Технология сборки и сварки автоклава

Недостатки: необходимость  применения нелегированной проволоки; большой процент разбрызгивания.

Итак, учитывая преимущества и недостатки рассмотренных способов, я решил использовать АСФ для  продольного шва обечайки и кольцевого шва обечайки и днища. Вся арматура и патрубки свариваются РДС.

Для увеличения технологичности изделия, уменьшения трудоемкости, снижения себестоимости, увеличения качества для выполнения сварных соединений предлагается использовать импульсную ручную дуговую сварку (и РДС) и  автоматическую сварку под слоем флюса с импульсной подачей проволоки (и АСФ).                                                      

Импульсная дуговая  сварка имеет существенные технологические  преимущества:

1) управляемый и направленный перенос металла;

2) малые потери металла на угар и разбрызгивание;

3) возможность сварки длинной дугой на низких режимах;

4) возможность выполнения сварки во всех пространственных положениях;

5) упрощение техники сварки;

6) уменьшение сварочных деформаций;

7) улучшение качества сварных соединений благодаря большей концентрации энергии источника нагрева и лучшим условиям первичной кристаллизации;

8) облегчение начального возбуждения дуги;

9) улучшение технологии сварки в щелевую разделку;

10) улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Механическое воздействие  повышенного давления дуги, возникающего во время импульса, и капель, летящих в сварочную ванну, оказывает положительное влияние на процесс первичной кристаллизации металла шва. Благодаря высокой пространственной устойчивости дуги и возможности использования повышенного вылета электрода этот процесс начинает применяться для сварки стыковых соединений.

При импульсно-дуговой  сварке в момент наложения импульса резко возрастает ток, что приводит к увеличению давления дуги и первичному перемещению металла ванны. При попадании капли электродного металла в ванну под действием ее кинетической энергии происходит вторичное перемещение жидкого металла из головной части в хвостовую. Скорости перемещений переднего фронта волны жидкого металла, вызванных давлением дуги за время действия импульса тока и кинетической энергией капель, оказываются соизмеримыми, причем разброс значений этих скоростей незначительный.

Установлено, что скорость перемещения переднего фронта волны  живого металла при импульсно-дуговой  сварке значительно больше, чем при сварке без наложения импульсов. Необходимо отметить также, что скорость перемещения жидкого металла под действием капель при импульсно-дуговой сварке зависит от скорости их полета в дуговом промежутке, которая, в свою очередь, определяется мгновенным значением тока импульса в момент отрыва капли от электрода.

Таким образом, условия  перемещения жидкого металла  в ванне при сварке без наложения  и с наложением импульсов тока различны. При импульсно-дуговой  сварке за один цикл жидкий металл вытесняется из головной части ванны в хвостовую дважды, поэтому с увеличением частоты импульсов при прочих равных условиях (постоянство значений  тока в импульсе и напряжения дуги) возрастает частота перемещения жидкого металла в ванне. Так как при этом время цикла сокращается, то уменьшается и количество перемещаемого металла, который кристаллизуется более тонким слоем. Кроме того, можно предположить, что при движении жидкого металла по кристаллизующемуся отламываются твердые частицы кристаллов, которые, в свою очередь, являются дополнительными центрами кристаллизации. Все эти факторы способствуют улучшению первичной кристаллизации шва.

Установлено, что металл сварного шва кристаллизуется отдельными слоями и их количество соответствует частоте, импульсов тока, таким образом, с увеличением частоты импульсов, возрастает число кристаллизационных слоев, а объем вытесненного жидкого металла ванны уменьшается.

Таким образом, проанализировав  все достоинства и недостатки вышеперечисленных способов, выбираем для сварки продольного и кольцевых швов корпуса ёмкости импульсно-дуговую АСФ. Для приварки остальных деталей применяем импульсно-дуговую РДС.

 

2.5. Выбор сварочных  материалов

На механические и  физико-химические свойства металла  шва весьма существенное влияние  оказывает его химический состав, поэтому для получения свойств, удовлетворяющих требованиям надёжности конструкции, весьма важным является правильный выбор сварочных материалов. При выборе сварочных материалов следует исходить из необходимости получения плотных беспористых швов, обеспечивающих высокую технологическую и эксплуатационную прочность сварных соединений.

Сварочные материалы  должны удовлетворять следующим  требованиям:

• должны соответствовать требованиям стандартов, технических условий и паспортов и иметь сертификаты.
• сварочные материалы следует хранить рассортированными по партиям. На поверхности сварочной проволоки не должно быть следов ржавчины, масла и других загрязнений. Флюс следует хранить в закрытой таре.

Электроды и флюс  перед  использованием должны быть прокалены.

Сварочные проволоки  и электроды должны иметь химический состав близкий к составу основного  металла, иметь низкое содержание С, S, P.

Для ручной дуговой сварки низко- и среднеуглеродистых сталей  рекомендуют использовать покрытые электроды УОНИИ-13/55. Эти электроды обеспечивают высокую пластичность и ударную вязкость металла шва, и стойкость против образования трещин. Для автоматической сварки под слоем флюса низкоуглеродистых сталей применяют высококремнистые флюсы в сочетании с высокомарганцевой проволокой.

Флюс АН-348-А – стекловидный флюс общего назначения, с хорошими сварочными свойствами. Широко используется в машиностроении.

ОСЦ-45 – широко используемый стекловидный флюс общего назначения. Отличается от флюса АН-348-А повышенным содержанием плавикового  шпата и вследствие этого более высокой стойкостью швов к образованию пор из-за наличия ржавчины. Однако устойчивость дуги к условиям труда хуже, чем при работе с флюсом АН-348-А.

Для АСФ ответственных  конструкций, работающих при пониженных температурах, рекомендуют использовать низкоуглеродистую электродную проволоку СВ-10НМА.

Для сварки автоклава выбираем следующие сварочные материалы: для РДС – УОНИИ-13/55,

для АСФ – флюс АН-348-А  и проволоку Св-10НМА.

 

2.6. Расчет параметров  режима сварки    

Произведем расчет кольцевого шва, без разделки кромок и выполняющегося за один проход (рисунок 2).

Исходные данные:

Вид сварки  - АСФ.

Разделка кромок – ГОСТ 8713-79-С4 (без  разделки кромок).

Толщина свариваемого металла – 10 мм.

Ширина шва – 26±2 мм.

Высота усиления – 2±1 мм.

Зазор – 2 мм.

                

Рис. 2.  Кольцевой шов корпуса

 

        1. Рассчитаем  площадь наплавляемого металла:

                              F_н = 0,75×e×h +0,75×4×2 + 2×S,                                    

где e – ширина шва (e = 26 мм),                            

      h – высота усиления (h = 2 мм),

      S =10 мм – толщина свариваемого металла.

                   F_н = 0,75×26×2 + 0,75×4×2 + 2×10 = 65 мм ²

        2.Определим требуемую величину проплавления g:

 для односторонней  однопроходной сварки g = S = 10 мм.

        3.Выбираем диаметр электрода d_Э , зная величину проплавления g и допустимые плотности тока j для данного диаметра.

                                               d_Э = 5 мм

        4. Определяем величину сварочного тока:

I _св = g × 100 / К_д,

        где К_д – коэффициент проплавления, равный для флюса АН-348А              

К_д  = 1.1

               Тогда                     I _св = 10 × 100 / 1,1 » 909 А.

        5. Определяем  напряжение дуги:

U _д = 20 + 50 ×10 ^-3× I _св / Ö d_Э ±1

               Тогда                   U _д = 20 + 50 ×10 ^-3× 909 / Ö5 =  40±1 В

        6. Определяем скорость сварки:

V _св = А / I _св ,

 где   А - коэффициент, зависящий от  d_Э.

        Для   d_Э = 5 мм  А = 25  × 10 ³ А×м / ч               

               Тогда                         V _св = 25000 / 909 » 27,5 м/ч

        7. Проверяем выбранные параметры:  определяем величину погонной  энергии:

q _n = I _св × U _д × h / V _св

где  h = 0,8…0,85 – КПД.

         Тогда                q _n = 909 × 40 × 0,85 / 0,97 = 31861 Дж/см

        8. Определяем коэффициент провара:

y _пр = к¹× (19 – 0,01× I _св) × d_Э  × U _д / I _св

            где  к¹ – коэффициент, зависящий от рода и плотности тока.

к¹ = 0,367 × j ^0.1925

      Тогда         y _пр = 0,367 × j ^0.1925× (19 – 0,01× 909) × 5  × 40 / 909 = 3,015

        9. Проверяем  глубину проплавления:

g ₁ = 0,0076 ×

g ₁ = 0,0076 ×

= 9,97 мм

      10. Проверяем  ширину шва:

e ₁ = y _пр × g ₁

e ₁ = 3,015 × 9,97 = 29,5 мм

      11. Определяем  коэффициент наплавки:

a_н = V_св × F _н × j × 100 / I _св

a_н = 27 × 0,65 × 7,85 × 100 / 909  = 15,44 г/А×ч

      12. Скорость  подачи проволоки:

V _пп = 4 ×  a_н   × I _св / p ×  d_Э ²  ×  j

V _пп = 4 ×  15.44  × 909 / p ×  5 ²  ×  37 = 21.6 м/ч

      13. По  току выбираем параметры флюса:

 высоту слоя флюса: 35 – 40 мм и его грануляцию  а _гр = 0,4 – 2,5 мм

      14. Вылет  электрода:

l _эл » 10 × d_Э

l _эл » 10 × 5 » 50 мм

      15. Определим  коэффициент угара и разбрызгивания:

y = -4,72 + 0,176 × j – 4.48 × j ² / 10 ⁵

y = -4,72 + 0,176 × 37 – 4.48 × 37 ² / 10 ⁵ = 1,776 %

      16. Расход  флюса рассчитаем по формуле:

R _фл = 0,72  ×  (U _д – 18) / V _св

R _фл = 0,72  ×  (40 – 18) / 27 = 0,58 кг/м

 

2.7. Контроль качества сварных соединений

 

2.7.1. Возможные технологические  дефекты и мероприятия по предупреждению  их образования.

 Дефекты формы швов  сварных соединений - несоответствие  конструктивных элементов сварного шва, заданных технологическими условиями или чертежом на изделие или стандартами.

Несоответствие размеров и формы шва – неполное заполнение (неполномерность) швов, чрезмерная высота и ширина шва.

Причинами отклонения геометрических размеров швов от заданных могут быть чрезмерные зазоры между кромками свариваемых  заготовок (элементов конструкции) и повышенные углы разделки свариваемых кромками; завышенные сварочный ток и напряжение на дуге, малая скорость сварки; неправильная подгонка свариваемых кромок; неправильное перемещение электрода в процессе сварки или неправильный угол наклона сварочной проволоки при автоматической сварке; недостаточная квалификация сварщика; неисправность сварочного оборудования, измерительных приборов и др.

Прожоги – сквозное проплавление свариваемых элементов конструкции. Этот дефект может быть вызван следующими причинами: чрезмерными зазорами между стыкуемыми кромками свариваемых элементов; неплотным прилеганием  металлической подкладки или флюсовой подушки при автоматической сварке под флюсом; завышенной тепловой мощностью, вызванной чрезмерной величиной сварочного тока или чрезмерной мощностью сварочной горелки; низкой скоростью сварки и др. В практике прожоги чаще всего встречаются при сварке  тонкостенных конструкций стыковых швов, выполняемых с глубоким проваром,  а также при сварке снизу вверх вертикальных угловых швов. Прожоги без исправления – недопустимые дефекты.

Подрезы – углубление в основном металле, расположенное вдоль границы шва сварного соединения. Причины образования подрезов: чрезмерная тепловая мощность дуги; низкая квалификация сварщиков и др. Подрезы  без исправления – недопустимый дефект, особенно в тех случаях, когда сварные соединения предназначены для работы в условиях вибрационных и динамических нагрузок.

Наплавы и  натеки – это излишне наплавленный металл около кромок шва, наплывший или натекший в процессе сварки на непрогретый основной металл и не сплавившийся с ним. Причины образования наплывов и натеков: неправильное  пространственное положение шва; недостаточно точное направление электрода электродной проволоки) по оси шва – смешение его на одну  из свариваемых кромок; неправильно выбранный электрический режим сварки(сила тока, длина  дуги и т.п.); малая скорость сварки при чрезмерной скорости плавления электродной(присадочной) проволоки; недостаточная квалификация сварщика и др.

Не заваренные кратеры – углубления в конце шва, образующиеся при внезапном обрыве дуги процесса сварки. Кратеры довольно часто встречаются при выполнении коротких прерывистых швов. Основная причина возникновения этого дефекта – недостаточная квалификация сварщика. Кратеры подлежат исправлению – заделке. Не заделанные кратеры недопустимы.