Технологический процесс изготовления штуцера 20-150
2.6 Вывод по разделу
Наиболее подходящей для изготовления камеры распределительной будет являться сталь 08Х18Н10Т ГОСТ 5632-72.
1 Коррозионностойкая сталь аустенитного класса 08Х18Н10Т не имеет ограничений по свариваемости, следовательно для сварки штуцера 20-150 применимы любые способы сварки.
2 Конструкция штуцера 20-150 позволяет осуществить свободный доступ к месту сварки и использовать различные методы неразрушающего контроля неразъёмного соединения.
В качестве проектных вариантов выбрано сварное соединение - согласно ГОСТ14771-76 С4.
3 На точность изготовления сварных конструкций оказывает влияние способ сварки. В процессе изготовления в сварных конструкциях возникают сварочные напряжения и деформации
Способы уменьшения сварочных деформаций, напряжений и перемещений:
рациональное конструирование;
рациональная технология сборки и сварки;
пластическое деформирование после сварки;
создание неравномерных нагревов или охлаждений;
термическая обработка (закалка или отжиг).
3. Разработка технологического процесса изготовления штуцера 20-150
Основной целью разработки технологического процесса является назначение таких способов и последовательности изготовления изделия, которые явились бы наиболее технологически и экономически рациональными. Это подразумевает правильное и полное использование всех технических возможностей оборудования и оснастки, работу на наиболее выгодных режимах при минимальных затратах времени, рабочей силы, вспомогательных материалов. Технологический процесс разрабатывается с учетом двух принципов: технического и экономического. Технический принцип предусматривает полное соответствие изделия требованиям чертежа. Экономический принцип предусматривает изготовление изделия с минимальными затратами материальных, трудовых и энергетических ресурсов. /7/
3.1 Выбор способов получения неразъемных соединений
Развитие процессов, описанных выше, как правило, может оказывать отрицательное влияние на свойства и работоспособность сварных соединений, если эти процессы будут активными. Поэтому, хотя данную сталь можно сваривать всеми видами сварки, предпочитать следует такие, при которых тепловое воздействие на свариваемый металл будет наименьшим - сварку в защитных газах, электроннолучевую и разные способы сварки давлением - шовную, точечную, диффузионную и др.
Электрошлаковая и сварка под флюсом технически невозможны, в связи с толщиной металла. Очевидно, что для данного изделия и стали применение плазменной, лазерной и электронно-лучевой сварки экономически нецелесообразно из-за дорогостоящего оборудования и вспомогательных материалов. Контактная сварка не подходит типом соединения.
Таким образом, подходят ручная дуговая сварка, сварка в защитных газах.
Сварка в защитных газах нашла широкое применение в промышленности. В качестве защитных газов используют инертные (аргон, гелий) и активные (углекислый газ, азот), а также различные смеси инертных или активных газов и инертных с активными. При сварке в инертных газах повышается стабильность дуги и снижается угар легирующих элементов.
Рациональными способами для данного изделия и стали будут автоматическая сварка в защитных газах неплавящимся электродом и полуавтоматическая сварка в защитных газах плавящимся электродом.
Рассмотрим автоматическую сварку в аргоне неплавящимся электродом с присадочной проволокой как первый проектный вариант и полуавтоматическую сварку в среде аргона плавящимся электродом как второй.
3.1.1 Автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом с присадочной проволокой
Сварка вольфрамовым электродом в среде инертных газов (аргона) является одним из наиболее распространенных способов получения неразъемных соединений. Основными преимуществами этого способа являются: минимальное металлургическое влияние на свариваемый материал. Процесс сварки имеет высокую стабильность горения дугового разряда и формирования шва, возможность визуального контроля формирования шва. К недостаткам данного способа можно отнести: использование дорогого защитного газа, а также дефицитных и дорогих вольфрамовых электродов. Использование аргонодуговой сварки на форсированных режимах имеет приемлемую производительность, а также необходимые параметры шва.
Сварку вольфрамовым электродом производят в аргоне и гелии или их смесях и применяют обычно для материала толщиной до 5-7 мм.
В зависимости от толщины и конструкции сварного соединения сварку вольфрамовым электродом производят с присадочным материалом или без него.
В качестве присадочного материала используют холоднотянутую стальную проволоку по ГОСТ 2246-70.
В первом проектном варианте сварку неплавящимся электродом выбираем с присадочной проволокой. В связи с тем, что данная коррозионностойкая сталь подвержена коррозионному разрушению, а именно межкристаллитной коррозии (МКК) для предупреждения МКК необходимо легировать элементами: титаном, ниобием, танталом и т.д., обладающими большим сродством к углероду чем хром.
В данном проектном варианте выбираем проволоку Св-07Х19Н10Б. В таблице 2.3.1 приведён химический состав используемой сварочной проволоки
Таблица 3.1 Химический состав сварочной проволоки Св-07Х19Н10Б.
C |
Mn |
Si |
S |
P |
Cr |
Ni |
Другие элементы |
|
0,08 |
1-2 |
0,4-1 |
0,018 |
0,03 |
18-20 |
8-10 |
0,5-1 Ti |
Процесс сварки осуществляют автоматически, с использованием специальных сварочных головок, на постоянном токе прямой полярности. Так как при прямой полярности на изделие выделяется до 70% /8/ теплоты дуги, что обеспечивает глубокое проплавление основного металла.
Сварку в защитных газах выберем непрерывно горящей дугой. Для сварки высоколегированных сталей используют аргон высшего (99,99%) или 1-го (99,98%) сортов по ГОСТ 10157-79. В первом проектном варианте будем использовать аргон 1-го сорта, так как аргон высшего сорта применяют при сварке активных металлов (титан, цирконий, ниобий), а первого сорта для сварки коррозионно-стойких сталей. Также аргон первого сорта с экономической точки зрения выгодней высшего сорта.
3.1.2 Аргонодуговая сварка плавящимся электродом
В качестве второго проектного варианта используем полуавтоматическую сварку плавящимся электродом в среде защитных газов. Сварку плавящимся электродом выполняют в инертных, активных газах или смесях. При сварке в инертных газах возможен капельный и струйный перенос электродного металла.
При струйном переносе дуга имеет наиболее высокую стабильность и значительно улучшается перенос электродного металла в сварочную ванну и уменьшается разбрызгивание металла.
Для сварки используют электродные проволоки малого диаметра (до 3 мм). Поэтому швы имеют узкую форму провара и в них может наблюдаться повышенная зональная ликвация. Применяя поперечные колебания электрода, изменяют форму шва и условия кристаллизации металла сварочной ванны уменьшают вероятность зональной ликвации.
Расстояние от сопла горелки до изделия обычно выдерживают в пределах 8…15 мм. Токоподводящий наконечник должен находиться на уровне краев сопла.
Сварку плавящимся электродом выберем струйным переносом электродного металла. При струйном переносе дуга имеет наиболее высокую стабильность и значительно улучшается перенос электродного металла в сварочную ванну, практически исключается разбрызгивание металла. Для этого сварку коррозионных сталей следует выполнять на токе выше критического для диаметра электрода.
Сварочную проволоку выберем Св - 07Х19Н10Б ГОСТ 2246 - 70 диаметром 1 мм, в качестве защитного газа выберем аргон первого сорта. Выбор обеспечивается по тем же соображения, что и для сварки неплавящимся электродом.
Защитный газ - аргон - подаётся через сопло горелки и служит для обеспечения защиты свариваемого металла и легирующих элементов от взаимодействия с окружающёй атмосферой.
Показатели качества аргона 1-го сорта ГОСТ 10157-79 приведены в таблице 3.1.1
Таблица 3.2 Показатели качества аргона 1-го сорта
Объемная доля, % |
||
Аргон, не менее |
99,987 |
|
Кислород, не более |
0,002 |
|
Азот, не более |
0,01 |
|
Водяной пар, не более Что соответствует температуре насыщения аргона водяными парами при 760 мм рт. ст.00С, не выше |
0,001 минус 58 |
|
Сумма углеродсодержащих соединений в пересчете на СО, не более |
0,001 |
При обратной полярности напряжение дуги выше, чем при прямой полярности. На аноде-электроде выделяется большое количество энергии, что приводит к его оплавлению.
Таким образом, сварка производится на постоянном токе обратной полярности.
Основные преимущества сварки в среде защитных газов плавящимся электродом:
широкие технологические возможности по видам материалов и сварных соединений;
высокая производительность наплавки металла, которая при полуавтоматической сварке может быть в 2-3 раза выше, чем при сварке покрытыми электродами, а при автоматической сварке - до 8 раз (по сравнению с РДС покрытыми электродами);
возможность визуально контролировать формирование сварного соединения;
практическое исключение в сварном шве неметаллических включений (т.к. защита только газовая);
высокая стабильность формирования сварных соединений.
Основные недостатки:
значительный уровень разбрызгивания электродного металла, если на используется специальное дорогостоящее оборудование (потери на разбрызгивание: обычный процесс - несколько %, в других до 20%). Для обычного оборудования достаточно узкие диапазоны режима, где достигается удовлетворительное разбрызгивание;
сварка в активных защитных газах возможна в основном лишь для углеродистых и низколегированных сталей; в инертных газах - процесс значительно более дорогостоящий, менее применим. Современное оборудование сложное и дорогостоящее по сравнению с РДС покрытыми электродами.
3.2 Разработка вариантов маршрутного технологического процесса
Базовый вариант технологического процесс изготовления изделия начинается с комплектации требуемыми деталями для сборки изделия (005 комплектовочная) на столе комплектовочном. Далее для изготовления патрубков предусмотрена операция заготовительная (010) выполняемая на станке трубоотрезном 7-50-046. Затем следует токарная операция (015), где выполняют подготовки кромок под сварку на станке токарно-винторезном 1К62. При этом детали перед сваркой должны быть чистыми, без следов ржавчины, масла и грязи. Для этого в технологии предусмотрена операция слесарная (020), которая включает в себя зачистку и протирку свариваемых поверхностей. Применяемое оборудование: машина шлифовальная и металлическая щетка. При протирки детали протираются салфеткой, смоченной в ацетоне. Следующая операция - сборочная (025). В ней производится сборка патрубка (2) и фланца (1) при помощи прихваток. Затем выполняется сварочная операция (030), которая осуществляется ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки. Используемое оборудование: УДГУ - 501 AC/DC, М11010A. После сварки проводят слесарную операцию (035), зачищают грубые наплывы сварного шва. Контрольная операция (040) - внешним осмотром проверяется отсутствие заусенцев, острых кромок, вмятин и других механических повреждений.
Слесарная операция (045) - зачищаются свариваемые поверхности сборочных единиц и деталей: штуцер 20 - 150 и патрубок. Затем производится сборочная операция (050), в процессе которой штуцер 20 - 150 и патрубок прихватываются и далее свариваются ручной сваркой неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки - операция 055.
Слесарная операция (060) - зачищают грубые наплывы сварных швов.
Контрольная операция (065) - внешним осмотром проверяется отсутствие заусенцев, острых кромок, вмятин и других механических повреждений.
Слесарная операция (070) - зачищаются свариваемые поверхности патрубка и донышка. Далее производится сварочная операция (075) ручной дуговой сваркой плавящимся электродом. Затем следует слесарная операция (080) - зачищают грубые наплывы сварных швов. Контрольная операция (085) - капиллярный метод и операция (090) - производится визуально измерительный контроль, где проверяется соответствие геометрических размеров изделия размерам, заданным чертежом.
Анализ приведенного базового техпроцесса позволяет сделать вывод, что применение прихваток повышают трудоемкость изготовления штуцера 20 - 150.
Автор предлагает механизировать процесс изготовления путем введения в технологический процесс сборочно-сварочной технологической оснастки с пневмоприводом. Эта технологическая оснастка позволяет:
исключить использование прихваток;
повысить точность сборки и производительность;
Таким образом, предлагаемая технологическая оснастка позволяет упростить технологический процесс изготовления штуцера 20-150.
Модернизированный технологический процесс исключает сборочные операции (025,050).
В разработанном технологическом варианте Проектный №1 сварку производят автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с присадочной проволокой. В варианте Проектный №2 сварку производят полуавтоматической сваркой плавящимся электродом в среде аргона.
3.3 Выбор и расчет режимов сварки
Под режимом обработки понимают значения регулируемых параметров процесса. Вид и количество параметров определяются конкретным способом обработки.
Режимы автоматической и полуавтоматической сварки в среде аргона неплавящимся электродом с присадочной проволокой и плавящимся приведены в таблице 3.1 и 3.2 соответственно/1/
Одним из основных энергетических элементов режима дуговой сварки является сварочный ток.
Для расчёта величины сварочного тока при сварке тонколистовых материалов быстродвижущимся источником можно использовать формулу: /7/
(1)
где V - скорость сварки, см/с;
FПР - площадь проплавления основного металла, см2;
- плотность материала, г/см3
hПЛ - теплосодержание металла в сварочной ванне, Дж/г
U - напряжение на дуге, В
a - коэффициент температуропроводности, см2/с;
- толщина материала в свариваемом сечении, см.
U - эффективный КПД дуги
t - термический КПД процесса проплавления (t=0,485);
Численные значения параметров V и U подбираются по литературным источникам:
V = 25-30 м/ч, возьмем V=28 м/ч, V=0,78 см/с;
U = 12-15 В, берем U=13 В.
t = 0,485;
ТПЛ = 1440 С;
TПЕР =0,2*TПЛ=0,2*1440=288 С;
с = 7,86 г/см3;
а = 0,05 см2/с;
= 3 мм;
L = 250 Дж/г;
С = 0,628 Дж/г С.
Площадь проплавления FПР считается по следующей приближенной формуле:
(2)
где д - толщина свариваемого сечения.
Теплосодержание расплавленного металла hПЛ в сварочной ванне определяется из соотношения:
(3)
где С - удельная теплоемкость, Дж/г єС;
ТПЛ - температура плавления металла, єС;
ТПЕР - температура перегрева металла в сварочной ванне (обычно принимают ТПЕР = 0,2ТПЛ), єС;
L - скрытая теплота плавления, Дж/г.
Величина сварочного тока:
Полученное значение сварочного тока не входит в диапазон литературных данных: 140-180 А. Значения выберем из справочных данных.
Таблица 3.1 - Режимы автоматической в среде Ar неплавящимся электродом с присадочной проволокой 9
д, мм |
Число слоев |
d непл. эл мм |
Iсв, А |
Uсв, В |
Vсв, м/ч |
d пр. |
V пр, м/ч |
QЗГ, л/мин |
|
3 |
1 |
2 |
140-180 |
12-15 |
25-30 |
1,6 |
65 |
12-16 |
Для полуавтоматической сварки режимы выберем из справочных данных
Таблица 3.2 - Режимы полуавтоматической сварки в среде Ar плавящимся электродом
д, мм |
Число слоев |
dэл, мм |
Iсв, А |
Uсв, В |
V пр, м/ч |
QЗГ, л/мин |
|
3 |
1 |
1,2 |
230-260 |
24-28 |
100-140 |
6-8 |
3.4 Выбор оборудования и вспомогательных материалов
К сварочному оборудованию относят основное технологическое оборудование, обеспечивающее процесс сварки и его регулирование: источники питания, сварочные головки, сварочные горелки и плазмотроны, машины для контактной сварки, установки для лазерной и электронно-лучевой сварки, печи и высокочастотные установки для пайки и т.д., а также механическое оборудование сварочного производства: вращатели, кантователи, колонны и др.
К сварочным материалам относятся материалы, которые расходуются при сварке с целью получения неразъемного соединения: сварочная проволока, сварочные электроды, флюсы и газы
3.4.1 Автоматическая дуговая сварка неплавящимся электродом с присадочной проволокой