Разработка технологии и выбор оборудования для сварки толстостенной заготовки

Напряжение. Изменение напряжения в наибольшей мере влияет на ширину шва, которая связана с напряжением зависимостью, выражаемой почти прямой линией (рис.4). Увеличение напряжений приводит также к некоторому увеличению глубины металличеекой ванны.

В целом же с увеличением  напряжения коэффициент формы металлической  ванны увеличивается.

Для получения металлической  ванны оптимальной формы, при  которой нет опасности образования  горячих трещин, большему току должно соответствовать несколько большее  напряжение. О достаточной точностью  для практических целей напряжение для шлаковой сварки может быть определено по формуле: U = 12 + sqrt(125-s/(0,075·n)), где sqrt - квадратный корень.

Скорость  сварки. Увеличение скорости сварки достигается за счет увеличения скорости подачи электрода и тока и уменьшения зазора. Скорость сварки может быть определена по уравнению:

где n - число электродов (n=1); a - зазор между деталями; s - толщина свариваемого металла; ky- коэффициент, учитывающий усиление (ky=1,05 - 1,1).

Скорость  поперечных перемещений электрода. Скорость влияет на ширину шва и его качество. Увеличение скорости поперечных перемещений уменьшает глубину провара.

Эта характеристика выбирается в зависимости от скорости подачи электрода, причем перемещения должны быть обратно пропорциональны подаче. Скорость поперечных перемещений может  быть также определена по уравнению: v_пп = 66 - 0,22·(s/n)

Зазор и глубина шлаковой ванны. Зазор для толщин до 150 мм принимается равным 25 ± 3 мм.

Время выдержки у ползуна. Время выдержки у ползуна принимают равным 4—8 сек.

Расстояние  между проволоками. Это расстояние рассчитывается по следующим формулам:

• при поперечных перемещениях l_э = (s / n) + 8
• без поперечных  перемещений l_э = s / n

Сухой вылет электрода  берется равным 60—70 мм.

Недоход электрода до ползунов 5—7 мм.

 

5. Выбор сварочных Материалов

 

Качественный сварной  шов при сварке плавлением невозможно получить, только расплавляя кромки свариваемого металла источником нагрева. При любом способе необходимо применение сварочных материалов.

Применение сварочных  материалов обеспечивает:

• требуемые геометрические размеры шва;
• защиту расплавленного металла в процессе расплавления, переноса электродного металла в дуге, пребывания в сварочной ванне, кристаллизации;
• защиту нагретого твердого металла от вредного воздействия атмосферного воздуха (насыщения его газами атмосферы) в течение всего процесса сварки;
• получение металла шва нужного химического состава и свойств путем его легирования и раскисления;
• очистку (рафинирование) металла шва от вредных примесей и газов (серы, фосфора, водорода, азота и др.);
• удаление включений окислов и шлаков; 
• модифицирование, измельчение первичной структуры металла шва.

 

Флюсы для электрошлаковой  сварки должны удовлетворять следующим  требованиям:

• быстро и легко устанавливать электрошлаковый процесс в широком диапазоне напряжений и сварочных токов;
• обеспечивать достаточное проплавление кромок основного металла и удовлетворительное формирование поверхности шва без подрезов и наплывов;
• расплавленный флюс не должен вытекать в зазоры между кромками и формирующими шов устройствами при существующей точности сборки и отжимать ползуны от свариваемых кромок;
• образовывать шлак, легко удаляющийся с поверхности шва;
• способствовать предотвращению пор, неметаллических включений и горячих трещин в металле шва.

Для ЭШС применяют плавленые  флюсы. Лучшими технологическими свойствами при сварке углеродистых и низколегированных  сталей обычной прочности обладают флюсы АН-8, АН-8М, АН-22. Флюсы ФЦ-7 и  АН-348-А мало пригодны для сварки швов большой протяженности. Процесс  с применением этих флюсов характеризуется  меньшей устойчивостью при повышенных скоростях подачи электродной проволоки.

Для начала электрошлакового процесса применяют флюс АН-25. Он электропроводен  в твердом состоянии и имеет  высокую электропроводимость в  расплавленном состоянии.

Флюс перед употреблением  прокаливают в электрической  печи согласно требованиям паспорта или технических условий при 300— 700 °С в течение 1—2 ч. Толщина слоя флюса 80—100 мм.

При ЭШС электродным металлом может быть проволока, пластина, труба  и лента. Как правило, используют проволоку сплошного сечения  диаметром 3 мм, но можно применять  проволоку и других диаметров (1—2 или 5—6 мм).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для электрошлаковой сварки используют комплекс оборудования, включающий сварочную аппаратуру и вспомогательное  оборудование. Такой комплекс называется сварочной установкой. Установки  для ЭШС подразделяют на универсальные  и специальные. На монтаже в основном применяют универсальные установки. Для каждого способа ЭШС существуют различные установки, которые укомплектованы сварочным аппаратом и источником сварочного тока.

 

 

 

 

 

Для сварки конструкции будем использовать:

- сварочную проволоку Св-10Г2

Таблица 5.Химический состав проволоки Св-10Г2, % масс:

Компонент	Значение
С	<0,12
Si	<0,06
Mn	1,5-1,9
Cr	<0,2
Ni	<0,3
S	<0,03
P	<0,03

 

- флюс АН-22

Таблица 6. Химический состав флюса АН-22, % масс:

ЫSiO2	CaO	CaF2	NaF	Al2O3	Fe2O3	MgO	MnO	S	P
6-10	29-33	16-20	2,0-5,5	36-40	≤ 0,8	≤ 2,0	≤ 0,9	≤ 0,07	≤ 0,05

 

 

 

 

 

6. Оборудование для осуществления процесса сварки

6.1 Выбор сварочного аппарата:

 

 

 

 

Рисунок 2. Сварочный автомат ТС-16

 

Сварочный автомат ТС-16 - самоходное устройство с автоматической подачей электродной проволоки и ступенчатой регулировкой скорости перемещения тележки. Автомат предназначен для сварки и наплавки электродной проволокой под флюсом изделий из малоуглеродистых сталей.

Автомат используется для сварки угловых  швов, нахлесточных соединений, соединений встык с разделкой кромок или  без, с копирами или без копиров, а так же сварку в «лодочку». Может  передвигаться непосредственно  по изделию или по направляющей линейке. Полученные швы могут быть кольцевыми или прямолинейными.

Выпускается в двух исполнениях:  
ТС-16-1 – для работы с источниками ВДУ-1250, ВДУ-1202, ВДУ-1204, ВДУ-1601, ВДУ-1001;  
ТС-16-2 – только для работы с ВДМ-1202СА, со встроенным в него блоком управления и без резистора дистанционного регулирования напряжения на дуге;

Особенности и возможности  автомата ТС-16:

• Повышенная мощность двигателя
• Повышенная износостойкость редукторов
• Возможность подключения местного освещения
• Изменение центра тяжести автомата при сварке на наклонной плоскости
• Сменные шестерни
• Сцепление-расцепление колес с приводом с помощью муфты
• Регулируемый копир для сварки тавровых швов и швов с разделкой кромок

Таблица 7. Технические характеристики сварочного автомата ТС-16:

Номинальное напряжение трёхфазной питающей сети частотой 50 Гц, В	380
Номинальный сварочный ток  при ПВ = 100 %, А	1000
Диаметр электродной проволоки, мм	2 - 5
Скорость подачи электродной  проволоки, м/ч	52 - 403
Скорость сварки, м/ч	16 - 126
Диапазон плавного регулирования  угла наклона сварочной головки  в плоскости, перпендикулярной шву, град	-45... +45
Напряжение питания электродвигателя частотой 50 Гц, В	3 x 36
Мощность электродвигателя, Вт	370
Ёмкость барабана для проволоки, кг	15
Ёмкость бункера для флюса, дм3	6.5
Габаритные размеры трактора, мм	716 х 346 х 540
Масса трактора (без проволоки  и флюса), кг	45
Габаритные размеры блока  управления, мм	370 х 215 х 215
Масса блока управления, кг, не более	10

 

 

 

2.    Выбор источника питания:

Источник  питания выбираем на основании совместимости  со сварочным трактором ТС-16.

Рисунок 3. Выпрямитель ВДУ – 1202

Выпрямитель сварочный ВДУ-1202 предназначен для для комплектации сварочных и наплавочных автоматов.

• Плавное регулирование сварочного тока.
• Универсальные внешние характеристики (падающими и жесткими)
• Стабилизация тока и напряжения.
• Надежное зажигание дуги на малых токах и напряжениях.

Таблица 8. Технические характеристики ВДУ-1202

Номинальное напряжение питающей сети трехфазного тока, В при частоте 50 Гц	380
Первичная мощность, кВА, не более	102
Пределы регулирования сварочного тока, А (ПВХ/ЖВХ)	200-1250 / 250-1250
Номинальное рабочее напряжение, В	56
Пределы регулирования рабочего напряжения, В  (ПВХ/ЖВХ)	28-56 / 26-56
Номинальная продолжительность работы, ПВ, %	100
Коэффициент полезного действия, %, не менее	79
Масса, кг, не более	550
Напряжение холостого хода, В, не более	85

 

*ПВХ –  Падающие внешние характеристики;

*ЖВХ –  Жёсткие внешние характеристики.

3.   Стенд для сварки:

Стендовые плиты с монтажными т-образными пазами и с канавкой для флюсовой подушки, для сборки и сварки конструкций. Стенд для сварки применяется в том случае, когда изделие нужно крепко закрепить для уменьшения деформации. Он одновременно является и сборочным приспособлением. Требуется точная фиксация свариваемых кромок.

 

Рисунок 4. Схема сборочного монтажного стола с флюсовой подушкой.

1 – диафрагма; 2- канал для использования  сжатого воздуха; 3-Т-образный паз. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Разработка технологического процесса сварки

№ п/п	Наименование  операции перехода	Наименование  оборудования	Приспособления	Примечания
1	Предварительная обработка  металла
2	Сборка конструкции под  сварку
3	Состыковка деталей с  соблюдением зазора >14мм
4	Предварительный подогрев			100 град.
5	Сварка
6	Слесарная обработка
7	Термообработка			Отпуск 700±10 оС 2 часа
8	Маркирование
9	Контроль качества