, гл. I, II, IV-XX, XXV-XXVIII, а также § 7, 11, 12, 94 написаны канд. техн. наук В.П. Фоминых, гл. III, XXI-XXIV, XXIX — инженером А.П. Яковлевым.
Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения двух или более деталей из твердых материалов (металлов) путем их местного сплавления или совместного деформирования с нагревом и без нагрева с получением на границе их раздела прочных межатомных связей. Для реализации межатомного взаимодействия атомы следует приблизить на расстояние, равное параметру кристаллической решетки металла соединяемых деталей (этому препятствуют различные неровности, имеющиеся на поверхности деталей, загрязнения окислами и т. д.).
Такое сближение достигается расплавлением кромок свариваемых деталей или их совместным пластическим деформированием посредством приложения давления. Таким образом, все виды сварки можно разделить на две основные группы: сварка плавлением и сварка давлением.
сварке плавлением
Классификация видов сварки металлов по физическим признакам.
термическому классу
термомеханическому классу
Классификация видов сварки металлов по техническим признакам.
способу защиты
Классификация видов сварки металлов по технологическим признакам.
Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения двух или более деталей из твердых материалов (металлов) путем их местного сплавления или совместного деформирования с нагревом и без нагрева с получением на границе их раздела прочных межатомных связей. Для реализации межатомного взаимодействия атомы следует приблизить на расстояние, равное параметру кристаллической решетки металла соединяемых деталей (этому препятствуют различные неровности, имеющиеся на поверхности деталей, загрязнения окислами и т. д.).
Такое сближение достигается расплавлением кромок свариваемых деталей или их совместным пластическим деформированием посредством приложения давления. Таким образом, все виды сварки можно разделить на две основные группы: сварка плавлением и сварка давлением. При сварке плавлением кромки свариваемых деталей и присадочный материал расплавляются теплотой сварочной дуги или газовым пламенем, образуя так называемую сварочную ванну. При кристаллизации металла сварочной ванны рост кристаллов начинается с оплавленных кристаллов основного металла, металлическая связь обеспечивается образованием общих зерен сварного шва с основным металлом. При сварке давлением совместная направленная пластическая деформация свариваемых металлов способствует соприкосновению и перемешиванию их атомов и образованию межатомной связи. При некоторых видах сварки процесс получения металлической связи сопровождается нагревом свариваемых деталей до пластического состояния или до оплавления свариваемых поверхностей. Согласно ГОСТ 19521-74 сварка металлов классифицируется по физическим, техническим и технологическим признакам.
Схема и краткая характеристика сварки плавлением
... выделяемое между электродами и на свариваемых кромках. Сварка плавящимся и неплавящимся электродом., Плавление и перенос металла электрода в сварочную ванну. При сварке стыковых соединений без разделки кромок и без зазора расплавленный металл электрода образует усиление ...
1. Основная часть
1.1 Назначение и устройство сварной конструкций
сварка технологический металл режим
Данная сварная конструкция (Емкость под воду) предназначена для запаса воды на содовом участке или при домовом участке на случай пожаров. Изготавливается из углеродистой конструкционной кипящей стали Ст3кп.
Состоит из:
1. Боковина — 2шт.
2. Днище — 1шт.
3. Боковина — 2шт.
4. Уголок — 4шт.
5. Патрубок — 1шт.
6. Перемычка — 2шт.
1.2 Спецификация сварной конструкций
|
№ п/п |
Наименование деталей |
Эскиз |
Материал (марка стали) |
Кол-во (шт.) |
Размеры(мм) |
|||
|
длина |
ширина |
толщина |
||||||
|
1. |
Боковина |
Ст3кп |
2 |
1500 |
1500 |
4 |
||
|
2. |
Днище |
Ст3кп |
1 |
2000 |
1500 |
4 |
||
|
3. |
Боковина |
Ст3кп |
2 |
1500 |
1500 |
4 |
||
|
4. |
Уголок |
Ст3кп |
4 |
200 |
1500 |
4 |
||
|
5. |
Патрубок |
Ст3кп |
1 |
100 |
Ш50 |
4 |
||
|
6. |
Перемычка |
Ст3кп |
2 |
1500 |
40*25 |
4 |
||
1.3 Описание технологического процесса сварки
1.3.1 Характеристика свариваемого металла: химический состав, механические свойства, свариваемость
Для изготовления тары использовать сталь Ст3кп, так как она отвечает всем требованиям, предъявляемым к конструкции, толщина 4мм.
Химические свойства стали.
Сталь марки Ст3кп — низко углеродистая конструкционная, обыкновенного качества, относится к группе А (поставляется с гарантируемыми химическими и механическими свойствами), кипящая,хорошо сваривается без ограничений, не дает закалочных структур.,
Химический состав. Таб. №1
|
Ст3кп |
Содержание элементов в % |
|||||||
|
С |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Прочие элементы |
||
|
0,22 |
0,05 |
0,3-0,6 |
0,05 |
0,055 |
0,3 |
|||
Механические свойства стали.
Углерод определяет прочность, вязкость и закаливаемость сталей. При содержание его в сталях до 0,22% свариваемость сталей хорошая.
Механические свойства. Таб. №2
|
Ст3кп |
Относительное удлинение в % |
|||
|
38-40 |
24 |
24 |
||
1.3.2 Описание заготовительных операций
Подготовка металла под сварку заключается в очистке, разметке, резке и сборке. Правка в моем узле не применяется. Очистка применяется для того, чтобы очистить металл от ржавчины, краски, шлака, и т.д.
Перенос размеров детали на натуральную величину с чертежа на металл называют разметкой. При этом пользуются инструментом: рулеткой, линейкой, угольником и чертилкой.
При подготовке детали к сварке применяют термическую, механическую, лазерную резку. Механическую резку целесообразно выполнять при заготовке однотипных деталей, главным образом с прямоугольным сечением и в целях экономии.
К элементам геометрической формы подготовка кромок под сварку относится угол разделки кромок, притупление кромок, длина скоса листа при наличии разности толщины металла, смещение кромок относительно друг друга, зазор между стыкуемыми кромками. Угол разделки кромок выполняется при толщине металла более 3мм. Обработка кромок заготовительных деталей не производится, так как толщина метала 3мм.
При производстве заготовок на них образуются заусенцы, места ржавчины и проявляются окалины. Поэтому производят процесс зачистки. Основного металла перед сваркой тщательно очищают поверхность кромки на прилегающей к ней поверхности на расстоянии 20-30мм. Зачистка кромок деталей производится с помощью инструмента: железной щетки, напильника, шлифовальная машина.
Сварку данной емкости производим из листового проката. Замеряют заготовки, после нарезают на детали с помощью пресс-станка. Зачищают от заусенцев на заточном круге.
2.
Сборка — является весьма ответственной операцией в общем технологическом процессе изготовления сварных конструкций. При сборке важно обеспечивать требуемую точность пригонки и совпадения кромок свариваемых элементов.
Сварные конструкции собирают различными способами. В некоторых случаях собирают всю конструкцию, а затем ее сваривают. Но при этом цикл сварочных работ удлиняется, а сварка собранной конструкции в ряде случаев бывает затруднена, так как сварщикам не всегда приходится выполнять швы в наиболее удобном для сварки положении.
Изделия чаще собирают на сварочных прихватках. Сварочные прихватки представляют собой неполноценные короткие швы с поперечным сечением до 1/3 сечения полного шва.
Длина прихватки от 20 до 100 мм в зависимости от толщины свариваемых листов и длины шва, расстояние между прихватками в зависимости от условий иногда достигает 1 метр.
Прихватки придают изделию жесткость и препятствуют перемещению деталей, что может привести к трещинам в прихватках при их охлаждении.
Чем больше толщина свариваемых листов, тем больше, растягивается усадочная сила в прихватках и больше возможность образования трещин. Поэтому сборку на сварочных прихватках применяют для конструкций из листов небольшой толщины (до 6-8 мм) и труб.
3.
При ручной дуговой сварке плавящимся электродом сварка производится металлическим электродным стержнем, на поверхность которого путем окунания в жидкую массу или путем опрессовки под давлением наносится специальное электродное покрытие определенного состава и толщины. Электродный стержень с нанесенным на его поверхность слоем покрытия называют электродом.
По назначению различают электроды для сварки стали, чугуна, алюминия, меди. Обозначения электродов для сварки: углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с в 600 МПа — У; легированных конструкционных сталей с в до 600 МПа — Л; легированных теплоустойчивых сталей — Т; высоколегированных и сталей с особыми свойствами — В; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н. В зависимости от механических свойств наплавленного металла применяются электроды 14 типов: Э42, Э46А, Э50…Э150. Тип электрода обозначается буквой Э с цифрой, указывающей гарантированное временное сопротивление разрыву наплавленного металла в КГс/мм2. Буква А после цифр обозначает повышенную пластичность наплавленного металла. По виду покрытия электроды разделяются на: А — с кислым покрытием (ОММ-5, АНО-2, СМ-5, ЦМ-7, МЭЗ-04 и др.), содержащим оксиды железа, марганца, кремния, иногда титана. Эти электроды обеспечивают стабильное горение дуги на переменном и постоянном токе. Металл шва отличается повышенной степенью окисления, плотностью и пластичностью; Б — с основным покрытием (УОНИ-13/45, УОНИ-13/5БК, УОНИ-В/85, АНО-Т, ОЗС-5, ДСК-50, СН-11, УП-1/45 и др.), содержащим мрамор — СаСОз, плавиковый шпат — CaF2, кварцевый песок, ферросплавы. Наплавленный металл имеет большую прочность на ударный изгиб, малую склонность к старению и появлению трещин. В зависимости от того, в каком пространственном положении выполняется сварка, электроды подразделяются:
- Для сварки во всех положениях с условным обозначением — 1;
- для сварки во всех положениях, кроме вертикального сверху вниз — 2;
- для положений нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх — 3;
- для нижнего и нижнего «в лодочку» — 4.
Для сварки данной конструкции которая изготавливается из углеродистой стали Ст3кп применяются электроды марки МР3 типа Э42А.
4.
Под режимом сварки понимают — совокупность параметров, которые обеспечивают устойчивое горение дуги, получение сварочных швов заданных размеров, формы и качества. Существуют главные параметры и дополнительные параметры. К главным параметрам относятся: 1) сила сварочного тока; 2) напряжение дуги; 3) скорость сварки. К дополнительным относятся: 1) диаметр электрода; 2) тип и марка электрода; 3) род и полярность сварочного тока; 4) пространственное положение шва.
Определение режимов сварки для данной конструкций:
1. По толщине металла определяем диаметр электрода (dЭД), так как толщина металла, из которого изготавливается емкость равна 4 мм, значит, будем использовать электрод диаметром 4 мм.
2. Сила сварочного тока J(А) равна: по формуле
JСВ=dЭД*k,
рассчитываем силу сварочного тока. k — коэффициент пропорциональности зависит от диаметра электрода. IСВ = 160…200А
3. Напряжение на дуге (UД) при ручной дуговой сварке будет равно 24В.
4. Скорость сварки (UСВ) зависит от квалификации сварщика и толщины свариваемого металла.
5. Род тока и полярность устанавливаются в зависимости от вида свариваемого металла и от его толщины, при сварке постоянным током обратной полярности на электроде выделяется больше теплоты. Обратная полярность применяется при сварке тонкого металла и при сварке высоколегированных сталей, чтобы не было перегрева.
6. Положение шва в пространстве при ручной дуговой сварке можно производить по всех пространственных положениях.
Для данной конструкции выбираем продольный шов и поперечный, толщина металла 4мм, диаметр электрода 4мм,сила тока
JСВ=dЭД*k IСВ = 160…200А
4.1
Сварочный пост
|
Выпрямительное напряжение холостого тока, В |
32-60 |
|
|
Полезная мощность, кВт |
11,4 |
|
|
Номинальный св. ток, А |
315 |
|
|
Пределы регулирования св. тока |
30-315 |
|
|
Масса, кг |
97 |
|
К инструментам и приспособлениям сварщика относят:
Электродержатели, сварочные провода, спецодежда, щитки, молоток — шлакоотделитель для устранение шлака, зубило для устранение брызг и наплывов, набором шаблонов для проверки размеров швов и форм кромок, измерительный инструмент, угольник, чертежный инструмент.
При руной сварке для зажимов электрода применяют электродержатели. Конструкция электродержателя должна позволять быстро без прикосновения
к токоведущим частям, заменять электрод. Электрод должен быть мягким и удобным в обращении, не стеснять движений и не утомлять руку сварщика , должен выдерживать 8000 зажимов электродов.
Щитки служат для защиты сварщика от лучей сварочной дуги и от брызг расплавленного металла. Они изготовляется из фибры черного матового цвета. В щиток вставляется темное защитное стекло — светофильтр. Светофильтр для сварщика имеют различную прозрачность. Они обеспечивают защите глаз и кожи лица от излучений в ультрафиолетовой и инфракрасных областях спектра дуги при сварке на токах 20-1000А. Они изготавливаются 12 классов. Класс светофильтра выбирается в зависимости от силы сварочного тока. Для защиты светофильтра от брызг снаружи дополнительно вставляют прозрачное стекло, которое меняется по мере загрязнения и забрызгивания. Вес щитка не должен превышать 0,48 кг.
Для провода тока от источника питания к электородержателю применяют сварочные провода. Электродержатели присоединяются к гибкому изолированному кабелю. Длина кабеля обычна равна 2-3м.
Одежда сварщика выполнена из плотной трудно загорающейся ткани. При работе пользуется брезентовыми рукавицами.
5.
Контроль качества сварных швов и соединений производиться с целью выявления наружных внутренних и сквозных дефектов .
Контроль качества сварных соединений и конструкций складывается из методов контроля, предупреждающих образование дефектов и методов контроля, выявляющих сами дефекты.
К методам контроля, предупреждающим образование дефектов, относятся контроль основного и присадочного металла, контроль подготовки деталей под сварку, а так же применяемого оборудования и квалификации сварщиков.
Внешним осмотром проверяют заготовку под сварку ( наличие закатов, вмятин, ржавчины), правильность сборки, правильное расположение прихваток, разделку под сварку, величина притупления. Внешним осмотром готового сварного изделия можно выявить наружные дефекты — непровары, наплывы, прожоги, не заварные кратеры, подрезы, наружные трещины, поверхностные поры, смещение свариваемых элементов.
При внешнем осмотре для выявления дефектов швы замеряют различными измерительными инструментами и шаблонами.
Контроль сварных швов на непроницаемость выполняют после внешнего осмотра сварных швов, и производится керосином, аммиаком, пневматическим и гидравлическими испытаниями, вакуумированием и газоэлектрическими течеискателями.
Одним из распространенных методов контроля качества сварных конструкций является — рентгеновский и гамма излучение. Просвечивание сварных швов рентгеновским и гамма — излучением позволяет обнаружить внутренние дефекты в сварных швах — трещины, непровары, поры и шлаковые включения. Для данной конструкции применяется внешний осмотр. Еще для емкости можно применить Гидравлический метод.
6.
Количество металла необходимое для образование сварного шва — определяется длинной шва и площадью поперечного сечения наплавленного металла. Определение расхода сварочного материала:
1. Определение площади поперечного сечения стыкового шва.
S — Толщина металла.
С — зазор.
I — ширина шва.
G — высота шва
Fсt=S*c+0.75*i*g
Fct=4*1+0.75*4*2=38мм
Fct=38мм=0.38см
2. Определение площади поверхности углового шва.
K — катет шва — 4мм
g — усиление шва=2мм
Fшв=k2/2+1.06*k*g
Fшв=4*2/2+1.06*4*2=0.16см
3. Определение обьема наплавленного металла.
Vн=Vу+Vc
Vн=(Fy*Iy)
Iy- длина углового шва=2688мм
Ic- длина стыкого шва=900мм
Vн=772мм
4. Определение массы наплавленного металла.
J — плотность металла.
СТ20=j=7.85г/см=8см
Мн=j+Vн=8*772=6176гр
5. Определяем расход электрода.
Мэв=Мн+Кэ, Кэ
- коэффициент, учитывающий потерю электрода 1.4-1.6
Мэв=6176*1.6=9882гр.
6.1
Номинирование времени
Норма времени на сварку и резку Т слагается из пяти элементов:
1. Подготовительного времени tn выделяется на получение рабочим инструктивного задания по ознакомлению с условиями выполнения сварки и резки, на подготовку и наладку оборудования, приспособлений.
2. Основного времени tч или машинного времени представляет горение дуги или пламени при сварке.
3. Вспомогательного времени tв включает время на замену электродов, очистку кромок и швов, их осмотр, клеймение швов, переход на другое место сварки.
4. Дополнительного времени tд дает на обслуживание рабочего места, на отдых и естественные необходимости.
5. Заключительного времени tз расходуется на сдачу работы.
Т=tп+tч+tв+tд+tз
Тшт=to/Кух
to=Мн/dн*Jcв.
dн(УОНИ13/45=10ч/Ач)
To=6176/10*180=3.43(ч)
Куч=0.25-0.40 — он учитывается от типа производства и организации труда.
Тшт=3.43/0.25=13.7(ч)
6.2
К сварочным работам допускаются лица не моложе 18 лет после сдачи техминимума по правилам техники безопасности.
Организация каждого рабочего места должна обеспечивать безопасное выполнение робот.
Сварочные работы должны производиться в электросварочных цехах или на специально оборудованных площадках.
Сварочный пост находящийся как в помещении, так и на открытом воздухе, должен быть огражден щитами либо ширмами для защиты окружающих от вредного действия электрической дуги.
При сварке изделий массой более 20 кг., должны быть установлены подъемно-транспортные механизмы.
В электросварочном цехе должен быть предусмотрен проход, обеспечивающий удобство и безопасность производства сварочных работ и передвижения. При всех условиях ширина прохода должна быть не менее 1 метра.
Сварочный цех должен иметь отопление и температура в помещение должна быть не ниже +16°С.
В сварочном цехе должна быть вентиляционная система.
В сварочном цехе должна быть система общего или комбинированного освещения.
Сварочные работы должны выполняться в специальной одежде и обуви, в рукавицах, берете. Для защиты глаз и лица применяются щитки или маски, газорезчики и вспомогательные рабочие — очками. Корпус маски должен быть изготовлен из несгораемого материала, а прорезь для глаз защищена светофильтром (стеклом) различной плотности.
Корпус трансформатора, рабочий стол, и все металлические нетоковедущие части устройства, должны быть заземлены.
Провода и кабели сварочного аппарата должны быть хорошо заизолированы и защищены от механических повреждений и высокой температуры.
Рукоятка электродержателя должна быть из токонепроводящего и огнестойкого материала.
Исправлять электрическую цепь может только электрик и при выключенном рубильнике.
После окончания работы или при временной отлучке с рабочего места сварщик обязан отключить оборудование от сети.
Сварщикам категорически запрещается исправлять силовые электрические цепи. При поражении электрическим током необходимо выключить ток первичной цепи освободить от его воздействия пострадавшего, обеспечить к нему доступ свежего воздуха, вызвать врача, а при необходимости до прихода врача сделать искусственное дыхание.
Пожарная безопасность
Причинами пожара при сварочных работах могут быть искры или капли расплавленного металла и шлака, неосторожное обращение с пламенем горелки при наличии горючих материалов в близи рабочего места сварщика. Опасность пожара особенно следует учитывать на строительно-монтажных площадках и при ремонтных работах в не приспособленных для сварки помещениях.
Вредной является сварка резервуаров, где скапливается много пыли и вредных газов. Лучше всего подавать вентиляционный воздух непосредственно в зону сварщика.
6.3
Пайка — Главная трудность при пайке чугуна — присутствие в его структуре графита, затрудняющего смачивание поверхности главного металла расплавленным припоем.
Для удаления графита обычно применяют пескоструйную обработку с последующим выжиганием графита окислительным пламенем газовой горелки или удаление его электрохимической обработкой в соляной ванне при 450 …510 °С.
пайке чугуна
700 °С или электрохимическим методом в соляной ванне, а потом обезжирить бензином, ацетоном или раствором щелочи.
Пайку нужно производить паяльником или газовой горелкой с применением флюсов на основе хлористого цинка.
пайку чугуна
Для облегчения пайки легкоплавкими припоями применяют гальваническое лужение или контактное меднение в растворе медного купороса.
Сварка —
Перед сваркой изделие подогревается до температуры 300—400°; при небольших размерах изделий подогрев часто осуществляется самой сварочной горелкой. По окончании сварки изделию дают замедленное охлаждение, для чего засыпают его сухим песком, закрывают асбестовыми листами, помещают в специальные камеры с тепловой изоляцией и т. п. Особенно удобно охлаждение изделия вместе с печью, в которой производился подогрев его перед сваркой. Удобство и простота процесса газовой сварки чугуна и высокие результаты, получаемые при этом методе (наплавленный металл при нём обычно имеет структуру серого чугуна, хорошо поддаётся механической обработке, и в нём отсутствуют твёрдые переходные зоны), ведёт к тому, что газовая сварка чугуна имеет широкое производственное применение, особенно при ремонте чугунных изделий небольших размеров.
Чугун достаточно хорошо поддаётся твёрдой пайке медными припоями посредством ацетилено-кислородной сварочной горелки. В качестве припоя для чугуна может быть использована стандартная латунь с содержанием меди 57—62%, остальное — цинк и примеси.
Процесс пайки выполняется следующим образом. Разделываются и подготовляются кромки для возможности прогрева всей толщины металла. Кромки обрабатываются пламенем горелки с избытком кислорода для выжигания графита на поверхности кромок, для улучшения смачивания чугуна припоем и сцепления между ними. Разогретые кромки посыпаются жжёной бурой, затем производится облуживание кромок медным припоем. Участок кромки разогревается горелкой до красного каления (700—800°), в пламя горелки вводится конец присадочного прутка, и капли расплавленного припоя растираются тонким слоем по разогретой поверхности кромки концом того же прутка.
По окончании облуживания кромок заполняют разделку шва медным припоем. Процесс занимает среднее положение между сваркой и пайкой. Отсутствие плавления основного металла — чугуна — заставляет признать этот процесс пайкой, с другой стороны, припоем заполняется вся разделка шва значительного объёма, как это делается при сварке, вместо обычного тонкого слоя припоя, вводимого между кромками, при нормальном процессе пайки. К преимуществам способа относится отсутствие расплавления основного металла, что позволяет сохранить достаточно высокими его качества. Медный припой прочнее чугуна и отличается высокой пластичностью, при испытаниях разрушается чугун у границы соединения, но не припой. К недостаткам способа относятся довольно высокая стоимость медного припоя, некоторая кропотливость работы и пониженная производительность, резкое различие припоя и основного металла по цвету, коэффициенту теплового расширения и другим физическим свойствам, возможность коррозии в активных средах вследствие образования гальванической пары между припоем и основным металлом.
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/diplomnaya/svarka-bochki/
1. Глизманенко Д.Л. Сварка и резка металлов. М., 1975
2. Николаев Г.А., Ольшанский Н.А. Специальные методы сварки. М., 1975
3. Багрянский К.В. Теория сварочных процессов. Киев, 1976
4. Геворкян В.Г. Основы сварочного дела. М., 1979
5. http://radekk.ru/cat/transformatory/vyprjamitel-svarochnyj-vd-309.html
6.
7.
8. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов. А.И.Акулов, В.П. Алехин, С.И.Ермаков и др. М.: Машиностроение, 2003
9.
10.
