Введение

Главным направлением развития на сегоднейший день считается разработка и внедрение новых технологий сварки и резки металлов, соответствующие международным стандартам.

С распадом Союза в России была частично утрачена научно- техническая база для фундаментальных исследований. И в это время, стараясь удешевить сварочный аппарат, производители стали мало уделять внимание , на качество. Не отвечая новым требованиям, отечественный машиностроительный комплекс теряет все заказы на изготовление сложных металлоконструкций. Эта проблема коснулась и судостроение, где резко снизилось количество и номенклатура изготовленных судостроительных изделий, что конечно сказалось на техническом оснащении заводов. И за этот период времени заводах имеющиеся сборочно-сварочное оборудование и оснастка морально устарела, поэтому предлагаемая технология и рекомендуемая линия по изготовлению палубных секций позволяет решить те трудности и задачи , которые стоят в судостроительной промышленности. А именно применение механизированных способов сварки, использование инверторного оборудования.

Делая, из этого выводы наши производители сварочного оборудования за двадцать лет сделали, большой вклад в развитие современного сварочного оборудования, контроля и защиты сварщика, выведя, сварку на новый уровень. Появились новые способы сварки – лазерная сварка и резка, светолучевая сварка и т. д. новое оборудование для питания дуги, более экономичное и мощное; так же появились усовершенствованные средства защиты сварщика – электронные маски, более совершенные устройства вентиляции.

Сварочный процесс соединения металлов обладает наибольшими перспективами развития в будущем по сравнению с другими видами соединения металлов. Этому способствуют новейшие разработки в сварочном производстве.

Оборудование для сварки становится более компактным, простым в управлении и экономичным в потреблении энергии. Вот некоторые примеры новинок сварочного оборудования, которые применяются в производстве. Это разработанные российскими учеными сварочные полуавтоматы (MiG \ MaG)с синергетическим управлением. Эти аппараты обладают устойчивой дугой и устройством для получения мелкокапельного переноса металла через дугу, что позволяет выполнять качественную сварку даже непрофессионалу. Г.П.ИПО –“ Техномаш ” разработал лазерную технологию в производстве пильного оборудования.

Лазерную резку для безотходного профилирования зубьев пил любой формы и твердости, заготовок неограниченных размеров, локальное лазерное термоупрочнение зубьев пил, повышающее стойкость зубьев в три – пять раз. АО НИИТ “Автопром” – разработал светолучевое сварочное оборудование и светолучевые технологии, не имеющих аналогов в мире. Принцип действия основан на плавлении металлов под действием сфокусированного пучка света от мощной дуги ксеноновой лампы. Применяемые технологии позволяет осуществить новые технологии, которые до настоящего времени выполнялись с применением лазерных технологий. Светолучевое оборудование обеспечивает плавное регулирование рабочей температуры, может применяться для сварки тонколистовых конструкций из разнородных материалов, стекла, керамики Многие из новинок имеют применение в изготовлении корпуса воздухоохладителя. Такие, как новейшие полуавтоматы с инверторными источниками питания серии MC.Так же сделали обновление горелок: газопламенная горелка Кордо АП, АГНИ-03\04М для неплавящегося электрода в среде инертных газов. SWELDex предложил новое улучшенное и облегченное устройство , SWELDex pro, которое легко можно переместить и поставить в любое помещение.

Не забыли и про сварщика для него сделали весь костюм из кожаной ткани, на руки сделали краги спиновые (из термостойкого спина, прошитые нитью “Кивлара ”). Для защиты глаз комплект средств защиты КН1-1. Среди электродов общего назначения российские предприятия в наибольших объемах выпускают электроды с рутиловым (марки МР-3, АНО-21, ОЗС-12) и ильменитовым (марка АНО-6) покрытием. Доля таких электродов составляет около 60% от общего объема производства (см. рисунок 2). Они пользуются на рынке наибольшим спросом, так как пригодны для сварки, как переменным, так и постоянным током, практически во всех положениях, сварка доступна даже сварщику с невысокой квалификацией. В меньших объемах выпускаются электроды с покрытием основного вида (марки УОНИ-13/45, УОНИ-13/55), их доля составляет около 36%. Эти электроды применяются для сварки особо ответственных конструкций и требуют от сварщика высокой квалификации.

1 Общая часть.

1.1. Описание изделия. Грот-мачта представляет собой три свареные друг с другом трубы на которые устанавливаются узлы . Материал сталь 10ХСНД.

Технологичность. Технологичной считается конструкция, обеспечивающая наиболее простое, быстрое и экономичное изготовление, при соблюдении необходимой прочности, устойчивости, выносливости и других эксплуатационных качеству.

Швы выполнены механизированной и автоматической сваркой в среде СО₂ плавящимся электродом порошкового типа.

Швы не пересекаются, значит конструкция выполнена рационально, что исключает конструктивный не провар в местах пересечения.

Сварочные материалы подобраны близко по химическому составу к основному металлу и обеспечивают с основным металлом.

При сборке конструкция позволяет обеспечивать в процессе работы жёсткое закрепление.

Последовательность и способы выполнения сварных швов рационально.

1.2.Назначение конструкции .Конструкция предназначена для установки на неё габаритных огней , установок радио и спутниковой связи.

1.3.Условия эксплуатации изделия. Конструкция эксплуатируется в кораблестроение при знакопеременых нагрузках.

2 Технологическая часть.

2.1. Заготовительные операции .Перед подачей деталей в сборку и сварку их подвергают правке, зачистке, разметке и резке.

2.1.2Операция очистки. Очистку применяют: для удаления с поверхности металлов средств консервации, загрязнений, смазочно-охлаждающих жидкостей, ржавчины, окалины, заусенцев и шлака, затрудняющих процесс сварки, вызывающих дефекты сварных швов и препятствует нанесению защитных покрытий. Для очистки проката, деталей и сварных узлов применяют механизированные и химические методы. К механизированным методам относятся способы очистки: дробеструйная и дробемётная, выполняемые ванным или струйным способами. Дробеструйный и дробемётный способы применяют для очистки листового и профильного проката и сварных узлов от окалины, ржавчины и загрязнений при толщине металла 3мм и более. При дробеструйном и дробемётном способах очистки дробь выбрасывается с большой скоростью на очищаемую поверхность и ударяясь о металл, удаляет имеющуюся на нём загрязнения, ржавчину, окалину.

.

2.2. Обоснование выборов способов сварки. При изготовлении грот-мачты используется сварка в СО2 ,сварку можно выполнять как в углекислом газе так и в инертном. Но сварка в среде аргона увеличивает стоимость процесса исходя из этого целесообразным будет использовании сварки в среде углекислого газа.

2.3 Анализ основных материалов. Конструкция грот-мачта изготовляется из стали марки 10ХСНД поставляемой по ГОСТ 19282-73.Для оценки характеристик свариваемости данной стали необходимо рассмотреть ее химический состав и механические свойства, приводимые в таблице 1 и таблице 2 пояснительной записки. Из этой стали, изготовляется, металлические конструкции к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозийной стойкости. Согласно ГОСТ на данный материал определяем химический состав и механические свойства, которые приведены в таблице.

C	Mn	Si	Cr	Cu	Ni	S	P
До 0,12	0,5-0,8	0,8-1,1	До 0,30	0,15-0,30	0,5-0,8	0.04	0,035

Таблица 1- Химический состав стали. ГОСТ 19282 – 73

Таблица 2- Механические свойства стали

Марка стали	Временное сопротивление Gв МПа/мм	Предел текучести Gт МПа/мм	Относительное удлинение
10ХСНД	520	400	19

Группа стали определяется по содержанию углерода и суммы легирующих элементов относиться и низкоуглеродистым конструкционным сталям.

Определение группы и класса стали

Е_лэ=C%+Si%+Mn%+Cr%+Cu%+Ni%+S%+P% (1)

Е_лэ = 0.12 + 0.9 + 0.6+ 0.3 + 0.2+0.6+0.04+0.035 = 2.79

Класс стали определяется по эквивалентному содержанию Cr и Ni Сталь легированная конструкционная низкоуглеродистая

Cr_экв = Сr% + 1,5Si% (2)

Сr_экв = 0,3 + 1,5*0,9 = 1.65

Ni_экв = Ni% + 30*C% + 0,5*Mn% (3)

Ni_экв = 0,6 + 30*0,12+0,5*0.6 =

Как известно, свариваемость – совокупность свойств свариваемого металла, которая при правильно выработанном технологическом процессе обеспечивает прочное сварное соединение. Для определения группы свариваемости необходимо рассмотреть влияние легирующих и иных элементов

Основные критерии свариваемости:

- окисляемость металла при сварке, зависящей от его химической активности;

- сопротивление образованию горячих трещин при повторных нагревах;

- сопротивление образованию холодных трещин и замедленному разрушению;

- чувствительность металла к тепловому воздействию сварки, характеризуемая его склонностью к росту зерна, структурными и фазовыми изменениями и зоне термического влияния, изменениями прочности и пластических свойств;

- чувствительность к образованию пор;

- соответствие сварных соединений эксплуатационным образованиям.

На свариваемость стали, влияет углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали. О свариваемости стали можно судить по эквиваленту углерода С_экв и суммарному содержанию легирующих элементов.

По таблице Шеффлера сталь ферритного класса.

Элементы, содержащиеся в стали, оказывают существенное влияние на ее свой­ства, в том числе на механические, технологические (например, свариваемость) и спе­циальные.

Углерод (С)—активный упрочнитель стали, повышающий ее предел прочно­сти, предел текучести и другие показатели прочности, но снижающий ее пластичность и ударную вязкость. Углерод активно связывает в карбидах многие легирующие эле­менты. Он существенно снижает технологичность стали при сварке. При содержании углерода более 0,25% свариваемость стали резко ухудшается, поскольку в зоне терми­ческого влияния образуются структуры закалки, приводящие к образованию трещин. Кроме того, повышенное содержание углерода вызывает при сварке пористость метал­ла шва.

Кремний (Si) не повышает жаропрочности стали, но повышает ее окалино-стойкость. Кремний — весьма активный раскислитель стали при выплавке. В количест­вах .до 0,3% кремний не вызывает затруднений при сварке, однако при его содержании более 0,8% свариваемость стали ухудшается из-за высокой жидкотекучести металла и образования тугоплавких окислов кремния, загрязняющих сварной шов неметалличе­скими включениями.

Марганец (Мп), находясь в твердом растворе в стали, усиливает энергию внутрикристаллических связей, однако ввиду невысокой температуры рекристаллизации на жаропрочность стали благоприятно почти не влияет. Более ценным является полез­ное влияние марганца на прочность стали при сравнительно невысоких температурах (примерно до 300°С), при которых марганец способствует существенному повышению пределов прочности и текучести стали. Марганец — активный раскислитель и десуль-фатор стали.

Последнее проявляется в очищении стали и металла шва при сварке от вредной примеси — серы путем образования легко удаляемых из металла нерастворимых соединений сернистого марганца. При обычном его содержании (0,3—0,8%) марганец благоприятно влияет на технологичность стали и, кроме того, уменьшает разбрызгива­ние металла при сварке. Однако при более высоком содержании, например 1,8—2,5%, он существенно повышает прокаливаемость стали, в результате чего появляется опас­ность появления трещин в околошовной зоне.

Хром (Сг) сильно повышает коррозионную стойкость и окалиностойкость стали, связывая в окись хрома практически весь свободный кислород как чрезвычайно актив­ный раскислитель. Несколько повышает жаропрочность

стали, обладая высокой темпе­ратурой рекристаллизации. В теплоустойчивых сталях хром находится в пределах 0,3—1,5%, в конструкционных 0,7—3,5%, в высокохромистых 12—-1в% и в хромонике-левых 9—35%. Хром, ухудшает свариваемость стали, резко повышая твердость в зоне термического влияния и образуя тугоплавкие окислы, затрудняющие процесс сварки.

Никель (Ni) активно стабилизирует аустенит и сильно расширяет область у-фазы: в высоконикелевой стали аустенит сохраняется при комнатной температуре. На жаропрочность никель влияет косвенно, создавая в стали высокожаропрочную структу­ру аустенита. Никель ,повышает коррозионную стойкость стали и увеличивает пластич­ность и прочность стали, измельчает зерно, повышает прокаливаемость стали и не ухудшает ее свариваемости. В

высоколегированных сталях никель содержится в пре­делах 8—35%, в конструкционных низколегированных— 1—5%.

Медь(Cu )– Медь повышает стойкость против коррозии в атмосферной среде и морской воде

Сера (S) —вредная примесь, повышающая склонность стали к образованию го­рячих трещин при сварке. В сталях обыкновенного качества содержание серы ограни­чивают 0,055%, в качественных сталях — 0,035% и в высококачественных — 0,02—0,03%.

Фосфор (Р) —также вредная примесь, поскольку он способствует резкому сни-женило ударной вязкости стали и придает ей склонность к хрупкому разрушению при комнатной и при отрицательной температуре —явление хладноломкости. Содержание фосфора в котельных сталях ограничивают верхним пределом на уровне 0,03—0,055%.

Склонность стали к дефектообразованию.

Склонность стали к образованию горячих трещин

Расчёт эквивалентного содержания серы

H cS = C × ( S + P + 0,04 × Si) ≤ 0,002 (4)

3 * Mn + Cr

H cS= 0,12×( 0,04+ 0,035 + 0,04 × 0,9) = 0,006 >0,002

3×0,6+0,3

Сталь склонна к образованию горячих трещин

Причины возникновения горячих трещин:

1.При нагреве внутри тела возникает деформация сжатия, а при охлаждении растяжения. Это приводит к внутренним деформациям. Если такие деформации в сварном шве будут преобладать над его деформационной способностью, то возникнут трещины.

2. Если структура металла шва будет крупнозернистой, то зональная и дендритная ликвации будут интенсивнее, а это усилит образование горячих трещин.

3. Исходя из химического состава с меньшим содержанием серы и фосфора влияющих на образование легкоплавкой эвтектики. Можно сделать вывод, что чем чище металл, тем меньше вероятность образования горячих трещин.

4. Чем больше в металле шва элементов карбидообразователей (Cr,Mo,V,Ti), тем больше вероятность образования жидкой легкоплавкой эвтектики, которая приводит к образования горячих трещин.

Мероприятия по снижению горячих трещин:

1.Применять сварочные материалы с меньшим содержанием серы и фосфора.

2.Содержание серы и фосфора должно быть ограничено.

3.Содержание легирующих элементов должно быть повышено, а углерода в сочетании с ними понижено. Особенно благоприятно влияют на снижение горячих трещин Mg, Cr, Ti.

4.Снижение доли основного металла, избегать узкой и глубокой разделки кромок.

Склонность металла к образованию холодных трещин

≤ 0,35 (5)

Не смотря на то что Сэ превышает 0,35 предварительный подогрев делать не надо т.к толщина 4-5.

Сталь склонна к образованию холодных трещин.

Причины холодных трещин:

Водород поступающей в околошовную зону из метала шва. Холодные трещины так же образуются из-за совместного действия тепловых, сварочных, структурных напряжений и крупнозернистой структуры игольчатого мартенсита.

Мероприятия по предупреждению образования холодных трещин:

- Использование чистых исходных материалов, с минимальным содержанием водорода (Н)

- Выбор оптимальных режимов сварки.

- Проведение термообработки (высокий отпуск) и медленное охлаждение вместе с печью.

Склонность стали к порообразованию

Мероприятия по предупреждению порообразования:

- сварку производить на постоянном токе обратной полярности

- процесс сварки протекает между элементами содержащимися в металле проволоки и основном металле в сварочной ванне FeO взаимодействует с С.

FeO + C = CO + Fe образующая окись углерода приводит к образованию пор

- предотвратить поры можно следующими путями или добавлением 10 – 15% кислорода

- Fe + CO₂ = FeO + CO газ CO₂ практически предохраняет поверхность сварного шва от азотирования, но не от кислорода и водорода. Это происходит в высокотемпературной зоне, идёт интенсивнее окисление полезных примесей. И настолько сильным, что практически весь Mn и Si уходит , чтобы предупредить эти вредные влияния в шве, дополнительно вводятся Mn и Si через проволоку, шов получается прочный, плотный и имеется опасность насыщения шва водородом. Он удаляется добавлением в CO₂ от 5 – 15% кислорода образуется пар H₂O

Вывод: сталь склонна к образованию горячих трещин , в стали могут образоваться холодные трещины и поры. Все меры по предупреждению дефектов приведены выше. Свариваемость стали - хорошая , сварка может выполняться всеми способами сварки.

2.4. Обоснование выбора сварочных материалов.

Выбор сварочной проволоки. Сварочные материалы ,должны обеспечивать устойчивость процесса сварки, отсутствие горячих трещин и пор в сварном шве, высокие механические свойства метала шва, легкую отделимость шлаковой корки, хорошее формирование шва и отсутствие выделения вредных газов при сварке.

Таблица 3. Химический состав проволоки для сварки в среде CO₂.

Марка	C	Mn	Si	N	O	H
ПП-2ДСК	0,9-0,13	0,6-1,1	0,07-0,15	0,03	0,03-0,04	6-10
ПП-АН1	0,6-o,10	0,6-0,8	0,13-0,40	0,04	0,06-0,10	20-30

Таблица 4. Механический состав проволоки для сварки в среде CO₂.

Марка	σ	δ	α
ПП-АН1	50-56	18-24	8-12
ПП-2ДСК	48-52	22-30	14-17

Выбрать сварочную проволоку ПП-2ДСК так как данная проволока сочетается с составом стали и ещё более легирует металл сварного шва, обеспечивая необходимый комплекс механических свойств сварного соединения.

Выбираем сварочную проволоку для ручной дуговой сварки.

Выбор газа для сварки плавящимся электродом порошкового типа в среде СО2.

Газ - СО2

Сорт - 2

Чистота – 90%

ГОСТ 8050-80

При проведении сварочных работ углекислым газом первого сорта будет происходить лучшая защита сварочной ванны от окружающей среды, что приведет к лучшему качеству шва. Расчёт автоматической и механизированной сварки в среде СО2 плавящимся электродом. Расчёт произведён по программе НПК на персональном компьютере программой для расчётов механизированной сварки в среде СО2 плавящимся электродом.

???????????2.5 Расчёт режимов сварки

Под режимом сварки понимают совокупность контролируемых параметров, обеспечивающих устойчивое горение дуги и получение швов заданных размеров, формы и свойств.

Таблица 3-Расчёт режимов автоматической сварки в среде СО2

плавящимся электродом полотнища ГОСТ 14771-76-С7-УП

b, мм	d, мм	Y, А	U, В	Vсв, м/ч	Vпп, м/ч	Q, л/мин
10	2	400-450	25-31	21-23	382	14-20

Таблица 4-Расчёт режимов автоматической сварки в среде СО2 плавящимся электродом таврового набора ГОСТ 14771-76-Т3-УП- 5

b, мм	d, мм	Y, А	U, В	Wсв, м/ч	Wпп, м/ч	Q, л/мин
10	1,8	250-300	24-26	21-23	220-250	10-15

Таблица5-Расчёт режимов механизированной сварки в среде СО2