОСТ 8732–78) диаметром до 820 мм.

Наибольшее применение находит листовой прокат: толстолистовой (горячекатаный) с толщиной 4... 160 мм (ГОСТ 19903–74) и тонколистовой (холоднокатаный) (ГОСТ 19904–90).

Таблица 1 Предельные отклонения толщины горячекатаного листового проката нормальной точности Толщина листа, мм Предельные Толщина, мм Предельные отклонения, отклонения, мм мм

–  –  –

Толщина листовой стали по сортаменту составляет 0,5... 0,8 (через 0,05 мм);

0,9... 1,8 (через 0,1 мм ); 2; 2,2; 2,5; 2,8; 3; 3,2; 3,5; 3,8; 4; 4,5; 5... 22 (через 1 мм); 25;

26... 42 (через 2 мм); 45; 48; 50; 52; 55... 110 (через 5 мм ); 120; 125; 130; 140;

150; 160 мм. (Сортамент на конкретных предприятиях может иметь ограничение).

ГОСТ 19903–74 регламентирует, кроме толщины, размеры по ширине, длине, а также предельные отклонения размеров. Предельные отклонения толщины горячекатаной листовой стали нормальной точности при ширине листов 1000 … 1500 мм даны в тaбл. 1.

Ширина листов — 500... 1000 (через 50 мм) 1100; 1250; 1406; 1420; 1500... 3000 (через 100 мм); 3200... 3800 (через 260 мм).

При этом длина может быть от 1000 до 12000 мм:

Холоднокатаный прокат может поставляться и в рулонах массой до 20 т.

Листовой прокат бывает повышенной (группа А) и нормальной точности (группа Б) пo толщине. Изготавливают листовой прокат из сталей углеродистых обычного качества (ГОСТ 380–71), углеродистых качественных (ГОСТ 1050–74), низколегированных (ГОСТ 19282–73), легированных качественных (ГОСТ4543–71), высоколегированных коррозионностойких и жаростойких (ГОСТ 5632–72) и других сплавов специального назначения.

Пример обозначения толстолистого проката горячекатаного группы Б, толщиной 25 мм из стали 20 без указания размеров листа:

лист Б25 ГОСТ 19903 – 74.

сталь 20 ГОСТ 1050 – 88 При разработке конструкции рёбер жёсткости, косынок и других подобных им деталей следует избегать острых углов (Рис. 2.2), так как в зоне острого угла металл элемента при сварке оплавляется и не обеспечивается полноценность шва. Поэтому перед сваркой острые углы надо срезать так, чтобы размер h (Рис. 2) был в 2–3 раза больше катета шва.

Рис. 2. Приварка ребра: а — неправильно; б — правильно

Приварка рёбер жёсткости приводит к концентрации напряжений. Для уменьшения её рекомендуется ребра приваривать с двух сторон.

Необходимость применять в отдельных случаях гибку элементов предъявляет свои требования к конструкции. Места сгиба изогнутых элементов очерчиваются по наружному и внутреннему контуру радиусами концентричных окружностей, то есть R r (Рис. 3, а). Неправильное изображение согнутого элемента показано на Рис. 3, б и 3, в.

Величина радиуса r зависит от материала детали, его состояния и направления волокон относительно гибки. Наименьшие допустимые радиусы гибки листов и полос в зависимости от толщины металла приведены в Табл. 2.

Наименьший допустимый радиус гибки профильного металла в холодном состоянии рекомендуют брать равным 25-кратной толщине или высоте симметричного профиля.

Рис. 3. Гибка листов: а — правильно; б и в — неправильно

Таблица 2 Наименьшие радиусы гибки листового материала Материал Радиус, мм Материал Радиус, мм Сталь 15, 20, Ст. 3 Сталь 35, 40, Ст. 5 0,1 0,3 Сталь 25, 30,Ст. 4 Сталь 45, 50, Ст. 6 0,2 0,5 Максимальная простота конфигурации элементов сварных деталей из сортового проката является основным условием технологичности их конструкций. Существенным фактором повышений технологичности сварных деталей и конструкций является уменьшение числа типоразмеров элементов, необоснованного разнообразия толщины листового проката, диаметра прутков, труб, номеров профилей и т. д.

Технологичность сварных конструкций В производстве сварных конструкций немаловажное значение играет форма и размеры изделия. Подавляющее количество брака вызывается нетехнологичностью конструкции, поэтому конструктор в своей работе должен четко представлять, как будут осуществлять сварку изделия. Исходя из практики сварочных работ, выполнен целый ряд рекомендаций и требований к сварным конструкциям. Наиболее важными будут требования, приводимые ниже.

1. Расположение сварного шва должно обеспечивать доступность сварки, т. е. необходимо предусмотреть удобство подвода электрода или сварочной проволоки (Рис. 4, а).

2. Протяжённость сварных швов и их количество должно быть минимальным. С этой целью целесообразно применять штампованные заготовки, трубы, гнутые профили и т. п. При этом необходимо унифицировать заготовки.

3. Прямолинейные и кольцевые сварные швы более предпочтительны, так как позволяют применять автоматическую сварку, сократить расход электродов, повысить точность изделий, упростить подготовку кромок и раскрой заготовок.

4. Стыковые соединения обладают большей несущей способностью и являются, как правило, более технологичными.

5. Во избежание прожога соединяемых кромок целесообразно предусматривать съёмные или остающиеся подкладки или предварительную подварку корня шва.

6. Расположения сварных швов по возможности должно исключать необходимость кантовки конструкции, при этом следует помнить, что потолочные сварные швы являются не технологичными.

7. Необходимо предусматривать фиксацию соединяемых деталей проточками, буртиками и т. п., это повышает точность, производительность труда и удобство при сварке (Рис. 4, в).

–  –  –

Рис. 4. Примеры технологичности сварных конструкций

8. Разделка кромок является трудоёмкой операцией, её следует назначать только в необходимых случаях и предусматривать наиболее простые способы обработки (Рис. 4, г).

9. Нельзя создавать концентрацию наплавленного металла (Рис. 4, д).

10. Следует избегать сварки элементов с разной толщиной, это усложняет сварку, снижает надёжность сварных швов и создаёт концентрацию напряжений (Рис. 4, е, ж).

11. Конструкция изделия должна исключать подгонку деталей при сварке, поэтому нецелесообразны криволинейные и угловые сопряжения (Рис. 4, з).

12. При проектировании сварных конструкций необходимо учитывать возможность коробления и взаимного смещения деталей.

13. Точные элементы деталей (резьба, шлицы, сопрягаемые поверхности) в процессе свалки могут получить повреждения из-за разбрызгивания металла, коробления, механических воздействий и др. Необходимо предусматривать защитные мероприятия, удаление от зоны сварки или окончательную обработку после сварки.

Технологические требования к конструкциям специального назначения (резервуары, балки, станины и т. д.) имеют свои особенности и учитывают специфику сборки и сварки.

Точность сварных конструкции и заготовок зависит от многих факторов и оценка её студентами при выполнении курсовой работы затруднительна. На точность сварного изделия влияют деформация в процессе сварки, точность изготовления исходных заготовок, точность сборки перед сваркой и т. п.

Наибольшую погрешность форм и линейных размеров сварного изделия вносят сварочные деформации, т. е. поводка и коробление. Учесть влияние данных факторов не представляется возможным, так как сварочные деформации зависят от формы изделия, вида сварки и её режимов, наличия и жёсткости сборочных приспособлений и т. д. Для конкретных изделий могут быть использованы расчётные методы оценки точности.

Большинство сварных изделий в машиностроении имеют предельные отклонения размеров в соответствии с 16–17 квалитетами точности (± IT16 / 2;

± IT17 / 2) или «грубым» (± t3 / 2) и «очень грубым» (± t4 / 2) классами точности ГОСТ 25670–83. Меньшие предельные отклонения размеров соответствуют условиям сварки при использовании точных сборочных приспособлений и надёжной фиксации деталей в процессе сварки.

Допускаемые предельные отклонения линейных размеров должны быть учтены при проектировании сварного изделия, исходных деталей и назначении припусков на механическую обработку.

Таблица 3 Числовые значения симметричных предельных отклонений линейных размеров и рекомендуемых припусков на механическую обработку Интервал размеров, мм Предельные откло- Односторонний принения, мм пуск на механическую обработку, мм ±t / 2 ±t /2

–  –  –

В табл. 3 приведены рекомендуемые заводами тяжёлого машиностроения припуски на механическую обработку после сварки, а также предельные отклонения линейных размеров для «грубого» и «очень грубого» классов точности, соответствующих сварным конструкциям.

При назначении припусков на механическую обработку свариваемых деталей должны учитываться предельные отклонения размеров и формы исходных заготовок сортового и листового проката, труб, отливок, поковок и т. п., которые приводятся в соответствующих стандартах.

Номинальные размеры свариваемых деталей и их предельные отклонения выбирают из условия обеспечения размеров изделия после сварки, а также из условий, обеспечивающих сборку деталей перед сваркой. При этом необходимо руководствоваться правилами составления размерных цепей, известных из курса «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения».

Сварные конструкции деталей машин Сварные детали машин нашли широкое применение в различных отраслях машиностроения. Рассмотрим некоторые характерные примеры сварных конструкций.

Зубчатые колеса На Рис. 5 показан блок шестерен коробки передач в двух вариантах. Изготовление блока шестерен из двух поковок путём сварки даёт экономию стали на 30–40 %.

Рис. 5. Блок шестерён коробки передач цельно-штампованой (а) и сварной (б) конструкции Сварные зубчатые колеса изготавливают уже при наружном диаметре больше 250–300 мм, чаще — при 1600 мм. Применение сварных колес вместо литых экономит до 30–40 % металла, уменьшает объём механической обработки, обеспечивает однородность механических свойств и более рациональное использование материала высокого качества.

Основные элементы сварного зубчатого колеса — обод, ступица, диск (или диски), рёбра. При диаметре меньше 350 мм применяют конструкцию с одним диском без рёбер (Рис. 2.6, б), при da 350 мм с рёбрами жёсткости (Рис. 6, а).

Конструкции сварных зубчатых колёс со сплошным центром показаны на Рис. 6, в.

Обод сварного колеса обычно изготавливают из углеродистой стали повышенного качества, например, из сталей 35, 45. Ступицу, диск и ребра изготавливают из малоуглеродистых сталей.

Соединение ступицы с диском целесообразно выполнять с подготовкой кромок при сварке вручную. При этом уменьшается концентрация напряжений в соединениях и, следовательно, увеличивается выносливость конструкции. Если сварка ведётся на автоматах под слоем флюса, такой необходимости не возникает благодаря глубокому проплавлению металла.

Основные геометрические размеры и соотношения сварных зубчатых колёс остаются такими же, как и для целых колёс. После сварки шестерни подвергают отпуску для снятия остаточных напряжений. Затем производят механическую обработку и нарезку колеса.

а б в

Рис. 6. Конструкции сварных зубчатых колёс:

а) с ободом с рёбрами; б) с ободом без рёбер; в) со сплошным диском Шкивы ременных передач Сварные шкивы ременных передач обычно изготовляют из стали, начиная с D1500–600 мм, так как в этом случае сварные шкивы легче литых. Сварные шкивы особенно выгодны в индивидуальном и мелкосерийном производстве: отпадают расходы на изготовление моделей.

В сварных шкивах обод выполняют вальцованным из полосовой стали и сваривают односторонним или двухсторонним стыковым швом. Ступицы — из круглого проката или поковок. Ступицы к ободу крепят с помощью дисков: одного при мощности менее 30 кВт и В 350 мм; и двух — при большей мощности и ширине. С целью уменьшения веса и удобства сварки при двух дисках в них вырезают круглые или грушевидные отверстия (Рис. 7, а, б). Для повышения жёсткости приваривают рёбра (Рис. 7, в). Иногда вместо дисков ставят спицы из полосовой стали или труб. Шкивы со спицами легче, но состоят из большего числа деталей и поэтому сложнее в изготовлении, применяются при мощности менее 30 кВт.

Материалом для обода и диска служит сталь Ст 3; ступицы — Ст 5. Рёбра жёсткости выполняют из стали Ст 3 или Ст 0.

–  –  –

Рис. 7. Конструкции сварных шкивов для плоских ремней: а — с одним диском;

б — с двумя дисками; в — со спицами; г — для клиновых ремней Корпуса редукторов и кронштейны В последние годы всё шире применяют сварные корпусные детали и кронштейны. Экономически это выгодно для машин, выпускаемых в одиночных экземплярах. Сварную деталь, в случае необходимости, можно исправить, увеличить ее жёсткость. При этом отпадает необходимость в изготовлении моделей.

Однако фактическая экономия в расходе металла при замене чугунной детали сварной зависит от конструктивного оформления и нагруженности детали. При одинаковых размерах сильно нагруженные корпусные детали в сварном варианте получаются меньше весом, так как стенки могут быть более тонкими. Но сварной корпус состоит из большого числа деталей, вместо одной, которые необходимо соединить между собой, что приводит к удорожанию изготовления.

Для корпусных деталей большое значение имеет жёсткость всей конструкции, поскольку именно она определяет точность взаимного расположения подшипниковых гнёзд и валов редуктора. Из условия жёсткости несущие вертикальные стенки усиливаются рёбрами, которые могут быть как из листа или полосы, так и других профилей (Рис. 8, а). Перспективно применение для этих целей гнутых элементов.

–  –  –

Рис. 8. Усиление вертикальных стенок (а), мест под крепёжные болты (в) и увеличение жёсткости опорных фланцев (б) корпуса редуктора Толщина фланцев плоскости разъёма должна быть достаточной, чтобы обеспечить жёсткость корпуса и герметичность редуктора. Фланцы изготовляют из полос. Ширина и толщина их должны соответствовать ГОСТу на полосовую сталь. Ширина фланца выбирается по условию размещения болтов.

Для крепления корпуса редуктора к раме делают фланцы из полосы или листа. Фланцы приваривают вдоль длины редуктора. Для увеличения жёсткости толщину опорных фланцев принимают не меньше 1,5 диаметра отверстия и связывают их с бобышками под подшипники рёбрами (Рис. 8, б). Места постановки болтов, крепящих редуктор к раме, дополнительно усиливают рёбрами для предотвращения возможной деформации лап при затягивании гаек (Рис. 8, в).

Опорные поверхности под головки болтов и гаек можно дополнительно не обрабатывать, если обеспечивается их достаточная плоскостность (отклонения не больше 1°).

Корпус редуктора требует точного изготовления, поэтому после сварки его подвергают отпуску, и механическая обработка производится после него.

Рамы приводов Рамы входят в состав различных машин и конструкции. Они связывают в одно целое отдельные части и механизмы Рамы должны быть достаточно жёсткими, прочными, удовлетворять требованию рациональной компоновки узлов.

Проектирование сварных рам ведут из профильного (уголков, швеллеров, двутавров) или листового проката. Весьма перспективно применение гнутых профилей.

Пример сварной рамы для установки двигателя и редуктора показан на рис. 9.

На рис. 10 показаны различные способы соединения деталей. Профили деталей, примыкающих к прокатным, следует при этом предварительно подготовить механической обработкой. Детали в процессе сварки деформируются, поэтому часто базовые поверхности (специально приваренные платики) окончательно обрабатывают после сварки. Базой при этом служит нижняя поверхность рамы (в условиях единичного производства она обычно остаётся чёрной).

Поверхности рамы, подвергаемые обработке, желательно располагать в одной плоскости. При расположении платиков на разных уровнях конструкция рамы несколько усложняется. Размер H 1, определяющий разность высот платиков, получают приваркой швеллеров, уголков, полос (Рис. 10, в).

Рис. 9. Сварная рама для установки двигателя и редуктора

–  –  –

б) в) Рис. 10. Соединение элементов рамы непосредственно (а), с помощью косынок (б) и с опорными платиками на разных уровнях Высоту рамы Н назначают, исходя из необходимости создания требуемой жесткости:

H = (0,09–0,11) L, где L — длина рамы.

Остальные, размеры определяются общей компоновкой. При этом следует стремиться конструировать раму с прямыми элементами. В случае необходимости отдельные элементы рамы можно согнуть. Для этого стыковочные поверхности швеллера или уголка отрезают под нужным углом и сваривают.

Для облегчения установки на раме электродвигателей, редукторов, корпусов подшипников и т. д. рекомендуется профильные элементы (швеллера, уголки) располагать полками наружу. На внутренние поверхности полок швеллера или двутавра, имеющие определённый уклон, должны привариваться или накладываться косые шайбы для выравнивания опорной поверхности под головки болтов или гаек. Размеры косых шайб выбирают по ГОСТ 10906–66.

–  –  –

Если выступающие над поверхностью рамы гайки не мешают установке на ней узлов приводов и их эксплуатации, фундаментные болты пропускают через обе полки, которые дополнительно укрепляют ребрами, уголками, трубами (Рис. 2.12).

Рис. 12. Варианты крепления рам фундаментными болтами Чертежи сварных деталей

Чертежи сварных деталей оформляют как общие виды узлов. При разработке их необходимо учитывать два случая:

а) когда все данные, необходимые для изготовления элементов конструкции, помещают на чертеже её общего вида на соответствующих проекциях, сечениях, видах и в спецификации;

б) когда, кроме чертежей общего вида, выполняют рабочие чертежи на каждый элемент конструкции.

Выбор первого или второго случая определяется видом производства и сложностью конструкции сварной детали. В условиях единичного или мелкосерийного производства для сварной детали, состоящей из элементов простой формы, достаточно выполнения только одного общего вида. Если же конструкция детали состоит из элементов относительно сложной формы с предварительным применением фасонной резки, гибки, штамповки, механической обработки, необходимо помимо общего вида, выполнить отдельные рабочие чертежи. При серийном и массовом производстве для сварных деталей любой сложности разрабатываются чертежи общего вида и рабочие чертежи элементов.

Сварные рамы (Рис. 9) относятся к первому случаю, — если они изготовляются мелкими партиями. Технические условия, связанные со сборкой и сваркой отдельных элементов, указывают непосредственно на чертеже общего вида рамы.

Сварные конструкции деталей машин: зубчатые колёса, корпуса, шкивы, валы и др., относятся ко второму случаю. Все элементы данных сварных конструкций требуют разработки на них отдельных рабочих чертежей, так как здесь имеет место предварительная механическая обработка элементов конструкции. Технические условия, помещаемые на чертеже общего вида таких деталей, должны содержать сведения, касающиеся взаимного расположения и точности поверхностей, обрабатываемых после сварки.

Пример разработки сварной конструкции Деталь представляет собой пустотелый цилиндр с дном и фланцем (Рис. 13).

Исходя из размеров детали, её назначения, характера производства и выбранной марки стали выбираем вид сварки, в данном случае можно использовать ручную дуговую сварку или полуавтоматическую в среде углекислого газа. Назначим для получения изделия полуавтоматическую дуговую сварку в углекислом газе как обладающую большей производительностью и обеспечивающую лучшее качество сварки.

Анализ формы детали и сортамента проката позволяет использовать заготовки для фланца и дна из листового проката, а для цилиндра — из горячекатаной трубы 140х10 — 15Г — А ГОСТ 8732–78.

Исходя из формы детали и её толщины, выберем по ГОСТ 14771–76 стыковое соединение Т6 для соединения фланца и угловое У4 для сварки дна (Рис. 14).

В соединении Т6 необходимо (предусмотреть центрирующую канавку глубиной 3 мм на фланце и соответствующий буртик высотой 5 мм на цилиндре. Такая конструкция деталей усложнит технологию обработки, но упростит сборку перед сваркой и повысит точность сварной заготовки за счёт надёжной фиксации деталей.

Рис. 13. Чертёж детали Угловое соединение У4 не требует скоса кромок, не предусматривает специальных фиксирующих элементов, а необходимая точность концентричного расположения деталей должна быть обеспечена при сварке.

После выбора вида сварки, типа сварных соединений и исходных заготовок разрабатываем сборочный чертёж сварной конструкции (см. Рис. 14, а) и чертежи входящих деталей (заготовок для сварки) (см. Рис. 2.14, б).

Исполнительные размеры соединяемых деталей определены из условия, что зазор между кромками составляет 2 ± 1 мм, притупление кромок — 21 ± 1 мм, зазор в замке соединения — 0 + мм, угол скоса кромок — 40 ± 2°, перекрытие деталей в соединении У4 — 2 мм.

Например, длина цилиндра (см. Рис. 2.14) может быть определена из размерной цепи L1 = L + A – S + H– S1 = 300+3–15+3–10 = 281 h14 (–1,0) мм, где L1 — длина цилиндра; L = 300 мм длина корпуса; А = 3 мм — припуск на механическую обработку, назначен из табл. 4; S = 15 мм — толщина фланца перед сваркой; h = 3 мм — глубина центрирующей проточки фланца; S1 = 10 мм — толщина, дна.

1. Сварка полуавтоматическая в углекислом газе.

2. Сварочная проволока 2Св–08Г2С ГОСТ 2246–70.

3. * Размеры для справок.

4. Проверку качества сварных швов на герметичность произвести керосиновой пробой. Допускаются отдельные дефекты в виде пор и шлаковых включений глубиной не больше 1 мм и общей площадью не более 20 мм 2. Допускается вырубка и заварка отдельных дефектов.

5. Неуказанные предельные отклонения размеров: ± Н14, ± IT14/2.

1. Неуказанные предельные отклонения размеров: ± Н14, ± IT14/2.

2. * Размеры для справок.

Рис. 14. Чертежи сварной конструкции (а) и заготовок для её производства:

б — фланец; в — цилиндр; г — дно После сварки длина корпуса будет 303 ± t4/2 (± 2) мм, а после механической обработки — 300 hl4 (–1) мм. Фактический припуск на механическую отработку составит 3 ± 3мм, а толщина фланца на готовом изделии 12 ± 1 мм.

Для рассматриваемого изделия такие предельные отклонения толщины фланца допустимы, в противном случае необходимо изменять систему простановки размеров и технологию обработки.

Порядок выполнения работы

1. Изучить основные принципы разработки сварной конструкции, обеспечивающие её технологичность, малую трудоёмкость и себестоимость производства.

2. Исходным документом для разработки сварной конструкции является чертёж изделия с указанием всех размеров, шероховатости поверхностей, условий его эксплуатации и требуемых свойств материала. Необходимо изменить конструкцию изделия, разбив его на отдельные, соединяемые сваркой, заготовки, изготовленные из стандартных типов труб, листа, сортового проката, а также из отливок или поковок.

3. Если необходимо, назначить разделку кромок отдельных заготовок, перед их сборкой и последующей сваркой.

4. Поставить размеры и произвести ориентировочную оценку точности линейных размеров сварной конструкции.

Содержание отчёта

1. Цель работы, краткое описание основных принципов получения технологичной конструкции.

2. Чертёж сварной конструкции.

3. Чертежи отдельных заготовок с предварительной подготовкой кромок, если это необходимо.

Контрольные вопросы

1. Что такое элемент сварной конструкции?

2. Из чего изготавливают сварочные элементы?

3. Как правильно приварить ребра жёсткости в сварной конструкции?

4. Какие требования предъявляются к технологичной сварной конструкции?

5. Чем определяется точность сварной конструкции?

6. В чём особенность изготовления сварных конструкций зубчатых колес, шкивов, корпусов редукторов, рам?

Лабораторная работа № 3 РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ

Цель работы: Ознакомить студентов с организацией сварочных постов, их содержанием (источниками питания, защитными средствами, используемыми материалами, инструментом). Обучить практической работе (выбору режимов сварки, наложению сварочных швов, контролю качества швов).

Содержание работы:

Состав сварочного поста Сварочные посты, исходя из условий, бывают постоянные и временные и должны включать:

– Стол или иное приспособление с вытяжной вентиляцией или фильтром.

– Источник питания.

–  –  –

Рис. 3. Шлем типа «Хамелеон»

Виды источников питания и требование к ним Источники питания промышленностью выпускаются переменного (трансформаторы) и постоянного тока (выпрямители и инверторы) Трансформаторы надёжны в работе, дешёвы, но обладают низкими технологическими возможностями (неустойчивое горение дуги, не пригодность для сварки материалов с высокой теплопроводностью (алюминий и его сплавы, медь и её сплавы), а также высокоуглеродистых и высоколегированных сталей, чугунов и т. д. Сварочные трансформаторы понижающие. Напряжение с 380/220 В понижается до 60…80 В. Регулировка сварочного тока у них может быть ступенчатая, плавная или смешанная. Наиболее перспективная регулировка — шунтом.

Сварочный трансформатор состоит из магнитопровода, первичной и вторичной обмоток.

Рис. 4. Сварочный трансформатор

Источники постоянного тока пригодны для сварки любых свариваемых материалов на прямой или обратной полярности (прямая полярность когда на детали +, а на электроде –; обратная — наоборот).

Наиболее перспективные инверторные источники (обладают малыми размерами, позволяют вести сварку во всех пространственных положениях). В отличии от выпрямителей, у которых капельный перенос металла в сварочную ванну, перенос металла у инверторов — струйный.

Наиболее перспективными являются источники с инновационными технологиями: сварка с малым потреблением энергии, экономичная и быстрая сварка с глубоким проплавлением, контролируемая теплопередача при изменении длины дуги.

Рис. 5. Сварочный выпрямитель Рис. 6. Инверторные источники питания Рис. 7. Мощные источники для сварки трубопроводов Характеристика электродов и их выбор Сварочные электроды выпускаются промышленностью универсальные (можно использовать на любом источнике) и для сварки постоянным током (можно использовать только с источниками постоянного тока — выпрямители, инверторы).

Выбираются электроды под свариваемый материал, с расчётом, чтобы наплавленный металл шва был бы близок по химическому составу и механическим свойствам к основному металлу.

Электрод состоит из металлического стержня и обмазки. Металлический стержень служит для подвода тока и введение в шов легирующих элементов.

Обмазка содержит множество компонентов, основными из них являются:

– ионизирующие;

– легирующие;

– шлакообразующие;

– газообразующие.

Обмазка электродов гигроскопична. Перед употреблением электроды необходимо прокалить. Температура прокалки указана на электродной пачке и колеблется от 150 °С до 420 °С. Электроды сырые, с трещинами являются причиной дефектов шва.

.

Рис. 8. Классификация покрытых электродов Рис. 9. Классификация покрытых электродов Рис. 10. Основные типы сварных соединений Рис. 11. Классификация сварных швов Рис. 12. Основные геометрические параметры сварного шва Рис. 13. Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных швов Рис. 14. Сборка под сварку Рис. 15. Сварочная дуга Рис. 16. Вольтамперные характеристики дуги Рис. 17. Вольтамперные характеристики источников питания Рис. 18. Параметры режима ручной дуговой сварки Рис. 19. Способы выполнения швов различной длины Рис. 20. Свариваемость сталей Рис. 21. Термический цикл шва

- неравномерный нагрев металла

- литейная усадка расплавленного металла

- изменения в структуре металла Рис. 22. Напряжения и деформации сварных конструкций Рис. 23. Дефекты сварных соединений при дуговой сварке Сварные соединения, выполненные в производственных условиях, могут иметь отступления от заданных размеров, формы и свойств, что в процессе эксплуатации могут привести к разрушению сварного шва и даже всей конструкции. Каждое несоответствие сварного шва нормативной документации называется его дефектом.

Все типы дефектов сварных соединений можно разделить на четыре группы:

– по расположению;

– по форме;

– по размерам;

– по количеству.

По расположению различают дефекты наружные, внутренние и сквозные.

По форме — компактные, протяжённые, плоские, объёмные, острые и округлые.

По размерам — мелкие, средние и групповые.

По количеству — единичные и групповые.

Наружные дефекты

К наружным дефектам относятся нарушение формы, размеров и внешнего вида:

– неравномерная ширина шва по его длине, неравномерная высота шва, неравномерные катеты угловых швов, подрезы, наплывы, прожоги, не заваренные кратеры, свищи.

Внутренние дефекты Образование внутренних дефектов при сварке связано с металлургическими, термическими и гидродинамическими явлениями, происходящими при формировании сварного шва. К внутренним дефектам относятся: трещины (горячие и холодные), непровары, поры, шлаковые включения Трещины — дефекты сварных швов, представляющие собой макроскопические и микроскопические межкристаллические разрушения. Под действием остаточных и рабочих напряжений трещины могут распространяться с высокими скоростями. Поэтому вызванные ими хрупкие разрушения происходят почти мгновенно и очень опасны. В зависимости от температуры, при которой они возникают, различают горячие и холодные трещины. Горячие трещины представляют собой разрушение кристаллизующегося металла по границам зерён при наличии между ними жидкой прослойки. Горячие трещины могут возникать как в шве, так и в зоне термического влияния, могут выходить на поверхность или оставаться скрытными. Вероятность увеличения горячих трещин способствует содержание в металле углерода, никеля, кремния, особенно серы и фосфора. Повышению стойкости сварных швов образованию горячих трещин способствуют марганец, хром, отчасти кислород.

Холодные трещины образуются чаще всего в зоне термического влияния, реже в металле шва среднелегированных и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов в результате появления внутренних напряжений.

Образуются они как при температуре порядка 120 °С, так и при комнатной, через несколько минут или часов, а иногда и через более длительное время после окончания варки.

Непровары — это участки сварного соединения, где отсутствует сплавление между свариваемыми деталями. Они снижают работоспособность сварного соединения, являются концентраторами напряжений, могут вызвать появление трещин, уменьшают коррозийную стойкость. Вызываются: малым углом раскрытия кромок, малым зазором, большим притуплением при недостаточной силе тока, большой скоростью сварки, смещением электрода от оси шва, плохой очисткой шлака, низкой квалификацией сварщика.

Поры — это полости в металле шва, заполненные газом, который не успел выйти из жидкого металла шва на поверхность. К основным причинам, вызывающим появление пор относятся: плохая очистка кромок от ржавчины, масел, повышенное содержание углерода, большая скорость сварки, большая влажность электродных покрытий, сварка при плохой погоде.

Шлаковые включения — это полости в металле шва, заполненные шлаками, не успевшими всплыть на поверхность шва. Образуются при больших скоростях сварки, сильном загрязнении кромок, плохой очистки швов от шлака при многослойной сварке Снижение коррозийной стойкости соединений Этот дефект возникает в результате переноса части электродного металла на поверхность детали. На практике это называют «загрязнением » поверхности деталей, что вызывает эффект теплового экранирования.

Для уменьшения снижения коррозийной стойкости следует:

1. Тщательно подготавливать поверхность деталей.

2. Использовать жёсткие режимы сварки.

3. Применять предварительное обжатие деталей перед сваркой.

4. Интенсивно охлаждать электроды.

5. Удалять продукты массопереноса путём зачистки электродов.

Контроль сварных соединений Методы контроля Предварительный контроль сварных соединений Для обеспечения высокого качества сварных соединений необходимо контролировать исходные материалы, основной металл, электроды, сварочную проволоку, флюсы, защитные газы, оборудование, технологию, квалификацию сварщика.

Основной металл проверяют на наличие пор, усадочных раковин и трещин, наличие расслоений, окалины, размерность толщин металла.

Электроды проверяют на равномерность покрытия обмазки, наличия трещин и др. механических повреждений. Выполняют пробную сварку, проверяют лёгкость отделения шлака, качество формирования шва.

Сварочная проволока проверяется на чистоту поверхности, отсутствия не желательных покрытий, расслоений. Выполняют пробную сварку.

Защитные газы проверяют на отсутствие вредных примесей и влаги.

Контроль свариваемости металла Свариваемость это свойство металла образовывать при установленной технологии сварки соединение определённых требований. Испытания проводят различными методами: метод МВТУ им. Н. Э. Баумана, метод НИИ, проба института электросварки им. Б. Е. Патона, метод Кировского завода.

Контроль оборудования Оборудование должно быть в исправном состоянии и выдавать паспортные данные. Для дуговой сварки обеспечивать устойчивое горение дуги, правильность регулировки режима сварки. При газовой сварке — подачу чистого и сухого газа, при постоянном давлении.

Контроль квалификации сварщиков Для проверки квалификации сварщиков администрация организует квалификационную комиссию. Испытания проводят по теории и практике сварочных работ и должны включать сварку образца соответствующего изделия в реальных условиях. После чего образцы проверяют всеми методами неразрушающего контроля и подвергают механическим испытаниям.

Контроль технологи При этом контроле проверяют подготовку заготовок, исправность сварочных приспособлений, сборку узлов под сварку, состояние сварочных материалов, сварочного оборудования, соблюдение установленных режимов сварки.

У свариваемых заготовок проверяют форму, размеры геометрию разделки кромок, отсутствие загрязнений, ржавчины и влаги.

Текущий контроль сварных соединений В процессии сварки проверяют внешний вид шва, геометрические размеры, проводят обмер изделия, следят за исправностью сварочной аппаратуры, за выполнением технологического процесса.

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФИКТИВНОЙ УСАДОЧНОЙ СИЛЫ И

ПРОГИБА ПРИ НАПЛАВКЕ ВАЛИКОВОГО ШВА НА

ПРОДОЛЬНУЮ КРОМКУ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ

–  –  –

Порядок выполнения работы Получить пластину длиной L = 500 мм, высотой h = 40–60 мм, толщиной b = 3–5 мм и измерить базу z — длину изгибающего элемента (примерно 100 мм) с двух сторон пластины (Рис. 2). Измерения произвести не менее трёх раз. Результаты измерения записать в таблицу 1.

–  –  –

Установить полосу на призму в специальное приспособление, таким образом, чтобы надрез на полосе попал на острие правой призмы приспособления.

Убедившись, что полоса плотно касается опорных призм, закрепить её двумя винтами (Рис. 3). Установить индикатор в среднее положение. Снять показания индикатора (с1).

Снять полосу и проварить её кромку.

После полного остывания полосы произвести повторное измерение базы с двух сторон и результаты занести в таблицу. При выполнении измерений полосу необходимо прижать к стальной плите грузом или струбцинами.

Обработать полученные результаты измерений в табл. 1, т. е. выписать значение продольной деформации пр и по формуле (4) определить усадочную силу Pус. В данном случае величину z надо брать равной базе измерений ( z = мм).

Установить полосу в приспособлении (Рис. 3) и произвести измерение прогиба полосы f на длине 410 мм после сварки, используя показания индикатора (с2) f c2 c1.

Вычислить изгибающий момент усадочной силы, пользуясь формулой (3) при z 2 = 410 мм.

Зная момент M ус и величину усадочной силы Pус, вычислите эксцентриситет приложения усадочной силы, используя формулу:

M ус е.

Р ус

–  –  –

Контрольные вопросы

1. Почему после сварки возникает усадочная сила?

2. Объясните причину появления изгиба полосы?

3. Как определить напряжения в пластине от сварки?

4. Каким способом можно уменьшить усадочные деформации?

–  –  –

Сущность способа Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом отличается от ручной дуговой сварки тем, что механизируется подача электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки выполняются сварщиком вручную. Современная промышленность выпускает целую серию сварочных полуавтоматов, при помощи которых выполняют дуговую сварку в среде защитных газов. Их разрабатывают с использованием унифицированных узлов, что позволяет с наименьшими затратами выполнить наладку на сварку требуемых изделий. К таким унифицированным узлам относятся прижимные и направляющие устройства, подающие механизмы, узлы, осуществляющие подъем и перемещение, а также механизмы автоматической подачи присадочной проволоки.

Полуавтоматы могут быть нескольких видов:

Рис 1. Схема и классификация полуавтоматической сварки

– для сварки сплошной стальной проволокой;

– для сварки сплошной алюминиевой проволокой;

– для сварки сплошной стальной и алюминиевой проволоками;

– для сварки сплошной стальной или алюминиевой порошковой проволоками.

Кроме того, полуавтоматы могут различаться: по способу охлаждения горелки, регулировкой скорости подачи проволоки и методикой ее подачи, по конструктивным особенностям. При помощи этого универсального оборудования обеспечивается сварка практически всех труднодоступных мест с высоким качеством защиты сварочной ванны и дуги. Поэтому до 70 % сварочных работ выполняется полуавтоматами. Различают полуавтоматы по маркировке.

Первые две буквы в маркировке обозначают тип оборудования и способ сварки:

«ПШ» — полуавтомат шланговый, «УД» — установка для дуговой сварки. При помощи третьей буквы в маркировке указывают на способ защиты сварочной дуги: «Г» — газовая, «Ф» — флюсовая. Первая цифра, проставленная после буквенного индекса, указывает величину сварочного тока (в сотнях ампер), а последующие цифры обозначают конкретную модификацию изделия. И наконец, буквенный символ, проставленный после цифрового, обозначает климатическое исполнение полуавтомата: «У» — для эксплуатации в районах с умеренным климатом; «ХЛ» — в районах с холодным климатом; «Т» — тропическое исполнение.

Принципиальная схема полуавтоматической устаки представлена на Рис. 2.

–  –  –

Как правило, в комплект установки входят: выпрямитель — источник питания сварочной дуги; подающее устройство, предназначенное для подачи электродной проволоки в зону сварки; газовый клапан, предназначенный для снижения давления защитного газа, находящегося в специальном баллоне, сменная горелка.

Подающее устройство сварочной проволоки может быть толкающего, тянущего и универсального типа. Как правило, оно состоит из следующих основных узлов: электродвигателя, планетарной головки, блока управления, катушки с проволокой, электропневматического газового клапана.

Заслуживают внимания новые безредукторные конструкции подающих механизмов серии «Интермигмаг» с пульсирующей подачей проволоки, являющиеся модификацией известного механизма «Изаплан». Состоит такой механизм из планетарной головки, корпус которой закреплен на полом валу электродвигателя постоянного тока. Укрепленные на ползунах подающие ролики прижимаются к сварочной проволоке и обкатываются вокруг нее при вращении якоря двигателя. Так как оси роликов расположены под углом 30–40° к оси проволоки, это усилие разлагается на две составляющие — закручивающее и осевое. Осевое усилие обеспечивает подачу проволоки, закручивающее — её движение по шлангу. Скорость подачи проволоки регулируется изменением частоты вращения ротора двигателя постоянного тока.

При помощи подающего устройства обеспечивается последовательность включения исполнительных органов сварочного полуавтомата, необходимая скорость подачи сварочной проволоки, выбор рабочего режима сварки и т. д.

Стабилизация выходных параметров источника питания совместно со стабилизацией скорости подачи электродной проволоки позволяет получить сварные соединения высокого качества.

Горелка является одним из важных узлов сварочного полуавтомата. Она предназначена для направления в зону сварочной дуги электродной проволоки, защитного газа или флюса. С помощью горелки возбуждается сварочная дуга, осуществляется формирование и направление струи защитного газа. Конструкции сварочных горелок унифицированы в соответствии с технологическими требованиями. Рукоятка горелки должна быть прочной и удобной в работе, поэтому ее изготавливают в форме, позволяющей обхват рукой сварщика. Для управления сварочным процессом и защиты руки сварщика от ожогов на рукоятке устанавливается предохранительный щиток и пусковая кнопка.

Токоведущая направляющая трубка соединяет токопровод с токосъёмным наконечником. Конструкция трубки определяется сечением токоведущей части и необходимостью подвода защитного газа. По своему конструктивному исполнению направляющие трубки должны соответствовать требованиям гибкости и достаточной проводимости. Поэтому токопроводы изготавливают из мягкого провода, заключенного в изоляционную оболочку, внутренний диаметр которой выбран таким образом, чтобы по ней можно было пропускать защитный газ или охлаждающую воду. Направляющие каналы токопровода служат для подачи электродной проволоки к сварочной горелке. Они представляют собой металлическую спираль, на которую надета стальная стягивающая оплетка и изоляционная трубка. Спираль может быть одно- или двухзаходной.

Наиболее ответственными частями горелки является сопло, и токопроводящий наконечник. Эти детали горелки работает в условиях высокой температуры и механического воздействия подающейся сварочной проволоки.

Сопло ограничивает зону защитного газа и обеспечивает вылет проволоки.

Наконечник быстро изнашивается и требует замены. Для снижения изнашиваемости наконечника его хромируют, полируют или изготавливают из твердых составов на медно-вольфрамовой основе. При больших сварочных токах, достигающих более 315 А, применяют принудительное охлаждение наконечника.

Применяют два типа наконечников: с поджимным контактом и без поджимного контакта. Поджимной контакт применяется при сварке тонкими электродными проволоками диаметром 0,8–1,2 мм.

Для сварки в стесненных условиях используют сменные горелки различной длины. Технические характеристики унифицированных горелок типа ГДПГ для механизированной сварки плавящимся электродом приведены в табл. 1.

–  –  –

Наконечники для подачи тока изготавливаются из бронзы с гарантированным сроком работы — от 5 до 10 часов непрерывной работы. Изготавливаемые в последнее время медно-графитовые наконечники имеют тоже малый срок службы, но лучше обеспечивают контакт и гарантируют хорошее скольжение, что важно при сварке алюминиевой проволокой. Только наконечник на медновольфрамовой основе обеспечивает более длительную работу без замены.

Защитный газ выбирается по свариваемому металлу. Он должен быть нейтрален к его расплаву.

К углеродистым сталям таким газом является самый дешёвый и доступный углекислый (СО2).

Лёгкие сплавы, нержавеющие стали можно сваривать только с использованием аргона.

Углекислый газ хранят и транспортируют в баллонах чёрного цвета ёмкостью 40 дм3, в который наливается 25 л. жидкой углекислоты.

Испаряясь, эта жидкая кислота даёт около 13000 дм3 газа. Газ не должен содержать влагу, запахи допускаются.

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ПОЛУАВТОМАТЫ

Рис. 4. Полуавтомат TRIMIG 205–4S Профессиональный синергетический полуавтоматический сварочный аппарат Универсальные полуавтоматы позволяют выполнить быструю переналадку без существенных трудовых и материальных затрат. К универсальным полуавтоматам относят прежде всего модель, применяемую для сварки в среде углекислого газа сплошной или порошковой проволокой. У всех полуавтоматов подача электродной проволоки осуществляется по пустотелому шлангу, поэтому они именуются шланговыми полуавтоматами.

Сварка в среде углекислого газа имеет ряд преимуществ в сравнении с ручной дуговой:

– высокая производительность за счёт увеличения плотности тока (100– 120 А/мм2) и глубины проплавления;

– в некоторых случаях лучше качество сварки (при многопроходной сварке, при заварке раковин и др.);

– поддаётся механизации и автоматизации;

– более экономичная.

Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей устанавливает ГОСТ 14771–76.

Рис. 5. Проверка горелки перед сваркой Рис. 6 Рис. 7 Рис. 6, 7. Выбор параметров режима сварки Таблица 2 Ориентировочные режимы сварки углеродистых сталей

–  –  –

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство поста сварки в среде углекислого газа, источника питания, механизм подачи проволоки, подачу газа.

2. Изучить основные приемы работы сварщика: зажигание дуги, технику ведения сварочного держателя.

3. Назначить режимные параметры сварки в зависимости от толщины свариваемых изделий, диаметра электрода и типа сварного соединения.

4. Произвести разделку кромок сварных изделий.

5. На практике выполнить сварку стыковых и угловых швов соединений за один проход при толщине металла 4–5 мм.

6. Определить геометрические параметры сварных швов.

Операции по зажиганию дуги и ведению электрода вдоль направления сварки осуществляются под руководством учебного мастера.

–  –  –

Контрольные вопросы

1. Схема поста для сварки в среде углекислого газа.

2. Сварочная проволока. Марки, характеристики.

3. Углекислый газ. Характеристика и подготовка.

4. Устройство газоэлектрической горелки. Принцип её работы.

5. Механизм подачи проволоки.

6. Подвод и подготовка углекислого газа к месту сварки. Газовые баллоны.

7. Основные отличия и преимущества сварки в среде углекислого газа от ручной дуговой.

8. Режимные параметры сварки в среде углекислого газа.

9. Технологические приемы сварки в среде углекислого газа.

Лабораторная работа № 6

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ КОНТАКТНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКИ

Все способы контактной сварки основаны на нагреве и пластической деформации заготовок в месте соединения. Нагрев осуществляется теплом, выделяемым при прохождении электрического тока. Количество тепловой энергии в зоне сварки по закону Джоуля–Ленца определяется:

Q = 0,24 I 2 R t I — сила сварочного тока, А.

R — сопротивление зоны сварки, Ом.

t — время прохождения тока, сек.

Контактная сварка отличается высокой производительностью, экономичностью процесса, позволяет проще других видов сварки механизировать и автоматизировать процесс, сокращать расход основных и вспомогательных материаллов.

Недостатком контактной сварки является высокая энергоёмкость.

Наиболее широкое применение получили следующие виды контактной сварки:

– стыковая, точечная, рельефная, шовная.

–  –  –

1. Стыковая сварка В зависимости от марки материала, его сечения и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнить различными способами:

– сопротивлением;

– непрерывным оплавлением;

– непрерывным оплавлением с подогревом;

– импульсным оплавлением.

Сварка сопротивлением Заготовки устанавливаются и закрепляются в зажимах стыковой машины, прижимают одну к другой с определённым усилием «Р», после чего пропускается ток. После нагревания металла в зоне сварки до пластического состояния, происходит осадка под действием силы «Рос». Этот способ требует механической обработки и тщательной зачистки поверхностей торцов заготовок. Низкое качество сварного соединения и большая энергоёмкость ограничивает область применения этого способа. Как правило, он используется для не ответственных деталей малого сечения.

–  –  –

Рис. 3. Осциллограмма сварки непрерывным оплавлением При этом способе заготовки устанавливаются в зажимах машины, включается напряжение и медленно их сближают. Торцы заготовок оплавляются в одной или нескольких точках. В местах касания образуются перемычки, которые мгновенно взрываются с выбрасом из стыка мелких капель расплавленного металла. В результате заготовки прогреваются в глубину, а на торцах возникает тонкий слой расплавленного металла. После оплавления заготовок на установленный припуск, производится осадка. Осадка начинается при включённом токе, а заканчивается при выключенном.

Этот способ сварки позволяет получить стабильное качество сварки больших сечений заготовок и сваривать разнородные металлы.

На рис. 6. Показана осциллограмма сварки непрерывным оплавлением пульсирующим током. Процесс происходит на максимально допустимом токе.

Короткое замыкание исключается высоким быстродействием исполнительных аппаратов (электрогидравлические преобразователи).

Система управления работой машины выполнена на базе контроллера и промышленного компьютера и обеспечивает: задание и контроль технологических параметров, определение качества сварного соединения, контроль состояния исполнительных механизмов, контроль состояния силовой электрической части, предоставление оператору в режиме реального времени информации о воспроизводимости технологического процесса сварки, накопление и хранение информации о протекании процесса сварки каждого сварного стыка и выдачу паспорта на каждый стык, самоконтроль и самодиагностику.

Стыковая сварка непрерывным оплавлением с подогревом Отличается от сварки непрерывным оплавлением тем, что перед началом процесса оплавления заготовки подогревают в зажимах машины периодическим смыканием и размыканием торцов при постоянно включённом напряжении. Подогрев позволяет выравнить торцы, подогреть их. После этого стабильнее начинается непрерывное оплавление, при этом сокращается усилие осадки и общий припуск на сварку.

Рис. 4. Осциллограмма сварки непрерывным оплавлением с подогревом

Стыковая сварка импульсным оплавлением При этом способе сварки кроме основного поступательного движения, которое совершает подвижной зажим, ему еще сообщают колебательные движения с заданной амплитудой и частотой. Способ, с точки зрения технологии, отличается высокой эффективностью, интенсивным нагревом металла при оплавлении, сокращением времени сварки, экономией электроэнергии. Однако вибрация резко сокращает срок службы отдельных узлов и в целом сварочного оборудования.

2. Точечная сварка Заготовки соединяются внахлёстку сваркой в отдельных местах, условно называемых точками. Размеры и структуры точек, определяющих прочность соединения, зависят от формы и размеров контактной поверхности электродов, силы сварочного тока, времени его прохождения, усилия сжатия и состояния поверхности заготовок. Качественная сварка характеризуется наличием общего для обеих заготовок литого ядра определённых размеров. Сварочная точка образуется между заготовками, т. к. этот участок имеет повышенное сопротивление и менее подвержен охлаждающему действию электродов.

Сварочный цикл определяется системой управления машины. Самый простой цикл состоит из: сжатие заготовок (сжатие), пропускание сварочного тока (сварка), кратковременная выдержка усилия между электродами, идёт кристаллизация расплавленного металла точки (проковка), снятие давления и разведение электродов (пауза).

В настоящее время система управления выполняется на разной элементной базе, включая компьютеры, и позволяет строить циклы сварки любой сложности, с несколькими давлениями, с несколькими токами, с активным и пассивным контролем параметров и режима работы оборудования.

3. Рельефная сварка Сущность рельефной сварки заключается в том, что на одной из заготовок предварительно изготавливают выступы (рельефы) круглой, продолговатой, кольцевой или иной формы. Сварку осуществляют или одновременно всех рельефов или последовательно. Сварка высокопроизводительная, т. к. позволяет сваривать одновременно иногда более 100 рельефов. При сварке различных решёток пересечения прутков являются естественными рельефами. Недостатком рельефной сварки является сложность получения качественного соединения из-за шунтирующих цепей.

4. Роликовая (шовная) сварка При этом способе сварки заготовки собираются в нахлёстку и соединяются непрерывным прочно-плотным швом, состоящим или из ряда точек, где каждая последующая точка перекрывает на 1/3 предыдущую или при постоянном протекании тока. В отличии от точечной сварки заготовки устанавливают между вращающими роликами, на которые действует усилие механизма давления и к которым подведено напряжение. При постоянном протекании тока ролики сильно перегреваются, стойкость их снижается, кроме того происходит повышенный расход электроэнергии.

Обозначения: I — сила сварочного тока, А; Р — усилие сжатия заготовок, Па;

Iп — сила тока подогрева при термической обработке, А; t — время, с

–  –  –

Схемы процесс рельефной сварки:

а — последовательность образования соединения; б — распределение токов и усилий Рис. 6. Схемы процесса рельефной сварки Обозначения: I — сила сварочного тока, А; Р — усилие сжатия заготовок, Па;

Iп — сила тока подогрева при термической обработке, А; t — время, с

–  –  –

5. Оборудование для контактной сварки

Основными характеристиками сварочных машин являются:

– номинальное первичное напряжение (напряжение сети);

– номинальная сила сварочного тока (сила тока, развиваемого машиной в процессе сварки заготовок номинального сечения);

– продолжительность включения (ПВ %), определяется величиной отношения суммарного времени включения тока в течении одного сварочного цикла (t св.) к полному времени цикла (t ц. ) в процентах;

tсв ПВ 100 %, tц

– вылет сварочного контура, это расстояние от оси электродов до передней стенки машины или других выступающих частей;

– сопротивление сварочного контура машины.

Контактные машины состоят из следующих основных частей:

– станины;

– источника электрического тока;

– механизма сжатия;

– для машин с пневмоприводом система подготовки воздуха. Блок подготовки воздуха, как правило, состоит из влагоотделителя, понижающего редуктора и маслораспылителя.

– системы управления;

– сварочного контура.

Быстро изнашивающими элементами сварочного оборудования являются токоподводящие устройства (электроды, ролики шовных машин, прижимные устройства). Они должны обладать высокой электропроводностью и высокой твёрдостью.

Этим условиям удовлетворяют различные марки бронз: кадмиева, хромистая, хромоциркониева, никилеевая.

6. Технология контактной сварки Перед сваркой производят правку и взаимную подготовку заготовок, а также очистку их поверхностей от окалины, смазки и др. загрязнений. Сборка заготовок при точечной и шовной сварке должна обеспечивать достаточно плотное взаимное прилегание. Торцы заготовок, соединяемых стыковой сваркой сопротивлением, обрабатываются до получения ровной поверхности, перпендикулярной к оси заготовок. При сварке оплавлением к подготовке торцов предъявляются меньшие требования. Пригодны заготовки после различных способов резки.

Для получения качественного соединения при стыковой сварке необходим достаточный нагрев и пластическая деформация. Это обеспечивается определёнными плотностями токаи и усилием осадки. Существенное влияние на качество стыковой сварки оказывают: время прохождения тока, величина припусков на оплавление и осадку и скорость осадки.

При точечной, рельефной и шовной сварке режим сварки определяется следующими основными параметрами: силой тока, временем прохождения тока и усилием сжатия, при шовной сварке — дополнительно к перечисленным параметрам добавляется скорость сварки.

Кроме того на качество сварки влияют сварочный цикл, состояние контактной поверхности электродов, эффект шунтирования.

7. Дефекты при контактной сварке Основными дефектами являются: непровар, выплески, трещины, раковины, снижение коррозийной стойкости соединения, неблагоприятные изменения структуры металла.

Непровар — наиболее опасный и трудно выявляемый дефект, при котором зона взаимного расплавления меньше требуемого в чертеже изделия. Непровар может проявляться в виде полного отсутствия или уменьшенного литого ядра. Наиболее опасен непровар, в котором образуются соединения в твёрдом состоянии по микрорельефам поверхности. Такое соединение трудно выявлять, оно может выдерживать иногда относительно большие статические нагрузки но хрупко разрушаться при небольших напряжениях отрыва и знакопеременных нагрузках. Общая причина непровара — изменение параметров режима сварки (снижение тока сварки, времени прохождения тока, увеличения усилия сжатия и диаметра электрода), а также других технологических факторов (малые нахлёстки, малые расстояния между точками, большие зазоры между деталями) Выплески — это выброс части расплавленного металла из зоны сварки.

Выплески разделяют на наружные (из под электрода) и внутренние (между деталями).

Наружные выплески ухудшают внешний вид изделий и снижают стойкость электродов. Внутренние выплески препятствуют росту ядра в следствии повышенного растекания тока и охлаждения металла. Конечные выплески часто сопровождаются образованием трещин, раковин и глубоких вмятин. Общая причина этого дефекта состоит в отставании скорости деформации от скорости нагрева.

–  –  –

Несплошности зоны сварки На стадии охлаждения часты случаи образования несплошностей в литой зоне сварного шва: наружные и внутренние трещины, раковины, усы (Рис. 14).

–  –  –

Рис. 9. Несплошности зоны сварки Уменьшению несплошностей способствует ковочное усилие. Приложение ковки должно совпадать с началом кристаллизации металла и сохраняться до полного охлаждения зоны сварки.

Содержание отчёта

– Схематично зарисовать 4 способа контактной сварки.

– Объяснить с точки зрения закона Джоуля–Ленца образование сварочной точки между двумя пластинами.

– Зарисовать схему цикла сварки закаливающих сталей и объяснить её смысл.

Контрольные вопросы

1. Назовите достоинство и недостатки контактной сварки?

2. Какое принципиальное отличие стыковой сварки сопротивлением от стыковой сварки оплавлением?

3. Что такое пульсирующий ток при сварке непрерывным оплавлением и когда он может быть реализован?

–  –  –

Цель работы: Изучение влияния химического состава на свариваемость сталей, особенностей сварки конструкционных, теплоустойчивых, коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей, изучение способов мер предупреждения возможных дефектов сварных соединений.

Правильный выбор материала для сварных конструкций оказывает большое влияние на их эксплуатационные качества, вес и экономичность изготовления. Материал сварных конструкций должен иметь такой комплекс свойств, который гарантировал бы высокие прочностные характеристики сварных соединений при применении технологических процессов сварки с наименьшими затратами на их изготовление.

Наиболее распространенными материалами для сварных соединений являются малоуглеродистые стали по ГОСТ 380–88 кипящих и спокойных плавок. Они дёшевы, хорошо свариваются, достаточно пластичны. Однако эти стали не рекомендуется применять при тяжелых условиях работы и низких температурах. Из-за низкой прочности они заменяются легированными высокопрочными сталями, применение которых снижает вес сварных конструкций.

Помимо сталей в машиностроении применяют и легкие сплавы, например, алюминиевые сплавы АД1, АМr2, АМr3, АД31, В93, Д16 и др., которые удовлетворительно свариваются дуговой и контактной сваркой, и имеют достаточную прочность. Однако стоимость легких сплавов значительно выше стоимости сталей. Поэтому они целесообразны в тех случаях, когда вес конструкции становится решающим критерием.

Влияние химического состава на свариваемость стали Свариваемостью называют способность металлов образовывать сварные соединения без трещин и прочих дефектов, имеющие механические и физикохимические свойства, близкие к свойствам основного металла. Свариваемость определяется, главным образом, склонностью сварных соединений к возникновению трещин.

Зона сварки подвергается сильному и неравномерному разогреву: от температуры расплавленного металла до температуры окружающей среды в сравнительно узком диапазоне по длине и ширине деталей (градиент температуры — сотни и даже тысячи градусов на миллиметр). Последующее охлаждение зоны сварки происходит очень быстро за счёт высокой теплопроводности металлов. Чувствительность металла к тепловому воздействию сварки является одним из главных показателей свариваемости.

Максимальная температура нагрева в разных зонах соединений различна:

в шве максимальная температура превышает, в зоне сплавления — близка, в зоне термического влияния — меньше температуры плавления, постепенно уменьшаясь по мере удаления от шва.

При нагреве в металле происходят следующие структурные и фазовые превращения:

– растворение фаз в металле в твердом состоянии, например карбидов (соединений металла с углеродом) в нагретом металле;

– полиморфное превращение, т. е. превращение низкотемпературной модификации материала в высокотемпературную;

– плавление металла в участках, нагреваемых выше температуры плавления.

Рис. 1.

Термический цикл и схема изменения структуры и свойств сварного соединения низкоуглеродистой стали при однопроходной сварке:

а — распределение максимальных температур, б — схема изменения структуры, в — изменение твердости, г — термические циклы в характерных точках соединения При охлаждении структурные и фазовые превращения идут в обратном порядке:

– кристаллизация;

– полиморфное превращение, т. е. переход из высокотемпературной фазы в низкотемпературную;

– выпадение из металла различных вторичных фаз — карбидов, интерметаллидов и др.

Кроме названных превращений в металле в низкотемпературной области при сварке происходят структурные изменения, вызывающие разупрочнение основного металла — рекристаллизацию, старение и др.

Рассмотрим термический цикл и структуру сварного соединения при дуговой сварке низкоуглеродистой стали (Рис. 1).

На участке 1 металл, который находился в расплавленном состоянии, затвердевая, образует сварной шов, имеющий литую структуру из столбчатых кристаллов. Грубая столбчатая структура металла шва является неблагоприятной, так как снижает прочность и пластичность металла.

Зона термического влияния имеет несколько структурных участков, отличающихся формой и строением зерна, вызванных различной температурой нагрева в пределах 1500–1450 °С.

Участок неполного расплавления 2 — переходный от наплавленного металла к основному. На этом участке образуется соединение и проходит граница сплавления, он представляет собой очень узкую область (0,1–0,4 мм) основного металла, нагретого до частичного оплавления зёрен. Здесь наблюдается значительный рост зёрен, скопление примесей, поэтому этот участок обычно является наиболее слабым местом сварного соединения с пониженной прочностью и пластичностью.

Участок перегрева 3 — область основного металла, нагреваемого до температур 1100–1450 °С, в связи с чем металл отличается крупнозернистой структурой и пониженными механическими свойствами (пластичностью и ударной вязкостью). Эти свойства тем ниже, чем крупнее зерно и шире зона перегрева.

Участок нормализации 4 — область металла, нагреваемого до температур от 900 до 1100 °С. Металл этого участка обладает высокими механическими свойствами, так как при нагреве и охлаждении на этом участке образуется мелкозернистая структура в результате перекристаллизации без перегрева.

Участок неполной перекристаллизации 5 — зона металла, нагреваемого при сварке до температур 725–900 °С. В связи с неполной перекристаллизацией, вызванной недостаточным временем и температурой нагрева, структура этого участка характеризуется смесью мелких перекристаллизовавшихся зёрен и крупных зёрен, которые не успели перекристаллизоваться. Металл этого участка имеет более низкие механические свойства, чем металл предыдущего участка.

Участок рекристаллизации 6 — область металла, нагреваемого в пределах температур 450–725 °С. Если сталь перед сваркой испытала холодную деформацию (прокатку, ковку, штамповку), то на этом участке развиваются процессы рекристаллизации, приводящие к росту зерна, огрублению структуры и, как следствие, к разупрочнению.

Участок 7, нагреваемый в области температур 200–450 °С, является зоной перехода от зоны термического влияния к основному металлу. В этой зоне могут протекать процессы старения в связи с выпадением карбидов железа и нитридов, в связи с чем механические свойства металла этой зоны понижаются.

Если металл перед сваркой был отожжен, то существенных изменений на участках 6 и 7 не происходит.

Ширина зоны термического влияния зависит от толщины металла, вида и режимов сварки. При ручной дуговой сварке она составляет обычно 5–6 мм, при сварке под флюсом средних толщин — окало 10 мм, при газовой сварке — до 25 мм.

Наряду со структурой под действием термического цикла изменяется прочность и пластичность в разных зонах сварного соединения (Рис. 1, в).

Как правило, чем выше прочность свариваемого материала и больше степень его легирования, тем чувствительнее материал к термическому циклу сварки и сложнее технология его сварки.

Рис. 2. Горячие трещины в сварных соединениях:

1,2 — продольные, 3, 4 — поперечные в шве и околошовной зоне;

5 — поперечные трещины по толщине свариваемого металла Перепады температуры в зоне сварки вызывают неравномерное тепловое расширение одних участков и сжатие других, что приводит к значительным внутренним напряжениям и, как следствие — к деформации деталей и образованию трещин. Различают трещины горячие, возникающие при температуре близкой к температуре кристаллизации, и холодные, появляющиеся при более низких температурах.

Горячие трещины возникают чаще всего по границам зерен в наплавленном металле. Горячие трещины могут образовываться как вдоль, так и поперек шва (Рис. 2). Образование горячих трещин можно предотвратить правильным подбором электродов и химического состава сплавов, а также проектированием технологичных конструкций. В частности, наличие серы в стали резво увеличивает склонность к горячим трещинам, так как в процессе кристаллизации межкристаллические границы заполняются прослойками сульфидов (FeS, MnS).

Холодные трещины вызывают внутрикристаллическое разрушение, наиболее часто они образуются в околошовной зоне.

У сплавов с высокой пластичностью внутренние напряжения вызывают локальную пластическую деформацию, но при этом разрушение не происходят.

Хрупкие же материалы такой деформации не выдерживают, и в них возникают трещины.

Для предотвращения трещин необходимо в сварных изделиях применять высокопластичные материалы, например, малоуглеродистые стали. Стали с повышенным содержанием углерода, а также легированные стали обладают пониженной пластичностью, что ухудшает их свариваемость. Кроме того, стали с повышенным содержанием углерода и легирующих элементов (Cr, Mo, V, W, Мn) при быстром охлаждении способны подвергаться закалке, что приводит к резкому повышению твердости и хрупкости B зоне сварного шва. Чем выше содержание углерода и легирующих элементов, тем эта склонность выше.

Поры в сварных швах возникают при первичной кристаллизации металла сварочной ванны в результате выделения газов. Поры представляют собой заполненные газом полости в швах, имеющие округлую, вытянутую или более сложные формы. Поры могут располагаться по оси шва, его сечению или вблизи границы сплавления. Они могут выходить или не выходить на поверхность, располагаться цепочкой, отдельными группами или одиночно, могут быть микроскопическими и крупными (до 4–6 мм в поперечнике).

Причины возникновения пор:

– выделение водорода, азота и окиси углерода в результате химических реакций;

– различная растворимость газов в расплавленном и твердом металле;

– захват пузырьков газа при кристаллизации сварочной ванны.

Для уменьшения пористости необходима тщательная подготовка основного и присадочного материалов под сварку (очистка от ржавчины, масла, влаги, прокалка и т. д.), надёжная защита зоны сварки от воздуха, введение в сварочную ванну элементов — раскислителей (из основного металла, сварочной проволоки, покрытия, флюса), соблюдение режимов сварки.

Наряду с порами сплошность металла шва нарушают шлаковые включения. Шлаковые включения связаны с тугоплавкостью, повышенной вязкостью и высокой плотностью шлаков, плохой зачисткой поверхности кромок и отдельных слоев при многослойной сварке, затеканием шлака в зазоры между свариваемыми кромками и в места подрезов. Помимо шлаковых включений в шве могут быть микроскопические оксидные, сульфидные, нитридные, фосфорсодержащие включения, которые ухудшают свойства сварного шва.

Улучшить свариваемость стали, можно применением подогрева деталей перед сваркой. Подогрев повышает пластичность стали, а также уменьшает перепад температуры и скорость охлаждения в зоне свалки, поэтому закалка стали не наблюдается. Положительный эффект оказывает также термическая обработка после сварки (отпуск или отжиг), заключающаяся в нагреве до температуры 600–900 °С и медленном охлаждении. После термообработки внутренние напряжения в сварных изделиях существенно снижаются, а микроструктура становится более равномерной.

Влияние легирующих элементов на свариваемость стали неоднозначно.

Большинство из них свариваемость ухудшает (Cr, Mo, W, V и др.). Некоторые элементы повышают пластичность стали, и тем самым не ухудшают свариваемость, но могут повысить склонность к горячим трещинам. Марганец и кремний в небольших количествах способствуют хорошему раскислению стали и не затрудняют сварку, однако при их содержании более 1 % — свариваемость снижается, вследствие повышения вероятности закалки стали и образования хрупких оксидов.

Вредные примеси (фосфор, сера, кислород, азот, водород), находящиеся даже в небольших количествах, значительно снижают свариваемость стали.

Особенности сварки конструкционных сталей Конструкционные стали могут быть углеродистыми и легированными.

Сумма легирующих элементов в конструкционных сталях обычно не превышает 5 %. Влияние углерода и легирующих элементов можно оценить ориентировочно по эквивалентному содержанию углерода

–  –  –

Исходя из химического состава, все конструкционные стали можно разделить на 4 группы, которые будут отличаться свариваемостью и для обеспечения надежного равнопрочного сварного соединения потребуют различных условий сварки.

I группа — хорошо сваривающиеся стали. Сюда относятся стали низкоуглеродистые с содержанием углерода менее 0,25 %, а также низколегированные при содержании углерода менее 0,2 %. Эти стали свариваются без трещин при температуре окружающей среды до –20 °С. Термическая обработка после сварки не требуется, за исключением конструкций, где недопустимы коробление и поводка в процессе обработки и эксплуатации. К этой группе относятся стали: ВСт1... ВСтЗ; ГОСТ 380–88; 08, 10, 15, 20, 25 ГОСТ 1050–88; 15Л, 20Л ГОСТ 977–88; 15Г. 20Г, l5X, 20X, 15H2M, 12ХН2, ГОСТ 4543–71; 09Г2, 16ГС, ЛОГ2С1Д ГОСТ 19282–89 и др.

II группа — удовлетворительно сваривающиеся стали, у которых содержание углерода или его эквивалента находится в пределах 0,25–0,35 %. Эти стали свариваются без дефектов при температуре окружающей среды выше +5 °С. В противном случае, а также при толщине деталей более 25 мм необходим подогрев перед сваркой до 50–100 °С. После сварки конструкции целесообразно термообработать, особенно толстостенные. Примеры сталей данной группы: ВСт5, ВСт5Г, 30, 35, 20Х'НЗД., 27ГС, 20ХГС и др.

III группа — ограниченно сваривающиеся стали, имеют эквивалентное или абсолютное содержание углерода 0,35–0,45 %. Эти стали для обеспечения качественного шва требуют подогрева деталей перед сваркой до 100–200 °С и термической обработки после сварки. Термическая обработка может заключаться или в отжиге, или в закалке с последующим высоким отпуском. К группе ограниченно сваривающихся относятся стали БСт6, 40, 45, 30ХМ, 30ХГСА, 20Х2Н4А и др.

IV группа — плохо сваривающиеся стали с содержанием углерода или его эквивалента более 0,5 %. Для сварки необходимы предварительный подогрев до 250–350 °С и термическая обработка после сварки. Плохо свариваются стали: 45Г, 40Х, 65Г, 40ХН, 60СГА, 38Х2МЮА, У7 и др.

Особенности сварки теплоустойчивых сталей Теплоустойчивые стали предназначены для работы при температуре до 600 °С, имеют легирующие элементы: хром, молибден, ванадий (12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ, 12Х1МФ, 15Х1М1ФЛ и др.).

При сварке теплоустойчивых сталей могут возникать хрупкие структурные составляющие вследствие частичной закалки околошовной зоны. Для предотвращения образования трещин эти стали перед сваркой необходимо подогреть до температуры 150– 400 °С. После сварки целесообразна термическая обработка для снятия внутренних напряжений и стабилизации твердости в зоне сварки — отпуск до температуры 600–900 °С.

Особенности сварки коррозионностойких сталей Основным легирующим элементом коррозионностойких сталей является хром, его содержание составляет около 13 % (08Х13, 12Х13, 20Х13 и др.).

Одновременно они обладают жаростойкостью (до 650 °С) и жаропрочностью (480–500 °С). Эти стали имеют низкую теплопроводность, поэтому конструкции из них склонны к поводке и короблению. Хром способен окисляться и образовывать тугоплавкий шлак, что затрудняет сварку.

Сварку хромистых нержавеющих сталей ведут на мягких тепловых режимах, т. е. с малой плотностью тока, на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде), с малой скоростью охлаждения (при отсутствии сквозняков).

Применяют электроды, с фтористо-кальциевыми покрытиями. Рассматриваемые стали относят к мартенситному и мартенситно-ферритному классам, поэтому в зоне сварки в обычных условиях должна произойти закалка. При этом вероятность образования трещин очень высока, особенно на толстостенных и жестких конструкциях. Для улучшения свариваемости используют местный подогрев до 200–300 °С изделий с толщиной более 8–10 мм. Верхний предел подогрева и время пребывания при этой температуре ограничены проявлением хрупкости или синеломкости. После сварки зона шва имеет повышенную твердость, поэтому сварные изделия через определенное время подвергают отпуску до температуры 700–760 °C. Отпуск способствует также восстановлению стойкости против межкристаллитной коррозии.

Особенности сварки жаростойких и жаропрочных сталей Стали являются высоколегированными, содержат хром (18 % и более), никель (8 % и более), молибден, ниобий и другие элементы. Одновременно данные стали являются и коррозионностойкими. Большинство сталей относят к аустенитному классу, они имеют высокую пластичность, и, следовательно, низкую склонность к холодным трещинам. Однако наличие большого количества различных элементов при сварке ряда сталей может вызвать горячие трещины.

Их вероятность снижается применением особовысококачественных сварочных материалов, полученных вакуумно-дуговым или электрошлаковым переплавом, когда содержание вредных примесей фосфора и серы ничтожно, а также введением марганца, молибдена, вольфрама.

Стали данного класса склонны к сильному короблению, это необходимо учесть при разработке конструкции и технологии сварки; свариваемые заготовки следует жестко закреплять.

В процессе сварки вследствие сильного разогрева наблюдается выпадение карбидов хрома, что снижает коррозионную стойкость стали и повышает склонность к межкристаллитной коррозии. Для предотвращения отмеченного явления используют стали с очень малым содержанием углерода и наличием активных карбидообразующих элементов, например титана. Сварку ведут при малых погонных энергиях с отводом тепла путем медных подкладок с водяным охлаждением, что позволяет ограничить время пребывания стали в зоне температуры активного выпадения карбидов хрома.

Снять внутренние сварочные напряжения и сформировать аустенитную структуру позволяет термическая обработка после сварки — аустенизация, заключающаяся в нагреве до 1000–1100 °С и быстром охлаждении в воде или для тонкостенных изделий на воздухе.

Положительное воздействие оказывает проковка сварного шва сразу же после сварки, что приводит к измельчению структуры. Однако этот процесс трудоемок и возможен, только на мелких изделиях простой формы в индивидуальном производстве.

Оценка свариваемости металлов Для оценки свариваемости металлов по сопротивляемости холодным и горячим трещинам применяют два вида испытаний — технологические пробы и методы количественной оценки с приложением к образцам внешней постоянной механической нагрузки.

В технологических пробах сваривают узел или образец заданной жесткости. Пригодность материала, электродов, режимов сварки оценивают по появлению трещины и ее длине. Примером технологических проб может служить кольцевая и тавровая пробы с рёбрами жесткости (Рис. 9.3). Сначала сваривают шов 1, затем 2, визуально определяют, появляется ли трещина во втором шве.

Преимуществом технологических проб является возможность моделировать технологию сварки и, следовательно, судить о сопротивляемости образованию трещин в условиях, близких к реальным. Проба представляет собой жесткое сварное соединение. Стойкость материала оценивают качественно по наличию или отсутствию трещин. Примерами проб могут служить крестовая проба и проба Кировского завода (Рис. 4).

Рис. 3.

Технологические пробы для определения сопротивляемости сварных соединений образованию горячих трещин:

а — тавровая с ребрами жесткости, б — кольцевая В крестовой пробе цифрами показана последовательность наложения швов. В наиболее жестких условиях находится последний четвертый шов, где и возможно образование трещин. В пробе Кировского завода, изменяя толщину металла в зоне выточки, а также применяя дополнительный подогрев или охлаждение, меняют скорость охлаждения металла при сварке и степень его подкалки. По этим показателям судят о сопротивляемости металла образованию холодных трещин.

Существует ряд других технологических проб, в которых имитируют жесткие узлы сварных конструкций.

Пробы дают только качественный ответ:

образуется или не образуется трещина.

Рис. 4.

Технологические пробы для определения сопротивляемости сварных соединений образованию холодных трещин:

а — крестовая, б — Кировского завода;

1, 2, 3, 4 — последовательность наложения швов Количественным критерием оценки сопротивляемости сварного соединения образованию холодных трещин являются минимальные внешние напряжения, при которых начинают возникать холодные трещины при выдержке образцов под нагрузкой, прикладываемой сразу же после сварки. Внешние нагрузки воспроизводят воздействие на металл собственных сварочных и усадочных напряжений, которые постоянно действуют сразу после сварки при хранении и эксплуатации конструкции.

Порядок выполнения работы

1. Изучить влияние химического состава стали на её свариваемость.

2. Изучить основные виды оценки свариваемости металлов.

3. Ознакомится с технологическими пробами оценки свариваемости металлов.

4. Провести оценку свариваемости стали по технологической пробе.

Содержание отчёта

1. Цель работы, описание основных причин возникновения, дефектов.

2. Описание особенностей сварки конструкционных, теплоустойчивых, коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей.

3. Чертежи технологических проб для определения сопротивляемости сварных соединений образованию холодных и горячих трещин.

4. Результаты оценки свариваемости стали по технологической пробе.

Контрольные вопросы

1. Что такое свариваемость металла?

2. Какие виды дефектов могут возникать в сварном шве?

3. Как предупреждается образование трещин в сварном шве?

4. Какими методами оценивается свариваемость металла?

5. На какие группы можно разделить конструкционные стали по свариваемости?

6. В чём заключается особенность изготовления сварных конструкций из теплоустойчивых, коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей?

Лабораторная работа № 8

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

Цель работы: Ознакомить студентов с принципиальным подходом к разработке технологии сварки изделий стальных конструкций.

Сварные конструкции, по сравнению с клёпкой и литьём имеют ряд преимуществ:

– снижаются затраты труда;

– сокращаются сроки изготовления и увеличивается выпуск продукции;

– экономятся материалы.

Однако, качество сварных соединений, их работоспособность и долговечность во многом зависят от выбора конструктивной формы заготовок, выбора оборудования, вспомогательных материалов, режимов сварки и квалификации сварщиков.

При сварке происходит изменение свойств основного металла и около шовной зоны, возникают напряжения и деформации конструкций. Все эти изменения, а также дефекты сварных швов, отражаются на условиях работы сварных соединений и приводят к снижению их работоспособности.

Общие требования к разработке технологического процесса сварных конструкций:

1. Комплексная проработка всех вопросов, связанных с изготовлением сварной конструкции (точность изготовления заготовок, экономическое сравнение вариантов).

2. Расчёт технологических процессов.

3. Если требуется, изготовление опытных образцов и корректировка технологии.

–  –  –

I св — сварочный ток, А;

К — коэффициент равный 35–50;

d — диаметр электрода, мм.

При сварке вертикальных швов ток уменьшается на 10…15 %, при сварке горизонтальных и поточных швов — на 15… 20 %.

5. Площадь поперечного сечения металла, наплавленного за один проход, зависит от диаметра электрода.

–  –  –

»

»

Порядок выполнения и содержание отчёта

1. Получить деталь, снять с неё эскиз, увеличив все размеры в 10 раз.

2. Расчленить деталь на составные части, целесообразные для сварки.

3. Выбрать марку стали определить её свариваемость, по ГОСТ определить тип соединения, разделку кромок.

4. Выбрать обоснованной способ сварки.

5. Подобрать современный источник питания, дать его характеристику.

6. Определиться со вспомогательными материалами: электрод (тип, марка, характеристика), проволока (тип, марка).

7. Рассчитать режим сварки: диаметр электрода (по толщине металла), сварочный ток, скорость сварки, число проходов (за один проход могут свариваться швы катетом не более 8 мм, при сварке угловых швов максимальное сечение металла, наплавленного за один проход не должен превышать 30 … 40 мм 2 ), порядок наложения швов, производительность и расход электродов.

Площадь поперечного сечения углового шва за один проход можно подсчитать по формуле:

K2 Fн= R у F н — площадь поперечного сечения углового шва, мм 2 ;

К — катет шва, мм;

R у — коэффициент увеличения, которым учитывается выпуклость шва, выбирается по Табл. 4.

–  –  –

Чертежи выполнить с соблюдением ГОСТ:

– ГОСТ 2. 312–72;

– ГОСТ 5264–80;

– ГОСТ 14771–76;

– ГОСТ 9466 –75;

– ГОСТ 29273–92 – ГОСТ 11969– 79.

Контрольные вопросы

1. Классификация сварных швов.

2. Конструктивные элементы стыковых и угловых швов.

3. Классификация сталей по свариваемости.

4. Классификация электродов для ручной дуговой сварки.

5. Виды источников питания и требования к ним.

6. Обозначение сварных швов.

Приложение Лабораторная № 9

ГАЗОВАЯ СВАРКА

Рис. 1. Сварочное пламя Рис. 2. Ацетиленовый генератор Рис. 3. Предохранительные затворы Рис. 4. Газовые баллоны, редукторы и рукава Рис. 5. Газовые горелки Рис. 6. Конструктивные элементы подготовки кромок и швов стыковых соединений Рис. 7. Режимы газовой сварки Рис. 8. Проверка горелки перед работой Присоединение шлангов Рис. 9. Порядок зажигания горелки Рис. 10. Способы газовой сварки Содержание отчёта

2.1. Нарисовать газовое пламя и объяснить его строение.

2.2. Описать устройство и принцип действия ацетиленового генератора.

2.3. Объяснить устройство и принцип действия предохранительного затвора.

2.4. Описать порядок работы с газовыми баллонами.

2.5. Описать принцип действия газовых горелок.

3. Контрольные вопросы

3.1. Соотношение кислорода и ацетилена в газовом пламени?

3.2. Где находится наивысшая температура в газовом пламени?

3.3. От чего защищает предохранительный затвор?

3.4. Каково давление в кислородном баллоне?

3.5. Принципиальное отличие инжекторных горелок от безинжекторных?

–  –  –

Цель работы: Ознакомление с физическими основами, новым оборудованием, эталонами для неразрушающих способов контроля и приобретение практических навыков работы на дефектоскопе УД2–12.

1. Ультразвуковой метод контроля Ультразвуковой метод контроля является самым распространённым. Он универсален, безопасен для здоровья оператора и практически не требует расходных материалов. Для типового ручного контроля применяются дефектоскопы УД2В–Пиб, УСД–50 и УСД–60 <

Рис. 1. Промышленный ультразвуковой дефектоскоп УСД–60

Для контроля неметаллических деталей традиционный метод контроля не годится, а используют низкочастотные методы в диапазоне 20–500 Кгц, а иногда ниже, если используют импедантный контроль или метод свободных колебаний.

В настоящее время появились ультразвуковые дефектоскопы, работающие с фазированными антенными решётками (ФАР). Основным недостатком распространённого метода контроля ультразвукового является сложность интегрирования результатов, т. к. дефекты описываются амплитудными характеристиками, а информация, содержащая в фазовой составляющей поля, не учитывается. В результате не всегда можно принять решение о годности изделия.

В приборах, работающих с ФАР, применяются когерентные методы, т. е.

методы, использующие больше информации о дефекте (фазовую, временную, пространственную характеристики поля), что позволяет получить изображение с очень высоким разрешением — порядка длин волн, с хорошим соотношением сигнал / шум. Анализ измерений поля позволяет сделать заключение о размерах, форме и ориентации выявленного дефекта. Недостатком этого метода является то, что он не даёт сто процентный контроль.

Рис. 2. Низкочастотный ультразвуковой дефектоскоп УСД–60Н

2. Вихретоковый контроль В основе способа лежит зависимость магнитной проницаемости металла и его удельной электрической проводимости от теплового поля. Этот контроль по большей части связан с контролем сталей. Он является универсальным, эффективным и экономичным способом, исключительно чувствительным к микроскопическим дефектам, расположенным на поверхности либо в близи к поверхности контролируемого объекта.

Рис. 3. Автогенераторный вихретоковый дефектоскоп ВД–10А

Приборы оснащаются различными типами зондов:

– для контроля коррозии и поверхностных дефектов;

– для сортировки металла;

– измерения электропроводности;

– контроля резьбовых поверхностей

– контроля сварки;

– для контроля под водой.

3. Магнитопорошковый контроль Для выявления поверхностных трещин широко используется магнитопорошковый контроль.

Рис. 4. Модульный магнитопорошковый дефектоскоп МД–М Он состоит из модуля импульсного намагничивания и двух модулей управления соленоидом и электромагнитом.

В качестве материалов используются магнитные порошки и суспензии.

4. Магнитная структуроскопия (МС) Первые работы по МС были выполнены Н. И. Потаповым по обследованию мостов (ГОСТ 30415–96).

Метод позволяет в процессе монтажа крупногабаритных деталей отслеживать их влияние на напряжённое состояние металлоконструкций. Изменение коэрцитивной силы даёт прочнистам возможность проверить достоверность моделей расчёта напряжений физическим методом.

Инструментальный входной контроль металлоконструкций — единственная защита от недобросовестных поставщиков, допускающих поставку не тех марок сталей и режимов термообработки материалов и упредить отказ металлоконструкций.

5. Радиографический контроль сварных соединений Рентгеновское излучение — наиболее распространённый способ поиска внутренних дефектов после УЗК. Опасность и специальные условия применения при рентгеновском просвечивании компенсируются простотой контроля и лёгкостью расшифровки снимков. Кроме того этот метод не заменим при контроле деталей сложной формы.

Рис. 5. Рентгеновский аппарат РАП–160

Метод основан на использовании рентгеновской плёнки, специальных плёночных систем и рентгенооптических преобразователей.

В настоящее время широко применяется комплексная радиография (КР) с фосфорными запоминающими пластинками многоразового использования.

Принцип работы КР систем:

– кассета с флуоресцентным экраном или гибкий конверт устанавливаются по принципу плёнки, т. е. помещают за предметом контроля. Т. к. экран гибкий, он может устанавливаться и без кассеты или конверта. Установка экрана может устанавливаться прямо на свету, не требуется отдельная тёмная комната. Чувствительность флуоресцентного экрана намного выше, чем у обычной рентгеновской плёнки, поэтому на создание снимка уходит в 5–10 раз меньше времени;

– после экспонирования экран помещается в сканер для последующего анализа;

– в сканере происходит обработка изображения для перемещения его в компьютер. Продолжительность сканирования от 10 с до нескольких минут.

– считанное изображение передаётся в компьютер и выводится на экран;

– после завершения сканирования информация на экране может быть сохранена. Экран снова готов к работе.

КР не требует фотолабораторий, химикатов, соответствующего персонала. Каждая пластинка может использоваться несколько раз. Сокращается время экспозиции. Изображение архивируется в цифровом виде.

Однако в полевых условиях имеются проблемы использования КР.

Это связано с некоторыми факторами:

– нет пластин необходимой длины (максимальная длина 1,5 м);

– необходимо оберегать пластины от повреждений.

Другим направлением радиографии является цифровая радиография (Ц. Р.) с применением различных детекторов прямого и непрямого преобразования рентгеновского излучения с использованием различных технологий.

Основным отличием данной технологии от КР является то, что изображение формируется на экране компьютера в режиме реального времени, т. е.

непосредственно в процессе контроля.

Для полевых условий наиболее приемлема система Ц. Р. GW–4. Система состоит из сканера со встроенным детектором и рабочей станции, включающей в себя компьютер, монитор, систему управления сканером и программное обеспечение.

6. Метод контроля остаточных сварочных напряжений и деформаций на основе магнитной памяти металла Существующие традиционные методы контроля (УЗК, МНД, цветная дефектоскопия и др.) направлены на поиск уже развитых дефектов. Они не позволяют осуществлять раннюю диагностику сварных соединений на стадии их предразрушений. Необходим метод диагностики, который бы интегрально оценивал состояние сварного стыка.

Рис. 6. Экспресс–метод контроля остаточных сварочных напряжений и деформаций на основе магнитной памяти металла Таким методом диагностики является метод магнитной памяти металла.

Напряжения и деформации, возникающие в период нагрева, и структурных превращений при сварке формируют магнитную (доменную) текстуру металла На возникающих дефектах сварки образуются узлы закрепления доменов, которые образуют суммарное размагничивающее поле дефектов с выходом на поверхность сварного шва в виде магнитных полей рассеивания (Нр ). Таким образом, путём считывания магнитных полей рассеивания представляется возможность оценить фактическое состояние сварного шва.

Метод позволяет:

– определить на сварном шве или вблизи него зоны концентраций остаточных напряжений;

– определить необходимость и качество термической обработки сварных швов;

– выполнить функции ферритометрии в сварных швах и изделиях из аустенитного и феррито-аустенитного классов сталей.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с существующими способами неразрушающего контроля сварных изделий.

2. Изучить устройство и принцип работы дефектоскопа УД2–12.

3. Изучить ГОСТ 14782–86 и методику проверки МИ 571–98 по практической работе на дефектоскопе.

4. Провести тренировочную работу по определению дефекта на сварном шве.

–  –  –

Технический редактор: В. В. Шевельков Компьютерная вёрстка: В. В. Шевельков, Л. А. Суханов Корректор: С. Н. Емельянова _____________________________________________________________________________

Похожие работы:

«Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Липецкий государственный технический университет" УТВЕРЖДАЮ Декан ИСФ _Бабкин В.И. "_" 2011 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ "Типология и архитектурно-конструкт...»

«Классы защиты от стрелкового оружия [ перейти на сайт ] Классы защиты от стрелкового оружия ЗАО "ЦКБ АБАВАНЕТ" ТЕЛЕФОН / PHONE +7 495 921 7991 АДРЕС / 105005, Москва, ул. Радио, д. 24 WEB http://abava.net ФАКС/FAX ADDRESS 105005, Radio st., 24, Moscow, Russia E-MAIL +7 495 510 6200 abava@abava.n...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РОССИЙСКАЯ АССОЦИАЦИЯ НЕЙРОИНФОРМАТИКИ МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ) НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ–2005 НЕЙРОИНФОРМАТИКА–2005 VII ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ...»

«МУНДАРИЖА НАУЧНО–ТЕХНИЧЕСКИЙ SCIENTIFIC–TECHNICAL ЖУРНАЛ ФерПИ JOURNAL of FerPI 2015. Том 19. №1 ISSN 2181-7200 ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ ОЛИЙ ВА ЎРТА МАХСУС ТАЪЛИМ ВАЗИРЛИГИ _ ФАРОНА ПОЛИТЕХНИКА ИНСТИТУТИ...»

«ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПО НАПРАВЛЕНИЮ 080100.62 ЭКОНОМИКА Тест 1. Смешанная экономика возникает в случае, когда:а) рынок не в состоянии выполнить некоторые функции в экономик...»

«Интернет-журнал "НАУКОВЕДЕНИЕ" Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Выпуск 3, май – июнь 2014 Опубликовать статью в журнале http://publ.naukovedenie.ru Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru УДК 004.89 Слепнев Евгений...»

«Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ П Р О Г РА М М А 63-й НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ СТ УДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ (18—22 апреля) Петрозаводск Издательство ПетрГУ УВАЖАЕМЫЕ КОЛЛЕГИ ! Ректор...»

«КАТАЛИЗ i). Эрик Райдил, Кэмбридж. Обширная литература и частые дискуссии о катализе свидетельствуют об огромном научном и техническом значе­ нии каталитических процессов. Наука о катализе настолько разрослась, что уже более не является обособленной...»

«Научно-исследовательский институт приборостроения им. В.В. Тихомирова, ОАО 140180, г. Жуковский, ул. Гагарина, д.3 Телефон (495) 556-23-48 Факс (495) 721-37-85, 721-35-59 niip@niip.ru, www.niip.ru Зенитный ракетный комплекс "Бук-М1-2" Зенитный ракетный комплек...»

«УТВЕРЖДЕН приказом Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от "" 2014 г. №_ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ "Специалист в области проектирования систем газоснабжения объектов капитального строительства" Регистрационный номер I. Общие сведения...»

«Рабочая программа СТП ТПУ 2.4.01-02 учебной дисциплины МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕ...»

«Поддержка аппаратного обеспечения с выездом к Заказчику (следующий день) HP Hardware Support Onsite Service, NBD (HA101A) Приложение 1 к Соглашению 8661UXXX Техническая поддержка аппаратного обеспечения с выездом к Заказчику обеспечивает высококачественные сервисы для оборудования HP как на месте, т...»

«есоюзная ордена Ленина и ордена Трудового Красного Зна.мс академия сельскохозяйственных наук имени В. И. Ленина ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА МАТЕРИАЛЫ К БИОБИБЛИОГРАФИЯ ДЕЯТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ Донат Александрович ДОЛГУ ШИН УДК 631.527+...»

«Руководство Администратора 1. Руководство Администратора. Введение.............................................................. 21 2. Общее описание программного комп...»

«АВТОМОБИЛЬНЫЙ ВИДЕОРЕГИСТРАТОР Инструкция по эксплутации Содержание Содержание Технические характеристики Комплект поставки Перед началом работы Настройки Технические характеристики Процессор Ambarella A7LA50 + сенсор Aptina Конфигурация AR0330 Настройки Дете...»

«2 1. СОСТАВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И НА ПОДГОТОВКУ ПРОЕКТА ИЗМЕНЕНИЙ В ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН ГОРОДА ПЕРМИ № тома Обозначение Наименование Примечание I Текстовая часть 10ИГП ПЗ Анализ современного состояния территории Оценка влияния п...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Б1.В.07 Тракторы и автомобили Направление подготовки 35.03.06 Агроинженерия Профиль подготовки "Технические системы в агробизнесе" Квалификация (степень) вы...»

«М-160 Модем для физических линий Руководство пользователя Редакция 03 M-160A от 23.01.2006 г. © 1998-2006 Зелакс. Все права защищены. Россия, 124365 Москва, г. Зеленоград, ул. Заводская, дом 1Б, строение 2 Телефон: +7 (495) 748-71-78 (многоканальный) • http://www.zelax.ru/ Техническая поддержка: tech@...»

«БОЛЬШОЕ СПАСИБО Дмитрию Орлову ака EagleB3 и AudiS6 за помощь в написании этой статьи. Расходомеры воздуха Механический расходомер воздуха (Трубка Вентури). • Принцип работы механического расходомера основан на то...»

«275 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ Электрическая энергия. Совместимость технических средств 1. электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения: ГОСТ 13109–97. – [Введен 1999-01М.: Госстандарт РФ 1997. – 33 с. – (Межгосударственный стандарт).2. Карташев И. И...»

«БЛОК СИГНАЛЬНО-ПУСКОВОЙ С2000-СП1 Руководство по эксплуатации АЦДР.425412.001 РЭ Содержание Стр. Введение 3 1 Описание и работа изделия 3 1.1 Назначение изделия 3 1.2 Характеристики 3 1.3 Состав...»










 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.