1.2 Выбор и техническая характеристика основных материалов

Исходя из эксплуатационных качеств сварной конструкции для изготовления поперечной переборки применяется сталь 09Г2С ГОСТ-19281-89.

Сталь 09Г2С – малоуглеродистая, низколегированная, конструкционная, качественная, перлитного класса.

Химический состав стали 09Г2С представлен в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав стали 09Г2С ГОСТ - 19281-89

Марка стали	Химические элементы в %
	C	Mn	Si	Cr	Ni	Cu
09Г2С	0,12	1,3-1,7	0,5-0,8	0,3	0,3	0,3

Кремний и магний являются хорошими раскислителями, а медь улучшает стойкость стали против коррозии атмосферой и в морской воде.

Механические свойства стали 09Г2С указаны в таблице 2.

Таблица 2 Механические свойства стали 09Г2С ГОСТ – 19281 – 89

Механические свойства
Марка	Ударная вязкость при t=-400 С	Ϭв	Ϭт	δ5, %
		Не менее, МПа
09Г2С	39	500	350	21

Углерод повышает предел прочности и временное сопротивление стали, однако пластичность и свариваемость ухудшается. Марганец увеличивает предел текучести не значительно снижая ее пластичность и мало влияя на свариваемость. Медь несколько повышает прочность стали, а никель и хром улучшают механические свойства.

Технологические свойства стали 09Г2С

Свариваемость- способность металлов и сплавов образовывать соединения с помощью сварки без трещин, пор и других дефектов. Свариваемость оценивается по эквивалентному содержанию углерода.

С_экв= (С+Mn)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

C_экв= (0,12+0,7)/6+0,3/5+(0,3+0,3)/5=0,34

При С_экв≤0,45 – свариваемость хорошая для низколегированных сталей.

Как видно из формулы сталь 09Г2С обладает хорошей свариваемостью и не требует специальных технологических приемов.

1.3 Выбор способов сварки для изготовления поперечной переборки, их преимущества и недостатки

1.3.1 Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Для проведения сборочных операций используют ручную дуговую сварку покрытыми электродами.

Достоинства:

1. не требует специальных материалов для защиты сварочной дуги.

2. выполнение процесса сварки в любых пространственных положениях.

3. возможность выполнения сварки в труднодоступных местах.

Недостатки:

1. низкая производительность.

2. качество сварного шва зависит от мастерства сварщика.

1.3.2 Механизированная сварка плавящимся электродом в среде СО².

1.4 Выбор сварочных материалов, требования к ним и техническая характеристика

При выборе сварочных материалов необходимо, чтобы химический состав и механические свойства наплавленного металла были равнопрочными основному металлу.

К сварочным материалам относятся: сварочные электроды, присадочные прутки, флюсы, защитные газы (углекислый газ, аргон, гелий, азот).

Применение сварочных материалов обеспечивает:

• требуемые геометрические размеры шва;

• защиту расплавленного металла;

• легирование и раскисление сварного шва;

• получение равнопрочного соединения;

• рафинирование сварного шва от вредных примесей и газов (сера, фосфор, водород, азот и др.).

1.4.1 При ручной электродуговой сварке применяем электроды марки УОНИИ 13/45А ОСТ5.9224-75

Электрод данной марки изготавливают из сварочной проволоки 08А или 08АА, на поверхности которого нанесен слой основного покрытия (Б) – фтористо-кальциевый.

Электроды с таким покрытием применяются в основном для сварки на постоянном токе обратной полярности.

Физико-химические и механические свойства наплавленного металла при сварке стали 09Г2С электродами УОНИИ 13/45А приведены в таблицах 3 и 4 .

Таблица 3 Физико-химические свойства металла шва

Химический состав, %	C	Mn	Si	S	P
типичный	0,09	0,57	0,23	0,025	0,27

Таблица 4 Механические свойства металла шва

Механические свойства	Временное сопротивление, МПа	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, Дж/см2
типичный	460	350	26	200

Наличие в покрытии большого количества соединений кальция, хорошо связывает серу и фосфор с выделением их в шлак. Содержание серы и фосфора в наплавленном металле не превышает 0,035%.

Применение в покрытии активных раскислителей (титан, алюминий, кремний) обеспечивает низкое содержание кислорода в металле шва (менее 0,05%). Поэтому наплавленный металл мало склонен к старению и имеет улучшенные пластические свойства при низких температурах.

1.4.2 При механизированной сварке в среде защитных газов применяют сварочную проволоку Св-08Г2С и защитный газ – СО₂ (углекислый газ)

1.4.2.1 Проволока Св-08Г2С ГОСТ 2246-70

Поверхность проволоки должна быть без дефектов (трещины, расслоения и др.). Твердая проволока должна выдерживать не менее четырех испытаний на перегиб. Проволока Св-08Г2С предназначена для сварки и наплавки.

Химический состав проволоки Св-08Г2С ГОСТ 2246-70 представлен в таблице 5 .

Таблица 5 Химический состав проволоки Св-08Г2С

Марка проволоки	C	Mn	Si	Cr	Ni	S	P
						не более
Св-08Г2С	0,05-0,11	1,8-2,1	0,7-0,95	≤0,2	≤0,25	0,025	0,03

Ni, Cr- повышают коррозионную стойкость.

Для уменьшения образования окиси углерода при сварке в углекислом газе низкоуглеродистых конструкционных сталей применяют сварочную проволоку, содержащую кремний и марганец, марки Св-08Г2С. В этом случае металл хорошо раскислен при достаточном содержании кремния и марганца и с высокими прочностными и пластическими свойствами. Для предотвращения порообразования порообразования за счет растворенного водорода оказывается полезной добавка в углекислый газ от 5 до 15% кислорода. Кислород, соединяясь с водородом, растворенным в сварочной ванне образует нерастворимый в жидком металле гидроксил (ОН) или водяной пар.

1.4.4.2 Углекислый газ (СО₂) ГОСТ 8050-85

СО₂- бесцветный газ, в 1,5раза тяжелее воздуха, имеет слабый кисловатый запах и вкус, хорошо растворим в воде. В воздухе содержится 0,03% углекислого газа. При нулевой температуре и давлении 0,1 МПа плотность углекислого газа равна 0,001976 г/см³. Точка росы равна -34⁰. Температура кипения -78,9⁰; потенциал ионизации 14.3; давление в баллоне 60 атмосфер.

Для сварки используют углекислый газ высшего и первого сорта. Углекислый газ транспортируют и хранят в стальных баллонах или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газификации на заводе, с центральным снабжением сварочных постов через рампы. Баллон окрашен в черный цвет, надписи желтого цвета.

При применении углекислого газа в следствии большого количества свободного кислорода в газовой фазе сварочная проволока должна содержать дополнительное количество легирующих элементов с большим сродством к кислороду, чаще всего Si и Mn, поэтому и применяется проволока Св-08Г2С.

1.4.3 При автоматической сварке под флюсом применяют сварочную проволоку Св-08А

и сварочный флюс ОСЦ-45

1.4.3.1 Сварочная проволока Св-08А

При автоматической сварке под флюсом применяют сварочную проволоку без покрытия.

Поверхность сварочной проволоки должна быть без дефектов и загрязнений. Омеднение снижает коррозию проволоки и улучшает электрический контакт ее с токоподводящим устройством.

Химический состав сварочной проволоки Св-08А ГОСТ 2246-70 указан в таблице 6

Таблица 6 Химический состав сварочной проволоки Св-08А ГОСТ 2246-70

Марка проволоки	C	Mn	Si	Cr	Ni	Al	S	P
							не более
Св-08А	≤0,10	0,35-0,6	≤0,03	≤0,1	≤0,25	≤0,01	0,03	0,03

Низкое содержание вредных примесей S и P обеспечивает стабильное горение дуги с минимальным разбрызгиванием и высоким качеством сварного шва.

При недостаточном содержании во флюсе кремнезёма усиленно выгорает углерод, и в шве могут образоваться поры. Следовательно, при сварке низкоуглеродистой стали сварочной проволокой Св-08А с малым содержанием кремния, чтобы избежать образования пор за счет окисления углерода, следует применять высококремнистый флюс ОСЦ-45.

1.4.3.2 Сварочный флюс ОСЦ-45

Флюс сварочный ОСЦ-45 предназначен для автоматической дуговой сварки изделий из углеродистых и низколегированных сталей. Обладает весьма низкой склонностью к образованию пор. Этот флюс легирует металл шва кремнием и марганцем Инородных частиц во флюсе не более 0,5% от флюса. Недостатком флюса является большое выделение вредных фтористых газов.

Сварочно-технологические свойства флюса марки ОС Ц-45:

- хорошая устойчивость дуги;

- разрывная длина дуги до 7 мм,

- формирование шва хорошее с плавным переходом к основному металлу в разделке;

- низкая склонность к образованию пор и трещин;

- хорошая отделимость шлаковой корки.

Сварочная проволока и флюс в определенном сочетании обеспечивают качество сварного соединения и характеристики механических свойств металла шва.

По химическому составу флюс оксидный, который состоит из оксидов металлов и может содержать до 10% фтористых соединений.

• по химическому свойству флюс — кислый;

• по способу изготовления – плавленый;

• но строению крупинок - стекловидный

При сварке под флюсом, состав флюса полностью определяет состав шлака и атмосферу дуги. Взаимодействие жидкого шлака с расплавленным металлом оказывает существенное влияние на химический состав, структуру и свойства наплавленного металла.

Химический состав флюса ОСЦ-45 ГОСТ 9087-81 представлен в таблице 7

Таблица 7 Химический состав флюса ОСЦ-45 ГОСТ 9087-81

Марка флюса	Массовое содержание, %
	SiO2	MnO	CaO	MgO	Al2O3	CaF2	Fe2O3	S	P
								не более
ОСЦ-45	37-44	37-44	10	3	6	6-9	0,5-2	0,12	0,14

Металл шва при сварке вышеуказанными материалами имеет механические свойства и средний химический состав металла шва (таблицы 8 и 9).

Таблица 8 Механические свойства металла шва

Марка проволоки	Механические свойства
	Временное Сопротивление	Предел текучести	Относительное удлинение	Ударная вязкость при t, 0C
	Не менее			-20	-40	-70
Св-08	530	415	26,7	111	129	27

Таблица 9 Средний химический состав металла шва

Марка проволоки	C	Si	Mn
Св-08	0,1-0,16	0,2-0,47	0,57-0,79

Применение при механизированной сварке в среде защитного газа флюса ОСЦ-45 и низкоуглеродистой электродной проволоки Св-08А, обеспечивает высокую стойкость металла шва против образования пор и горячих трещин.