7 Пример выполнения индивидуального задания по разработке технологического процесса газовой сварки металла

Исходные данные для расчета:

Тип шва – С2

Толщина детали - 3 мм

Длина детали – 4,0 м

Материал - сталь 10 Предел прочности - 340 МПа

Решение

1 Выбираем форму разделки кромок сварного шва С2 (выбираем по ГОСТ – 5264–80 с.16).

2. Определяем площадь сечения сварного шва. Для вычерчиваем на миллиметровой бумаге (строго соблюдая масштаб) форму разделки кромок свариваемых деталей и сварного шва (рис. 1).

.

Размеры конструктивных элементов сварного шва:

толщина свариваемой детали S = 3 мм

b =+1,0-0,5

е =8

g=2

Рисунок 1 – Форма поперечного сечения шва С4 по ГОСТ 5264-80

Затем путем подсчета клеточек в зоне сечения шва определяем его площадь в мм².

Нами площадь сечения сварного шва можно также определена расчетным путем. Для этого сечение сварного шва разделяем на геометрические фигуры (прямоугольник, сегмент) и определяем площадь каждой фигуры в отдельности и в целом площадь сварного шва по формуле:

Fc.ш. = F1 + F2, мм² , (1)

где Fc.ш. – общая площадь сечения сварного шва, мм² ;

F1 – площадь прямоугольника , мм ² (F1 = а·в = 2·3=6 мм²);

F2 – площадь сегмента, мм² (F2 = 2/3·е·g = 2/3·2·6=10,56 мм²).

Fc.ш. = F1 + F2 = 6+10,56=16,56 мм².

3 Выбираем марку присадочной проволоки по таблице 2. Для малоуглеро-дистой стали 10 наиболее близкая по химическому составу является присадочная проволока марки Св -08.

4 Определяем диаметр присадочной проволоки в зависимости от толщины свариваемых деталей по формуле:

d=0,5·s+1, мм для левого способа, (1)

где d – диаметр присадочной проволоки, мм,

s – толщина свариваемого материала, мм.

d=0,5·3+1 =2,5 мм

5 Выбираем номер горелки в зависимости от толщины свариваемого металла и определяем тепловую мощность Мr, т.е. расход ацетилена и расход кислорода, путем интерполяции данных таблицы 2.

При толщине свариваемого металла 3,0 мм выбираем по таблице 2 горелку ГС-3 средней мощности с наконечником № 3.

Тогда расход ацетилена Мr определяем из пропорции:

при толщине 4 мм – расход ацетилена 400 л/ч,

^{(по таблице)}

при толщине 3 мм – расход ацетилена Мr л/ч,

^{(по заданию)}

откуда .

Расход кислорода также определяем из пропорции:

при толщине 4 мм – расход кислорода 440 л/ч,

^{(по таблице)}

при толщине 3 мм – расход кислорода х л/ч,

^{(по заданию)}

откуда л/ч.

Таким образом выбрали горелку ГС-3 «Звезда» (инжекторная средней мощности), наконечник № - 3; расход ацетилена Мr = 300 л/ч и кислорода - 330 л/ч.

6 Определяем количество накладываемых валиков в сварном шве по формуле:

(2)

где N - количество валиков или число проходов, шт;

F_сш - площадь сечения сварного шва, см²;

F₁ - площадь сечения первого валика, см²;

F₁ = (6-8)·d₁ , мм²

F₁ - для первого прохода принимают

d₁ = 2-4 мм.

F₁ = 6·3=18 мм²

F₂ - площадь сечения второго и всех последующих валиков, см²

F_{2 =} (8 -10)· d, мм²

d - диаметр присадочной проволоки, мм.

F_{2 =} 8 · 2,5=20 мм²

.

Таким образом, сварной шов состоит из одного валика.

7 Выбираем направление перемещения горелки и присадочного прутка. При этом руководствуется тем, что при сварке тонкого металла толщиной не более 6 мм рекомендуется применять левое направление. В нашем задании толщина свариваемого металла составляет 3 мм, Поэтому выбираем левое направление перемещение горелки и прутка.

Рисунок 2 - Схема перемещения грелки и прутка (левое)

8 Выбираем траектория движения горелки и присадочного прутка. Она зависит от площади сечения сварного шва, количества проходов и необходимости большей или меньшей степени прогревания свариваемого металла и выбирается по рисунку 3, позиция 1.

Рисунок 3 - Траектория движения горелки и прутка (левое)

9 Определяем угол наклона горелки к свариваемой металла в зависимости от его толщины металла s по таблице 4. В нашем случае для свариваемого металла толщиной 3 мм угол наклона принимаем равным 20⁰.

20⁰

Рисунок 4 - Угол наклона горелки и прутка

Нормирование процесса газосварки

10 Определяем массу наплавленного металла по формуле:

G_н=F_с.ш. · L · ρ, г, (3)

где G_н – масса наплавленного металла, г;

L – длина шва, см;

F_с.ш. - площадь сечения сварного шва, см²;

ρ - плотность металла, , г/см³ ( для стали ρ - 7,83 г/см³).

G_н=0,16· 400 · 7,83 = 501,0 г.

11 Определяем норму расхода присадочной проволоки на всю сварку(с учетом разбрызгивания, угара, отходом) по формуле:

G_пр= (1,2 - 1,3) · G_н (4)

G_н - масса наплавленного металла, кг.;

G_пр - расход присадочной проволоки на сварку, кг.

G_пр=1,2 ·0,501 =601,33 кг.

12 Определяем машинное время сварки по формуле:

ч, (5)

где t₀ - машинное время сварки, ч;

G_н - масса наплавленного металла, кг;

К_н - коэффициент наплавки, г/мин (величина К_н зависит в основном от марки свариваемого металла и номера наконечника горелки).

По таблице 4 принимаем коэффициент наплавки К_н = 7 г/мин. ,

13 Определяем скорость сварки по формуле:

, м/ч, (6)

где V_св. – скорость сварки, м/ч;

L – длина шва, м;

t₀ - машинное время сварки, ч.

.

1 4.Определяем скорость перемещения грелки с присадочным прутком в каждом проходе по формуле:

(7)

где V_д – скорость сварки, м/ч;

L – длина шва, м;

t₀ - машинное время сварки, ч;

n - число проходов, шт.

15 Определяем расход ацетилена на всю сварку по формуле:

V_ац= М_r · t₀, (8)

где V_ац - объём ацетилена, л;

М_r - тепловая мощность горелки, л/ч.

t₀ - машинное время сварки, ч.

V_ац=300 · 1,1=330 л

16 Определяем норму расхода карбида кальция, необходимого для получения ацетилена по формуле:

, кг, (9)

где G_кк - масса карбида кальция, кг;

V_ац - расход ацетилена, л;

A - выход ацетилена из 1 кг карбида кальция, л/кг;

A = 240-260 л/кг в зависимости от фракции карбида кальция_.

Принимаю А = 250 л/кг.

17 Определяем норму расхода кислорода, необходимого на всю сварку, по формуле:

V_кс = (1,10 – 1,2)·V_ац, л, (10)

где V_кс - объем кислорода, л;

V_ац - расход ацетилена, л.

V_кс =1,10 ·1320 = 1452 л.

18 Выбираем по таблице 5 генератор ГВД-08 (производительность 0,8 м³/ч, рабочее давление 0,3 МПа, масса незаряженного генератора, 19,5), с учетом того, что его производительность должна превышать тепловую мощность газовой горелки на 15-25%.

19 Пример заполнения технологической карты процесса газовой сварки металла

КАРТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ГАЗОВОЙ СВАРКИ

№ цеха 4

Газовая сварка

1 . Схема сварного шва С2

Поз.

Обозначение детали

Марка материала

Толщ. мм

Масса металла, кг

Кол. шт.

1

Пластина

Сталь 10

3,0

9,3

1

2

Пластина

Сталь 10

3,0

9,3

1

№п/п

Наименование и содержание операции

Оборудо-вание (код, наимено-вание)

Приспо-собление и инстру-мент

Катет шва

№ мундштука

Газ

Присад. матер

Флюс

Код профессии

Направление перемещение горелкиряд работы

Угол наклона горелки, град

Объём производ. партии

Т0, ч

Давлен.

Расход

Код, марка,наиме.

Расход, кг

Сечение или диам., мм

Код, марка

Расход.кг

Длина шва, м

C2H2, МПа

O2, МПа

C2H2, л

O2, л

Разделать кромки свариваемых пластин по ГОСТ 5264–80

Фортуна, напильник др.

Тиски, штангенциркуль

4

Собрать сварной узел и зафиксировать в соответствии со схемой сварного шва

Стол сварщика, струбцина

Штангенциркуль, угломер

4

Выбрать режим сварки (тепловую мощность горелки, марку горелки, номер мундштука, марку и диаметр при- садочной проволоки, направление перемещение горелки и прутка, траектория движения горелки и количество накладываемых валиков, угол наклона горелки) и настроить аппаратуру

ГС-3

4

3

0,3

0,01

1320

1452

СВ-08

0,601

2,5

-

-

-

левое

20

1,1

Провести предварительный контроль

Штангенциркуль, линейка

4

Прихватить пластины по направлению будущего сварного шва через каждые 300 мм

ГС-3

4

3

Провести текущий контроль

Штангенциркуль, линейка

4

Наложить сварочный шов по всей длине пластины (заготовки).

ГС-3

4

3

Зачистить сварной шов

Молоток, зубило,

Провести окончательный контроль сварного шва

Вода, керосин

в

и

з

у

а

л

ь

н

о

Разработал:

Принял:

2 Определить площадь сечения сварочного шва по формуле:

Fc.ш. = F1 + F2 + …

4 Выбрать присадочную проволоку в соответствии с химсоставом и механическими свойствами свариваемого материала (в основном ориентируясь по легирующим элементам) по таблице 1.

.

Таблица 1 - Проволока для сварки сталей

С т а л ь	М а р к а п р о в о л о к и
Низкоуглеродистая	Св–08, Св–08А, Св–08ГА, Св–10ГА, Св–10Г2
Легированная	Св–08ГС – Св–12ГС, Св–08Г2С, Св–10ГН, Св–08ГСМТ, Св–15СТЮЦА, Св–20ГСТЮА, Св–18ХГС, Св-10НМА, Св–08МХ, Св–08ХМ, Св–18ХМА, Св–08ХНМ, Св–08ХМФА, Св–10ХМФТ, Св–08ГСМФА, Св–14Х2МА, Св–13МФТ, Св–08ХН2А, Св–08ХЗГ2СМ, Св–08ХМНФБА, Св–10ХН2МТ, Св18ХГГ

5 Выбрать направление перемещения горелки и присадочного прутка.

Направление перемещения горелки и присадочного прутка может быть правое и левое. Рекомендуется применять перемещение горелки влево при сварке тонкого металла толщиной не более 6 мм, и перемещение горелки вправо при толщине металла свыше 6 мм.

6 Определить диаметр присадочной проволоки в зависимости от толщины свариваемых деталей по формуле:

d = 0,5·S + 1 для левого способа,

( 1.)

d = 0,5·S + 2 для правого способа,

где d – диаметр присадочной проволоки, мм ;

S – толщина свариваемого материала, мм.

6 Выбрать номер газовой горелки в зависимости от толщины и теплопроводности металла по таблице (3), а тепловую мощность горелки определить путем интерполяции данных таблицы 3.

7 Определить количество валиков в сварном шве по формуле:

, (2.)

где n – количество валиков или число проходов, шт. ;

Fс.ш.– площадь сечения сварочного шва, см² ;

F1 – площадь сечения первого валика, см² ; F1 = ( 6–8 ) • d1 (мм²),

где d1 – диаметр электрода для первого валика.

F2 – площадь сечения второго и всех последующих валиков, см²;

F2 = (8–10) • d (мм²), где d диаметр основного электрода.

8 Выбрать траекторию движения горелки в зависимости от толщины детали, площади сечения сварного шва и количества проходов (1).

9 Выбрать угол наклона горелки выбираем в зависимости от толщины детали S (таблицы 2).

Таблица 2 - Угол наклона горелки

Толщина металла S, мм	до1	1–3	3–5	5–7	7–10	10–12	12–15	свыше 15
Угол наклона горелки, град.	10	20	30	40	50	60	70	80

10 Определить массу наплавленного металла по формуле:

Gн = Fс.ш. • L • ρ, г, ( 3.)

где Gн – масса наплавленного металла, г ;

Fс.ш. – площадь сечения сварного шва, см² ;

L – длина шва, см ;

ρ – плотность металла, г/см³.

11 Определить норму расхода присадочной проволоки на всю сварку с учетом разбрызгивания, угара, отходов по формуле:

G_пр = (1,2 – 1,3)·Gн , (4)

где G_пр – расход присадочной проволоки на сварку, кг ;

G_н – масса наплавленного металла, кг.

12 Определить машинное время сварки по формуле:

, ч, (5) где t0 – машинное время сварки, ч ;

Gн – масса наплавленного металла, кг ;

Kн – коэффициент наплавки, г/мин. ( в основном зависит от марки свариваемого металла и номера наконечника горелки и может быть взята из таблицы (3).

Таблица 3 - Величина коэффициента наплавки

№ наконечника горелки	КН , г/мин
	Сталь	Чугун	Латунь	Медь
1 2 3 4 5 6 7	4 – 6 6 – 7 7 – 10 13 – 14 15 – 16 17 – 18 18 – 21	– 3,5 6 9 12 13 15	– 6 10 16 20,5 23,5 27	2 6 12 20 26,5 30 37

13 Определить скорость сварки по формуле:

, м/ч (6)

где Vсв – скорость сварки, м/ч ;

L – длина шва, м ;

t0 – время горения дуги, ч.

14 Определить скорость горелки с присадочным материалом в каждом проходе рассчитывают по формуле:

, м/ч ( 7)

где Vд – скорость перемещения дуги, м/ч ;

n – число проходов, шт.

15 Определить расход ацетилена на сварку по формуле:

Vац = Mг • t0 , л, (8)

где Vац – объём ацетилена, л ;

Mг – тепловая мощность горелки, подсчитанная интерполяцией ( часовой расход ацетилена ), л/ч ;

t0 - машинное время сварки, ч.

16 Определить норму расхода карбида кальция CaC2 , необходимого для получения ацетилена по формуле:

, кг, ( 9)

где Gкк – масса карбида кальция, кг ;

Vац – расход ацетилена, л ;

А – выход ацетилена из 1 кг карбида кальция, л/кг ;

А = 240 – 280 л/кг в зависимости от фракции CaC2 .

17 Определить норму расхода кислорода необходимого на сварку по формуле:

Vкс = ( 1,10 ׃ 1,25 ) · Vац, л (10)

где Vкс – объём кислорода, л ;

Vац – расход ацетилена, л ;

18 Выбрать газогенератор с учетом тепловой мощности горелки по таблице 4. По производительности ацетилена генератор должен превышать тепловую мощность газовой горелки на 15 – 25%.

Таблица 6 -Технические характеристики ацетиленовых генераторов

Марка генератора	Принцип действия	Произво- дитель-ность, м³/ч	Рабочее давление ацетилена, Мпа	Единовре-менная загрузка карбида кальция, кг	Масса незаряжен-ного генератора, кг
ГВД–0,8 МГВ–0,8	Контактный вытеснение	0,8	Менее 0,3	2	19, 5 19
ГВН–1,25 АНВ–1–66 АНД–1–61 ГВР–1,25М ГВР–1,25МЧ ГВР-3	Комбини-рованный “вода на карбид и вытеснение	1,25 2,0 2,0 1,25 3	0,003 0,003–0,005 0,008–0,005 0,015–0,02	4 7 4 8	42 62 54 110
МГ–65 ГПР–65 ГРК–10	“Вода на карбид “ “Карбид на воду“	2 35 10	0,001 0,09 –0,12 0,7	3 150 25	65 750 52

19 Составить технологическую карту процесса