Технология сварки корпуса телескопа из сплава АМг3

Тепловая свариваемость — реакция металла на тепловые воздействия в принятых условиях сварки.

При сварке магналиевых сплавов сварные соединения становятся почти равнопрочными основному металлу.

При сварке алюминиевых сплавов кристаллическая структура и механические свойства металла швов могут изменяться в зависимости от состава сплава, используемого присадочного металла, способов и режимов сварки. Для всех способов сварки характерно наличие больших скоростей охлаждения и направленного отвода тепла. При кристаллизации в этих условиях часто развивается дендритная ликвация, что приводит к появлению в структуре металла эвтектики. Эвтектика снижает пластичность и прочность металла. В связи с этим в швах возможно возникновение кристаллизационных трещин в процессе кристаллизации.

Улучшение кристаллической структуры металла швов при сварке алюминия и некоторых его сплавов может быть достигнуто модифицированием в процессе сварки. Поэтому в качестве присадочного металла при сварке все большее применение находят специальные проволоки с добавками модификаторов, указанные в таблице 2.2.1.

Таблица 2.2.1. Рекомендуемые типы сварных проволок для сварки сплава АМг3

Универсальная проволока (удовлетворительные характеристики  шва)	Проволока (стойкость против горячих  трещин)	Проволока (прочность -временное сопротивление  разрыву)
СвАМг3	СвАМг5	СвАМг5

 

В сварных соединениях термически неупрочняемых сплавов системы А1—Mg наименьшую прочность имеет металл шва, она составляет обычно 0,85—0,95 прочности основного металла. Во многих случаях этого достаточно, чтобы не предпринимать дополнительных мер с целью повысить прочность металла шва. Если листы перед сваркой нагартованы, то разупрочнение происходит также и в околошовной зоне. Равнопрочность всех зон сварного соединения и основного металла можно достигнуть прокаткой роликами металла шва и околошовной зоны, а также путем увеличения содержания магния в присадочной проволоке.

 В связи с большой величиной коэффициента линейного расширения и низким модулем упругости сплав имеет повышенную склонность к короблению. Уровень сварочных деформаций в 1.5-2 раза выше, чем у аналогичных стальных конструкций.

Материал мало подвержен воздействию термического цикла сварки, поэтому сварка производится без подогрева и без последующей термообработки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Разработка директивного  технологического процесса сборки  и сварки корпуса. Выбор способа сварки, типов сварных соединений, расчет режимов сварки.

Для сварки продольного шва обечайки из алюминиевого сплава АМг3 наиболее целесообразно использовать автоматическую аргонодуговую сварку неплавящимся вольфрамовым электродом и сварочной проволокой СвАМг3.

Этот процесс, при сварке изделия с толщиной стенки 2мм, обеспечит более качественное формирование сварного соединения и получение наиболее высоких эксплуатационных свойств сварного соединения. Сварку алюминиевого сплава проводится на переменном токе. Разделку кромок не выполняют, так как малая толщина. Удовлетворительное качество сварных соединений можно получить, используя чистый аргон высшего сорта (ГОСТ 10157-79).

Поскольку сплав не склонен к образованию горячих трещин при сварке, то при выборе состава металла шва основное внимание уделяется обеспечению необходимых эксплуатационных свойств. Поскольку в большинстве случаев используют электродную проволоку, по составу аналогичную основному металлу, то для сварки выбирает сварочную проволоку СвАМг3. Диаметр электрода ЭВИ-1 составляет 3 мм выбирается в зависимости от сварочного тока, диаметр присадочной проволоки по техническим рекомендациям для сварки металла, толщиной 2мм, составляет 2 мм .Тип сварного соединения для данного способа сварки выбираем в соответствии с ГОСТ 14806-80. Тип соединения – стыковой без скоса кромок. Свариваемые детали толщиной 2 мм входящие в диапозон 0,8-4,0 мм имеют односторонний характер сварного шва на съемной подкладке для способа сварки АИНп.

 

 

 

 

 

3.1 Расчет параметров режима сварки

Ориентировочные режимы сварки изделий для алюминиевых сплавов, выполняемых автоматической дуговой сваркой неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1.  Ориентировочный режим для сварки

Толщина металла, мм	Скорость сварки,  м/ч	Сила сварочного тока, А	Напряжение на дуге, В	Расход защитного газа, л/мин	Диаметр электрода, мм	Диаметр присадочной проволоки, мм
2	25-35	110-130	7-12	10-12	3	2

 

Исходя из рекомендованных скоростей сварки, расчет параметров режима автоматической аргонодуговой сварки неплавящимся электродом стыкового соединения деталей из сплава АМг3, по схеме для быстродвижущегося источника (V=0,009 м/c=32,4м/ч).

В соответствии с ГОСТ 14806-80 сварка соединений толщиной 2 мм выполняется в один проход. Для однопроходной дуговой электросварки стыковых соединений величину сварочного тока можно определить по формуле:

 где:

γ – плотность металла кг/м3·103

Vсв – скорость сварки, м/с

Fш – площадь сечения шва, м2

hпл – теплосодержание расплавленного металла сварочной ванны, Дж/кг

hи – эффективный КПД процесса нагрева

ht – термический КПД процесса нагрева

Uд – напряжение дуги, В

Площадь сечения шва рассчитывается по формуле:

Fш= Fр+ Fн, [м2], где

Fр=0,5∙(е+е1) ∙S – b∙S, [м2]

Fн=b∙S+0,75∙(eg+e1g1), [м2]

В соответствии с ГОСТ 14806-80 определяют геометрические размеры сварного шва (рис.1.)

Рис. 1 Геометрические размеры сварного шва.

е = 6 мм;

e1=3 мм;

S = 2 мм;

b = 0,2 мм;

g = 0,5 мм;

g1 = 0,5 мм.

Fp = 0,5.(6+3) ·2-0,2·2= 8,6 мм2 = 0,86·10-5 м2.

Fн = 0,2·2+0,75· (6·0,5+3·0,5) = 3,775 мм2 = 0,378·10-5 м2.

Fш= 0,86·10-5 + 0,378·10-5 = 1,238·10-5 м2.

Теплосодержание расплавленного металла в сварочной ванне рассчитывают по формуле:

hпл= С∙(Тпл – T0) + Lпл + С∙Тпр, где:

С – удельная теплоемкость Дж/кг∙К

Тпл – температура плавления, оС

L – скрытая теплота плавления, Дж/кг

Тпр – температура перегрева сварочной ванны принимается равной 20% от Тпл, оС

hпл = 820 ∙ (650-20) + 398000 + 820 ∙ 650*0,2 =991680 Дж/кг.

γ = 2,62*103 кг/м3;

VCB = 0,009 м/с;

hи =0,75;

ht =0,484;

 U=7B.

Сварочный ток будет равен:

Скорость подачи присадочной проволоки рассчитывают по формуле:

 [м/с], где:

м/c= 39,6м/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Выбор оборудования и разработка сборочно-сварочной оснастки

Для сварки продольного шва была выбрана установка на базе УСПО-1300 (рис. 3.2.1). Установки серии УСПО предназначены для дуговой автоматической сварки постоянным и переменным током в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся ( вольфрамовым) электродами прямолинейных швов на листах, конических и цилиндрических обечайках.

Рис.3.2.1. Установка для сварки и сборки продольного шва.

 

На установках УСПО осуществляется сборка и закрепление заготовок с последующей сваркой продольного шва автоматом кареточного типа, оснащенным сварочной головкой типа АГВ-2. Технические характеристики сварочной головки АГВ-2 указаны в таблице 3.2.2.. Установки состоят из стендов типа СПО, имеющих опорную и прижимные балки с рычажными  секционными прижимами и направляющую балку для установки сварочного автомата.

Свариваемые заготовки устанавливаются на опорную балку, выверяются по стыку кромок параллельно формирующей канавке на подкладке ложемента и закрепляются подвижными лапками прижимов. Усилие на прижимы создается воздухом, подаваемым в резинотканевые рукава, установленные под рычагами прижимов.

Установка УПСО-1300 выполнена с поворотными опорными балками, обеспечивающими установку изделия с боковой стороны стенда.

Каретка автомата со сварочной головкой перемещается от привода с двигателем постоянного тока по призматическим направляющим.

Электроаппаратура управления и настройки размещена в отдельном шкафу и пультах управления. Горелки автомата токопроводы охлаждают водой.

Управление работой установок производится с пульта каретки и дублирующего пульта.

Включение сжатого воздуха в систему зажимов производится ручными кранами, установленными на стенде.

Существуют 7 типов установок УСПО, но в данном случае выбираем УСПО-1300 по габаритным размерам изделия, которые соответствуют размерам свариваемое детали, источник питания ИСВУ-315. Параметры установки указаны в таблице 3.2.1.

 

Таблица 3.2.1. Параметры установки типа УСПО-1300

Параметр	Значение
Длина шва , мм	1300
Диаметр свариваемых обечаек,D,мм	250-900
Наибольший угол поворота ложемента в обе стороны, град	60
Габаритные размеры, мм	2850х1360х1770
Толщина свариваемых материалов, мм	До 6
Напряжение питающей сети, В	220/380
Тип сварочной головки	АГВ-2, АГП-2
Род тока	Постоянный и переменный
Максимальный сварочный ток	400
Скорость сварки, м/ч	10-85
Усилие прижима свариваемых кромок кг/м	До 0,5
Давление в сети сжатого воздуха (Па)	Не менее 490500

 

 Таблица 3.2.2. Техническая  характеристика сварочной головки  АГВ-2 для автоматической дуговой  сварки.

Номинальный сварочный ток I, А	300
Диаметр вольфрамового электрода, мм	До 6
Диаметр присадочной проволоки: -электродной -присадочной	- 1-2
Скорость подачи проволоки , м/с *10-3 -электродной -присадочной	- 2,8-22
Установочные перемещения горелки, мм -поперек шва -по вертикали шва	160 100
Поворот вокруг оси (град.) -вертикальной -горизонтальной	90 360
Габаритные размеры,мм -головка -шкаф управления	300х600х375 730х715х1050
Масса, кг -головка -шкаф управления	28 52

 

В данной установке фиксация стыков обечайки производиться с помощью пневматического прижима (рис.3.2.2.) Расстояние между рядами прижимов до 40мм. По шлангам установки подводят сжатый воздух к зажимам. С помощью этого воздуха  идет воздействие  на балку, кронштейн, рычаг и планки. При соответственной подачи воздуха происходит поднятие и прижатие планкой свариваемых кромок деталей.

 

 

Рис.3.2.2. Разрез пневматических прижимов

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Выбор способа контроля сварных  соединений и метода испытаний  готового изделия

 

После сварки первоначально необходимо провести внешний осмотр полученного сварного соединения визуально или с использованием лупы. Такой контроль позволяет определить внешние дефекты: наличие наплывов или подрезов, свищей, поверхностных трещин. Недопустимые дефекты подлежат вырубке и повторной заварке.

После внешнего осмотра изделия или соединения подвергают физическим методам для определения внутренних дефектов.

При ультразвуковой дефектоскопии (УЗД) сварных соединений дефекты выявляют при помощи ультразвуковых волн (УЗВ). Ультразвуковыми волнами называются упругие колебания материальной среды с частотой выше слышимости человеческого уха, т. е. выше 16 кГц. Для дефектоскопии сварных швов наиболее широко применяются и продольные ультразвуковые волны.

В УЗД применяют пьезоэлектрический способ получения УЗВ, заключающийся в преобразовании некоторыми естественными или искусственными пьезокристаллами механических колебаний в электрические (прямой пьезоэффект) и электрических в механические (обратный пьезоэффект).

Ввод ультразвука перпендикулярно поверхности изделия осуществляется прямыми (нормальными) и наклонными (призматическими) искателями. В любом искателе пьезопластина излучает продольную волну. Ультразвуковая дефектоскопия сварных соединений осуществляется преимущественно наклонными искателями, посылающими волну под углом к поверхности изделия. При определенных углах в контролируемой среде распространяются поперечные волны с углом преломления—углом наклона акустической оси искателя.

Для ввода ультразвука в металл пространство между излучающей плоскостью искателя и поверхностью металла заполняют контактирующей средой — минеральным маслом или водой (эмульсией). В зависимости от толщины слоя контактирующей среды различают контактный и иммерсионный способы обеспечения акустического контакта.

Введенные в изделие в виде зондирующего импульса ультразвуковые колебания, встретившись с несплошностью (дефектом) или поверхностью раздела двух сред, отражаются от нее под углом, равным углу падения. Часть ультразвуковой энергии после отражения возвращается к искателю и фиксируется дефектоскопом. Величина отраженной энергии при прочих равных условиях будет зависеть от величины, ориентации и формы (характера) поверхности отражателя.