ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет Машиностроительный

Кафедра Оборудование и технология

сварочного производства

Технологические основы сварки давлением

Курсовой проект

Вариант 11

Студент _________________________ Романов Н. А.

подпись

_______­___________________

дата

Руководитель _________________________ Киселев А.С.

подпись

________________________

дата

Томск 2005

Исходные данные

Материал: сталь 12Х18Н10Т

Способ сварки: точечная

Задание

Разработать технологию контактной сварки листов исходя из условий:

1. Обосновать выбор конструктивных элементов соединения;

2. Обосновать количество прихваток и последовательность их простановки;

3. Обосновать выбор параметров режима сварки (прихваток).

Рисунок 1- параметры свариваемы деталей.

Содержание

Введение 3 1. Характеристика материала и его свариваемости 1.1. Материал сварной конструкции 4 1.2. Оценка технологической свариваемости. 6 2. Выбор конструктивных элементов соединения. 7 3. Выбор количества прихваток и последовательность их постановки. 9 4. Выбор параметров режима точечной сварки. 10 5. Список использованной литературы. 11

ВВЕДЕНИЕ:

Контактная сварка - это процесс образования неразъёмных соединений конструкционных металлов в результате их кратковременного нагрева электрическим током и пластическом деформировании усилием сжатия.

Соединение свариваемых деталей при контактной сварке (как и при других способах сварки) происходит путём образования связей между атомными агрегатами в зоне контакта этих деталей. При этом для образования физического контакта и активации соединяемых поверхностей затрачивается тепловая и механическая энергия, подаваемая извне. Контактная сварка отличается от других способов сварки высокой степенью механизации, роботизации, автоматизации и, как следствие высокой производительностью. Благодаря совершенствованию технологического процесса и модернизации оборудования области ее использования непрерывно расширяются.

Согласно техническому заданию сварное соединение необходимо выполнить при помощи точечной сварки.

Необходимое требование - обеспечить равнопрочность сварного соединения к основному металлу.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛА И ЕГО СВАРИВАЕМОСТИ

1.1 Материал сварной конструкции.

Существующие аустенитные высоколегированные стали и сплавы различают по содержанию основных легирующих элементов - хрома и никеля и по составу основы сплава. Высоколегированными аустенитными сталями считают сплавы на основе железа, легированные различными элементами в количестве до 55%, в которых содержание основных легирующих элементов - хрома и никеля обычно, где выше 15 и 7% соответственно. К аустенитным сплавам относят железоникелевые сплавы с содержанием железа и никеля более 65% при отношении никеля к железу 1 : 1,5 и никелевые сплавы с содержанием никеля не менее 55%

Сталь 12Х18Н10Т относиться к аустенитным сталям. Применяется как корозионно-стойкийм а так же как жаропрочный материал. По системе легирования материал относится к хромоникелевым сталям. Из данной стали изготавливают тонколистовой прокат по ГОСТ 5582-75, а так как по заданию требуются листы толщиной 1.5 мм, то следует рассмотреть механические свойства этого проката (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Механические характеристики проката из стали 12Х18Н10Т

Марка стали	σВ,Н/мм2	σт ,Н/мм2	δ, %
	Не менее
12Х18Н10Т	530	205	40

Химический состав стали по гост 5632 указан в таблице 1.2

Таблица 1.2- Массовая доля элементов стали 12Х18Н10Т, %.

C	Si	Mn	Cr	Ti	Ni	S	P
≤0.12	≤0.80	1.00-2.00	17.00-20.00	5С-0.70	9.0-11.0	≤0.020	≤0.035

1.2 Оценка технологической свариваемости.

Главной и общей особенностью сварки является склон­ность к образованию в шве и околошовной зоне горячих трещин, имеющих межкристаллитный характер. Они могут наблюдаться как в виде мельчайших микро­надрывов, так и видимых трещин. Горячие трещины могут возникнуть и при термической обработке или работе конструкции при повышенных температурах. Образование горячих трещин связано с формированием при сварке крупнозер­нистой макроструктуры, особенно выраженной в многослойных швах, когда кристаллы последующего слоя продолжают кристаллы предыдущего слоя, и нали­чием напряжений усадки.

Высоколегированные аустенитные стали и сплавы наиболее часто исполь­зуют как коррозионно-стойкие. Основным требованием, которое предъявляется к сварным соединениям, является стойкость к различным видам коррозии. Межкристаллитная коррозия может развиваться как в металле шва, так и в основном металле у линий сплавления (ножевая коррозия) или на некотором удалении от шва. Механизм развития этих видов коррозии одинаков, однако причины возникновения различны.

Эквивалентное содержание углерода подсчитываем по формуле [3,С.203]

Сэ = С+Mn/6+Cr/5+V/5+Mo/4+Ni/15+Cu/13+Р/2, (1)

где C, Mn, Cr, V, Mo, Ni, Cu, P- процентное содержание легирующих элементов в металле шва.

Сэ=0,35+1,0/6+1,2/5+0,25/15=0,77%.

Стали с эквивалентом по углероду более 0,45% склонны к образованию трещин при сварке.

2. Выбор конструктивных элементов соединения.

В понятие «оптимальные размеры соединения» входит несколько измеряемых величин, называемых конструктивными элементами соединения, [2, С.75].

Основными конструктивным элементом для точечной сварки является (минимальный) диаметр ядра, [2, С.76]. Этот размер устанавливают из условия получения необходимой и стабильной прочности сварного соединения при минимальной нахлёстке.

Другими конструктивными элементами соединений являются, [2, С.77]:

а) величина проплавления (h);

б) глубина вмятины (g);

в) минимальное расстояние между центрами соединяемых точек в ряду (tш);

г) минимальная величина нахлёстки (В);

д) расстояние от центра точки до края нахлёстки (u).

Величины В, tш, u, кроме того, зависят от соотношения толщины свариваемых деталей, [2, С.78]: при S/S1 > 2 их увеличивают на 20 - 30%. Вообще, при сварке деталей неравной толщины конструктивные элементы выбирают по более тонкой детали, [2, С.78].

Для того чтобы определить необходимое количество сварных точек, при помощи которых детали будут соединены между собой, и сварное соединение будет равнопрочно основному металлу, необходимо воспользоваться расчетом сварной конструкции на прочность.

Расчетная схема листа на прочность представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Расчетная схема листа на прочность при его растяжении

Запишем условие прочности при растяжении.

, (1)

где Р - усилие;

F - площадь поперечного сечения. Данную площадь можно определить по формуле:

, (2)

где S - толщина листа. Согласно заданию, толщина листа равна: S = 1,5мм.

L - длина листа. Согласно заданию, длина листа равна: L = 600мм.

Таким образом,

.

[р] - допускаемое напряжение на растяжение. Согласно [3, С.44], допускаемое напряжение на растяжение можно определить по формуле:

(3)

где к1 - коэффициент запаса прочности. Для машиностроения он равен, [3, С.44]: к1 = 1,3…1,4;

σТ – предел текучести основного металла; σТ = 250 МПа.

Таким образом,

Следовательно, усилие, при котором лист разрушиться равно:

(4).

Согласно [2, С.77], для толщин: S 1.5мм, минимальный диаметр литого ядра можно определить по эмпирической формуле:

, (5)

.

Принимаем d = 6мм.

Определим необходимое количество сварных точек, при котором сварное соединение будет равнопрочно основному металлу.

Поскольку, при растяжении сварные точки работают на срез, то запишем условие прочности при срезе, [3, С.69]:

, (6),

где τ΄ - допустимое растяжение на срез. Его можно определить по формуле, [3, С.45]:

, (7).

.

Следовательно, необходимое количество точек равно:

, . (8)

.

Принимаем, I = 53.

Согласно [2, С.5, табл.1], для изделий толщиной S = 1.5мм, конструктивные элементы соединения ориентировочно можно принять в соответствии с данной таблицей.

Таблица 3 - Рекомендуемые величины нахлёстки и минимального шага точек

Толщина деталей, мм	Диаметр литого ядра, мм	Минимальный шаг между точками, мм	Величина нахлёстки, мм
1,5 + 1,5	6,0+1	15	однорядное расположение точек	двухрядное расположение точек
			12	27

Полученное количество точек нельзя разместить в один ряд по всей длине соединения, поскольку минимальный шаг между точками меньше рекомендуемого (таблица 3). Это связано с тем, что минимальный шаг между точками устанавливают из условия незначительного шунтирования тока при сохранении высокой прочности шва, [2, С.77].

В нашем случае, разместим точки в два ряда, при этом средний шаг между токами по всей длине конструкции будет равен: tш = 23 мм.

Расстояние между осями рядов принимаем равным минимальному рекомендуемому шагу между точками, при котором, вследствие незначительного шунтирования, не происходит потери прочности сварного соединения.

Согласно таблице 3, рекомендуемая величина нахлестки для двухрядного расположения точек равна 27 мм. Размеры конструктивных элементов, данного сварного соединения, представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - размеры конструктивных элементов данного сварного соединения