Порівняння зварювання з іншими видами з'єднань

2. Порівняння зварювання з іншими видами з'єднань

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

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

Технологічні вимоги до зварювання

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

Вибір способу зварювання.

Вибір того або іншого способу зварювання залежить від наступних чинників:

- товщина зварюваного матеріалу;

- довжини зварних швів;

- вимог до якості продукції, що випускається;

- хімічного складу металу;

- продуктивності, що передбачається.

- собівартості 1 кг металу, що наплавляється.

Серед способів електродугового зварювання найширше застосовуються:

- ручне дугове зварювання;

- напівавтоматичне зварювання в захисних газах;

- автоматичне зварювання в захисних газах і під шаром флюсу.

Найширше із цих способів електродугового зварювання застосовується напівавтоматичне зварювання в захисних газах.

Технологічними перевагами зварювання в захисних газах є:

- відносна простота процесу;

- відсутність необхідності вживання флюсів або обмазок, а отже і очищення швів від шлаку і невикористаного флюсу;

- можливість механізації процесу у всіх просторових положеннях;

- при зварці в інертних газах мінімальна взаємодія металу з киснем і азотом;

- можливість зварювання різних металів;

- можливість регулювання процесу зварювання і спостереження за дугою;

- висока продуктивність процесу.

- високий ступінь концентрації джерела тепла, що дозволяє зменшити зону термічного впливу і зменшити короблення виробу.

Собівартість 1 кг металу, що наплавляється, при зварюванні у вуглекислому газі завжди нижче, ніж при газовому і ручному дуговому зварюванні.

Тому для зварювання обічайки використовується напівавтоматичне зварювання в СО₂.

Режими зварювання

Режимом зварювання називається сукупність характеристик зварювального процесу, що забезпечують здобуття зварних з'єднань заданих розмірів, форм і якості. При всіх дугових способах зварювання такими характеристиками є наступні параметри: діаметр електроду, сила зварювального струму напруга на дузі, швидкість переміщення електроду уздовж шва, рід струму і полярність. При механізованих способах зварювання додається ще один параметр – швидкість подачі зварювального дроту, а при зварюванні в захисному газі – питома витрата захисного газу. Параметри режиму зварки впливають на форму, і розміри шва. Тому, щоб отримати, якісний зварний шов заданих розмірів, необхідно правильно підібрати режими зварювання, виходячи з товщини і властивостей зварюваного металу, типу з'єднання і його положення в просторі. На форму і розміри шва впливають не лише основні параметри режиму зварювання, але також і технологічні чинники, як рід і щільність струму, нахил електроду і виробу, виліт електроду, конструкційна форма виробу і величина зазору.

 

Величини зварювального струму, що рекомендуються, залежно від діаметру електродного дроту

Діаметр електродного дроту, мм	0,5	0,8	1	1,2	1,6	2	2,5
Рекомендовані межі зварювального струму, А	30–60	50–100	70–120	90–150	140–300	200–500	300–700
Щільність струму, а/мм2	150	100	85	80	70	65	60

Оскільки сила зварювального струму встановлюється залежно від вибраного діаметру електродного дроту то для зварювання обічайки приймаємо 140–300 А.

Із збільшенням сили зварювального струму збільшується глибина провару і підвищується продуктивність процесу зварки. Напруга дуги залежить від довжини дуги. Чим довше дуга, тим більше напруги на ній. Із збільшенням напруги дуги збільшується ширина шва і зменшується глибина його провару. Встановлюється напруга дуги залежно від вибраної сили зварювального струму.

Швидкість подачі електродного дроту підбирають з таким расчётом, щоб забезпечувалося стійке горіння дуги при вибраній напрузі на ній. Вилітом електроду називається довжина відрізку електроду між його кінцем і виходом його з мундштука. Величина вильоту робить великий вплив на стійкість процесу зварювання і якості зварного шва. Із збільшенням вильоту погіршується стійкість горіння дуги і формування шва, а також збільшується розбризкування. При зварюванні з дуже малим вильотом важко спостерігати за процесом зварювання і часто підгорає контактний наконечник. Величину вильоту рекомендується вибирати залежно від діаметру електродного дроту.

Рекомендовані значення вильоту електродного дроту

Діаметр електродного дроту, мм	0,8	1	1,2	1,6	2	2,5
Виліт електрода, мм	6 – 12	7 -13	8 -15	13–20	15–25	15–30

Окрім вильоту електроду, необхідно витримувати відстань від сопла пальника до виробу, оскільки із збільшенням цієї відстані можливе попадання кисню і азоту повітря в наплавлений метал і утворення пор у шві. Величину відстані від сопла пальника до виробу слід витримувати в приведених значеннях.

Рекомендовані відстані від сопла пальника до виробу

Діаметр електродного дроту, мм	0,5–0,8;	1,0–1,2;	1,6–2,0;	2,5–3,0;
Відстані від сопла пальника до виробу	5–15	8–18	15–25	20–40

При зварюванні у вуглекислому газі зазвичай застосовують постійний струм зворотної полярності, оскільки зварювання струмом прямої полярності приводить до нестійкого горіння дуги. Змінний струм можна застосовувати лише з осцилятором, проте в більшості випадків рекомендується застосовувати постійний струм.

Витрату вуглекислого газу визначають залежно від сили струму, швидкості зварювання, типу з'єднання і вильоту електрода. В середньому газу витрачається від 5 до 20 л/мін. Нахил електроду щодо шва робить великий вплив на глибину провару і якість шва. Залежно від кута нахилу зварювання можна проводити кутом назад і кутом вперёд. При зварюванні кутом назад в межах 5 – 10° покращується видимість зони зварювання, підвищується глибина провару і наплавлений метал виходить більш щільним. При зварюванні кутом вперёд важче спостерігати за формуванням шва, але краще спостерігати за зварюваними кромками і направляти електрод точно по зазорах. Ширина валу при цьому зростає, а глибина провару зменшується. Цей спосіб рекомендується застосовувати при зварці тонкого металу де існує небезпека прожога. Швидкість зварювання встановлюється самим зварювальником залежно від товщини металу і необхідної площі поперечного перерізу шва. При дуже великій швидкості зварювання кінець електроду може вийти з-під зони захисту газом і окислюватися на повітрі.

Вибір зварювальних матеріалів

Для виготовлення конструкції обічайки застосовують сталь марки Вст3пс. Виходячи з цього при зварюванні у вуглекислому газі низьковуглецевих сталей необхідно застосовувати кремній-марганцовисті марки дроту.

Для зварювання обічайки використовують зварювальний дріт Св08Г2С. Зварювальний дріт забезпечує набуття хороших механічних властивостей металу шва у поєднанні з основним металом. Зварні шви виходять хорошої якості з відсутністю холодних і гарячих тріщин. Хімічний склад металу шва вищий, ніж хімічний склад основного металу, що дозволяє отримати зварні шви хорошої якості і корозійної стійкості.

Як захисний газ використовують вуглекислий газ. Захисний газ дозволяє захистити зварювальну ванну від дії навколишнього повітря. В повітрі містяться шкідливі гази: азот, водень, кисень. За наявності цих газів в металі шва вони погіршують механічні і технологічні властивості шва.

Вибір зварювального устаткування

Для зварювання обичайки використовуваний зварювальний напівавтомат А-547У. Він призначений для зварювання у вуглекислому газі плавким електродом. Напівавтомат складається з:

- джерела живлення;

- механізму подачі електродного дроту;

- шафи управління.

Механізмом подачі є циліндричний редуктор, що передає обертання від електродвигуна постійного струму з регульованим числом обертів до подаючих роликів. Механізм подачі має дві пари подаючих і притискних роликів. Для розширення діапазону швидкостей подачі редуктор має дві шестерні, які можна міняти місцями.

Технічна характеристика напівавтомата А-547У:

– діаметр зварювального дроту, мм 0,8–1,6

- номінальний зварювальний струм, А 300

- межа регулювання, А 60–300

- швидкість подачі зварювального дроту, м/ч 150–420

- тип джерела живлення ВС-300

Технічна характеристика джерела живлення ВС-300:

– номінальна напруга мережі, В 380

- межі регулювання робочої напруги, В:

на жорстких зовнішніх характеристиках

на падаючих зовнішніх характеристиках 22–46

- номінальний струм, А 300

- напруга холостого ходу, В 25–40

- межі регулювання зварювального струму:

на жорстких зовнішніх характеристиках 60–300

на падаючих зовнішніх характеристиках 30–300

- потужність квт 17

- коефіцієнт корисної дії% 70

– габаритні розміри, мм 560*720*9

Вибір пристосування для збирання та зварювання

При виборі пристосування для збирання та зварювання необхідно враховувати те, що ці пристосування повинні забезпечувати наступне: – зменшення трудомісткості робіт, підвищення продуктивності;

- підвищення точності робіт, поліпшення якості продукції;

Пристосування повинні задовольняти наступним вимогам:

- забезпечувати найвигіднійший порядок збірки;

- мають бути жорсткими і міцними, для точного закріплення деталей;

- забезпечити доступність до місць установки деталей;

- забезпечити положення деталей, при яких буде найменше число поворотів;

- забезпечити вільний доступ при перевірці виробу;

- забезпечити безпечне виконання збірно-зварних робіт.

Використання спеціального пристосування для збирання та зварювання дозволяє точно зібрати і прихватити деталі в конструкцію. В результаті розробки пристосування для збірки та зварювання було вирішено використати слідуюче: