2.2.2 Различные элементы по разному влияют на свариваемость и качество шва.

Углерод – при содержании 0,03% свойства стали ухудшаются, повышенное содержание углерода вызывает образование газов в сварочной ванне и кипения, что способствует росту зёрен, перегреву, образованию трещин. Углерод понижает теплопроводность стали, что приводит к образованию собственных напряжений при сварке. Повышает прочность.

Марганец – повышает прочность и мало влияет на пластичность если в стали содержание углерода до 0,14%, то марганца должно быть > 1,8%

Кремний – повышает прочность, при малом содержании углерода снижается пластичность. Если кремния >0,6%, увеличивается хладноломкость стали.

Хром – если хрома >6% повышается жаропрочность стали. Если хрома >12% коррозионная стойкость стали повышается. Хром снижает склонность стали к старению.

Никель – повышает прочность, коррозионную стойкость, уменьшает склонность к росту зерна. При соединении с серой образует NiS2, Тпл = 6250С, даёт легкоплавкие соединения с Si, Nо, Вr. Как аустенизатор способствует образованию однофазной крупнозернистой структуры. Никель >8% повышает пластичность.

2.2.3 Склонность стали 08х18н10т к межкристаллитной коррозии.

Высоколегированные аустенитные стали наиболее часто используются, как коррозионно-стойкие. Основным требованием, которое предъявляется к сварным соединениям, является стойкость к различным видам коррозии. Межкристаллитная коррозия (МКК) может развиваться как в металле шва, так и в основном металле у линии сплавления (ножевая коррозия) или на некотором удалении от шва.

МКК в металле шва возникает в результате выделения из аустенита под действием термического цикла сварки карбидов хрома. Приводящих к обеднению хромом приграничных объемов зерен. Основными причинами этого являются повышенное содержание в металле шва углерода и отсутствие или недостаточное содержание титана и ниобия.

Склонность стали и швов к МКК предупреждается:

- снижением содержания углерода до пределов его растворения в аустените (до 0.02 -0.03%);

- легирование более энергичным, чем хром, карбидообразующими элементами (титаном, ниобием, ванадием);

- стабилизирующим отжигом при 850-900С в течении 2-3 ч.или аустенизацией - закалкой с 1050-1100С;

- создание аустенитно-ферритной структуры с содержанием феррита до 20-25% путем дополнительног легирования хромом, кремнием. Молибденом. Алюминием.

2.2.4 Склонность стали 08х18н10т к образованию горячих трещин.

Основными требованиями, которые предъявляются к свойствам сварных соединений, являются обеспечение их равнопрочности с основным металлом и отсутствие дефектов в металле шва и в зоне термического влияния.

Обязательным критерием при оценке свариваемости является стойкость сварного соединения против образования трещин. Этот показатель свариваемости материала, который устанавливается по фактору отсутствия трещин и оценивается качественно или количественно подкритической величиной одного из факторов трещинообразования.

Для сталей стойкость сварного соединения против образования горячих трещин следует оценивать косвенным методом по эквиваленту углерода [1, стр. 162].

Расчет значения эквивалента углерода [C]эгт для оценки склонности сварного соединения к горячим трещинам [1,стр. 239].

[C]эгт=C+2*S+P/3+(Si-0,4)/7+Ni/8+Cu/10 ( 3 )

[C]эгт=0,12+2*0,02+0,035/3+(0,8-0,4)/7+11/8=1,6

[C]эгт=1,60>0,40 - сталь склонна к образованию горячих трещин

Причиной образования горячих трещин является образование легкоплавких эвтектик располагающихся по границам зерна. Они образуются за счёт серы (Тпл NiS = 6440С), если в металле шва содержание ферритообразователей будет таково, что в результате кристаллизации наряду с аустенитными зёрнами образуется некоторое количество второй фазы, то такие швы будут менее склонны к образованию горячих трещин.

При кристаллизации двухфазного металла образуется большое количество центров кристаллизации, так как наряду с аустенитными кристаллами из расплава выпадают кристаллы феррита.

На практике нашли применение следующие пути протов образования кристаллизационных трещин в высоколегированных швах:

Создание в швах двухфазной структуры – аустенит + 2-3% феррита

Ограничение содержания в шве вредных примесей и легирование такими элементами как молибден, марганец, вольфрам.

Применение фтористокальциевых покрытий и фторидных сварочных флюсов.

Применение различных технологических приёмов.

2.2.5 Склонность стали 08Х18Н10Т к образованию пор.

Эта сталь аустенитно класса и причиной образования пор может являться лишь Н2 – водород, но так как Si 0,08, то водород выходит из металла в виде нерастворимого в металле фтористого водорода.

Образование пор в аустенитном металле за счёт азота и углерода менее вероятно вследствие высокой растворимости и небольшого выгорания углерода в хромоникелевых сталях.

Вывод: Сталь 08Х18Н10Т обладает высокой прочностью и хорошей свариваемостью при достаточной пластичности. Условия сварки нормальные.

2.3 Обоснование выбора сварочных материалов.

При автоматической сварке под флюсом и механизированной сварке в среде аргона высоколегированной стали рекомендуется использовать сварочную проволоку марок: Св-06Х20Н11М3ТБ и Cв-07Х18Н9ТЮ.

Таблица 9- Химический состав проволоки. ГОСТ 2246-70

Марка проволоки	С	Si	Mn	Cr	Nb
Св-05Х20Н9ФБС	Не более 0,07	0,90-1,5	1,0-2,0	19,0-21,0	1,0-1,4
Cв-07Х19Н10Б	0,05- 0,10	Не более 0,7	1,5-2,0	18,5-20,5	0,9-1,3
Марка проволоки	Ni	V	S не более	Р не более	Прочие
Св-06Х20Н9ФБС	8,0-10,0	0,9-1,3	0,020	0,030
Cв-07Х19Н10Б	9,5-10,5		0,018	0,025

Таблица 10- Механические свойства соединений ГОСТ 2246-70

Марка проволоки	Gв	Gт	%
	МПа
Св-05Х20Н9ФБС	724	443	28,6
Cв-07Х19Н10Б	621	392	47,1

Сравнивая химический состав и механические свойства проволок и основного металла, для сварки данной конструкции выбираем проволоку Св-05Х20Н9ФБС так как она обеспечит химический состав и механические свойства близкие к основному металлу и повысит его коррозионную стойкость и стойкость против образования горячих трещин.

Составы флюсов применяемых при сварке высоколегированных сталей.

Высоколегированные флюсы: 46-ОФ-6, АН-26

Слабо окисленный низко кремнистый флюс, АН-17

Таблица 11- Химический состав флюса ГОСТ 9087-81

Марка флюса	SiО2	МnО	СaF2	МgО	СаО	Аl2О3	Fе2О3	S	P
46-ОФ-6	9-12	----	35-45	11-14	До 8	28-34	----	0,05	0,04
АН-26	29-33	2,5-4	20-24	15-18	4-8	19-23	1,5	0,1	0,1
АН-17	4	0,3	45-60	3,0	16-23	20-27	1,5	----	----

По химическому составу более подходит флюс АН-17. По ГОСТ 9087-81 в этом флюсе высокое содержание СаF2, поэтому металл шва будет стоек к образованию холодных трещин и пор.

Аргон предназначенный для сварки регламентируется ГОСТ 1015-79 и в зависимости от содержания и назначения делится на три группы:

- аргон высшего сорта (не менее 99,99% Аr) - предназначен для сварки титановых сплавов, циркония, молибдена и др. активных металлов и сплавов, а также особо ответственных изделий из нержавеющих сталей.

- аргон первого сорта (не менее 99,98% Аr) предназначенный для сварки плавящимся электродом алюминиевых магниевых сплавов.

- аргон второго сорта ( не менее 99,95% Аr) предназначенный для сварки изделий из чистого алюминия, коррозионно-стойких и жаростойких сталей.

Для сварки данной конструкции выбираем аргон второго сорта, так как он немного дешевле остальных и обеспечивает необходимую защиту сварных швов.

Выводы: Для механизированной сварки в защитных газах применяется аргон второго сорта по ГОСТ 1015 -79 качестве плавящихся электродов для сварки использовать сварочную проволоку СВ-07Х18Н9ТЮ, так как она обеспечивает требуемую коррозионную стойкость и механические свойства за счет повышенного содержания титана, ниобия и элементов–ферритизаторов - кремния, алюминия, хрома.

Для автоматической сварки под флюсом применяется проволока Св-05Х20Н9ФБС по ГОСТ2246-70 и флюс марки АН-17 по ГОСТ9087-81.

Для сварки неплавящимся электродом применяется вольфрамовый электрод марки ЭВЛ -2-150 по ГОСТ23949-80, который содержит активирующую присадку оксида лантана около 1,1-1,4%

2.4 Обоснование выборов способов сварки.

2.4.1 При выборе способа сварки необходимо помнить, что технология должна обеспечить максимальную производительность и экономичность процесса при требуемой надежности конструкции.

При выборе технологии сварки необходимо учитывать факторы:

- стойкость металла шва против образования трещин,

- обеспечение прочности,

- коррозионная стойкость и другие специальные свойства,

- получение плотных швов.

При выборе способа сварки будем руководствоваться следующими показателями:

- производительность,

- экономическая эффективность,

- качество сварного соединения,

- конструктивные особенности изделия,

- условия труда.

Для сварки бака смесителя предназначенного для хранения и перегонки горючего можно применять все способы дуговой сварки.

Исходя из конструктивных особенностей данного изделия, а именно значительной протяженности продольных и кольцевых стыков обечаек целесообразно применять автоматическую сварку под флюсом, а для приварки фланцев и патрубков наиболее приемлемым способом является механизированная сварка в защитных газах.

Исходя из условий эксплуатации, сварные швы будут испытывать значительные статистические нагрузки, поэтому они должны соответствовать требованиям равнопрочности с основным металлом, а также обеспечивать прочность и герметичность.

2.4.2 Автоматическую сварку под флюсом следует выбрать ввиду следующих причин: конструкция изготовлена из высоколегированной стали и является достаточно ответственной, а так же из-за экономии сварочных материалов при сварке в среде Аr. Применение сварки под флюсом, исходя из условий конструкции, экономически и технологически целесообразно.

Использование других видов сварки не удовлетворяет требованиям к качеству сварного шва или делает сварку более трудоёмкой работой. Применение более дорогих способов сварки экономически невыгодно.

2.4.3 Сварку остальных элементов смесителя можно производить плавящимся электродом в инертных или активных газах и их смесях.

Сварка в среде аргона обеспечивает струйный перенос электродного металла, имеет высокую стабильность и качество сворного шва, однако высокая стоимость аргона значительно увеличивает себестоимость изготовления конструкции.

Наиболее приемлемым способом сварки является сварка плавящимся электродом в среде инертных газов с применением сварочных проволок, содержащих раскисляющие и карбидообразующие элементы ( алюминий, титан, ниобий).

2.5 Расчёт режимов сварки

2.5.1 Основными параметрами режима сварки являются:

Диаметр электродной проволоки –

Сила сварочного тока -

Напряжение на дуге -

Скорость подачи электродной проволоки -

Скорость сварки –

Род и полярность тока.

Выбранный режим должен гарантировать сплошность сварного соединения - отсутствие внутренних и внешних несплавлений, необходимую ширину провара кромок и конструктивные элементы сварных швов.

При сварке на выбранных режимах с применением соответствующих сварочных материалов в шве не должны возникать кристаллизационные трещины, для чего режим сварки должен обеспечивать получение оптимального коэффициента формы сварочной ванны.

2.5.2 При расчёте режимов автоматической сварки под флюсом необходимо учитывать влияние таких параметров, как сварочный ток, напряжение, вылет проволоки, скорость сварки, зазор, полярность тока.

Расчёт режимов автоматической сварки под флюсом стыкового соединения С7 по ГОСТ8713-79. Толщина 10мм.

Расчёт сварочного тока производится по формуле:

Iсв = , h =( 0,6-0,7 ) S ( 4 )

где:

h – глубина провара, мм. (7мм)

R – коэффициент пропорциональности определяется по т. 34, мм/100А. Iсв при сварке высоколегированных сталей следует уменьшать на 15 – 20%, это учтено в коэффициенте пропорциональности. R = 1,5 мм/100А

Iсв = 7 х 100 = 566А Уменьшаем ток на 15% Iсв =(460 – 520)А

1,5

- Напряжение при сварке высоколегированных сталей 32 – 40В

Определяем диаметр сварочной проволоки:

( 5 )

где:

i – плотность тока, i = (35-60) А/мм²

- Определяем площадь сечения наплавленного металла Fн в зависимости от формы сечения наплавленного металла валика по формуле:

Определяем скорость перемещения дуги по формуле:

Uсв = ( 6 )

где:

g – 9,0 гр/см² плотность наплавленного металла

aн – коэффициент наплавки, г/(А*ч) aн = 12-13гр/А.ч.

Площадь сечения наплавленного валика

_{( 7 )}

Fн =0,75 х19 х 3= 42,75мм²

Принимаем Uсв = 18-24м/ч.

- Определяем скорость подачи сварочной проволоки по формуле:

Uп.п. = ( 8 )

где:

d – диаметр сварочной проволоки, мм.

Принимаем Uп.п. = 60 - 65 м/ч.

Таблица 12- Режим автоматической сварки под флюсом С7 ГОСТ8713-79

Вид соединения	h мм.	d св. проволоки мм.	Iсв, А	U, В	Скорость сварки ,м/ч	Uпп, м/ч
С7 Основной шов	7	4	460-520	32-36	18 - 24	60 - 65

Таблица 13- Режим автоматической сварки в среде аргона неплавящимся электродом подварочного валика

	J св, А	U, V	Æ W электрода,мм.	Vсв, м/ч	Æпров, мм	Расход газа, л/мин
Корень шва	120-130	9-11	3	6-7	2,0	8-10

Таблица 14 – Режимы механизированной сварки плавящимся электродом в среде аргона ( подварочный шов)

Вид соединения	h мм.	d св. проволоки мм.	Iсв, А	U, В	Скорость сварки ,м/ч	Uпп, м/ч	Q л/ч.
С7 подварочный шов	4	1,4	250-270	25 -27	12 -14	310-340	12-13

Таблица 15- Режим механизированной сварки в среде аргона плавящимся электродом по ГОСТ 14771-76

Вид соединения	d свар. проволоки	Iсв (А)	Uсв м/ч	U1 (в)	Uп.п м/ч	Расход газа л/мин.
У3 первый корневой валик	1,4	160-180	25-30	20-24	210-240	8-10
У3 последующие валики	1,4	210-230	23 - 25	24-26	270-280	10-12
Т6	1,4	240-250	25-27	25-28	280-320	12-14

Расчёт режимов сварки в среде аргона , выполнены по программам ЭВМ Нижегородского политехнического колледжа.

2.6. Обоснование выбора сварочного оборудования

Выбор сварочного оборудования зависит от формы и размеров сварной конструкции, толщины свариваемых кромок и формы их разделки, веса конструкции, марки основного материала, способа сварки, рода тока, полярности, режимов сварки.

2.6.1 Для автоматической сварки под флюсом рекомендуется применять самоходные унифицированные автоматы:

А-1416 и А-1406 УХЛ4

На этих автоматах осуществляют сварку продольных и кольцевых швов, стыковых, угловых и нахлесточных соединений. Автоматы этой серии имеют механизированные приводы вертикального и поперечного перемещения мундштука. В них предусмотрена возможность применения систем слежения по вертикали и поперек стыка, имеется маршевая скорость, замкнутая система циркуляции флюса.

Рассмотрим технические характеристики данных автоматов

Таблица 16- Технические характеристики сварочных головок подвесного типа.

Параметры Напряжение в сети В	А-1406 УХЛ4 380 (50Гц)	А-1416 380 (50Гц)
Номинальный сварочный ток : А ПВ = 60% ПВ = 100%	500 1000	750
Диаметр электродной проволоки: мм. сплошная (флюс) сплошная, защитный газ порошкова	2,0 – 5,0 2,0 -5,0 2,0-3,0	2,0 5,0
Скорость подачи сварочной проволоки, м/ч. Скорость сварки	17-553 12-120	17 - 558 12-120
Вес, кг	185	365
Габаритные размеры, мм	1010х890х1725	1820х815х930

Для автоматической сварки выбираем головку марки А-1406 УХЛ4, так как подходит по параметрам, к тому же на ней можно выполнять сварку не только в защитных газах, но и под флюсом.

Сварочный автомат А1406 УХЛ4 предназначен для электродуговой сварки и наплавки низколегированных и легированных сталей плавящимся электродом на постоянном токе и независимыми от параметров дуги скоростями сварки и подачи электродной проволоки. Этим автоматом можно сваривать детали, имеющие кольцевые и продольные швы простой конфигурации. Головка имеет вертикальный подъем 500мм. Имеются ручные поперечная корректировка электрода ( + 70 мм.) и регулировка наклона электрода ( + 30 град.). Амплитуда колебания электрода - от 0 до 70мм.

Изготовитель: « Каховский завод электросварочного оборудования.