4. Выбор сварочных материалов и оборудования

Технологическая характеристика элементов:

1. марка электрода – ОЗС-2, т. к. сварка низкоуглеродистой стали (С= 0,25 %);

2. тип электрода по ГОСТ 9467-75 – Э42А;

3. вид покрытия по ГОСТ 9467-75 – рутиловое;

4. коэффициент веса покрытия – 30-40 %;

5. коэффициент наплавки – 9,5-10 г/а∙ч;

6. род тока, полярность – постоянный обратной полярности.

Т. к. для марки электрода ОЗС-2 рекомендуемый ток при электроде диаметром 4 мм составляет 130-150 А, то марка сварочного выпрямителя – ВД-301.

Технические данные сварочных выпрямителей:

1. внешняя характеристика – падающая;

2. номинальный ток при ПР-60% – 300А;

3. пределы регулирования тока – 45-310А;

4. напряжение холостого хода – 65-68В;

5. рабочее (номинальное) напряжение – 32В;

6. напряжение питающей сети – 220/380В;

7. коэффициент полезного действия – 0,72;

8. коэффициент мощности ( Cos φ ) – 0,58;

9. масса – 215 кг.

6. Расчет технологических коэффициентов сварки

Величину тока можно вычислить по следующей формуле:

I = K∙d,

где d – диаметр электрода, мм; К – коэффициент, равный 40…60 А на миллиметр диаметра электрода.

I = 50А/мм∙4мм = 200А

Важной характеристикой процесса сварки является коэффициент наплавки:

К_н =Qн/(I∙t),

где Qн – масса наплавленного металла, г; I – сила тока, А; t – время сварки, ч.

t = = = =

где Кн – коэффициент наплавки, равный 9,5-10 г/(А·ч); V – навариваемый объем, см³ ; ρ – плотность стали, равная 7,85 г/см³; F – площадь поперечного сечения шва, см²; l – длина шва, см; К – катет шва, см; R – радиус окружности, см.

t =(0,36∙2π∙4∙7,85)/(2∙200∙10) = 0,018ч

Скорость свари можно определить из соотношения:

V= =

где V – скорость сварки, см/ч; F – площадь поперечного сечения шва, см²; ρ – плотность стали, равная 7,85 г/см³; К – катет шва, см.

V=(10∙200∙2)/(7,85∙0,36)=1415,4cм/ч

Удельный расход электроэнергии на наплавление металла равен:

W=

где Uд – напряжение дуги (В), которое можно определить по формуле:

Uд = а + b·lд,

где а – суммарное падение напряжения на аноде и катоде; равное 10…12 В/мм;

b – удельное падение напряжения на единицу длины дуги; равное 2..4 мм;

lд – длина дуги, равная 3,5-4 мм.

Uд = 11 + 3·4 = 23 В

Расход электродов, пошедших на образование данного сварного соединения – n,

n =

где Qp – масса расплавленного электродного металла, г;

Qэ – масса одного электрода, г.

Расход толстопокрытых электродов с учетом потерь принимаем, как Qр = 1,6…1,8Qн, Qн = 7,85·F·l,

где l – длина шва, см.

Qн = 35,5г , Qp = 1,7·35,5 =60,4г

Qэ = Qст + Qпокр,

где Qст – масса металлического стержня, г;

Qпокр – масса электродного покрытия, г.

= ∙ ∙7,85

где lэ – длина электрода, равная в данном случае 350 мм.

= ∙35∙7,85 = 34,52

Qпокр = 30-40%Qст

Выбираем, что Qпокр =40%Qст = 0,4·34,52 = 13,80г

Qэ = 34,52 + 13,80 = 48,32г

n = = 1,25

7. Мероприятие по снижению деформаций и напряжений и контроль качества сварных швов

1. Мероприятия по снижению деформаций и напряжений

Основными причинами возникновения сварочных деформаций и напряжения являются неравномерное нагревание и охлаждение изделия, литейная усадка наплавленного металла и структурные превращения в металле шва

Уменьшение внутренних напряжений и деформаций достигается следующими мерами:

1) Используют марки электродов, дающие пластичный металл шва.

2) Выполняют швы с возможно меньшим количеством наплавленного металла, симметрично расположенные относительно центра тяжести сечения элемента.

3) Количество сварных швов, их протяженность и сечение должны быть минимальными в соответствии с прочностным расчетом конструкции. Не рекомендуется перекрещивающиеся швы.

4) Применяют по возможности стыковые швы, так как они обеспечивают наименьшую концентрацию напряжений.

5) Длинные швы выполняют обратноступенчатым способом на проход. Швы накладывают с таким расчетом, чтобы последующий шов вызывал деформации, обратные возникшим от предыдущего шва

6) Используют способы и режимы, обеспечивающие большую скорость сварки.

7) Правильно выбирают тепловой режим нагрева основного металла. Для уменьшения разности температур в изделии и обеспечения медленного охлаждения применяют предварительный подогрев до температур 200…300 ºС, сопутствующий подогрев и искусственное охлаждение.

8) Применяют термическую обработку сварных швов: отжиг, нормализацию. При полном отжиге стальное изделие нагревают до температуры

800…900 ºС и после выдержки медленно охлаждают вместе с печью. В результате пластичность и вязкость наплавленного металла и металла зоны термического влияния возрастают, а твердость снижается. Иногда проводят низкотемпературный отжиг , нагревая сварное изделие на температуру

600…650 ºС и медленно охлаждая. При этом структурных изменений в металле не происходит.

2)Контроль качества сварных швов

Качество сварных соединений оценивают с помощью разрушающих и неразрушающих методов контроля.

Контроль качества сварки начинается с проверки исходных материалов, оборудования, квалификации сварщиков, технологического процесса и т.п. и заканчивается проверкой качества готового изделия.

Дефекты сварных соединений могут быть наружными или поверхностными и внутренними.

К наружным дефектам относятся: дефекты формы швов, подрезы, кратеры, прожоги.

Поверхностные дефекты выявляются главным образом внешним и осмотром и могут быть исправлены подваркой.

К внутренним дефектам относятся: газовые поры, шлаковые включения, металлические включения, непровары, трещины, несплавления.

Так как у нас единичное производство, то нам подойдет неразрушающий метод контроля. Он включает: испытание швов керосином и люминесцентный метод контроля

1)испытание швов керосином проводят на открытых сосудах: резервуарах. Способ основан на высокой проникающей способности керосина. Швы покрывают меловой обмазкой с внешней стороны. С внутренней стороны швы смачивают керосином. Дефекты выявляются со стороны окрашенной мелом в виде ржавых полос и пятен.

2)люминесцентный метод контроля применяют для выявления поверхностных дефектов, главным образом трещин в сварных швах на немагнитных металлах.

Метод основан на свойстве некоторых жидкостей флюоресцировать - светиться под действием УФ лучей. Флюоресцирующий состав проникает в невидимые глазом мелкие трещины в сварном шве и при облучении УФ лучами люминесцирующая жидкость светится ярким желто-зеленым светом.