Назначение, конструкция и условия работы шиберной задвижки, оценка технологичности изготовления. Выбор конструкционного материала и оценка его свариваемости. Разработка технологии сборки и сварки задвижки с клиновым затвором, основные требования к ней.
Аннотация к работе
Определить параметры режима сварки, позволяющие обеспечить высокую технологическую прочность сварных соединений. Разработать план участка сборки и сварки на основе норм технологического проектирования и норм и правил БЖД, обеспечивающий максимально возможную степень загрузки оборудования и использования производственных площадей. Для того, чтобы избежать холодных трещин при сварке в базовой технологии используется подогрев до температуры 200 ОС-300 ОС. При прохождении преддипломной практики и анализе ранее наработанных материалов мною был сделан вывод о необходимости изменения базовой технологии и конструкции, так как применение литых заготовок в массовом производсте очень дорогостояще В частности произведена замена РДС кольцевых швов на АСФ, п/а сварку в среде Ar для остальных швов, что позволяет повысить технологичность сварочного процесса. Это достигается за счет: повышения величины и плотности сварочного тока, повышения коэффициента наплавки, увеличения глубины проплавления свариваемого металла, повышения скорости сварки, снижения машинного времени сварки.В технически обоснованную норму времени входит: основное время (то), вспомогательное время (ТВ), время на обслуживание рабочего места (ТОБС), время на отдых и личные надобности (ТОТД), подготовительно-заключительное время (ТПЗ). Время на обслуживание рабочего места включает время, необходимое для поддержания рабочего места в состоянии, обеспечивающем высокопроизводительную работу (протирка оборудования, удаление отходов и др.). Время на отдых и личные надобности включает обязательные перерывы, время на личную гигиену и др. Подготовительно-заключительное время включает время на подготовку к работе (получение задания, подготовка и наладка оборудования) и время на сдачу выполненной работы. то= ?(19,2?178 226?8,5 110?1,2 30?1,1 31?5,12 138?1,6)=32,5 ч=1954 мин, Вспомогательное время, связанное с выполнением сварных швов, вычисляется по формуле ТВ1=ТЭ ТИО ТЗ ТК, (11) где ТЭ - время на смену электродов и осмотр шва, мин;Выполнен анализ недостатков базовой технологии изготовления и на основе анализа разработан новый вариант. На основе сравнения технико-экономических показателей доказано, что способ автоматической сварки под флюсом имеет преимущество над другими при изготовлении задвижки с клиновым затвором. Выбраны параметры режима сварки, позволяющие обеспечить высокую технологическую прочность сварных соединений.
Введение
шиберный задвижка затвор свариваемость
В настоящем дипломном проекте рассматривается проектирование технологии изготовления и участка сборки и сварки задвижки с клиновым затвором для паропроводов ТЭС высокого давления.
Целью дипломного проекта является проектирование участка сборки и сварки на основе технологии, отвечающей современным требованиям рыночной экономики и современного уровня сварочного производства.
Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: - Выполнить анализ недостатков базовой технологии изготовления и разработать новый вариант.
- Обосновать выбор способа сварки, формы разделок, выбор сварочных материалов.
- Определить параметры режима сварки, позволяющие обеспечить высокую технологическую прочность сварных соединений.
- Произвести выбор современного сварочного оборудования.
- Разработать план участка сборки и сварки на основе норм технологического проектирования и норм и правил БЖД, обеспечивающий максимально возможную степень загрузки оборудования и использования производственных площадей.
В качестве исходных данных для проектирования использованы: - Конструкторская документация.
- Технические условия на изготовление.
- Производственно-технологическая документация.
- Результаты курсовых проектов и преддипломной практики.
- Результаты литературного обзора.
- Результаты патентно-правового поиска.
1. Исходные данные для проектирования
1.1 Назначение, конструкция и условия работы задвижки с клиновым затвором для паропроводов ТЭС высокого давления
Задвижки данного типа применяются в качестве запорного устройства для перекрытия потока рабочей среды в магистральных трубопроводах по транспортировке товарной нефти и нефтепродуктов, а также в технологических схемах перекачивающих станций и резервуарных парков, с температурой рабочей среды от -15 до 80°С. Такие задвижки могут эксплуатироваться в районах с умеренным и холодным климатом, а также в сейсмоопасных районах до 9,5 баллов по шкале Рихтера. Изготовление и поставка по ТУ 374137-002-05785572-97.
Задвижка шиберная представляет собой вертикальный вертикальный аппарат
Техническая характеристика: - Герметичность затвора: по классу В (ГОСТ 9544-93);
- Среда: нефть и нефтепродукты;
- Температура рабочей среды: от -15 до 80°С;
- Температура окружающей среды: от -40 до 40°с (климатическое исполнение У1), от -60 до 40°С (климатическое исполнение ХЛ);
- Коэффициент сопративления задвижки - 0,24.
- Вид управления: электроприводной;
- Срок службы: не менее 30 лет;
- Время открывания задвижки электроприводом 47 сек.
Данная задвижка изготовлен из стали 15Х1МФЛ.
Общий вид задвижки шиберной графически представлен на листе 1502.Д13.836.01.00СБ.
1.2 Оценка технологичности изготовления задвижка шиберная
С точки зрения заготовительных операций при серийном производстве задвижка с клиновым затвором является технологичным изделием. Это объясняется тем, что при выполнении заготовительных операций ограничено применение ручного немеханизированного труда. Часть деталей имеет большие габариты. Последующая обработка, разделка кромок производится на фрезерном станке. Большая часть деталей требует специальной подготовки кромок, что понижает технологичность аппарата. Несколько понижает технологичность и необходимость применения подъемно - транспортного оборудования.
С точки зрения сборочно-сварочных операций pfldb; rf технологична. Это объясняется тем, что большинство сварных швов расположены в доступных местах. Практически все швы выполняются в горизонтальном положении. Цилиндрическая форма аппарата облегчает использование полуавтоматической сварки и уменьшает расход сварочных материалов.
1.3 Выбор конструкционных материалов и оценка свариваемости
Выбор основных материалов
Для изготовления корпуса задвижки с клиновым затвором используется сталь 15Х1МФЛ. Сталь для труб паронагревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления; поковок для паровых котлов и паропроводов; деталей цилиндров газовых турбин; для изготовления деталей, работающих при температуре 540-580°С.
Шток, детали и седло изготовлены из жаропрочных материалов, которые в условиях специфической рабочей среды должны обладать износостойкостью и твердостью.
Таблица 1. - Химический состав стали 15Х1МФЛ, %
C Si Mn Ni S P Cr Mo
0.1 - 0,15 0.17 -0.37 0.4 - 0.7 До 0.3 до 0.025 до 0.03 0.9 - 1.2 0.25 - 0.35
Таблица 2. - Механические свойства стали 15Х1МФЛ
Сортамент Размер Напр. sв ST d5 y KCU Термообр.
- мм - МПА МПА % % КДЖ / м2 -
Отливка, ГОСТ 977-88 440-640 295 21 790
Для повышения износостойкости взаимно - прилегающие поверхности седла и тарелок задвижки клиновой, наплавляют износостойкими электродами ЦН-6Л.
Сварка седла с корпусом, а также новый слой износостойкой наплавки выполняется переходными электродами тип ЭА 395/95.
Таблица 3. - Физические свойства стали 15Х1МФЛ
T E 10- 5 a 10 6 l r C R 10 9
Град МПА 1 / Град Вт/(м·град) кг/м3 Дж/(кг·град) Ом·м
20 1.98 7800 230
100 1.93 12.4 44 7780 278
200 1.88 13 44 7750 343
300 1.83 13.6 42 7720 430
400 1.75 14 40 7680 532
500 1.67 14.4 37 7640 647
600 1.57 14.7 35 7600 775
700 1.51 14.9 32 7570 962
800 14.8 28 7540 1087
900 12 28 7560 1130
T E 10- 5 a 10 6 l r C R 10 9
Оценка свариваемости
Свариваемость - свойство металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
Выявим, возможно ли образование горячих, холодных трещин и трещин повторного нагрева для основной стали, применяемой в задвижке - 15Х1МФЛ.
Горячие трещины.
Расчетно-статический метод оценки стойкости сплавов и сталей против образования горячих трещин является косвенным, т.к. основан на использовании параметрических уравнений, но им можно воспользоваться для приближенного определения чувствительности металла к образованию горячих трещин.
Определим чувствительность металла шва к образованию горячих трещин по формуле: HCS= (1)
HCS=2,98.
2,98< 4 следовательно сталь не склонна к образованию горячих трещин.
Холодные трещины.
Используем параметрическое уравнение, полученное статистической обработкой экспериментальных данных, для определения углеродного эквивалента Сэкв, по которому и определим склонность стали к образованию холодных трещин.
Определим чувствительность стали к холодным трещинам. Склонность определим по величине углеродного эквивалента:
Сэкв=С (2)
Сэкв=0,59
0,59>0,45 сталь склонна к образованию холодных трещин, следовательно, при сварке необходим предварительный подогрев и последующая термообработка.
Трещины повторного нагрева.
Оценку склонности стали к трещинам повторного нагрева, которые возникают в зоне температур отпуска, произведем на основании параметрического уравнения.
Оценку проведем по формулам Накамура и Ито: ?G=Cr 3,3?Mo 8,1?V 10?C-2 (3)
Psr=Cr Cu 2?Mo 10?V 7?Nb-5?Ti-2 (4)
?G=1,85 >0, Psr=0,2 <0.
У стали эти параметры выше 0, следовательно сталь склонна к образованию трещин повторного нагрева.
Выбранная сталь сваривается всеми видами сварки, имеет удовлетворительную структуру металла шва и зоны термического влияния. Сварные швы не склонны к образованию горячих трещин. Но склонны к образованию холодных трещин и трещин повторного нагрева. Для того, чтобы избежать холодных трещин при сварке в базовой технологии используется подогрев до температуры 200 ОС-300 ОС.
1.4 Анализ недостатков базовой технологии изготовления
Базовая технология изготовления и конструкция задвижки с клиновым затвором была разработана при проведении курсовых проектов по дисциплинам РИПСК, ПСК. При прохождении преддипломной практики и анализе ранее наработанных материалов мною был сделан вывод о необходимости изменения базовой технологии и конструкции, так как применение литых заготовок в массовом производсте очень дорогостояще В частности произведена замена РДС кольцевых швов на АСФ, п/а сварку в среде Ar для остальных швов, что позволяет повысить технологичность сварочного процесса. Предложено применить раздельную сборку корпуса из двух поковок с приваркой направляющих вместо цельной отливки. Также предлагается сварной вариант изготовления бугеля вместо цельной отливки, из более дешевые материалы. Это повышает технологичность конструкции и уменьшает расход сварочных материалов, позволяет избежать множественных литейных дефектов.
Предлагаемая технологии изготовления задвижки с клиновым затвором ДУ-250 представлены на листах 1502.Д13.836.05.00СБ и 1502.Д13.836.06.00СБ графической части дипломного проекта.
2. Разработка технологии изготовления задвижки с клиновым затвором
2.1 Предлагаемый вариант принципиальной технологии изготовления корпуса задвижки шиберной
Изготовление корпуса задвижки с клиновым затвором.
- изготовить заготовку корпуса из стали 15Х1МФЛ в виде поковок
- провести предворительную механическую обработку поковки для проведения УЗД-контроля.
- произвести подогрев участков корпуса для приварки втулок.
- произвести УЗД-контроль заготовок корпуса
- провести механическую обработку заготовок корпуса под сварку
Изготовление проушин грузовых.
- вырезать из листа стали 15Х1МФА термической резкой заготовки проушин.
- произвести контроль геометрии после механической обработки.
- изготовить поковку верхней втулки бугеля из стали 09Г2С.
- из трубы O325?20 термическим путем вырезать заготовку кольца средней втулки бугеля.
- произвести мех. обработку заготовки под сварку
- собрать на эл. прихватках сварной вариант верхней втулки бугеля.
- произвести сварку верхней втулки бугеля.
- произвести контроль геометрии и качество сварного соединения.
- произвести зачистку сварных швов и контроль геометрии бугеля после сварки.
- провести УЗК швов.
- произвести механическую обработку бугеля после сварки.
Износостойкая наплавка тарелок и седел.
- произвести наплавку защитного слоя на рабочии поперхности седел и тарелок.
- произвести УЗД контроль
2.2 Особенности сборки-сварки
От состояния поверхности свариваемых кромок в значительной мере зависит качество свариваемых швов. Подготовка кромок под сварку состоит в тщательной очистке их от ржавчины, окалины, грязи, масла и других инородных включений. Очистка производится стальными вращающимися щетками, гидропескоструйным и дробеструйным способами, абразивными кругами и т.д. Влага и образующийся при пониженных температурах конденсат должен удаляться подогревом или обдувкой горячим воздухом.
При сборке важно выдержать необходимые зазоры и совмещение кромок, углов разделки и притупления кромок, так как в противном случае возможно образование непроваров или прожогов. Величины зазоров и смещения (превышения) при сборке различных соединений при различных толщинах металла регламентированы соответствующими стандартами. Точность сборки проверяется шаблонами, измерительными линейками и различного рода щупами. Сборка производится в специальных приспособлениях или на выверенных стеллажах. Временное закрепление деталей производится струбцинами, скобами или сборочными прихватками.
Узел, собранный с помощью прихваток должен обладать такой жесткостью и прочностью, какая необходима при извлечении его из сборочного приспособления и транспортировке к месту сварки, а также для уменьшения сварочных деформаций. При назначении размеров и расположения прихваток учитывают еще и необходимость предотвращения их вредного влияния на качество выполнения сварных соединений и работоспособность конструкции. Для сборки стыка на прихватках их длина должна быть 50-80 мм, а сечение должно быть около 1/3 сечения шва, но не более 25-30 мм2. Расстояние между прихватками 150-500 мм. Прихватки должны располагаться в местах, где они будут полностью переварены при укладке основных швов. Перед сваркой все прихватки должны быть тщательно очищены от брызг расплавленного металла.
При сборке деталей из сталей следует применять временные технологические крепления из стали той же марки, что и собираемые детали. Поверхность деталей в местах приварки креплений должна быть предварительно зачищена от всех видов загрязнений. Технологические крепления после выполнения своих функций полностью удаляются кислородной или воздушно-дуговой резкой без углубления в основной металл с последующим шлифованием поверхностей деталей до удаления следов резки [2].
При проведении сборочно-сварочных операций используют специальные приспособления и приемы для повышения точности сборки, уменьшения коробления изделия и других сварочных деформаций.
Сборку кольцевого стыка основания и обечайки производят в вертикальном положении, применяя центрирующий кондуктор.
Для уменьшения деформаций и перемещений от сварки необходимо назначать минимальные объемы наплавляемого металла; сечения угловых швов следует принимать по расчету на прочность или в соответствии с рекомендациями о минимальных катетах швов; использовать способы сварки с минимальным тепловложением; сварку вести диаметрально противоположными участками.
При сварке угловых швов электрод наклоняют на 30-45° от вертикали поперек соединения. Сварку ведут вертикальным электродом или с наклоном углом вперед до 15°. Дугу направляют немного (до 1 мм) на нижнюю полку или в угол. При сварке металла разных толщин электрод направляют в сторону листа большей толщины, чтобы увеличить его провар, не допустить прожога листа меньшей толщины и снизить остаточные сварочные напряжения.
В соответствии с разработанной технологией и рекомендациями ЗАО» ЧЗЭМ» в качестве термической обработки используется нормализация и высокий отпуск.
При сварке корпуса используют предварительный подогрев и высокий отпуск. Высокий отпуск - нагрев закаленной стали до температур 680°С, выдержка при заданной температуре и последующее охлаждение с определенной скоростью. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали.
2.3 Выбор методов и способов сварки
Исходя из условий работы, назначения, материала, используемого при изготовлении конструкции, допускается использовать для сварки аппарата следующие виды сварки: ручная дуговая сварка (РДС), автоматическая сварка под флюсом (АСФ), электрошлаковая сварка (ЭШС), полуавтоматическая сварка в среде Ar и его смесях [17,18].
Ручная дуговая сварка. Этим способом сваривают конструкции во всех пространственных положениях, из разных марок сталей, в случаях, когда применение автоматической и полуавтоматической сварок не возможно, например, при отсутствии требуемого оборудования. К преимуществам РДС относятся также: - Возможность сварки в любом пространственном положении;
- Возможность устойчивого горения дуги и плавление электрода на постоянном и переменном токе;
- Достаточная защита расплавленного металла;
- Возможность получения хорошо сформированных валиков;
К недостаткам можно отнести большую вероятность получения дефектов в сварном соединении, малую производительность процесса, большой расход сварочных материалов, плохие санитарные условия сварки, большое тепловложение в свариваемое изделие, что приводит к послесварочным деформациям изделия. Регулирование скорости подачи и скорости сварки осуществляется сварщиком вручную, следовательно, качество сварного шва будет зависеть от практических навыков сварщика.
Автоматическая сварка под флюсом. При сварке вылет электрода значительно меньше, чем при РДС. Поэтому можно не опасаться перегрева электрода и отделения защитного покрытия, в несколько раз увеличить силу тока. Производительность сварки под флюсом в 10-15 раз выше, чем при РДС. Это достигается за счет: повышения величины и плотности сварочного тока, повышения коэффициента наплавки, увеличения глубины проплавления свариваемого металла, повышения скорости сварки, снижения машинного времени сварки. Плавление электродного и основного металла происходит под флюсом, надежно защищающим их от окружающей среды. Флюс способствует получению чистого и плотного металла шва, без пор и шлаковых включений, с высокими механическими свойствами и однородностью металла шва по химическому составу. Практически отсутствуют потери на угар и разбрызгивание электродного металла. Улучшаются условия труда сварщика, т.е. при сварке под флюсом отпадает необходимость в защите сварщика от воздействия дуги. Сокращается время освоения сварки под флюсом по сравнению с РДС. Процесс сварки полностью механизирован. К недостаткам АСФ можно отнести отсутствие визуального контроля за сварочной ванной, возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стекания флюса и металла при отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10-150, ограниченную маневренность автоматов.
Электрошлаковая сварка. ЭШС - довольно универсальный метод сварки с точки зрения рода тока, типов электродов, области применения. Этот способ сварки одинаково успешно осуществляется как на постоянном токе, так и на переменном. Процесс плавления электрода при электрошлаковой сварке, как и при механизированной сварке под флюсом, саморегулируемый, т.е. длина межэлектродного промежутка устанавливается автоматически. Поэтому на практике обычно задают скорость подачи электрода и напряжения сварки, а скорость плавления автоматически становится равно скорости подачи. Преимуществами ЭШС являются: - Высокая производительность плавления. Электрошлаковый процесс допускает нагрузку на электрод до 1000А, что невозможно при дуговой сварке.
- Высокая экономичность процесса. Расход электроэнергии уменьшается 10-15%, флюса - в 20 раз по сравнению с дуговой сваркой.
- Высокая устойчивость процесса: допустима плотность тока на электроде 0,2-300 А/мм2.
- Малая устойчивость процесса к качеству подготовки кромок.
- Хорошее качество защиты от воздуха, не хуже чем при дуговой сварке под флюсом, а с дополнительной защитой шлаковой ванны струей газа - лучше.
- Возможность сварки за один проход практически неограниченной толщины металла, различных соединений.
К недостаткам электрошлаковой сварки можно отнести: - Перегрев металла шва и около шовной зоны и снижение в результате этого ударной вязкости металла.
- Возможность сварки преимущественно в вертикальном положении.
- Необходимость принудительного формирования шва.
Сварка в Ar и его смесях. По сравнению с РДС сварка в защитных газах имеет следующие преимущества: - Возможность механизации сварочных работ при выполнении коротких швов;
- Уменьшение коробления изделий за счет повышенной теплоотдачи, охлаждающего действия защитной среды и увеличения скорости кристаллизации расплавленного металла;
- Простота процесса и техники сварки (сварщики осваивают этот способ за 3-5 смен);
- Более высокая производительность труда за счет автоматической подачи проволоки при удовлетворительном качестве сварных швов;
- Малая чувствительность к образованию пор по сравнению с процессом сварки электродами с фтористо-кальциевым покрытием и сваркой под флюсом металла, покрытого окалиной, ржавчиной и другими загрязнениями;
- Уменьшенное содержание газов в шве;
- Возможность непосредственного наблюдения за процессом сварки и местом положения швов;
- Возможность сварки в труднодоступных местах;
- Дешевизна процесса;
Недостатки: в связи с повышенным содержанием кислорода в атмосфере дуги необходимо раскислять в процессе сварки металл шва. Элементы раскислители вводятся в сварочную ванну через электродную проволоку.
Таким образом, проанализировав все достоинства и недостатки вышеперечисленных способов, выбираем для сварки кольцевого шва корпуса конструкции - автоматическую сварку под флюсом, а для швов приварки ребер, проушин, - способ сварки в среде защитного газа Ar. Для слесарной сборки и наплавки седел и тарелок, сварки бугеля - способ РДС.
2.4 Выбор сварочных материалов
На механические и физико-химические свойства металла шва весьма существенное влияние оказывает его химический состав. Поэтому для получения свойств удовлетворяющим требованиям надежности конструкции весьма важным является правильный выбор сварочных материалов. При выборе сварочных материалов следует исходить из необходимости получения плотных беспористых швов, обеспечивающих высокую технологическую и эксплутационную 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 C, S, P.
Флюс должен соответствовать следующим требованиям: - обеспечивать формирование поверхности сварного шва без надрезов и наплывов;
- не вытекать в зазоры между ползунами и свариваемыми кромками при заданной точности сборки свариваемых изделий;
- иметь высокую температуру кипения.
Для ручной дуговой сварки низко- и среднеуглеродистых сталей рекомендуют использовать покрытые электроды УОНИИ 13/55. Эти электроды обеспечивают высокую пластичность, ударную вязкость металла шва и стойкость против образования трещин.
Для ручной дуговой сварки коррозионностойких и жаропрочных сталей сталей рекомендуют использовать переходные электроды типа ЭА 395/95, а для наплавки на седел и тарелок электроды типа ЦН-6Л.
Для автоматической и п/а сварки предлагается использовать: АСФ - флюс АН-26С, проволока ER 309LSI O1,2 мм п/а сварки, для автоматической сварки [2, 3].
Состав сварочных материалов приведен в таблицах 4 и 5 [5, 6].
ЦН-6Л 0,06-0,12 0,48-0,64 1-2 15-18 0,4-0,7 Не более 0,025 Не более 0,03
ЭА 395-95 0,09 0,6 1,2 15,5 5,4 0,007 0,02
УОНИИ 13/55 0,06-0,12 0,18-0,5 0,8-1,2 - - Не более 0,03 Не более 0,03
2.5 Определение параметров режима сварки РДС
Рисунок 1 - Площадь наплавленного металла шва
Fобщ=2F1 F2 F3 F4 F5 F6, (5)
F1= 4,2?0,5=2,1 см2
F2= 0,75?0,4?3,6=1,08 см2
F3= 4,2?1,5=6,3 см2
F4= 3,15?0,5?0,82=1,01 см2
F5= 0,3?0,1=0,03 см2
F6= 0,75?0,4?1=0,3 см2
Fобщ=4,2 1,08 6,3 1,01 0,03 0,3=12,92см2, а) Определение площади поперечного сечения корневого и подварочного валиков (FK) по формуле: Принимаем FK = 20 мм (для одного шва). (6) б) Определение ориентировочно площади поперечного сечения последующих валиков (FC1) по формуле (7): Принимаем FC1 = 42 мм в) Определение ориентировочно число проходов (n1): Принимаем n = 30 г) Корректировка площади поперечного сечения последующих швов (FC) по формуле (9) д) Расчет сварочного напряжения и силу сварочного тока.
Так как покрытие электрода основное, то силу сварочного тока будем вычислять по формуле (10); где Кп. - коэффициент, учитывающий положение сварки. В нашем случае Кп.=1, так как сварку ведем в нижнем положении.
(7)
Принимаем ІСВ С = 130А (при dэл =4 мм);
Напряжение будем рассчитывать по формуле (11): Принимаем UCB К = 25 В; UCB С = 25 В. е) Определение скорости сварки; при: ?н = 8,5 (Г/А час), g=7,8 г/см3 - плотность металла; FH [см2].
2.6 Предварительный подогрев и ТО сварных соединений
Так как Сэ=0,59>0,45, то сталь 15Х1МФА склонна к холодным трещинам. Одним из технологических средств, снижающих вероятность появления холодных трещин, является сопутствующий и предварительный подогрев.
Минимальная температура предварительного и сопутствующего подогрева изделия из стали 15Х1МФА толщиной свыше 30 мм при дуговых способах сварки должна быть не менее 100°С.
Максимальная температура предварительного подогрева ограничивается 180°С.
Таблица7. Режимы предварительного и сопутствующего подогрева
Вид сварки Диапазон температур подогрева, °С
АСФ РДС 180-200 200-250
Предварительный и сопутствующий подогрев осуществляют специальными электрическими нагревательными устройствами, обеспечивающими равномерный подогрев металла по всему сечению свариваемых (наплавляемых) деталей по всей протяженности соединения.
Температура подогрева контролируется приварными термопарами. Допускается контроль контактными термопарами (термощупами). Замеры температуры производятся в пределах зоны равномерного прогрева на расстоянии не менее 100 мм от свариваемых кромок в точках, указанных в технологическом процессе.
После сварки стали допускается охлаждение свариваемых деталей до температуры не ниже 70 °С, во избежания образования закалочных структур. Либо непосредственно после сварки проводят ТО - термический отдых при температуре не менее 250 °С - не менее 8 ч.
В процессе сварки нагрев металла производят в узкой зоне шва и околошовной зоны. Расплавленный металл шва при охлаждении уменьшается в объеме, изза чего шов сжимается в продольном и поперечном направлениях. Свободному сжатию металла шва препятствуют прилегающие к шву зоны основного металла, что вызывает появление внутренних напряжений в сварном соединении. Для уменьшения возникающих при сварке внутренних напряжений в сварном шве и околошовной зоне, а также для улучшения структуры основного металла и металла шва производят термическую обработку. Сварные соединения деталей из стали 15Х1МФА выполненные электродуговой сваркой подвергают высокому отпуску.
Температура высокого отпуска сварных соединений из стали 015Х1МФА рекомендуется Т = 645-680°С. Время отпуска рассчитывается по формуле
Тн=0,1?S?K1? K2? K3/L, (8) где S=96 мм - геометрическая характеристика изделия (толщина);
K1=2 - коэффициент формы изделия;
K2=2 - коэффициент среды;
K3=1,5 - коэффициент способа нагрева;
L=2,64 - коэффициент легирования стали.
Тн=0,1?96?2? 2? 1,5/2,64=20 ч.
Изделие сажают в печь при температуре 300°С и выдерживают в течении 1,8-2 ч. Затем в течении 1,2-1,5 ч нагревают до температуры 680°С и выдерживают в течении 6 ч, затем изделие остывает в печи в течении 1 ч до температуры 100°С, а затем на открытом воздухе.
2.7 Выбор методов контроля сварных швов
Внутренние дефекты, образующиеся при сварке плавлением сварных соединений
К внутренним дефектам сварных соединений относят дефекты, которые не обнаруживаются внешним осмотром сварного соединения детали, узла или изделия. Вид, характер и размеры внутренних дефектов зависят от способов сварки.
Трещины - частичное местное разрушение сварного соединения. В наплавленном и основном металле трещины появляются в результате развития собственных напряжений, которые могут возникать в металле вследствие следующих причин: литейной усадки или структурных превращений или изменения объема в результате перехода металла из жидкого состояния в твердое; неравномерного распределения температуры при нагреве или охлаждении свариваемого объекта; сварке деталей из конструкционных легированных сталей в жестко заделанных контурах; большой скорости охлаждения при сварке углеродистых сталей, склонных к закалке на воздухе; проведения сварки при низких температурах, понижающих пластические свойства металла; засоренности основного и присадочного металла вредными примесями серы и фосфора; наличия в сварных соединениях др. дефектов, являющихся концентраторами напряжений, обуславливающих образование трещин, и др.
В зависимости от температурных условий, при которых возникают трещины, их подразделяют на холодные, возникающие при температуре до 300°С, и горячие, возникающие при температуре 1100-1300°С.
В зависимости от расположения относительно шва сварного соединения трещины разделяют на продольные и поперечные; по расположению в сварном соединении - на трещины в наплавленном металле, трещины в основном металле или в зоне термического влияния.
В зависимости от размеров трещины подразделяют на макротрещины, имеющие сравнительно большой размер по глубине, протяженности и раскрытию, и микротрещины, обнаруживаемые вооруженным глазом.
В зависимости от характера напряжений (сжатие или растяжение), возникающих в элементах сварных конструкций, трещины могут быть закрытые, трудно обнаруживаемые (в сжатых элементах) или открытые, хорошо видимые (в растянутых элементах).
Трещина - наиболее опасный и недопустимый дефект сварки.
Непровар - отсутствие сплавления между наплавленным и основным металлом (в корне шва или по кромке) или между смежными слоями шва. При непроваре отсутствует структурная связь между прилегающими друг к другу объемами металла в сварном соединении. Непровар возникает в тех случаях, когда расплавленный электродный металл попадает на нерасплавленный основной металл. На поверхности соприкосновения расплавленного и основного металла сохраняется тонкая окислая пленка, понижающая прочность сцепления между ними.
Причины образования непроваров: - недостаточная тепловая мощность дуги (малый ток, излишне длинная или короткая дуга); электроды из легкоплавкого материала, вследствие чего жидкий металл заполняет шов на неоплавленные свариваемые кромки;
- чрезмерная скорость сварки, при которой свариваемые кромки не успевают расплавляться;
- значительное смещение электрода на одну из свариваемых кромок, когда расплавленный металл натекает на др. нерасплавленную кромку, прикрывая непровар;
- малая величина зазора или малый угол скоса кромок, что затрудняет расплавление основного металла;
- неудовлетворительная зачистка кромок под сварку от ржавчины, краски окалины, масла и др. загрязнений;
- блуждание или отклонение дуги под влиянием магнитных полей, особенно при сварке на постоянном токе, когда основание столба дуги располагается в одном месте, а жидкий металл стекает на др. участок нерасплавленного металла;
- неправильное расположение или слишком большое сечение присадочной проволоки, укладываемой в разделку шва, что затрудняет расплавление основного металла;
- неудовлетворительное качество основного металла, сварочной проволоки, электродов, флюсов и т.д.
- неудовлетворительная работа сварочного оборудования - колебания силы сварочного тока и напряжения дуги в процессе сварки;
- низкая квалификация сварщика.
Непровар - один из наиболее опасных дефектов сварки, особенно в сварных соединениях, работающих под воздействием вибрационных и ударных нагрузок.
Поры (пористость) в наплавленном металле шва - различной величины пузырьки (обычно сферической формы), заполненные газами. Газовые пузырьки возникают вследствие интенсивных реакций газообразования в объеме металла и большой скорости его затвердевания, не позволяющей пузырькам газа подняться на поверхность расплавленного металла шва.
Основные причины возникновения пор в швах сварных соединений: повышенное содержание углерода в основном металле или в присадочном материале; повышенная влажность электродного покрытия, флюса или проведение сварочных работ в сырую погоду; наличие в некоторых электродных покрытиях крахмала, декстрина и др. органических составляющих, в результате разложения которых может происходить насыщение металла шва окисью углерода или водородом; плохая очистка кромок свариваемого металла от ржавчины, краски и др. загрязнителей; высокая скорость сварки, приводящая к быстрому затвердеванию сварочной ванны.
Окисные включения.
Окисные включения (пленки) могут возникать при всех видах сварки. Влияние окисных пленок на механические свойства сварных соединений может быть сильнее, чем влияние пор, шлаковых и металлических включений.
Причины возникновения окисных включений: загрязненность поверхностей свариваемых кромок ржавчиной, маслом, краской и т.д.; плохая очистка (или отделимость) шлака от поверхности шва при многослойной сварке; быстрое остывание ванны жидкого металла (малый слой шлакового покрытия), что затрудняет всплывание более крупных включений; высокая плотность или тугоплавкость шлака; некачественное электродное покрытие (покрытие дает вязкий густой шлак, или оно нанесено больше положенного); низкая квалификация сварщика.
Методы контроля качества сварных швов
Качество сварного металла и сварных соединений в производстве имеет особое значение. Сварные соединения могут иметь различные дефекты. Для их надежного выявления и оценки проводят комплекс методов неразрушающего контроля. При выборе методов контроля или сочетания методов учитывают физические свойства материала контролируемого изделия, геометрические размеры, форму поверхности, характер происхождения и виды предполагаемых дефектов [10].
Основные методы неразрушающего контроля: ВО - внешний осмотр, ЦД - цветная дефектоскопия, МПД - магнитопорошковая дефектоскопия, УЗК - ультразвуковой контроль, РГД - радиографическая дефектоскопия.
ВО и ЦД применяют для выявления дефектов, выходящих на поверхность.
МПД используют только для магнитных материалов, для выявления дефектов, выходящих на поверхность, и в отдельных случаях для выявления поверхностных дефектов на глубине до 2 мм.
УЗК и РГД применяют для выявления внутренних дефектов.
ВО выполняют в соответствии с ГОСТ 3242-79. Его осуществляют визуально, невооруженным глазом, или с применением лупы с увеличением от 3 до 10. При контроле сварных соединений ВО применяют для выявления трещин, подрезов, наплывов, пор и шлаковых включений, незаплавленных кратеров, прожогов.
ЦД основана на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объекта контроля и регистрации образующихся индикаторных следов визуально или с помощью преобразователей. Чувствительность метода определяется минимальными размерами выявляемого дефекта типа трещины и зависит от состава индикаторной жидкости, проявителя, шероховатости поверхности и условий контроля. ЦД выявляет только микротрещины. Для выявления дефектов в сварных соединениях в проектной документации устанавливаются классы чувствительности 2 и 3. Поверхность металла, подлежащая ЦД, должна быть очищена от масел и загрязнений бензином ацетоном или водными очистителями с последующей протиркой сухой ветошью.
РГД основан на регистрации ослабления ионизирующего излучения, проникающего через контролируемый объект. Степень ослабления зависит от толщины и плотности материала контролируемого объекта. При наличии в контролируемом объекте дефектов, отличающихся по плотности от основного металла, изменяю
Вывод
1. Выполнен анализ недостатков базовой технологии изготовления и на основе анализа разработан новый вариант.
2. Обоснованно выбраны способы сварки, формы разделок кромок, сварочные материалы.
3. На основе сравнения технико-экономических показателей доказано, что способ автоматической сварки под флюсом имеет преимущество над другими при изготовлении задвижки с клиновым затвором.
4. Выбраны параметры режима сварки, позволяющие обеспечить высокую технологическую прочность сварных соединений.
5. Показано, что разработанная технология изготовления может быть реализована с использованием современного существующего оборудования для сборки и сварки. Произведен обоснованный выбор оборудования, соответствующий требованиям сварочного производства.
6. Обоснованность выбранных в дипломном проекте инженерных решений подтверждена экономическим расчетом. Показано, что эффект от внедрения способа АСФ для изготовления изделия составляет 48600 млн. руб.
7. Разработан план участка сборки и сварки клиновой задвижки на основе норм технологического проектирования сварочных цехов и норм и правил БЖД, обеспечивающий максимально возможную степень загрузки оборудования и использования производственных площадей. На участке обеспечено прямоточное, безвозвратное движение грузопотока.
Список литературы
1. Марочник сталей и сплавов. Под ред. В.Г. Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989 г. - 640 с.
2. ОСТ 26-291-94. Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия. Москва: НПО ОБТ, 1994 г.
3. Ханапетов М.В. Сварка конструкций с дополнительной порошкообразной присадкой. - М.: Стройиздат, 1992. - 192 с.
4. Довженко В.А., Васильев В.Г., Малевский Ю.Б. Кинетика превращения аустенита в стали 09Г2С под воздействием термического цикла сварки. // Автоматическая сварка. - 1984. - №9. - С. 20-23.
13. Методика прогнозирования и оценки химической обстановки. Методическое пособие. Волгодонск, ВИ ЮРГТУ, 2004.
14. Безопасность производственных процессов. Справочник. Под ред. Белова С.В.М.: Машиностроение, 1985. - 448 с., ил.
15. Тимонин А.В. Основы конструирования и расчета химикотехнологического и природоохранного оборудования. Справочник. Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002. - 968 с.