4 Выбор оптимальных вариантов сборки и сварки

4.1 Анализ технологичности сварной конструкции

Под технологичностью сварной конструкции понимается придание любому изделию такой формы и выбор для ее изготовления таких материалов, которые бы обеспечивали высокие эксплуатационные качества при экономическом их изготовлении.

Оценка технологичности сварной конструкции выполняется исходя из трех показателей: конструктивных, технологических и эксплуатационных требований.

К основным конструктивным показателям относят:

- схема конструкции дает возможность механизации и автоматизации процессов сборки и сварки, транспортных операций;

- материал конструкции - Сталь 09Г2С обеспечивает высокие эксплуатационные свойства, которые предъявляются к данной конструкции;

- существует возможность разбивки изделия на узлы и подузлы соответственно рис. 3.1, которые можно изготовить в специальных приспособлениях с последующей общей сборкой и сваркой.

- взаимное расположение узлов и форм изделия обеспечивают наилучшие условия сборки и сварки, минимальный объем обработки к и после сварки.

• форма деталей обеспечивает минимальную длину сварных швов, они расположены в удобном для сварки положении;

- конструктивная форма обеспечивает минимальные напряжения и деформации сварной конструкции.

Технологические требования:

• для данной сварной конструкции разработанный оптимальный технологический процесс изготовления (избранная последовательность сборочно-сварочных операций, которая позволяет избегнуть напряжений и деформаций, избранный тепловой режим сварки.);

• выбрали необходимое оборудование.

Эксплуатационные требования:

• соблюдение конструктивных и технологических требований обеспечивает необходимую надежность и долговечность свареной конструкции.

• автоматизация сборочно-сварочных операций увеличивает экономичность изделия, улучшает показатели качества и обеспечивает стабильность эксплуатационных показателей.

Материал сварной конструкции 09Г2С легко сваривается без дополнительных трудоемких технологических условий. При сварке получают качественный шов равнопрочный с основным металлом. Проанализировав вышеперечисленные факторы придем к выводу, что конструкция технологична, что стало возможным благодаря комплексному методу проектирования конструкции и разработке технологического процесса.

4.2 Состояние вопроса

Для сварки балки будем использовать автоматическую и полуавтоматическую сварку в среде защитных газов по ГОСТ 14771-76.

Электродуговая полуавтоматическая сварка нашла широкое применение при изготовлении металлоконструкций с низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Необходимость применения этого способа сварки обусловлена тем, что конструкция имеет небольшие по длине швы. Этот способ применяется для сварки ребер нижнего и верхнего поясов балки.

Для использования избранных способов сварки необходимо выбрать сварочные материалы - защитный газ и сварочную проволоку.

Указанные материалы должны обеспечивать необходимые геометрические размеры и свойства сварного шва; хорошие технологические условия ведения процесса сварки; высокую производительность и экономичность процесса; необходимые санитарно-гигиенические условия работы при сварке.

Для обеспечения эксплуатационной надежности сварных соединений необходимо, чтобы швы владели не только заданным уровнем прочности, но и высокой пластичностью. Поэтому при выборе сварочных материалов необходимо стремиться к получению швов такого химического состава, при котором их механические свойства имели бы необходимые значения. Легирование металла шва элементами, которые входят в основной металл, всегда повышает прочностные характеристики одновременно снижая пластичность. Следует выбирать такие сварочные материалы, которые содержать легирующих элементов меньше, чем основной металл.

Легирование металла шва за счет основного металла разрешит повысить свойства шва к необходимому уровню.

Для обеспечения технологической прочности сварных швов, выполняемых низколегированными сварочными материалами, содержание углерода в них не должен превышать 0.15%. Необходимых прочностных характеристик металла шва достигают легированием его элементами, которые повышают прочность не снижая существенным образом его деформационную способность и ударную вязкость. При сварке низколегированных сталей повышенной прочности не предъявляют требований к идентичности состава металла шва и основного металла. Основным критерием выбора служит получение гарантированных механических свойств металла шва, который и предусмотрено ГОСТ 9467-75. [2]

Основными требованиями при выборе сварочной проволоки являются:

1) обеспечение получения наплавленного металла необходимого химического состава и механических свойств;

2) получение плотных швов и не предрасположенных к холодным трещинам;

3) обеспечение красивых технологических свойств;

4) обеспечение высокой производительности работы.

Поскольку конструкция является ответственной, то по всем выше приведенным требованиям для сварки конструкции с применением защитного газа используем сварочную проволоку марки Св-08Г2С, которая имеет сниженное содержание углерода, около 0,08%, за счет чего снижается содержание углерода в металле шва и повышается стойкость металла к образованию трещин. Данный сварочная проволока легирован марганцем, до 2%, что снижает активность серы, образовывая вместе с ней тугоплавкий сульфид. В сварочную проволоку также введен кремний, который вместе с марганцем явлется раскислителем и предотвращает порообразование.

Таблица 4.1 - Химический состав сварочной проволоки, [2]

Марка сварочной провода	Содержание элементов, %
	С	Mn	Si	Cr	Ni	S	P
Св-08Г2С	0,05-0,11	1,8-2,1	0,7-0,95	0,20	0,25	0,025	0,03

При полуавтоматической и автоматической сварке по ГОСТ 14771-76 защита сварочной ванны и зоны сварки осуществляют с помощью защитного газа

В качестве защитного газа используется смесь двуокиси углерода первого сорта, который поставляется по ГОСТ8050-85, и аргона второго сорта, который поставляется по ГОСТ10152-62 с добавлением кислорода. Химический состав этих газов наведен в табл. 4.2-4.3.

Таблица 4.2 - химический состав двуокиси углерода по ГОСТ 8050-76[14]

Содержимое соединений	значение
Содержимое СО2 (%) по объему	99,5
Содержимое СО (%) по объему	-
Массовая концентрация водных паров в газе при температуре 200С и давления 0,3мПа г/м3	0,184
Массовая концентрация минеральных масел и механических примесей, м2/кг	0,1

Таблица 4.3 - Химический состав аргона по ГОСТ10157-62[13]

Содержимое соединений	значение
Содержимое Ar (%) по объему	99,95
Содержимое О2 (%) по объему	0,002
Содержимое N2 (%) по объему	0,01
Содержимое соединений	значение
Массовая концентрация водных паров в газе при температуре 200С и давления101,3 кПа, г/м3	0,01

Сварка в смеси газов имеет ряд преимуществ. При сварке в среде аргона швы имеют высокое качество, так как этот газ практически не реагирует с расплавленным металлом, соответственно будет минимальный угар легирующих элементов, а также минимальное разбрызгивание расплавленного металла. Добавление двуокиси углерода к аргону, оказывает хорошее влияние на процесс сварки, повышает стойкость горения дуги и стойкость протекания процесса в целом, также меняется характер переноса электродного металла – он становится более мелкокапельным, улучшается формирование шва, а также швы имеют более плавный переход к основному металлу. Добавление к смеси небольшого количества кислорода позволяет уменьшить прилипание брызг к поверхности металла, которые сваривают. Таким образом, применение предлагаемой смеси защитных газов вместе с проволокой Св-08Г2С обеспечивает получение бездефектного шва. Соответственно рекомендациям, оптимальный состав смеси – 75%Ar+25%CO₂ . Используем смеситель газов типа УСГ-1, который имеет газоанализатор, который позволяет автоматически вести запись состава газа.