Разработка технологии и выбор оборудования для сварки корпуса мельницы

Министерство образования  и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого  Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт материаловедения и металлургии

Кафедра литейного производства и  упрочняющих технологий

 

 

 

 

 

 

 

Разработка  технологии и выбор оборудования для сварки корпуса мельницы

Курсовая работа

по дисциплине «Соединение конструкционных  материалов»

 

 

 

 

Исполнитель: Квиткевич  Михаил Александрович

Студент группы МТ-300603 _______

Преподаватель: Березовский Александр Владимирович

Доцент, к.т.н. ________

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2013

Характеристика стали 09Г2С.

 

Сталь марки 09Г2С (отечественные аналоги 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С). Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций, марка стали 09Г2С широко применяется при производстве труб и другого металлопроката. Чаще всего прокат из данной марки стали используется для разнообразных строительных конструкций благодаря высокой механической прочности, что позволяет использовать более тонкие элементы, чем при использовании других сталей.

Устойчивость в широком температурном диапазоне позволяет применять детали из этой стали в диапазоне температур от -70 до +450 °С. Также эта сталь сваривается без ограничений (сварка производится без подогрева и без последующей термообработки), что позволяет изготавливать из листового проката этой марки сложные конструкции для химической, нефтяной, строительной, судостроительной и других отраслей. Применяя закалку и отпуск изготавливают качественную трубопроводную арматуру. Высокая механическая устойчивость к низким температурам также позволяет с успехом применять трубы из 09Г2С на севере страны.

Также марка широко используется для сварных конструкций. Сварка может производится как без подогрева, так и с предварительным подогревом до 100-120 °С. Так как углерода в стали мало, то сварка её довольно проста, причем сталь не закаливается и не перегревается в процессе сварки, благодаря чему не происходит снижение пластический свойств или увеличение её зернистости. К плюсам применения этой стали можно отнести то, что она не склонна к отпускной хрупкости и её вязкость не снижается после отпуска. Вышеприведенными свойствами объясняется удобство использования 09Г2С от других сталей с большим содержанием углерода или присадок, которые хуже свариваются и меняют свойства после термообработки. Механические свойства стали приведены в таблице:

 

 

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска, °С

 

t, °С	σ0.2, МПа	σв, МПа	δ5, %	ψ, %
20	295	405	30	66
100	270	415	29	68
200	265	430	-	-
300	220	435	-	-
400	205	410	27	63
500	185	315	-	63

 

                            

Технология  сварки стали 09Г2С.

 

Низколегированные низкоуглеродистые  конструкционные стали, как правило, используют для изготовления ответственных  сварных конструкций. Состав и свойства некоторых низколегированных сталей приведены в таблице:

 

 

 

По реакции на термический цикл низколегированная низкоуглеродистая  сталь мало отличается от обычной  низкоуглеродистой. Различия состоят  в основном в несколько большей  склонности к образованию закалочных структур в металле шва и около шовной зоне при повышенных скоростях охлаждения.

Более углубленные исследования показали, что при повышенных скоростях  охлаждения в швах этих сталей кроме  феррита и перлита присутствуют также мартенсит, бейнит и остаточный аустенит. Обнаруживаемый в таких швах мартенсит — бесструктурный, а бейнит представляет собой феррито-карбидную смесь высокой дисперсности. Количество указанных структурных составляющих изменяется в зависимости от температурного цикла сварки.

При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механические свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Однако при увеличении доли таких структур в шве и около шовной зоне пластичность металла и его стойкость против хрупкого разрушения резко ухудшаются. Дополнительное легирование стали марганцем, кремнием и другими элементами способствует образованию в сварных соединениях закалочных структур.

Поэтому режим сварки большинства  низколегированных сталей ограничивается более узкими (по значению погонной энергии) пределами, чем при сварке низкоуглеродистой стали. С целью снижения разупрочнения в около шовной зоне низколегированные стали следует сваривать при минимально возможной погонной энергии.

Обеспечение равнопрочности металла  шва с основным металлом достигается  в основном за счет легирования его  элементами, переходящими из основного  металла. Иногда для повышения прочности  и стойкости против хрупкого разрушения металл шва дополнительно легируют через сварочную проволоку. 

Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин при сварке низколегированных  сталей несколько ниже, чем низкоуглеродистых, в связи с усилением отрицательного влияния углерода некоторыми легирующими  элементами, например кремнием. Повышение стойкости против образования трещин достигается снижением содержания в шве углерода, серы и некоторых других элементов за счет применения сварочной проволоки с пониженным содержанием указанных элементов, а также выбором соответствующей технологии сварки (последовательность выполнения швов, обеспечение благоприятной формы провара) и рациональной конструкции изделия.

 

 

Автоматическая  дуговая сварка под флюсом.

 

Среди различных существующих способов механизированной сварки с  применением флюса наибольшее распространение получила электродуговая сварка под флюсом. Сварочная дуга горит между изделием и торцом сварочной проволоки. По мере расплавления проволока автоматически подается в зону сварки. Дуга закрыта слоем флюса. Сварочная проволока перемещается в направлении сварки с помощью специального механизма (автоматическая сварка) или вручную (полуавтоматическая сварка).

Под влиянием тепла дуги основной металл и флюс плавятся, причем флюс образует вокруг зоны сварки эластичную пленку, изолирующую эту зону от доступа воздуха. Капли расплавляемого дугой металла сварочной проволоки переносятся через дуговой промежуток в сварочную ванну, где смешиваются с расплавленным основным металлом. По мере перемещения дуги вперед металл сварочной ванны начинает охлаждаться, так как поступление тепла к нему уменьшается. Затем он затвердевает, образуя шов. Расплавляясь, флюс превращается в жидкий шлак, который покрывает поверхность металла и остается жидким еще некоторое время после того, как металл уже затвердел. Затем шлак затвердевает, образуя на поверхности шва шлаковую корку.

При сварке под флюсом дуга горит между сварочной проволокой и свариваемым изделием под слоем гранулированного флюса. Ролики специального механизма падают в электродную проволоку в зону дуги. Сварочный ток (переменный или постоянный прямой или обратной полярности) подводится к проволоке с помощью скользящего контакта, а к изделию – постоянным контактом.

Сварочная дуга горит  в газовом пузыре, который образуется в результате плавления флюса и металла. Кроме того, расплавленный металл защищен от внешней среды слоем расплавленного флюса. По мере удаления дуги от зоны сварки расплавленный флюс застывает и образует шлаковую корку, которая впоследствии легко отделяется от поверхности шва. 

Особенностью процесса электродуговой сварки по флюсу является значительно меньшая толщина слоя флюса, чем при сварке под флюсом. На металлической подкладке уложены свариваемые пластины, засыпанные тонким слоем флюса. Дуга горит в условиях свободного доступа воздуха. Расплавляемый металл проволоки при переходе через дуговой промежуток не имеет шлаковой защиты. Металл сварочной ванны при остывании образует шов. Металл сварочной ванны и шов покрыты тонким слоем шлака.

При сварке по флюсу металл значительно хуже защищен от воздуха, чем в процессе сварки под флюсом. Кроме того, излучение дуги и интенсивное выделение дыма и паров оказывают вредное действие на обслуживающий персонал.

Процесс электродуговой сварки с магнитным флюсом основан на явлении электромагнитной индукции. Во время горения дуги между свариваемым изделием и проволокой проходящим по ней электрическим током возбуждается магнитное поле. Под его действием к проволоке притягивается магнитный флюс. Вместе со сварочной проволокой он подается в дугу, расплавляется там и поступает в сварочную ванну. Капли расплавленного электродного металла переходят через дуговой промежуток покрытые шлаком, образовавшимся при плавлении флюса. Магнитный флюс обеспечивает также некоторую газовую защиту зоны сварки. При затвердевании металла сварочной ванны образуется сварной шов, покрытый шлаковой коркой. Процесс электродуговой сварки с магнитным флюсом сходен со сваркой самозащитой порошковой проволокой, а покрытая магнитным флюсом проволока подобна бесконечному плавящемуся электроду с покрытием.

Промышленность выпускает два типа аппаратов для дуговой сварки под флюсом: 

- с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, не зависимой от напряжения на дуге (основанные на принципе саморегулирования сварочной дуги);

- аппараты с автоматическим регулированием напряжения на дуге и зависимой от него скоростью подачи электродной проволоки (аппараты с авторегулированием).

В сварочных головках с постоянной скоростью подачи при изменении длины дугового промежутка восстановление режима происходит за счет временного изменения скорости плавления электрода вследствие саморегулирования дуги. При увеличении дугового промежутка (увеличение напряжения на дуге) уменьшается сила сварочного тока, что приводит к уменьшению скорости плавления электрода.

Уменьшение длины дуги вызывает увеличение сварочного тока и скорости плавления. В этом случае используют источники питания с жёсткой  вольт-амперной характеристикой.В сварочных головках с автоматическим регулятором напряжения на дуге нарушение длины дугового промежутка вызывает такое изменение скорости подачи электродной проволоки (воздействуя на электродвигатель постоянного тока), при котором восстанавливается заданное напряжение на дуге. При этом используют аппараты с падающей вольт-амперной характеристикой.

Аппараты этих двух типов  отличаются и настройкой на заданный режим основных параметров: сварочного тока и напряжения на дуге. На аппаратах  с постоянной скоростью подачи заданное значение сварочного тока настраивают  подбором соответствующего значения скорости подачи электродной проволоки. Напряжение на дуге настраивают изменением крутизны внешней характеристики источника питания.

Необходимую скорость подачи электродной проволоки устанавливают  или сменными зубчатыми шестернями (ступенчатое регулирование), или изменением числа оборотов двигателя постоянного тока (плавное регулирование). Для расширения пределов регулирования скорости подачи в последнее время - часто используют плавно-ступенчатое регулирование (двигатель постоянного тока и редуктор со сменными шестернями).

На аппаратах с автоматическим регулятором напряжение на дуге задается и автоматически поддерживается постоянным во время сварки.

Заданное значение сварочного тока настраивают изменением крутизны внешней характеристики источника питания. Настройка других параметров режима сварки (скорости сварки, вылета электрода, высоты слоя флюса и др.) аналогична для аппаратов обоих типов и определяется конструктивными особенностями конкретного аппарата.

 

 

 

Обоснование выбора технологии сварки.

 

Для сварки корпуса мельницы, т.к. свариваемые детали имеют цилиндрическую форму и шов по замкнутой линии, целесообразно использовать дуговую  автоматическую сварку. В качестве защитной среды будем использовать флюс, потому что флюс, растекаясь, образует защитный слой, который предотвращает разбрызгивание металла ванны. Также сварка будет производиться путем вращения детали вокруг оси, поэтому сварка будет проходить со смещением зенита проволоки. Смещение проволоки с зенита требуется для того, чтобы избежать стекание металла шва и флюса. Смещение электрода с зенита показано на рисунке:

 

                        

     е – смещение проволоки с зенита

 

Рис. Схема сварки со смещение электрода с зенита