Разработка технологии и выбор оборудования для сварки толстостенной заготовки

Министерство образования  и науки Российской Федерации 

ФГАОУ ВПО 

«Уральский Федеральный  Университет                                                          имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

 

Кафедра Литейного производства и упрочняющих технологий

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине: соединение конструкционных материалов

Разработка технологии и выбор оборудования для сварки толстостенной заготовки

 

 

 

Руководитель:                                                             доц., к.т.н. А.В.Березовский   

Студент:                        Потапов И.А.

Группа:                  Мт – 390603а     

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2012

Содержание

Введение……………………………………………………………………3

1. Аналитический обзор состояния технологии сварки……………………4
2. Оценка свариваемости стали ………..……………………………………6

2.1. Особенности сварки литых углеродистых сталей ………….….………6

3. Выбор способа сварки. Электрошлаковая сварка (ЭШС)………...……8
4. Подбор параметров Электрошлаковой Сварки…………………………17
5. Выбор сварочных материалов……………………………………………19
6. Оборудование для осуществления процесса сварки……………...........22
7. Разработка технологического процесса сварки……………………….

Заключение………………………………………………………………..

Список литературы………………………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Сваркой называется технологический  процесс получения неразъемных  соединений с помощью межатомных или межмолекулярных связей в  пограничном слое изделий. Ее преимущества перед другими видами соединений привели к широкому применению в  промышленности и на транспорте, обеспечили ведущее место среди технологических  процессов обработки металлов.  Широкое применение сварки определяется возможностью создания наиболее целесообразных, эффективных в эксплуатации и технологичных конструкций, в которых в зависимости от назначения  рационально использовать различные сплавы и металлы, детали и заготовки, полученные различными методами изготовления.

В данном курсовом проекте  нужно разработать технологию и  выбрать оборудование для сварки толстостенных конструкций из стали 25Л.

Сталь для отливок обыкновенная, нелегированная. Из данной стали изготавливаются такие заготовки и детали, как: станины прокатных станов, шкивы, траверсы, поршни, буксы, крышки цилиндров, плиты настильные, рамы рольгангов и тележек, мульды, корпусы подшипников, детали сварно-литых конструкций и другие детали, работающие при температуре от -40 до 450 °С под давлением.

Рекомендованы подогрев и последующая термообработка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Аналитический обзор состояния технологии сварки

 

 

Таблица 1 – Химический состав стали 25Л, масс. %

 

 

Таблица 1

Химический элемент	%
Углерод(C)	0.22 - 0.3
Кремний (Si)	0.20-0.52
Медь (Cu), не более	0.30
Марганец(Mn)	0.35-0.90
Никель(Ni), не более	0.30
Фосфор(P), не более	0.04
Хром(Cr), не более	0.30
Сера(S),  не более	0.045

 

 

Назначение - станины прокатных станов, шкивы, траверсы, поршни, буксы, крышки цилиндров, плиты настильные, рамы рольгангов и тележек, мульды, корпусы подшипников, детали сварно-литых конструкций и другие детали, работающие при температуре от -40 до 450 °С под давлением.

 

 

Температура критических  точек

 

Таблица 2

Критическая точка	°С
Ac1	735
Ac3	840
Ar3	824
Ar1	680

 

 

 

 

 

 

Технологические свойства.

Свариваемость – ограниченно  свариваемая. Способы сварки : РДС, АДС  под газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется  подогрев и последующая термообработка.

Сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке

Обрабатываемость резанием – в термообработанном состоянии  при HB=160  K_{u тв.спл.} = 1,25, K_u б.ст. = 1.

Сталь не склонна  к отпускной способности.

К флокеночувствительности  так же не склонна.

Флокеночувствительность - склонность стали и некоторых  сплавов к поражению флокенами

ФЛОКЕНЫ – (нем . Flocken, букв. - хлопья) [flakes] - дефекты внутреннего  строения стали в виде серебристо-белых  пятен (в изломе) или волосовин (на протравленных шлифах). Встречаются  главным образом в катаных  или кованых изделиях; обусловлены  повышенным содержанием водорода. Флокены  понижают пластичность и вязкость стали, сокращают срок службы изделий и  приводят к неожиданным авариям. Наибольшую флокеночувствительность  имеют углеродистые и легированные стали мартенситных и перлитных  классов (конструкционные, подшипниковые, рельсовые и т.п.). Основная причина  образования флокенов - присутствие  в стали повышенного количества водорода. Способы борьбы с флокенами: вакуумирование жидкой стали, при котором содержание водорода снижается до безопасного уровня, а также длительный изотермический (обезводорож.) отжиг заготовок или изделий при 650-750 С.

 

 

 

 

 

2. Оценка свариваемости стали.

 

1. Достаточно равнопрочное соединение
2. Сваривается всеми способами сварки плавлением

 

2.1.Особенности сварки литых углеродистых сталей

Стали с повышенным содержанием  углерода обладают хорошими литейными  свойствами, поэтому стальное литье  обычно содержит более 0,20% углерода.

Конструкционные стали с  повышенным содержанием углерода (0,25-0,55%), как правило, подвергают закалке  и отпуску, что придает им высокую  твердость и износостойкость. Свойства сталей с повышенным содержанием  углерода используют при изготовлении деталей машин: валов осей, зубчатых колес, звездочек и других деталей  различных форм.

Сварка часто является единственным способом изготовления и  ремонта деталей машин и станин. Однако сварку сталей затрудняют низкая стойкость швов к образованию  горячих трещин и вероятность  образования холодных трещин. Сложно получить металл шва со свойствами, равноценными свойствам основного  металла.

Углерод уменьшает стойкость  швов к образованию горячих трещин, усиливает вредное влияние серы и фосфора. Критическое содержание углерода в шве зависит от конструкции  узла, формы шва, содержания других элементов, предварительного подогрева.

Способы повышения стойкости  к образованию горячих трещин направлены на ограничение содержания в швах элементов, оказывающих отрицательное  влияние, снижение уровня растягивающих  напряжений, получение швов оптимальной  формы с малой степенью их химической неоднородности.

 

 

 

 

 

 

 

Сварочные материалы  должны соответствовать требованиям  действующих стандартов и технических  условий. Проволока должна быть без  ржавчины и загрязнений, флюсы и  электроды непосредственно перед  использованием прокаливают при  температурах, указанных в сопроводительной документации. Нужно применять сварочный  диоксид углерода (углекислый газ); пищевой диоксид углерода допускается  при условии дополнительной осушки.

 

Режимы сварки должны обеспечивать минимальное проплавление основного металла и оптимальную  скорость охлаждения. Правильность выбора режимов сварки, обеспечивающих оптимальную  скорость охлаждения, можно оценить  замером твердости металла сварного соединения, которая не должна превышать 350 HV.

 

Сварка ответственных  узлов выполняется не менее чем  в два прохода, сварные швы  должны иметь плавный переход  к основному металлу. Частые обрывы дуги, ожоги основного металла  и вывод кратера на основной металл недопустимы.

 

После сварки следует  обеспечить замедленное охлаждение сварных соединений. Для этого  сваренный узел накрывают теплоизоляционным  материалом, помещают в специальный  термостат и применяют послесварочный нагрев.

 

Сварка ответственных  конструкций из сталей с повышенным содержанием углерода, узлов с  жестким контуром и т. п. выполняется  с предварительным подогревом. Температура  предварительного подогрева обычно находится в пределах 100–400 °С. Чем  выше содержание углерода и легирующих элементов и больше толщина свариваемых  элементов, тем выше температура  предварительного подогрева.

 

3. Выбор способа сварки. Электрошлаковая сварка (ЭШС)

 

Исходя из характеристик  свариваемости, свойств основного  металла, вида сварного соединения выбираем Электрошлаковую сварку плавящимся мундштуком.

При этом способе сварка может  выполняться одним или несколькими (обычно не более трех) электродами, имеющими возвратно-поступательное перемещение  в направлении, перпендикулярном продольной оси свариваемого шва. Количество электродов выбирается в зависимости от толщины  свариваемых листов. Подробно об этом будет сказано ниже.

Электрошлаковая сварка электродами  большого сечения принципиально  не отличается от электрошлаковой сварки электродными проволоками. В качестве электродов могут применяться пластины и стержни круглого, квадратного  и других сечений.

Размеры электродов и их количество выбираются в зависимости от размеров свариваемых деталей, формы и  размеров завариваемых полостей и отверстий. Электроды большого сечения применяются  главным образом при значительной толщине свариваемых деталей  и сравнительно небольшой высоте швов (до 1 м). Во многих случаях там, где высота швов небольшая, более  целесообразно применение электрошлаковой  сварки электродами большого сечения, чем способа, основанного на применении электродных проволок. Преимуществом  электрошлаковой сварки электродами  большого сечения по сравнению с  электрошлаковой сваркой электродными проволоками является упрощение  техники сварки и сварочной аппаратуры.

Для получения заданных сварных  швов выбран Электрошлаковый способ сварки (ЭШС). Достоинства этого способа:

1. Механические свойства сварочного шва значительно превышают по качеству механические свойства основного металла.
2. Возможность сварки за один проход металла практически любой толщины, что не требует удаления шлака и соответствующей настройки сварочной установки перед сваркой последующего прохода, как при других способах сварки
3. Высокая производительность и экономичность процесса, повышающиеся с ростом толщины свариваемого металла. 
4. Сроки проведения сварочных работ по сравнению с РДС уменьшаются  более чем в 50 раз.

 

Сварные соединения толстолистовых конструкций  из среднелегированных сталей, подвергающиеся последующей термообработке, наиболее целесообразно выполнять электрошлаковой  сваркой. Наряду с высокой производительностью  и экономичностью сварочных работ  при этом обеспечивается и высокое  качество сварных соединений, главным  образом благодаря высокой стойкости  металла околошовной зоны и шва  против образования трещин. Однако при неблагоприятных условиях при  электрошлаковой сварке могут возникать  кристаллизационные трещины в металле  шва, а также горячие и холодные трещины типа отколов в участке  перегрева околошовной зоны (рис. 10—20).

Трещины-отколы возникают преимущественно  в начале шва особенно после возобновления  прерванного процесса сварки, а также  при большой жесткости соединяемых  элементов. Эти трещины, как правило, образуются через несколько часов  по окончании сварки. Их образование  можно предотвратить, если соединения сразу же после сварки подвергуть высокому отпуску. Способствует предупреждению трещин и некоторое замедление процесса сварки, достигаемое путем уменьшения силы сварочного тока и увеличения ширины шва.

Для предупреждения образования отколов  при сварке жестко-закрепленных элементов  применяют предварительный подогрев начального участка или всего  шва. Предварительный подогрев до температуры 150—200° С необходим для предупреждения образования отколов "и горячих  трещин при сварке замыкающего участка  круговых швов толстостенных сосудов  толщиной более 100 мм.

Характер образования горячих  трещин в околошовной зоне среднелегированных сталей не отличается от характера  образования подобных дефектов при  сварке сталей других типов (см. § 6-2). Наиболее действенной технологической мерой  предупреждения подобных дефектов является применение режимов сварки, обеспечивающих получение широких швов с глубоким проплавлением