Содержание

1. Введение 4

2. Описание и назначение конструкции, условия ее работы» ТУ на изготовление, требования к сварным соединениям 5

3. Основной металл изделия и оценка его свариваемости 6

3.1Общая характеристика основного металла 6

3.2Оценка свариваемости основного металла 6

4.   Подготовка  к сварке……………………………. …..7

5. Выбор вида сварки 8

6. Выбор сварочных материалов 10

7. Выбор режимов сварки 11

8. Выбор источника питания  12

9. Выбор сварочного оборудования 16

10.Контроль качества сварного соединения 18

11. Экология и безопасность   19

12. Выводы 20

Список использованных источников 21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

    Сварка  – один из ведущих технологических процессов современной промышленности, от степени развития и совершенствования, которого во многом зависит уровень технологии в машиностроении, строительстве и ряде других отраслей народного хозяйства. Правильно разработанный технологический процесс сварки обеспечивает не только получение надежных соединений и конструкций, отвечающих всем эксплуатационным требованиям, но и допускает максимальную степень комплексной механизации и автоматизации всего производственного процесса изготовления изделия, экономически выгоден по затратам на энергию, на сварочные материалы и по затратам человеческого труда. Преимущества сварных конструкций в настоящее время общепризнаны, такие конструкции повсеместно применяют взамен литых и клепаных изделий. Эти преимущества сводятся к уменьшению расхода материала, снижению затрат труда, упрощению оборудования, увеличению производительности. Значительно расширяются и широко используются в производстве автоматизация и механизация основных технологических операций.

    Требования  по улучшению качества и надежности сварных конструкций обеспечиваются путем правильного выбора вида сварки, сварочных материалов, расчета наиболее рациональных режимов сварки. [1] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.  Описание и назначение конструкции, условия ее работы, ТУ на изготовление, требования к сварным соединениям

 
Проектируемое изделие: патрубок  
Габаритные размеры: 283x240х60мм. 
Материал: 12Х18Н10Т

    Эскиз изделия представлен на рисунке 1.

Рис .1 Эскиз  патрубка 

3 Основной металл  изделия и оценка его свариваемости

      3.1 Общая характеристика основного металла.

Таблица 1. Химический состав 12Х18Н10Т

Таблица 2. Механические свойства при Т=20^oС материала 12Х18Н10Т.

Таблица 3. Физические свойства материала 12Х18Н10Т.

Обозначения:

      Применение: детали, работающие до 600 °С. Сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей и другие детали, работающие под давлением при температуре от —196 до +600 °С, а при наличии агрессивных сред до +350 °С. 
 

      3.2 Оценка свариваемости  основного металла.

Металлургические особенности сварки. Эти стали содержат мало вредных примесей и обладают хорошей раскисленностью,  малой чувствительностью к концентраторам напряжении и распространению трещин. Поэтому при их сварке нет необходимости в интенсивной металлургической обработке металла шва шлаком, т. е. шлаки должны быть нейтральными.

В процессе сварки необходимо предохранить от окисления легирующие элементы, содержащиеся в основном металле, обеспечить максимальный коэффициент перехода этих элементов из электрода в шов, создать хорошую защиту сварочной ванны от атмосферных газов.

Такой принцип  пассивной защиты обеспечивается при сварке аустенитных сталей в инертных газах. Ручная дуговая сварка производится электродами с покрытием основного вида, полуавтоматическая и автоматическая под флюсами, содержащими небольшое количество оксидов марганца, кремния и др. Чем больше в расплавленном покрытии или флюсе SiO_a и МпО, тем сильнее окисляется хром в сварочной ванне!

Значительное  окисление хрома может существенно  снизить коррозионную стойкость, жаростойкость и другие физико-химические свойства шва. Повышенное содержание кремния может явиться причиной появления горячих трещин в однофазном аустенитном металле вследствие образования тонкой силикатной пленки на границах зерен аустенита или легкоплавкой малопрочной эвтектики. Однако полностью исключать из плавленого флюса Si0₂ нецелесообразно, так как с его уменьшением повышается содержание водорода в металле шва и возможно образование пор.

Образование пор  в аустеннтном металле за счет азота и углерода менее вероятно вследствие высокой растворимости и небольшого выгорания углерода в хромоникелевых аустенитных сталях.

Теплофизическне свойства аустенитных сталей существенно отличаются от свойств углеродистых низколегированных перлитных сталей. У них более высокий коэффициент линейного теплового расширения, поэтому значительно увеличиваются области сварного соединения, где имеет место пластическая деформация, что после остывания приводит к увеличению остаточных деформаций.

Низкая теплопроводность приводит к более интенсивному местному разогреву, что при одинаковых режимах увеличивает скорость плавления электрода и глубину провара. Поэтому сварку аустенитных сталей следует производить при меньшем сварочном токе.

Высокая жаропрочность аустенитных сталей требует более высоких температур отпуска (800—850 ^СС) для снятия остаточных сварочных напряжений, так как они имеют более высокий, чем у стали СтЗ, предел текучести. 
 
 
 

4.Подготовка к сварке.

     Качество сварных соединений во многом определяется технологией подготовки кромок деталей и нержавеющей проволоки под сварку. Подготовительные операции выбирают в зависимости от исходного состояния заготовки. Плоские листовые заготовки после резки на гильотине, детали простой формы, изготовленные холодной штамповкой и т. п., подготавливаются под сварку механической обработкой кромок.   

    Все заготовительные операции на аустенитных сталях, выполняемые методами холодной или горячей обработки, производятся в основном теми же способами и на том же оборудовании, что и для углеродистых конструкционных сталей. Подготовка кромок деталей под сварку должна производиться механическим путем (фрезерованием, строжкой, токарной обработкой). Допускается подготовка кромок сжатой дугой или газофлюсовой резкой, требующей последующей механической зачистки кромок на глубину не менее 0,8 мм. Непосредственно перед сваркой кромки на ширине 20—30 мм от стыка зачищают нержавеющей щеткой или шабером и обезжиривают ацетоном, вайтспиритом или другими растворителями.

 
     При сборке деталей перед прихваткой и сваркой во избежание образования надрезов и трещин на поверхности основного металла в месте попадания брызг расплавленного металла участки рядом со швом должны быть покрыты одним из видов защитных покрытий.     В процессе травления, применяют спектральный метод контроля концентрации водорода на поверхности свариваемых кромок. Для предохранения шва от наводороживания используют сварочную проволоку, предварительно подвергнутую вакуумному отжигу (содержание водорода в пр Одним из методов обработки сварочных швов является травление. При правильном следовании технологии травление дает возможность устранить зону со сниженным содержанием хрома и вредный оксидный слой. Травление в зависимости от условий может выполняться путем поверхностного нанесения, погружения или покрытия пастой. Чаще всего при травлении применяется смешанная кислота, состоящая из фтористоводородной, азотной кислот в пропорциях: 110 г/литр H2SO4, 130 г/литр HCL, 10 г/литр HNO3, при температуре 50-60 C,.

Время травления  нержавеющего аустенитного проката будет зависеть от температуры, концентрации кислот, сорта проката и толщины окалины.  
 
 
 
 
 
 
 

5. Выбор вида сварки.

Ручная  дуговая сварка:

   Основной  особенностью ручной дуговой сварки аустенитных сталей является необходимость обеспечения требуемого химического состава металла шва при различных типах сварных соединений и пространственных положениях сварки с учетом изменения доли участия основного и электродного металла в металле шва. Это заставляет корректировать состав покрытия с целью обеспечения необходимого содержания в шве феррита и тем самым предупреждения образования в шве горячих трещин. Этим же достигается и необходимая жаропрочность и коррозионная стойкость швов. 
     Применением электродов с фтористокальциевым покрытием, уменьшающим угар легирующих элементов, достигается получение металла шва с необходимым химическим составом и структурами. Уменьшению угара легирующих элементов способствует и поддержание короткой дуги без поперечных колебаний электрода. Последнее уменьшает и вероятность образования дефектов на поверхности основного металла в результате прилипания брызг. 
     Состав покрытия электрода определяет необходимость применения постоянного тока обратной полярности (при переменном токе или постоянном токе прямой полярности дуга неустойчива), величину которого определяют по формуле I_св=kd_э, а коэффициент k в зависимости от диаметра электрода принимают не более 25-30 А/мм. В потолочном и вертикальных положениях силу сварочного тока умень¬шают на 10-30 % по сравнению с силой тока, выбранной для нижнего положения сварки. 
     Сварку покрытыми электродами рекомендуется выполнять валиками малого сечения и для повышения стойкости против горячих трещин применять электроды диаметром 3 мм с минимальным проплавлением основного металла. Тщательная прокалка электродов перед сваркой, режим которой определяется их маркой, способствует уменьшению вероятности образования в швах пор и трещин, вызываемых водородом. 
Сварка в углекислом газе: При сварке в углекислом газе создается окислительная атмосфера в дуге за счет диссоциации углекислого газа, вызывающая повышенное (до 50 %) выгорание титана и алюминия. Меньше выгорают марганец, кремний и другие легирующие элементы, поэтому при сварке коррозионно-стойких сталей в углекислом газе применяют сварочные проволоки, содержащие раскисляющие и карбидообразующие элементы (алюминий, титан, ниобий). Недостатком сварки в углекислом газе является интенсивное разбрызгивание металла и образование на поверхности шва плотных пленок оксидов, прочно сцепленных с металлом, что может снизить коррозионную стойкость и жаростойкость сварного соединения. 
     Для уменьшения налипания брызг на основной металл наносят эмульсии, а для борьбы с оксидной пленкой подается в дугу небольшое количество фторидного флюса АНФ-5. 
     Сварка плавящимся электродом в углекислом газе производится на полуавтоматах и автоматах. При этом для сварки сталей марки 12Х18Н10Т рекомендуется проволока Св-07Х18Н9ТЮ, Св-08Х20Н9С2БТЮ. 

    Сварка в углекислом газе производится во всех пространственных положениях, что позволяет механизировать сварочные работы на конструкциях из высоколегированных сталей в монтажных условиях. 

              Сварка в инертных газах:

При сварке в инертных газах повышается стабильность дуги и снижается угар легирующих элементов, что важно при сварке высоколегированных сталей. 
     Сварку аустенитных сталей в инертных газах выполняют неплавящимся (вольфрамовым) или плавящимся электродом. Обычно ее применяют для сварки материала толщиной до 7 мм, но особо эффективна она при малых толщинах (до 1,5 мм), когда при применении других способов наблюдаются прожоги. Однако в некоторых случаях ее применяют при сварке неповоротных стыковых труб большой толщины, и сварке корневых швов в разделке при изготовлении особо ответственных толстостенных изделий. Сварку ведут без присадочного материала или с присадочным материалом на постоянном токе прямой полярности. Но при сварке стали или сплава с повышенным содержанием алюминия применяют переменный ток, чтобы за счет катодного распыления разрушить поверхностную пленку оксидов.

Сварку  плавящимся электродом производят в  инертных, а также активных газах  или смеси газов. При сварке высоколегированных сталей, содержащих легкоокисляющиеся  элементы (алюминий, титан и др.), следует использовать инертные газы, преимущественно аргон, и вести процесс на плотностях тока, обеспечивающих струйный перенос электродного металла. Так, при сварке в аргоне стыковочное соединение на стали типа 18-9 толщиной 5-6 мм на постоянном токе обратной полярно¬сти проволокой диаметром 1,2 мм при сварочном токе 230-300 А, напряжении 16-20 В, расходе газа 16- 20 м/мин будет иметь место струйный перенос электродного металла. При этом дуга имеет высокую стабильность, и практически исключается разбрызгивание металла, что благоприятно сказывается на формировании швов в различных пространственных положениях и исключает вероятность образования очагов коррозии, связанных с разбрызгиванием при сварке коррозионностойких и жаростойких сталей. Однако струйный перенос в аргоне возникает при критических токах, когда возможно образование прожогов при сварке тонколистового металла. 
     Уменьшения критического тока можно достичь, добавив к аргону 3-5 % кислорода, за счет чего уменьшается вероятность образования пор, вызванных водородом, или применив для сварки смеси аргона с 15-20 % углекислого газа, что уменьшает расход дорогостоящего аргона. Но наличие углекислого газа может явиться причиной угара легирующих элементов.

      Для сварки нержавейки выбираем  сварку в инертных газах неплавящимся (вольфрамовым) электродом. 

6. Выбор сварочных  материалов.

    6.1 Дуговая сварка может быть  осуществлена неплавя- 
щимся лантанированным вольфрамовым электродом. Диаметр электрода 2 мм. 
Применяемые вольфрамовые электроды должны отвечать требованиям ГОСТ 
23949-80.

    6.2 Выбор защитного газа.

    Качество  сварных соединений определяется главным  образом надежностью защиты зоны сварки и чистотой инертного газа. Для защиты используют в основном аргон 1-го и высшего сортов по ГОСТ 10157—79 аргон высокой чистоты по ТУ 6-21-12—76 или смесь аргона с двуокисью углерода по ГОСТ 8050

   Окончательно, для защиты зоны  сварки выбираем аргон высшего  сорта.

Табл.1 Химический состав аргон высшего сорта.

Для сварки выбираем проволоку Св-07Х18Н9ТЮ ГОСТ 2246.

Табл.2  Химический состав в % материала   Св-07Х18Н9ТЮ

7. Расчет режима  сварки.

       Режим сварки - совокупность основных  характеристик сварочного процесса, 
обеспечивающих получение качественных сварных соединений заданных размеров. При ручной сварке неплавящимся электродом в среде аргона, основными параметрами режима являются: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги, скорость сварки, расход защитного газа, род и полярность тока, а так же характер переноса присадочного металла в зону сварки. 

   Сварка нержавейки ведется на постоянном токе прямой полярности.  

      По справочнику выбираем ориентировочные режимы ручной сварки титана неплавящимся электродом аргонодуговой сварки неплавящимся электродом. 
 
 
 
 

Табл. 3  Ориентировочные режимы ручной аргонодуговой сварки .

   По справочнику выбираем ориентировочные режимы для прихватки.

Табл. 4   Ориентировочные режимы  аргонодуговой сварки для прихватки  нержавейки .

8.Выбор источника питания

Выбор сварочного оборудования зависит от вида и режима сварки. Для сварки нержавейки можно применить:

1. Источник питания для аргонодуговой сварки Invertec V160-TP-2V

Источники TIG и  ММА Invertec 160T&T-Pulsе были спроектированы и изготовлены с использованием новейших решений инверторной техники, позволяющих изготовить надёжное , промышленное оборудование с идеальными свойствами сварочной дуги. Это полнофункциональные инверторные аппараты для аргонодуговой сварки на постоянном токе с отличным контролем дуги. Они имеют встроенный соленоид для управления подачей газа, а также позволяют выбирать способ поджига дуги - с помощью высокочастотной схемы или касанием (Lift TIG), что делают эти устройства идеальными для широкого спектра применения технологии TIG DC. Аппараты могут быть использованы для сварки с покрытыми электродами от Lincoln. Благодаря относительно небольшим размерам и небольшой массе, аппараты являются универсальными для работ как в мастерских, так и в полевых условиях. Уникальной функцией модели V160T-Pulsе является изменяемая высокая частота импульса, которая позволяет сварщику фокусировать дугу соответственно применению.  
 
 
 
 

Преимущества:

• Высокоразвитая инверторная технология для TIG сварки.
• Возможность питания от генератора.
• Поджиг HF и Lift TIG соответствует всем требованиям.
• Функциональный и простой интерфейс панели управления позволяет без труда настраивать параметры сварки.
• Функция включения вентилятора при необходимости (F.A.N.) снижает потребляемую мощность и попадание пыли и дыма внутрь устройства.
• Гнезда подключения и ручки управления защищены от повреждений.
• Высокая частота импульса в V160T-Pulsе позволяет фокусировать дугу, снизить деформации и увеличить скорость сварки.
• Гарантия 2 года на качество сборки и комплектующие. требованиям стандартов IEC974-1, ROHS и СЕ.
• Гарантия 2 года на качество сборки и комплектующие.

Стандартный комплект поставки

• Сетевой кабель 2 м, ремень для переноски, комплект для подключения газа.

2. Источник питания для аргонодуговой сварки ДC315AУ.33 .  

Современный надежный аппарат для сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа DC 200АУ.3 незаменим при выполнении работ, когда необходима высокая производительность, стабильность работы и высочайшее качество шва. Благодаря своей многофункциональности и высоким технологическим показателям аппарат этой серии отлично подходят для производства, монтажа и ремонта. DC 200АУ.3 технически надежен и выполнен на высоком профессиональном уровне с использованием последних достижений в области сварочных технологий.  
    Аппарат DC 200АУ.3А- инверторный источник для сварки неплавящимся электродом в защитных газах (TIG) сталей и цветных металлов, в том числе алюминия и его сплавов на постоянном и переменном токе. 
 

Описание  и технические  характеристики аппарата DC 200АУ.3:  
        - Режим контактного и бесконтактного зажигания дуги на малом токе.  
        - Плавное нарастание и спад тока при окончании сварки.  
        - Контроль тока прямой полярности производится встроенным амперметром, а контроль расхода газа - ротаметром.  
        - Продув газа перед началом сварки и обдув сварочной ванны после окончания сварки для максимальной защиты сварочной ванны.  
        - Для сварки алюминия и его сплавов предусмотрен режим работы на переменном токе с регулировкой амплитуды, частоты и коэффициента заполнения импульсов сварочного тока, т. е. имеется возможность увеличивать, либо уменьшать долю сварочного тока прямой и обратной полярности, что позволяет гибко управлять проплавляющей и очищающей способностью сварочной дуги. Повысить проплавляющую способность дуги можно увеличив долю сварочного тока прямой полярности или его амплитуду. Повысить очищающую способность сварочной дуги, необходимую для эффективного разрушения оксидной пленки, можно увеличив долю сварочного тока обратной полярности или его амплитуду. Такое управление тепловложением позволяет значительно увеличить стойкость электрода и использовать горелку без водяного охлаждения.  
        - Возможность выбора начальной полярности тока при зажигании дуги.  
        - Регулировка частоты сварочного тока в пределах от 20 до 200Гц при сварке на переменном токе.

Табл. 6   Технические характеристики DC 200АУ.3А (TIG, MMA)

  В источнике  предусмотрено автоматическое отключение при перегреве, отсутствии одной из фаз питающего напряжения или при снижении питающего напряжения более чем на 15%. Характеристики источника не зависят от колебаний напряжений питающей