123977 (Процес зварювання обічайки)

Вступ

Зварюванням називається процес отримання не рознімного з'єднання твердих матеріалів шляхом їх місцевого сплавлення чи спільного деформування, в результаті чого отримуються міцні зв'язки між атомами зварюваних елементів.

Зварювання, термічну різку широко застосовують в усіх галузях промисловості. Це пояснюється перед усім економією металу. Найбільшої економії досягають при застосуванні зварних з’єднань встик, при цьому економія металу складає біля 20%.

Зменшення витрат металу знижує вартість зварюваних деталей і конструкцій. Вартість їх також зменшується за рахунок зменшення трудомісткості.

За допомогою зварювання отримують деталі та конструкції не тільки із сталей, а й з кольорових металів та сплавів (алюміній, мідь, нікель, титан, латунь, бронза і т. п.).

Історія розвитку зварювання.

Спочатку використовувалось кузнечне зварювання – дві деталі нагрівалися у горні та з'єднувалися за допомогою зусилля прикладеного до цих деталей.

Розвитку нинішнього зварювання послугувало відкриття в 1802 році явище зварювальної дуги. Це відкриття зробив професор Санкт-Петербурзької хіміко-хірургічної академії В.В. Петров. Проводячи досліди він отримав яскравий спалах – зварювальну дугу. В.В. Петров описав явища що відбуваються в ній, а також вказав на можливість її практичного застосування.
В 1882 році російський вчений М.М. Бенардос винайшов спосіб зварювання вугільним електродом сутність якого заключається
у слідуючому: зварювальна дуга горить між вугільним електродом та зварюваним металом, а для утворення зварювального шва необхідно застосовувати присадочний матеріал. Як джерело електричної енергії використовувалися акумуляторні батареї.

В 1886 році російський інженер М.Г. Славянов винайшов зварювання металевим електродом, сутність якого полягає у слідуючому: зварювальна дуга горить між зварюваним металом та плавлячимися металевим електродом, який утворює зварювальний шов.

Розвиток і промислове застосування зварювання вимагав розробки і виготовлення надійних джерел живлення, що забезпечують стійке горіння дуги. Таке устаткування – зварювальний генератор СМ-1 і зварювальний трансформатор з нормальним магнітним розсіянням СТ-2 – було виготовлено вперше в 1924 році Ленінградським заводом «Електрик». У тому ж році радянський учений В.П. Никітін розробив принципово нову схему зварювального трансформатора типа СТН. Випуск таких трансформаторів завод «Електрик» почав з 1927 г. У 1928 році учений Д.А. Дульчевський винайшов автоматичне зварювання під флюсом. Новий етап в розвитку зварювання відноситься до кінця 30-х років, коли колективом інституту електрозварювання АН УРСР під керівництвом академіка Е.О. Патона був розроблений промисловий спосіб автоматичного зварювання під флюсом. Впровадження його у виробництво почалося з 1940 г. Зварювання під флюсом зіграло величезну роль в роки війни при виробництві танків, самохідних знарядь і авіабомб. Пізніше був розроблений спосіб напівавтоматичної зварки під флюсом. В кінці 40-х років отримало промислове застосування зварювання в захисному газі. Колективами Центрального науково-дослідного інституту технологій машинобудування і Інституту електрозварювання імені Е.О. Патона розроблена і в 1952 році упроваджена напівавтоматична зварка у вуглекислому газі. Величезним досягненням зварювальної техніки з'явилася розробка колективом ІЕС в 1949 році електрошлакової зварки, що дозволяє зварювати метали практично будь-якої товщини.

1. Опис матеріалу виробу

Всі деталі обічайки виготовлені зі сталі Вст3пс (конструкційна вуглецева сталь звичайної якості, що поставляється по механічних властивостях і хімічному складі, напівспокійна) ГОСТ 535–79, ГОСТ 14637–79. З неї виготовляють елементи зварних і незварних конструкцій і деталей, що працюють при позитивних температурах. Фасонний і листовий прокат завтовшки до 10 мм для елементів зварних конструкцій, що працюють при змінних навантаженнях в інтервалі від –40 до +425 °С. Прокат від 10 до 25 мм – для елементів зварних конструкцій, що працюють при температурі –40 до +425 °С за умови постачання із зварюваністю, що гарантується.
Вуглецеві сталі представляють значну групу конструкційних матеріалів; вони складають 80% загального об'єму продукції чорної металургії. Сталі звичайної якості дешеві, мають задовільні механічні властивості у поєднанні з хорошою зварюваністю.

До хімічного складу сталі Вст3пс входять: вуглець, кремній, марганець, нікель, сірка, фосфор, хром, мідь, миш'як.

Вплив елементів, які входять до хімічного складу сталі Вст3пс.

Хром в низковуглецевих сталях міститься в межах до 0,3%, в конструкційних 0,7–3,5%, в хромистих 12–18%, в хромонікелевих 9–35%. При зварюванні хром утворює карбіди хрому, які погіршують корозійну стійкість сталі і різко підвищують твердість в зонах термічного впливу; сприяє утворенню тугоплавких оксидів, що затрудняють процес зварки.

Нікель знаходиться в низьковуглецевих сталях в межах 0,2–0,3%, в конструкційних 1–5%, в легованих 8–35%. Нікель збільшує пластичність і прочність сталі, подрібнює зерна, не погіршуючи зварюваності.

Вуглець – одна з найбільш важливих домішок, що визначає міцність, в'язкість, загартовуваність і особливо зварюваність стали. Вміст вуглецю в звичайних конструкційних сталях в межах до 0,25% не погіршує зварюваності. При вищому вмісті зварюваність сталі різко погіршується, оскільки в зонах термічного впливу утворюються структури гарт, що приводить до тріщин.

Марганець міститься в сталі в межах 0,3–0,8%. Процес зварювання марганець не утрудняє. При зварці середньомарганцовистих сталей (1,8–2,5% Mn) виникає небезпека появи тріщин у зв'язку з тим, що марганець сприяє збільшенню загартовуваності сталі.

Кремній знаходиться в сталі в межах 0,02–0,3%. Він не викликає затрудненнь при зварюванні. У спеціальних сталях при вмісті кремнію 0,8–1,5% умови зварки погіршуються із-за високої рідкотекучості крем'янистої сталі і утворення тугоплавких оксидів кремнію.

Сірка шкідливий домішок, вона знижує міцність металу і затрудняє процес зварювання. Знижує зносостійкість та пластичність металу, а також сприяє утворенню гарячих тріщин. ЇЇ вміст в сталі не повинен перевищувати 0.055%.

Фосфор також являється шкідливим домішком, сприяє утворенню холодних тріщин. Його вміст в сталі не повинен перевищувати 0.05%.

Взагалі сталь Вст3пс володіє хорошою зварюваністю у будь-яких просторових положеннях.

Хімічний склад в% матеріала ВСт3пс

Механічні властивості при Т=20^oС матеріала ВСт3пс

σ_в – межа короткочасної міцності,

σ_т – межа пропорційності (межа текучості для залишкової деформації),

δ₅ – відносне подовження при розриві.

2. Порівняння зварювання з іншими видами з'єднань

Зварювання металів застосовується у всіх галузях промисловості унаслідок його техніко-економічних переваг в порівнянні з іншими видами з'єднання. Переваги зварювання в порівнянні з клепкою, болтовими і іншими способами з'єднань деталей наступні: значна економія металу (до 25%); спрощення конструкцій; висока продуктивність і значне зниження вартості продукції (за рахунок зменшення трудомісткості, економії металу і т.і.); можливість виготовлення виробів складної форми; герметичність та надійність з’єднань; можливість застосування при ремонті (швидке і з найменшими затратами відновлення зношеного обладнання). При сучасному розвитку зварювальної техніки зварні конструкції успішно замінюють литі і ковані вироби, а також прокатні профілі. При зварюванні в порівнянні з литтям економія металу складає близько 50%. У приладобудуванні найширше застосовують електродугову і електроконтактне зварювання.

За допомогою зварювання можна отримувати з'єднання, які володіють міцністю більшою ніж у основного металу.

Технологічні вимоги до зварювання

Технічні умови на виготовлення зварної конструкції передбачають технічні умови на основні матеріали і певні вимоги. До основних матеріалів відносять – зварювальні матеріали; вимоги пред'являються до заготовок під зварювання і збірку, до зварювання і контролю якості зварювання. Як основні матеріали, для виготовлення зварних конструкцій, що працюють при динамічних навантаженнях, застосовуються вуглецеві звичайної якості і леговані сталі. Всі зварювальні матеріали повинні відповідати вимогам стандартів і сертифікатам якості заводів – постачальників. За відсутності сертифікатів зобов'язані проходити додаткові лабораторні випробування на заводі. Вимоги до заготовок під зварку передбачають, щоб зварювані деталі з листового, фасонного, сортового і іншого прокату були виправлені перед збіркою під зварювання. Після вальцювання або гнуття деталі не повинні мати тріщин і задирок, надривів, хвилястості і інших дефектів. Кромки деталей обрізаних на ножицях, не повинні мати тріщин і задирок. Кромка обріза має бути перпендикулярною поверхні деталі, нахил у випадках, не обумовлених на кресленнях, має бути 1:10, але не більше 2 мм. Розміри прихваток мають бути вказані в картах технологічного процесу. Збірка під зварювання має бути прийнята ОТК. Поверхні деталей і кромки в тих місцях, де має бути зварний шов зачищаються від іржі і масла. Під зварювання не допускаються деталі з іржею, тріщинами, надривами. Силова підгонка при зварці категорично забороняється із-за утворення напружень в металі. Зсув зварюваних кромок і величина зазорів не повинні перевищувати величини встановлені на основні типи, конструктивні елементи і розміри зварних з'єднань по Гост14771–76, Гост5264–80, Гост14776–79, Гост8713–79. Переріз прихваток допускається до половини перерізу зварювального шва. Прихватки зачищають від шлаку і ставлять в місцях розташування зварних швів. Розміри прихваток вказують в картах технологічного процесу. До зварки відповідальних складальних одиниць допускаються висококваліфіковані атестовані зварювальники що мають посвідчення, що встановлює їх кваліфікацію. Зварювальне устаткування забезпечують манометрами, амперметрами і вольтметрами. Достаток устаткування перевіряється щодня зварювальником і налагоджувальником. Технологічний процес зварювання повинен передбачати певний порядок накладення швів, при якому внутрішні деформація і напруга будуть найменшими в зварних з'єднаннях. Він повинен забезпечувати максимальну можливість зварювання в нижньому положенні. Перед зварюванням перевіряються поверхні деталей в місцях розташування зварних швів. Не допускаються сліди грязі, масла, корозії, запалювати дугу на основному металі поза кордонами шва. При зварці у вуглекислому газі відповідно до ГОСТ 1477–76 відхилення розмірів поперечного перерізу зварних швів вказується в кресленнях. В процесі збірки і зварювання зварних з'єднань на всіх етапах повинен здійснюватися після операційний контроль. Процент контролю параметрів обмовляється технологічним процесом. Перед зваркою перевіряють правильність збірки, якість і розміри прихваток, чистоту поверхні зварюваних кромок, дотримання геометричних розмірів виробу, відсутність задирок, вм'ятин, дефектів. Після зварки здійснюється контроль зварних з'єднань зовнішнім оглядом Допускаються опуклі і увігнуті кутові шви, у всіх випадках катетом шва вважають катет вписаного в переріз шва рівнобедреного трикутника. Контроль розмірів зварних швів, крапок і виявлених дефектів проводиться на спеціальному шаблоні або вимірювальним інструментом з ціною ділення 0,1. Виправлення дефектної ділянки зварного шва більше двох разів не допускається.

Вибір способу зварювання.

Вибір того або іншого способу зварювання залежить від наступних чинників:

- товщина зварюваного матеріалу;

- довжини зварних швів;

- вимог до якості продукції, що випускається;

- хімічного складу металу;