WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |
Министерство транспорта России Морской государственный университет имени адмирала Г. И. Невельского В. А. Килин, С. Б. Малышко ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Учебное пособие Рекомендовано методическим советом Дальневосточной государственной морской академии в качестве учебного пособия для организации самостоятельной работы Владивосток 2002 УДК: [621.7+621.9] (075.8) В. А. Килин, С. Б. Малышко Технология конструкционных материалов:

Учеб. пособие. – Владивосток: МГУ, 2002. – 58 с.

Учебное пособие написано в соответствии с государственным стандартом для студентов технических специальностей вузов, изучающих дисциплину “Материаловедение. Технология конструкционных материалов”. Предназначено для самостоятельной работы. Излагаются сведения по важным разделам дисциплины: сварочное производство и механическая обработка деталей машин. Компьютерная поддержка работ осуществляется через сеть Интранет МГУ.

Ил. 7, табл. 32,библиогр. 8 назв.

Рецензенты:

Г. С. Филиппов, д-р транспорта, проф., зав. кафедрой технологии конструкционных материалов, машиностроения и сервиса Дальрыбвтуза.

И. Н. Мутылина, доцент кафедры технологии металлов и материаловедения ДВГТУ ISBN 5-8343-0137-1 © В. А. Килин, С. Б. Малышко © Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского, 2002 2 ВВЕДЕНИЕ Курс “Материаловедения и технология конструкционных материалов” вместе с другими общепрофессиональными дисциплинами направлен на обеспечение подготовки дипломированного специалиста в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Учебное пособие предназначено для выполнения самостоятельных работ по разделу “Технология конструкционных материалов” курсантами и студентами технических специальностей вузов, при подготовке которых предусмотрено изучение дисциплины “Материаловедение. Технология конструкционных материалов”.

В качестве основных тем курса выбраны электродуговая сварка, обработка металлов резанием и металлорежущие станки, что соответствует их объему и значению в современном производстве. Согласно модульному курсу обучения, задачами которого являются изучение теоретического материала, его осмысление и закрепление, а также приобретение практических навыков, в учебном пособии в сжатой форме изложены теоретические сведения по указанным темам, представлены справочные данные, образцы выполнения задания по одному из вариантов, вопросы для самоконтроля. Компьютерная поддержка включает в себя информационный материал теоретического курса и программу расчета режима электродуговой сварки с использованием ресурсов Microsoft Access. Доступ к программе возможен через локальную сеть Интранет МГУ.

Учебное пособие позволит студентам составить представление о сущности технологического процесса сварки и механической обработки, а также научиться самостоятельно разрабатывать его для ручной электродуговой сварки стыковых соединений и токарной обработки деталей.

Глава ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА 1.1. Основные теоретические сведения Электродуговой сваркой называется сварка плавлением, при которой нагрев свариваемых кромок осуществляется теплотой электрической дуги.

Ручную дуговую сварку широко применяют в судостроении и судоремонте при соединении заготовок из сталей и цветных металлов благодаря ее универсальности и возможности выполнять процесс во всех пространственных положениях свариваемого шва.

Ручная дуговая сварка производится двумя способами: неплавящимся и плавящимся электродом. Второй способ, выполняемый плавящимся электродом, является основным при ручной дуговой сварке (рис. 1).

Рис. 1. Схема ручной дуговой сварки плавящимся электродом с покрытием 1 - стержень электрода 6 - электрическая дуга 2 - покрытие электрода 7 - газовая защитная атмосфера 3 - основной металл 8 - жидкая металлическая ванна 4 - сварной шов 9 - жидкая шлаковая ванна 5 - твердая шлаковая корка 10 - источник тока К электроду 1 и основному металлу 3 подводится постоянный или переменный ток от специального источника 10 и возбуждается электрическая сварочная дуга 6. Теплота дуги расплавляет стержень электрода и основной металл, образуется металлическая ванна 8. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 2, образуя защитную газовую атмосферу 7 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 9 на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковая ванна вместе создают сварочную ванну, которая, охлаждаясь, образует сварной шов 4. Жидкий шлак, остывая, создает на поверхности сварного шва твердую шлаковую корку 5.

При разработке технологического процесса ручной электродуговой сварки прежде всего необходимо правильно выбрать тип сварного соединения, который определяют взаимным расположением свариваемых элементов и формой подготовки (разделки) их под сварку.

ГОСТ 5264-80 устанавливает следующие основные типы сварных соединений: стыковые - условное обозначение С, нахлесточные – Н, тавровые – Т и угловые – У.

Стыковые соединения – самые типичные сварные соединения, в которых торцы соединяемых деталей располагаются так, что поверхность одной детали является продолжением другой. При сварке заготовок больших толщин необходимо обрабатывать соединяемые кромки для обепечения провара по всему сечению. В табл. 3 представлены два типа стыковых сварных соединений: С 2, применяемое при сварке односторонним швом заготовок толщиной до 4 мм, без скоса кромок и С 17, применяемое при сварке заготовок односторонним швом с V – образным скосом кромок для толщины от 3 до 60 мм.

Учитывая заданную толщину свариваемого шва, выберите тип стыкового соединения (табл. 3). Кроме формы разделки кромок, которая бывает, также U - образная и Х - образная, ГОСТ устанавливает величину зазора b (мм) и притупления a (мм) между кромками. Раскрытие кромок и зазор необходим для обеспечения провара всего сечения, а притупление предотвращает прожог.



Тавровые соединения – соединения, при которых торец одного элемента, примыкает к поверхности другого элемента свариваемой конструкции под некоторым углом (чаще всего прямым).

Нахлесточные соединения - соединения, в которых один элемент соединения накладывается на другой.

Угловые соединения осуществляют при расположении свариваемых элементов под прямым или произвольным углом, и сварка выполняется по кромкам этих элементов с одной или с обеих сторон.

Вторым этапом при разработке технологии ручной электродуговой сварки является выбор типа и марки электрода. Типы и требования, предъявляемые к металлическим электродам для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей, регламентированы ГОСТом 9467-75.

Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей предусмотрено девять типов электродов (Э 38, Э 42, Э 42А, Э 46, Э 46А, Э 50, Э 50А, Э 55, Э 60); для сварки легированных и конструкционных сталей повышенной и высокой прочности пять типов (Э 70, Э 85, Э 100, Э 125, Э 150) (табл. 5).

Тип электрода обозначается буквой Э и цифрой, показывающей гарантируемый предел прочности металла шва (временное сопротивление) b (10-1МПа). Буква А в обозначении указывает, что металл шва, наплавленный этим электродом, имеет повышенные пластические свойства. Такие электроды применяют при сварке наиболее ответственных швов.

Учитывая заданную марку стали и временное сопротивление при растяжении этой стали, (табл. 1) выберите тип электрода (табл. 5). Если сварное соединение должно работать при ударных нагрузках, выбирайте электрод с повышенными пластическими свойствами.

Каждому типу электрода соответствует несколько марок (табл. 7), на каждую из которых разработаны технические условия. Марка электрода - это его промышленное обозначение, характеризующее стержень и покрытие.

Электродные покрытия делят на две группы: тонкие (стабилизирующие) и толстые (качественные). Назначение тонкого покрытия - облегчить возбуждение дуги и стабилизировать ее горение. Оно не создает защиты для расплавленного металла шва, и поэтому при сварке происходит его окисление и азотирование. Шов получается хрупким, пористым, с различными неметаллическими включениями. Поэтому электроды с тонким покрытием используют при выполнении неответственных сварных швов. Сварные соединения высокого качества выполняют электродами с толстым покрытием. Качественное покрытие имеет следующие функции: обеспечивает устойчивое горение дуги; защищает расплавленный металл шва от воздействия кислорода и азота воздуха; раскисляет образующиеся в металле шва оксиды и удаляет невосстанавливаемые оксиды в шлак, легирует наплавляемый металл, удаляет серу и фосфор из расплавленного металла шва; образует шлаковую корку над металлом шва, замедляет его охлаждение и тем самым способствует выходу газов и неметаллических включений на поверхность металла шва.

По виду покрытия электроды подразделяются: с рудно-кислым покрытием - условное обозначение А, с основным покрытием - Б, с целлюлозным покрытием - Ц, с рутиловым покрытием - Р.

Рудно-кислые покрытия содержат руды в виде оксидов железа и марганца, при плавлении они выделяют кислород, способный окислить металл ванны и легирующие примеси. Для ослабления действия кислорода в покрытие вводят раскислители в виде ферросплавов. Кислые покрытия имеют хорошие сварочно-технические свойства, высокопроизводительны, позволяют сваривать металл с ржавыми кромками и окалиной и получать плотные швы. Однако наплавленный металл имеет относительно малую ударную вязкость и пластичность и пониженное содержание легирующих примесей, к тому же эти электроды токсичны. К этому виду относятся покрытия: ОММ-5, ЦМ-7, ЦМ-и др.

В рутиловых покрытиях основным компонентом является рутил (TiO2).

Благодаря высоким сварочно-технологическим свойствам, механическим свойствам металла шва и благоприятным санитарно-гигиеническим характеристикам электроды с рутиловым покрытием очень широко применяются, в том числе и взамен электродов с рудно-кислым покрытием. К рутиловым относятся покрытия: ЦМ-9, МР-3, АНО-3, АНО-5, ОЗС-3 и др.

Целлюлозные покрытия содержат большое количество органических составляющих, разлагающихся в процессе плавления и обеспечивающих газовую защиту расплавленного металла. Эти покрытия придают хорошее качество сварному шву при соблюдении теплового режима. Их недостаток большие потери от разбрызгивания. К этой группе покрытий относятся:

ОМА-2, ЦЦ-1, ВСЦ-4 и др.

Основные покрытия составлены на основе плавикового шпата (Ca F2) и мрамора. Эти электродные покрытия дают высокое качество металла шва и применяются для сварки ответственных швов. Однако, так как основные электродные покрытия адсорбируют влагу при хранении, перед применением их нужно прокаливать. Кромки свариваемых изделий необходимо тщательно очищать от ржавчины и загрязнений, иначе в сварном шве будут поры. Широко используются электроды марок: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, СМ-11, АНО-7, АНО-8 и др.

Одним из основных параметров режима ручной дуговой сварки является диаметр электрода dэ (мм). Для стыковых соединений диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемых кромок (табл. 4).

В табл. 7 представлены наиболее часто применяемые электроды. Каждому типу электрода соответствует несколько марок. В табл. 7 указаны диаметры и коэффициенты наплавки электродов. Коэффициент наплавки оценивает массу электродного металла, перешедшую в сварной шов в течение часа горения дуги, отнесенную к одному амперу сварочного тока. Учитывая, что производительность сварки прямопропорциональна коэффициенту наплавки, а тип электрода и его диаметр уже выбран, подберите марку электрода из табл. 7.





Величину сварочного тока Iсв (А), основного параметра режима сварки, устанавливают по известному диаметру электрода. При сварке стыкового шва в нижнем положении используют формулу Iсв = Кdэ, где dэ – диаметр электрода (мм), К - коэффициент пропорциональности, зависящей от диаметра электрода, определяется по табл. 4.

Длина дуги Lд (мм) значительно влияет на качество сварки. Короткая дуга горит устойчиво и спокойно. Она обеспечивает получение высококачественного шва, так как расплавленный металл электрода быстро проходит дуговой промежуток и меньше подвергается окислению и азотированию. Но слишком короткая дуга вызывает “примерзание” электрода, дуга прерывается, нарушается процесс сварки. Длинная дуга горит неустойчиво и с характерным шипением. Глубина проплавления недостаточная, расплавленный металл электрода разбрызгивается и больше окисляется и азотируется. Шов получается бесформенным, а металл шва содержит большое количество оксидов. Длину дуги можно определить по формуле Lд = 0,5(dэ + 2), где dэ - диаметр электрода (мм). Самое широкое применение нашла дуга с жесткой характеристикой, когда напряжение Uд (В) практически не зависит от силы тока и пропорционально её длине Lд. Такая дуга горит устойчиво и обеспечивает нормальный процесс сварки. Для нахождения Uд можно использовать формулу Uд = + Lд, где Lд – длина дуги (мм), (В) коэффициент, характеризующий падение напряжения на электродах (при использовании стальных электродов =10–12 В), (В/мм) - коэффициент характеризующий падение напряжения на 1 мм длины дуги ( = 2,0–2,5 В/мм).

Количество металла, необходимого для сварного шва Qн (г) можно определить по формуле Qн = 10-3lS, где l - длина свариваемого шва (мм), S – площадь поперечного сечения шва (мм2), – плотность электродного металла, для стали = 7,8 г/см3. Для одностороннего стыкового шва без скоса кромок площадь поперечного сечения S можно определить по формуле: S = b, где – толщина свариваемого металла (мм), b – зазор (расстояние) между свариваемыми деталями (мм).

Для одностороннего шва с V – образным скосом двух кромок площадь поперечного сечения S можно определить по формуле S = (b – 1)+0,5( + 1), где и b – указанные выше конструкционные элементы сварного шва. Величину зазора между свариваемыми деталями берём из табл. 3.

Основное время горения дуги tо (ч) определим по формуле tо = Qн/свн, где Qн – масса наплавленного металла (г), Iсв – сила сварочного тока (А), н – коэффициент наплавки (г/Ач), (табл. 7).

В процессе сварки электроду сообщаются следующие движения (рис. 2): а – по направлению оси электрода 1 в зону дуги. Скорость движения должна соответствовать скорости плавления электрода, чтобы сохранить постоянство длины дуги; б – вдоль линии свариваемого шва 2.

Рис. 2. Перемещение электрода при сварке Скорость перемещения не должна быть большой, так как металл электрода не успеет сплавиться с основным металлом (непровар). При малой скорости перемещения возможны перегрев и пережог металла. Шов получается широкий и толстый. Производительность сварки оказывается низкой; в – поперечные колебательные движения применяют для получения уширенного валика шириной 3–4 dэ. Поперечные движения замедляют остывание наплавляемого металла, облегчают выход газов и шлаков и способствуют наилучшему сплавлению основного и электродного металлов и получению высококачественного шва.

Скорость сварки Vсв (м/ч) можно определить по формуле Vсв = 10-3l/tо, где l – длина сварного шва (мм), tо - основное время горения дуги (ч).

Процесс сварки включает не только время горения дуги, но и вспомогательные операции (установку электрода, поворот детали и т. д.).

Это дополнительное время зависит от организации рабочего места, квалификации сварщика и учитывается коэффициентом производительности М.

Полное время сварки Тп (ч) определяемая по формуле Tп = tо/М, где tо - основное время горения дуги (ч), М – коэффициент производительности (М = 0,6–0,8).

Массу расплавленного металла Qр (г) можно определить, подчитав массу расплавленных электродов Qр = 10-3dэ (lэ – lог)n/4, где - плотность элек), dэ – диаметр электрода (мм), lэ тродного металла (для стали = 7,8 г/см - длина электрода (мм) (табл.4), lог - длина огарка (мм), (принимают lог = 50 мм), n – число слоёв (проходов) (табл. 6).

Потери металла на угар и разбрызгивание характеризуются коэффициентом потерь (%), который определяется по формуле = 102(Qр – Qн)/Qр, где Qр - масса расплавленного металла (г), Qн - масса наплавленного металла (г).

Значение коэффициента потерь при ручной электродуговой сварке не должно превышать 10 %.

В заключении, определим полный расход электроэнергии на сварку А (кВт·ч) по формуле А = IсвUдtо, где Iсв - сила сварочного тока (А), Uд -напряжение дуги (В), tо - основное время горения дуги (ч).

1.2. Индивидуальное задание № Разработать технологический процесс ручной дуговой сварки плавящимся электродом с покрытием в нижнем положении со стыковым соединением свариваемых элементов.

1.2.1. Варианты задания В табл. 1 приведены исходные данные для выполнения индивидуального задания № 1.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.