МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ІВАНО – ФРАНКIВСЬКИЙ НАЦIOНАЛЬНИЙ ТЕХНIЧНИЙ УНIВЕРСИТЕТ НАФТИ I ГАЗУ

КАФЕДРА ЗВАРЮВАННЯ ТРУБОПРОВОДІВ І КОНСТРУКЦІЙ

М. В. Панчук Р.Т. Біщак

ТЕХНОЛОГІЯ ЗВАРЮВАННЯ КОНСТРУКЦІЙ НАФТОГАЗОВОГО

ОБЛАДНАННЯ

Методичнi вказівки до виконання практичних робiт

Івано-Франківськ 2014

УДК 621.791.75

ББК – 34.64.

М 33

Рецензент:

Костриба І. В. кандидат технічних наук, доцент кафедри нафтогазового обладнання ІФНТУНГ

Рекомендовано методичною радою Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу

(протокол № 4 від 18.04.2013 р.)

Панчук М. В. Біщак Р.Т

М 33 Технологія зварювання конструкцій нафтогазового обладнання: лабораторний практикум. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2013. − 72 с.

МВ 02070855-3979-2013

Методичнi вказівки до виконання практичних робіт розробленiвідповідно до навчального плану та робочої програми дисципліни «Технологія зварювання конструкцій нафтогазового обладнання». Методичнi вказівки містять практичні роботи, які дають можливість студентам освоїти процеси зварювання, вивчити будову зварювального обладнання та набути навиків з визначення технологічних параметрів режимів зварювання та їх налаштування.

Призначено для підготовки бакалаврів за напрямом 6.050304 −"Нафтогазова справа"

Методичнi вказівки можуть бути використанi студентами денної та заочної форм навчання.

УДК 621.791.75

ББК – 34.64.

МВ 02070855-3979-2013

© Панчук М. В. Біщак Р.Т.

© ІФНТУНГ, 2013

ЗМІСТ

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ . . . . . . . . . . . . . . 4

1 Практична робота № 1

Розрахунок режимів при ручному дуговому зварюванні.

2 Практична робота № 2

Розрахунок режимів автоматичного та напівавтоматичного зварювання під шаром флюсу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Практична робота № 3

Розрахунок режимів зварювання в захисних газах

4 Практична робота № 4

Визначення схильності до утворення гарячих і холодних тріщин при зварюванні вуглецевих та низьколегованих сталей . .

5 Практична робота № 5

Розрахунок параметрів зварювання за допомогою порошкового дроту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 Практична робота № 6

Розрахунок параметрів точкового зварювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 Практична робота № 7

Розрахунок параметрів стикового зварювання опором . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 Практична робота № 8

Розрахунок параметрів зварювання тертям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Перелік рекомендованих джерел . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

Дисципліна «Технологія зварювання конструкцій нафтогазового обладнання» відноситься до вибіркових навчальних дисциплін підготовки бакалаврів за напрямком 6.050304 – «Нафтогазова справа».

Робочою програмою даної дисципліни передбачено 16 годин практичних занять, на яких виконується 8 практичних робіт, кожна з яких розрахована на 2 години.

Практичні заняття спрямовані на відпрацювання методики розрахунку технологічних параметрів зварювальних процесів. Тематика практичних занять визначається метою робочої програми, а саме: навчити студента розраховувати технологічні параметри різних способів зварювання для виконання якісних зварних швів при виготовленні та ремонті конструкцій нафтогазового обладнання.

До практичних занять допускаються студенти, які освоїли теоретичні положення, що даються в кожній практичній роботі, вивчили будову устаткування та знають порядок проведення роботи. При підготовці до заняття студенти повинні підготовити шаблон практичної роботи, в якому вказати назву та мету практичної роботи, коротко описати основні теоретичні положення, порядок виконання роботи зі всіма необхідними схемами та таблицями для записування результатів роботи.

Звіт з лабораторних робіт повинен складатись з титульної сторінки, змісту, протоколів з лабораторних занять з результатами роботи, аналізом результатів та висновками, переліком посилань на літературні джерела. Звіт оформляють на аркушах паперу формату А4 (210 х 297 мм), згідно діючими вимогами до оформлення текстових матеріалів. Вчасно захищені практичні роботи та зданий звіт слугують допуском до заліку з даної дисципліни.

При виконанні практичних робіт відсутні фактори, що можуть завдати шкоди здоров’ю або створити загрозу життю. Необхідно дотримуватись встановлених правил поведінки на заняттях

Практична робота № 1

Тема: РОЗРАХУНОК РЕЖИМІВ ПРИ РУЧНОМУ ДУГОВОМУ

ЗВАРЮВАННІ

Мета: ознайомитись з методикою проведення розрахунків режиму зварювання стикових швів та набути навичок їх розрахунків.

1. Основні відомості з теоретичної частини

Сутність способу ручного дугового зварювання полягає в тому, що тепло, необхідне для розігрівання кромок металу, виділяється при горінні електричної дуги, утвореної між зварюваних металом і металевим електродом. Електрична дуга оплавляє основний метал і розплавлює металевий стрижень електрода (температура дуги досягає 3500 ° С і вище). Розплавлений метал заповнює зазор між кромками зварюваних деталей і при застиганні з'єднує їх в одне ціле. Для утворення зварного шва електроду надається складний рух за напрямком до деталі, вздовж шва і поперек шва.

При ручному дуговому зварюванні до параметрів режиму зварювання відносяться: діаметр електрода dел; сила зварювального струму Iзв; напруга на дузі, швидкість переміщення електроду вздовж шва рід струму та його полярність.

Розрахунки параметрів режиму починають з вибору діаметра електрода, який призначають в залежності від товщини листів при зварюванні швів стикових з'єднань, або від катету - при зварюванні швів кутових і таврових з'єднань. Приблизне співвідношення між діаметром електрода і товщиною листа металу приведено в таблиці 1.1 для стикових з'єднань та в таблиці 1.2. - для кутових швів.

Під час зварювання багатопрохідних швів стикових з'єднань перший прохід необхідно виконувати електродами діаметром 3-4 мм, оскільки застосування електродів великих діаметрів ускладнює провар кореня шва. Всі наступні проходи рекомендують виконувати на таких же режимах.

Таблиця 1.1 - Залежність діаметра електроду від товщини зварюваного виробу

Товщина металу виробу, мм	1-2	3	4-5	6-12	13-15	16-20	20 і більше
Діаметр електроду, мм	1,5-2	3	3-4	4-5	5	5-6	6

Таблиця 1.2 - Залежність діаметра електроду від довжини катета шва

Катет шва	3	4	5	6-8
Діаметр електроду, мм	3	3-4	4	5

Під час зварювання кутових швів за один прохід можна одержати шви з катетом не більше 8-9 мм. В разі виконання шва з більшим катетом застосовується багатопрохідне зварювання. Визначаючи кількість проходів, слід враховувати, що максимальний поперечний переріз металу, наплавленого за перший прохід, не повинен перевищувати 30-35 мм². При зварюванні стикових з'єднань площа поперечного перерізу, за якій забезпечуються оптимальні умови формування шва, повинна становити:

для першого проходу

F₁ = (6-8) dел; (1.1)

для наступних проходів

Fпр = (8-12) dел, (1.2)

де Fпр – площа перерізу наступних проходів, мм².

Для визначення кількості проходів та маси наплавленого металу необхідно розрахувати загальну площу поперечного перерізу зварного шва, яку обчислюють як суму площ елементарних геометричних фігур, що утворюють переріз наплавленого металу (рис 1.1).

Рисунок 1.1 - Геометричні елементи площі стикового шва

Площа перерізу одностороннього стикового шва, виконаного без зазору, може бути визначена за формулою:

F = 0,75eq, (1.3)

де е - ширина валика шва, мм;

q – висота опуклості валика, мм.

При наявності зазору між листами металу:

F = 0,75eq+sb (1.4)

де s – товщина металу, що зварюється, мм;

b – ширина зазору, мм.

Площа перерізу стикового шва з V - подібною розробкою та з підварюванням визначається як сума геометричних фігур:

F = 0,75eq+sb+0,75e1q1+ , (1.5)

Площа перерізу кутових швів в залежності від форми перерізу та катету шва може бути визначена за формулою 1.6 для нормального шва та 1.7 для опуклого.

F_н = (1.6)

де k- катет шва, мм;

F = +0,75eq (1.7)

де q - опуклість шва, мм.

Загальну площу поперечного перерізу наплавленого металу кутових швів можна обчислити за формулою:

Fш = , (1.8)

де КЗб - коефіцієнт збільшення, що враховує наявність зазору і опуклість шва, значення якого вибирають по таблиці 1.3 в залежності від катету шва.

Таблиця 1.3 - Залежність коефіціента збільшення від катету шва

Катет шва, мм	3-4	5-6	7-10	12-20	20-30	30 і більше
Кзб	1,5	1,35	1,25	1,15	1,10	1,05

Знаючи загальну площу поперечного перерізу наплавленого металу під час першого і кожного наступних проходів, можна визначити кількість проходів за формулою:

n= . (1.9)

Сила зварювального струму при ручному дуговому зварюванні може бути визначена залежно від діаметра електрода та допустимої щільності струму, А:

Iзв= (1.10)

де dел - діаметр електроду, мм; і допустима щільність струму, А/мм, яка може бути визначена по таблиці 1.4.

Для приблизних підрахунків зварювальний струм може бути визначений за емпіричною формулою:

Iзв=kdел, (1.11)

де k - коефіцієнт, який визначається в залежності від діаметру електрода;

d_ел 1-2 3-4 5-6

k, А/мм................... 25-30 30-45 45-60

Таблиця 1.4 - Залежність допустимої щільності струму від покриття електроду

Вид покриття	Допустима щільність струму (А/ мм2) в електроді при ручному дуговому зварюванні
	3	4	5	6
Кисле, рутилове	14-20	11,5-16	10-13,5	9,5-12,5
Основне	13-18,5	10-14,5	9-12,5	8,5-12,0

При зварюванні вертикальних і горизонтальних швів сила струму зменшується на 10-15%порівняно з силою струму для зварювання в нижньому положенні, а для стельових швів - на 15-20%.

Напруга дуги U_д при ручному дуговому зварюванні змінюється в межах 20-36 В і при проектуванні технологічних процесів ручного зварювання не регламентується, а вибирається на основі рекомендації визначеної марки електрода.

Швидкість зварювання (переміщення дуги) (м/год.) може бути визначена за формулою:

νзв= , м/год (1.12)

де α_н - коефіцієнт наплавки, А/год, позначається в паспорті на дану марку електрода;

γ - щільність наплавленого металу, г/см³, для сталі γ = 7800 г/см³; F_н - площа поперечного перерізу наплавленого металу за даний прохід, см². Погонна енергія, що визначає тепловий вплив на зварювальний метал, характеризує кількість теплоти, яка витрачається на одиницю довжини зварного шва для однопрохідного шва або валика довжиною 1 см, і може бути визначена як відношення ефективної теплової потужності дуги до швидкості її переміщення:

qn = Дж/см, (1.13)

де η -ефективний ККД дуги; для дугового зварювання товстопокритим електродом η =0,60 – 0,85.

Розміри зварного шва при ручному дуговому зварюванні визначаються розмірами розробки окрайок, підготовлених під зварювання.

2. Завдання на практичну роботу (приклад)

Розрахувати режим ручного дугового зварювання стикового з'єднання пластин із низьколегованої сталі 10 XСНД товщиною 8 мм.

3. Порядок розрахунків

3.1. Визначаємо діаметр електроду згідно таблиці 1.1. Приймаємо діаметр електроду 4 мм.

3.2. Визначаємо площу перерізу зварного шва за ДОСТ 5264-80. Керуючись товщиною металу визначаємо тип зварного з'єднання - С42 без розробки окрайок, шов двосторонній з підварюванням. По таблиці 10 вказаного ДОСТу вибираємо основні характеристики зварного з'єднання: глибина проплавлення h = 5 мм; зазор між пластинами b = 2 мм; ширина верхнього валика шва e = 12 мм; висота верхнього валика q = 2 мм; ширина валика підварювання e₁ = 10 мм; висота валика підварювання q₁ = 2 мм.

Розраховуємо площу перерізу стикового шва:

F_н=0,75eq + sb+0,75e1q1=0,75·12·2+8·2+0,75·10·2=49 мм.

3.3. Визначаємо допустиму густину струму в залежності від діаметра електроду і виду електродного покриття. Для зварювання низьколегованої сталі 10XСНД приймаємо електроди з основним покриттям марки УОНИ-13/45. Згідно таблиці 1.4 вибираємо для dел = 4мм допустиму густина струму i= 12,5 А/мм².

3.4. Визначаємо силу зварювального струму:

Iзв=

Приймаємо силу струму 160 А.

Для перевірки визначаємо силу струму за емпіричною формулою:

Iзв= kdел= 40 ∙4 =160А.

3.5. Швидкість зварювання визначаємо за формулою:

ν_зв=

3.6. Визначаємо погонну енергію:

qn =

4.Індивідуальні завдання

Варіант	Марка сталі	Товщина металу	Варіант	Марка сталі	Товщина металу
1.	ВСт3	5	10.	Сталь 30	10
2.	09Г2	3	11.	Сталь 08	1,6
3.	15ХСН	6	12.	ВСт3	2
4.	08кп	5	13.	Сталь 15	5
5.	08кп	8	14.	Сталь 10	8
6.	Сталь 30	10	15.	Сталь 20	4
7.	10ХСН	7	16.	Сталь 35	6
8.	Сталь 15	12	17.	09Г2С	8
9.	09Г2С	1,8	18.	Сталь 25	5

5. Після виконання практичної роботи студент повинен знати:

- послідовність розрахунку параметрів режиму ручного дугового зварювання;.

• вміти користуватися довідниковою літературою.

6. Контрольні питання

1. Дайте визначення терміну «режим зварювання».

2. Назвіть основні параметри режиму ручного дугового зварювання.

3. Назвіть додаткові параметри режиму ручного дугового зварювання.

4. З чого починають розрахунок параметрів режиму зварювання?

5. Як параметри режиму ручного дугового зварювання впливають на якість і формування шва?

7. Література

1. Думов С. И. Технология электрической сварки плавлением – Учебник. – 3-е изд., перераб. и допол. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. – 461 с.: ил. Сторінки 209-212.

ПРАКТИЧНА РОБОТА №2

РОЗРАХУНОК РЕЖИМІВ АВТОМАТИЧНОГО І НАПІВАВТОМАТИЧНОГО ЗВАРЮВАННЯ ПІД ШАРОМ ФЛЮСУ

Мета: ознайомлення з методикою і послідовністю проведення розрахунку режимів автоматичного і напівавтоматичного зварювання під шаром флюсом.