2.1.2 Вибір способів зварювання

Для зварювання поздовжніх та кільцевих стиків обичайок раціонально використати електрошлакове зварювання, яке забезпечить заварювання усього перерізу стику за один прохід.

Автоматичне багато прохідне дугове зварювання нераціонально використовувати з наступних причин:

• низька продуктивність зварювання (товщина деталей 100 мм);

• багато прохідне зварювання приведе до виникнення великих напружень і деформацій;

• висока вартість процесу у порівнянні з електрошлаковим зварюванням.

Для приварювання горловин, опори, патрубків, з’єднувальних скоб використаємо напівавтоматичне дугове зварювання в середовищі захисного газу .

До особливостей напівавтоматичного дугового зварювання в середовищі захисних газів відносять :

• висока ступінь концентрації дуги, що забезпечує мінімальну зону структурних перетворень та відносно невеликі деформації виробу;

• висока ефективність захисту зони зварювання особливо при використанні інертних газів;

• невисока вартість процесу зварювання;

• відсутність потреби використання флюсу;

• можливість зварювання у будь-якому просторовому положенні.

До особливостей електрошлакового зварювання відносять:

• тепло, яке йде на розігрів та розплавлення металу виділяється не від електричної дуги, а від ванни розплавленого флюсу (розплавлення флюсу відбувається струмом, що проходить);

• можливість зварювати деталі товщиною до 500 мм;

• зменшує кількість після зварювальних операцій;

• зменшується витрата флюсу у порівнянні з дуговим зварюванням під флюсом;

• не потрібна розробка кромок;

• менша витрата електроенергії порівняно з дуговими способами зварювання;

• вертикальне положення осі шва полегшує вихід із зварювальної ванни неметалевих включень та газів.

2.1.3 Вибір зварювальних матеріалів

Для електрошлакового зварювання використаємо дріт 3Св-06Х18Н9Т, який має хімічний склад максимально наближений до основного металу. Для

електрошлакового зварювання високолегованих жароміцних сталей рекомендовано використовувати зварювальний флюс АНФ – 7 (хімічний склад: SiO₂ = 2%, CaF₂ = 80 %, NaF = 17.25%, S = 0.05%, P = 0.02%).

Напівавтоматичне зварювання виконуємо дротом 2Св-06Х18Н9Т, в

середовищі захисного газу аргону (вуглекислий газ використовується лише для зварювання вуглецевих сталей, а використання гелію недоцільне із-за його великої витрати).

2.1.4 Обгрунтування режимів зварювання

Розрахуємо параметри режиму електрошлакового зварювання дротяним електродом [10]. Зварювання виконуємо на апараті А-535, який дозволяє вести зварювання одночасно трьома електродами, що дозволить виконати зварювання за один прохід без коливальних рухів.

Сухий виліт електродного дроту обирають з діапазону 60-70 мм. Обираємо 60 мм.

Сила зварювального струму визначається за формулою:

(2.3)

де І_з – сила зварювального струму, яка подається на один електрод А;

А – коефіцієнт, який рівний 220-280 А;

В – коефіцієнт пропорційності, обирається з діапазону 3.2-4;

S – товщина деталей, мм;

n – кількість електродів.

Загальна сила зварювального струму:

І_зз = 3·326,7 ≈ 980 А.

Напруга шлакової ванни:

(2.4)

Швидкість подачі дроту визначають за емпіричною формулою:

V_П = 0,5·І_З , (2.5)

V_П = 0,5·326 = 163 м/год.

Швидкість зварювання визначають за формулою:

, (2.6)

де γ – густина наплавленого металу, г/см³;

В – зварювальний зазор, мм (для з’єднання С1 В = 28 мм);

K_y – коефіцієнт, що враховує випуклість шву (1.05-1.1);

L_H – коефіцієнт наплавлення, г/(А·год) ( 30-35);

S – товщина деталей, мм;

n – кількість електродів;

I_ЗЗ – загальна сила зварювального струму, А.

Глибина шлакової ванни:

,

Розрахуємо режими зварювання для приварювання горловин, патрубків та скоб [7].

Враховуючи значну товщину металу, обираємо дріт діаметром 2мм.

Визначимо силу зварювального струму за формулою:

I_ЗВ = F_e·j, (2.7)

де F_e – діаметр зварювального дроту, мм²;

j – щільність зварювального струму, А/мм².

Щільність зварювального струму обирають залежно від діаметру дроту. Для дроту діаметром 2 мм, щільність струму обирають з діапазону 60-150 А/мм². Для приварювання скоб (невеликий катет) обираємо щільність 80 А/мм², а для приварювання горловини та патрубків 150 А/мм² (великий катет щва).

І_зв1 = 3.14·1²·80 = 250 А;

І_зв2 = 3.14·1²·150 = 470 А.

Визначимо напругу дуги по формулі:

(2.8)

де d – діаметр електроду, мм;

I_зв – сила зварювального струму, А.

Визначимо коефіцієнт наплавлення при зварюванні при зварюванні змінним струмом:

(2.9)

Визначимо необхідну швидкість зварювання:

(2.10)

де F_H – площа металу, яка наплавляється за один прохід, мм² .

Приварювання скоб виконуємо катетом 5 мм за один прохід. Приварювання патрубків ведемо катетом 27мм за 12 проходів.

Визначимо необхідну швидкість подачі дроту з умови рівності продуктивності наплавлення та розплавлення:

(2.11)

де V_зв – швидкість зварювання, м/год;

F_н – площа наплавленого металу, мм²;

F_е – площа електродного дроту, мм²;

Витрату захисного газу обирають залежно від товщини зварювального металу або від катету шва. Для катета 5мм витрата аргону становить 15 л/хв., для катета 27 мм при умові зварювання за 12 проходів - 25 л/хв.

Визначимо структуру зварного шва, використовуючи для цього діаграму Шеффлера (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Діаграма Шеффлера

Визначимо еквівалентний вміст хрому та нікелю у металі шва:

(2.12)

(2.13)

де Cr, Mo, Si, Nb, V, Ti, Ni, C, Mn – вміст відповідних хімічних елементів у металі шва, %.

Враховуючи те, що зварювання проводиться дротом хімічного складу, що відповідає основному металу, метал шва має хімічний склад аналогічний до основного металу.

Вміст хрому відкладаємо по осі абсцис, а вміст нікелю – по осі ординат і отримуємо стуктуру зварного шва аустеніт+ферит, при чому фериту приблизно 15%.