Выбор сварочных материалов

Общие принципы выбора сварочных материалов характеризуются следующими основными условиями:

- обеспечением требуемой эксплуатационной прочности сварного соединения, т.е. определяемого уровня механических свойств металла шва в сочетании с основным металлом;

- обеспечением необходимой сплошности металла шва (без пор и шлаковых включений или с минимальными размерами и количеством указанных дефектов на единицу длины шва);

- отсутствием горячих трещин, т.е. получением металла шва с достаточной технологической прочностью;

-получением комплекса специальных свойств металла, шва (жаропрочности, жаростойкости, коррозионной стойкости).

Выбор сварочных материалов производится в соответствии с принятым способом сварки.

Выбор и обоснование конкретных типов и марок сварочных материалов следует произвести на основании литературных источников с учётом требований.

В картах технологического процесса для каждой технологической операции (сборка на прихватках, сварка), необходимо указать виды, марки, стандарт на виды и марки, сварочных материалов.

При ручной дуговой сварке конструкционных углеродистых и легированных сталей выбор электродов производится по ГОСТ 9467-75, который предусматривает два класса электродов. Первый класс - электроды для сварки углеродистых и легированных сталей, требования к которым установлены по механическим свойствам наплавленного металла и содержанию в нём серы и фосфора. Второй класс регламентирует требования к электродам для сварки легированных теплоустойчивых сталей и которые классифицируются по химическим свойствам наплавленного металла шва.

Выбор электродов для ручной дуговой сварки сталей и наплавки производится по ГОСТ 9466-75 и электродов для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей по ГОСТ 9467-75.

ГОСТ 10052-75 устанавливает требования к электродам для сварки высоколегированных сталей с особыми, свойствами. Выбор электродов для сварки этих сталей производится по этому ГОСТу.

Выбор стальной проволоки для механизированных способов сварки производится по ГОСТ 2246-70, который предусматривает выпуск стальной сварочной проволоки для сварки диаметром от 0,3 до 12 мм.

Сварочная проволока для сварки алюминия и его сплавов поставляется по ГОСТ 7881-75.

Выбор флюсов для сварки производится по ГОСТ 9078-81, который предусматривает две группы флюсов:

- для сварки углеродистых низколегированных и среднелегированных сталей (АН-348А, АН-348АМ, ОСЦ-45, АН-60, АН-22, ФЦ-9, АН-64);

- для сварки высоколегированных, сталей (АН-26, АН-22, АН-30, АНФ-14, АНФ-16, АНФ-17, ФЦК-С, К-8).

В качестве защитных газов при сварке применяются инертные газы (аргон, гелий) и активные газы (углекислый газ, водород).

Аргон, предназначенный для сварки, регламентируется ГОСТ 10157-79 и в зависимости от процентного содержания аргона и назначения делится на аргон высшего, первого и второго сорта.

Гелий поставляется по ГОСТ 20461-75, который предусматривает два сорта газообразного гелия: гелий высокой чистоты (99,98% Не) и гелий технический (99,8% Не).

Углекислый газ, предназначенный для свари, соответствует ГОСТ 8050-85, который в зависимости, от содержания СО₂ предусматривает двасорта сварочной углекислоты: первый сорт - с содержанием CО₂ не менее 99,5%, второй сорт - с содержанием СО₂ не менее 99%.

После обоснования выбора сварочных материалов для принятых в проекте способов сварки необходимо привести в форме таблиц химический состав этих материалов, механические свойства и химический состав наплавленного металла.

5. Выбор и расчет режимов сварки

Режимом сварки называется совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, форм, качества. При всех дуговых способах сварки такими характеристиками являются следующие параметры: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока и полярность. При механизированных способах сварки добавляется ещё один параметр - скорость подачи сварочной проволоки, а при сварке в защитных газах - удельный расход защитного газа.

Параметры режима сварки влияют на форму, и размеры шва. Поэтому, чтобы получить качественный сварной шов заданных размеров, необходимо правильно подобрать режимы сварки, исходя из толщин свариваемого металла, типа соединения и его положения в пространстве. На форму и размеры шва влияют не только основные параметры режима сварки; но также и технологические факторы, как род и плотность тока, наклон электрода и изделия, вылет электрода, конструкционная форма соединения и величина зазора.

2.5.1 Основными параметрами режима ручной дуговой и полуавтоматической сварки в защитных газах являются: сварочный ток, диаметр, скорость сварки, род и полярность тока.

Расчёт режима сварки производится всегда для конкретного случая, когда известен тип соединения, толщина свариваемого металла, марка проволоки и способ защиты от протекания расплавленного металла в зазор стыка. Поэтому до начала расчёта следует установить по ГОСТу 5264-80, ГОСТу 14771-76 конструктивные элементы заданного сварного соединения.

Определение режима ручной дуговой сварки начинают с выбора диаметра электрода.

Диаметр электрода − выбирают в зависимости толщины метала, катета шва, положения шва в пространстве - таблица 2.5.

Таблица 2.5 Примерное соотношение между толщиной метала S и диаметром электрода dэ при сварке в нижнем положении.

S, мм	1-2	3-5	4-10	12-24	30-60
dэ, мм	2-3	3-4	4-5	5-6	6-8

Сила тока выбирается в зависимости от диаметра шва длины его рабочей части, состава покрытия, положения сварки и т.д. Чем больше сила тока, тем интенсивнее расплавляется его рабочая часть и тем выше производительность сварки. Но это правило может приниматься с некоторыми оговорками. При чрезмерном токе для выбранного диаметра электрода происходит перегрев рабочей части, что чревато ухудшением качества шва, разбрызгиванием капель жидкого металла и даже может привести к сквозным прогораниям деталей. При недостаточной силе тока дуга будет неустойчива, часто будет обрываться, что может привести к непроварам, не говоря уже о качестве шва. Чем больше диаметр электрода, тем меньше допустимая плотность тока, так как ухудшаются условия охлаждения сварочного шва.

Опытные сварщики силу тока определяют экспериментальным путем, ориентируясь на устойчивость горения дуги. Для тех, кто еще не имеет достаточного опыта, разработаны следующие расчетные формулы: Для наиболее распространенных диметров электрода (3 -6 мм)

Iсв = (20 + 6×dэ)×dэ (2.2)

где: Iсв−сила сварочного тока.

Для электродов диаметром менее 3 мм ток подбирают по формуле:

Icв = 30×dэ (2.3)

или

Iсв = К×d (2.4)

где, К−коэффициент, зависящий от диаметра электрода; dэ − диаметр электрода, указан в таблице 2.6.

Таблица 2.6 Зависимость коэффициента от диаметра электрода

d, мм	2	3	4	5	6
К	25-30	30-45	35-50	40-45	45-60

Сварку швов в вертикальном и потолочном положениях выполняют, как правило, электродами диаметром не более 4 мм. При этом сила тока должна быть на 10-20% ниже, чем для сварки в нижнем положении. Кроме того, на силу тока оказывает полярность и вид тока. К примеру, при сварке постоянным током с обратной полярностью катод и анод меняются местами и глубина провара увеличивается до 40%. Глубина провара при сварке переменным током на 15 - 20% меньше, чем при сварке постоянным током. Эти обстоятельства следует учитывать при выборе режимов сварки.

Скорость ручной дуговой сварки (перемещения дуги)− зависит от квалификации сварщика и обычно выбирается в диапазоне 4-8 м/ч, а также в значительной степени влияет коэффициент наплавки применяемых электродов и сила сварочного тока. С увеличением скорости сварки снижается глубина провара и ширина шва. Влияние скорости компенсируют увеличением силы тока.

Напряжение ручной сварки − зависит от величины сварочного тока и длины самой дуги. В ручной дуговой сварке, чем меньше напряжение тока, тем меньше напряжение на дуге. Напряжение дуги при ручной дуговой сварке изменяется в приделах 20−30 В и при проектировании технологических процессов ручной сварки не регламентируется.

Полярность и род тока − во многом определяют количество теплоты, которое выделится на изделие во время сварки, а также от толщины и марки электрода.

Вид покрытия − оказывает влияние: на скорость плавления электрода, а также от величины плотности сварочного тока.

К дополнительным параметрам ручной дуговой сварки относят: величину вылета электрода, состав и толщину покрытий электрода, положение электрода и положение изделия при сварке.

Сварка под углом больше 90 градусов выполняется только углом назад, но при этом расплавленный металл вытесняется в противоположном направлении, то есть в хвостовую часть. Такой режим сварки может значительно увеличить глубину проплавления.

Таблица 2.7 Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки

Диаметр, мм	Положение шва
	нижнее	вертикальное	потолочное
1,5 2	25-40 60-70	45-65 55-70	45-65 55-70
3.0	70-100	80-100	80-100
4.0	90-140	140-170	140-170

Полярность и род тока − зависит от толщины и марки электрода.

Плотность тока в зависимости от диаметра проволоки указана в таблице 2.8.

Таблица 2.8 Допускаемая плотность тока (А/мм²) в зависимости от диаметра электрода при ручной дуговой сварке

Вид покрытия	Диаметр стержня электрода, мм
Кислое, рутиловое Основное	3	4	5	6
	14-20 13-18,5	11,5-16 10-14,5	10-13,5 9-12,5	9,5-12,5 8,5-12,0

2.5.2 Выбор режима сварки в углекислом газе, а также в смеси газов производится в зависимости от толщины и свойств свариваемого металла, типа сварного соединения и положения сварного шва в пространстве на основании обобщённых опытных данных [11].

6. Выбор сварочного оборудования, технологической оснастки, инструмента

В соответствии с установленным технологическим процессом производят выбор сварочного оборудования. Основными условиями выбора служат:

- техническая характеристика сварочного оборудования, отвечающая принятой технологии;

- наименьшие габариты и вес;

- наибольший КПД и наименьшее потребление электроэнергии;

- минимальная стоимость.

Основным условием при выборе сварочного оборудования является тип производства.

Так, при единичном и мелкосерийном производстве из экономических соображений необходимо более дешевое сварочное оборудование - сварочные трансформаторы, выпрямители или сварочные полуавтоматы, отдавая предпочтение оборудованию, работающему в среде защитных газов с источником питания - выпрямителями.

Для подбора рациональных типов оборудования следует пользоваться новейшими данными справочной и информационной литературы, каталогами и проспектами по сварочной технике, в которых приведены технические характеристики источников питания, сварочных полуавтоматов и автоматов.

При определении расхода электроэнергии её расход вести по мощности источника питания и добавлять к ней 0,3...0,5 кВт на цепь управления автомата, полуавтомата.

Выбор и проектирование сборочно-сварочных приспособлений (оснастки) производится в соответствии с предварительно избранными способами сборки-сварки узлов. При разработке данного вопроса необходимо учитывать то, что выбор сборочно-сварочных приспособлений должен обеспечить следующее:

- уменьшение трудоёмкости работ, повышение производительности труда, хранение длительности производственного цикла;

- облегчение условий труда;

- повышение точности работ, улучшение качества продукции, сохранение заданной формы свариваемых изделий путём соответствующего закрепления их для уменьшения деформаций при сварке.

Приспособления должны удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать доступность к местам установки деталей к рукояткам зажимных и фиксирующих устройств, к местам прихватов и сварки;

- обеспечивать рациональный порядок сборки;

- должны быть достаточно прочными и жёсткими, чтобы обеспечить точное закрепление деталей в требуемом положении и препятствовать их деформации при сварке;

- обеспечивать такие положения изделий, при которых было бы наименьшее число поворотов, как при наложении прихваток, так и при сварке;

- обеспечивать свободный доступ при проверке изделия;

- обеспечивать безопасное выполнение сборочно-сварочных работ.

При серийном производстве приспособления следует выбирать из расчёта возможностей перестройки производства на новый вид продукции, т.е. универсальные.

Тип приспособления необходимо выбирать в зависимости от программы, конструкции изделия, технологии и степени точности изготовления заготовок, технологии сборки-сварки.

Рабочий и мерительный инструмент выбирается конкретно для каждой сборочно-сварочной операции, исходя из требований чертежа и технических условий на изготовление сварной конструкции.

7. Описание механизированного сборочно-сварочного приспособления

В опытном единичном и мелкосерийном производстве экономически целесообразно использовать универсальные сборочно-разборные приспособления (УСПС), которые позволяют компоновать на базовых плитах или кольцах из стандартных деталей и узлов сборочные приспособления.

При проектировании специальной оснастки необходимо:

· выбрать схему базирования;

· охарактеризовать усилия, действующие в приспособлении;

· охарактеризовать зажимные элементы и основание приспособления;

· выполнить технический рисунок приспособления с необходимыми разрезами и сечениями.

8. Основные положения на сборку и сварку

В данном разделе необходимо учитывать требования к подготовке сварной конструкции на сборку и сварку. Очистка изделия от грязи, ржавчины, заусенцев. Все детали должны быть отрехтованны, не иметь изгибов. Дать кратко анализ каким образом осуществляется сборка т.е. установка узлов, подузлов, деталей и элементов изделия и закрепление их в сборочно-сварочных приспособлениях при помощи прихваток. Как определяется количество, размер прихваток. Дать информацию о последовательности операций, положение изделия перед сваркой, а также базирование деталей относительно плоскости изделия в сборочно-сварочном приспособлении.

9. Технологический процесс изготовления конструкции

В данном разделе необходимо разделить все действия на операции и переходы, придерживаясь стандартных (ГОСТ 3.1109–82) определений технологическая операция и технологический переход. Технологический процесс изготовления сварной конструкции разрабатывается в технологических картах.

2.9.1 Заготовительные операции. В данном разделе необходимо проработать заготовительные операции элементов изделия. При этом особое внимание должно быть уделено вопросам выбора сортамента, раскрою металла, резки и подготовки кромок. Обосновать номинальные размеры и допуски каждой заготовки.

Обосновать и охарактеризовать выбранное заготовительное оборудование, обосновать применяемое горючее, флюс, плазмообразующий газ, режим резки и т.д.

Для заготовительных операций рекомендуется маршрутное описание операций МК/МКТ сборочно-сварочных работ, пример оформления см. Приложение 1.

2.9.2 Разработка технологии сборки и сварки. Для сборочных, сборочно-сварочных и сварочных операций рекомендуется полное (операционное) описание, которое выполняется в операционных картах.

В этом разделе необходимо указать способ сборки, её последовательность, использование сборочно-сварочных приспособлений, их характеристики.

Особое внимание необходимо уделить возможным вариантам подготовки кромок, последовательности выполнения сварочных операций и переходов (однопроходная сварка; сварка с подваркой корня шва; многослойная, многопроходная сварка; сварка «горкой», «каскадом» и т.д.), а так же необходимо указать последовательность и технологию выполнения сварочных швов.

3. Сварочные напряжения и деформации, меры борьбы с ними. Определить, какие виды сварочных деформаций, перемещений и напряжений возникают при сварке данного изделия, какое отрицательное воздействие они оказывают. Разработать мероприятия по их уменьшению или исправлению. Эти мероприятия должны найти отражение в технологическом процессе.

В случае применения термообработки для снятия остаточных напряжений определить ее режим. Выбрать необходимое оборудование для устранения сварочных деформаций и напряжений.

10. Контроль качества готовой продукции

Указать, какие методы контроля качества применяются в зависимости от характера и назначения конструкции, степени её ответственности, конструкции сварных швов и марки свариваемого материала (внешний осмотр сварных швов, гидравлическое испытание, испытание керосином, механическое испытание, радиационные, ультразвуковые, магнитные и др.).

11. Определение технических норм времени на сборку и сварку

Общее время на выполнение сварочной операции Тсв, мин, состоит из нескольких компонентов и определяется по формуле:

Tсв=tо+ tп.з.+ tв+ tобс+tп, (2.5)

где:

Тсв − общее время на выполнение сварочной операции, мин;

tп.з. − подготовительно-заключительное время;

− основное время плавления, мин;

t_в − вспомогательное время;

t_обс − время на обслуживание рабочего места;

t_п − время перерывов на отдых и личные надобности.

Основное время – это время на непосредственное выполнение сварочной операции, определяется по формуле:

_{, (2.6)}

где:

− основное время плавления, мин;

G_{н.м −} масса наплавленного металла на один пог.м, г;

− коэффициент наплавки, г/А·час;

I_св − сила сварочного тока, А;

60 − перевод в мин.

Масса наплавленного металла определяется по формуле:

G_н.м= (2.7)

где:

G_{н.м −} масса наплавленного металла на один пог.м, г;

− площадь поперечного сечения наплавленного шва, мм²;

− плотность наплавленного металла, г/см³;

− длина шва, м.

Основное время сварки однопроходных швов при заданной скорости сварки (в мин/пог. м) может быть проверено по формуле:

, (2.8)

где:

− основное время плавления, мин;

− длина шва, м.;

− скорость сварки шва, м/час.

Основное время сварки многопроходных швов (в мин) при заданной скорости сварки каждого прохода рассчитывается по формуле:

(2.9)

где:

− плотность наплавленного металла, г/см³;

F_n1, F_n1 − площадь наплавки первого и каждого последующего прохода мм²;

I_св − сварочный ток первого и последующих проходов, А

Подготовительно-заключительное время включает в себя такие операции как получение производственного задания, инструктаж, получение и сдача инструмента, осмотр и подготовка оборудования к работе и т.д. При его определении общий норматив времени t_п.з. делится на количество деталей, выпущенных в смену. В дипломном проекте примем:

t_п.з. = 10% от t_о. (2.10)

Вспомогательное время включает в себя время на заправку кассеты с электродной проволоки t_э, осмотр и очистку свариваемых кромок t_кр, очистку швов от шлака и брызг t_бр, клеймение швов t_кл, установку и поворот изделия, его закрепление t_изд:

t_в = t_э+ t_кр+ t_бр+ t_изд+ t_кл, (2.11)

где:

t_в − вспомогательное время, мин;

t_э − время на заправку кассеты с электродной проволоки, мин;

t_кр − время на осмотр и очистку свариваемых кромок, мин;

t_бр − время на очистку швов от шлака и брызг, мин;

t_кл − время на клеймение швов, мин;

t_изд − время на установку и поворот изделия, его закрепление, мин.

При автоматической сварке во вспомогательное время входит время на заправку кассеты с электродной проволоки. Это время можно принять равным t_э=5мин.

Время зачистки кромок или шва вычисляют по формуле:

t_кр = L_ш(0,6+1,2(n_c-1)), (2.12)

где:

t_кр − время на осмотр и очистку свариваемых кромок, мин;

n_с − количество слоёв при сварке за несколько проходов;

− длина шва, м.

Время на установку клейма, t_кл принимают 0,03 мин на 1 знак.

Время на установку, поворот и снятие изделия, t_изд зависит от его массы (таблица 2.9).

Таблица 2.9. Норма времени на установку, поворот и снятие изделия в зависимости от его массы

Элементы работ	Вес изделия, кг
	5	10			15	25	до 40		до 50		до 100
	Время, мин
	вручную							краном
Установить, повернуть, снять сборочную единицу и отнести на место складирования	1,30		3,00	4,30		6,00		5,20		6,30		8,40

Время на обслуживание рабочего места включает в себя время на установку режима сварки, наладку автомата, уборку инструмента и т.д. принимаем равным:

t_обс = (0,06…0,08)·t_о, (2.13)

где:

t_обс − время на обслуживание рабочего места, мин;

− основное время плавления, мин.

Время перерывов на отдых и личные надобности зависит от положения, в котором сварщик выполняет работы. При сварке в удобном положении t_п = 0,07·t_о.