расчетно-графической работы

Содержание

Введение………………………………………………………….3

1. Объем и содержание расчетно-графической работы………….4

2. Методические указания к выполнению

расчетно-графической работы………………………………….

3. Список литературы………………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Расчетно-графическая работа является частью самостоятельной работы студентов по изучению дисциплины «Сварка плавлением специальных сталей и сплавов».

Целью расчетно-графической работы является практическое освоение студентами методик выбора режимов сварки технологических мероприятий для обеспечения качества на этапах отработки изделия на технологичность, сварки, контроля, проведения постсварочной термообработки и исследования качества сварного узла.

Расчетно-графическая работа выполняется в 9 семестре после проведения цикла лекций по дисциплине «Сварка плавлением специальных сталей и сплавов».

При выполнении расчетно-графической работы студенты используют сведения, полученные ими при изучении дисциплины общепрофессионального и специальных циклов: «Материаловедение», «Основы металловедения неразъемных соединений», «Теория сварочных процессов».

Выполнение расчетно-графической работы сопровождается изучением студентами учебно-методической литературы, ознакомлением с научно-технической периодикой (журналы «Сварочное производство», «Автоматическая сварка», Сварка в Сибири» и др.), материалами трудов отраслевых, академических НИИ, вузов, научно-технических конференций, данными Интернет.

1. Объем и содержание РГР

Объем РГР н.м. 8 страниц машинописного текста форматом А4.

В виде приложений представляются операционные карты на сварку и термообработку.

РГР содержит следующие разделы:

1. Введение.

2. Обоснование и выбор режимов, условий сварки узла.

3. Оценка свариваемости и анализ технологических мероприятий по обеспечению качества сварного узла.

4. Выбор режимов постсварочной термообработки сварного узла.

5. Выбор методов неразрушающего контроля сварного узла.

6. Разработка плана мероприятий по совершенствованию существующего технологического процесса сварки

Методические указания к выполнению

расчетно-графической работы

2.1. Исходные данные для выполнения расчетно-графической

работы

Для выполнения расчетно-графической работы студент представляет консультанту материалы курсового проекта:

– чертеж (или эскиз) сварного узла;

– условия эксплуатации сварного узла;

– разработанный техпроцесс сварки узла.

2.2. Во введении студент кратко описывает назначение сварного узла – роль сварки при его изготовлении.

2.3. Выбор режимов и условий сварки

В РГР предложен для формирования сварного узла оптимальный способ сварки. Студент на основании анализа научно-технической и периодической литературы ревизирует, обосновывает и выбирает режимы сварки.

Элементы режима сварки оказывают существенное влияние на форму и состав шва, и путем изменения их значения можно достичь желаемого результата при различном их сочетании.

Основная задача, возникающая перед технологом при выборе режима сварки, сводится к определению такого сочетания элементов режима, при котором обеспечивается требуемое качество сварного соединения при максимальной производительности и минимальной стоимости процесса.

Для рассматриваемогго в задании к РГР способа сварки, марки основного материала и типа шва существует оптимальный режим, который в зависимости от конкретных условий может изменяться только в узких пределах.

При разработке технологии оптимальный режим подбирают экспериментальным путем с оценкой структурно-фазового состава, механических и эксплуатационных свойств. Также используются различные расчеты, например, уравнение распространения теплоты при сварке и многое другое и справочные данные и результаты других исследователей.

Анализ технологического процесса начинается с оценки правильного выбора типа соединения.

Огромную роль при сварке имеет точность подготовки комплектующих деталей, их чистота и качество сборки.

Недостаточно тщательное выполнение заготовительных и сборочных операций приводит к резкому возрастанию вероятности появления дефектов в сварных соединениях и конструкции в целом. Анализ дефектов, возникающих при сварке, однозначно показывает, что значительную долю брака следует отнести за счет плохого качества подготовки и сварки. Однако, требования к подготовительным операциям не должны быть излишними и трудновыполнимыми. Некоторые допустимые колебания точности позволяют все-таки получать качественные сварные соединения. Приводят к повышению качества сварного соединения следующие подготовительные операции:

– правка и зачистка неровностей, дефектов, образовавшихся при хранении и транспортировке;

– точная разметка;

– удаление следов отрезки металла;

– точное фиксирование деталей «работы кондуктора» (прихваты, беглый шов, планки-гребенки).

Размеры и конфигурация шва в значительной степени предопределяют стойкость его против возникновения кристаллизационных трещин, плавность перехода от основного металла к металлу шва и вероятность образования подрезов, наплывов и других дефектов. Известно, что размеры шва и форма провара не зависят от типа шва. Форма шва при одном способе сварки зависит от режима сварки и положения шва в пространстве.

Под понятием режим сварки подразумевают совокупность факторов, определяющих условия протекания процесса сварки.

Например, к основным параметрам ДС относят:

– величину, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение дуги, скорость перемещения дуги, вид защиты, величину поперечного перемещения дуги, вид защиты, величину поперечного перемещения, конус электрода (при ручной дуговой сварке), скорость подачи сварочной проволоки (при автоматической сварке), вылет электрода, положение электрода или сварочной проволоки в пространстве (вертикальное, наклонное), положение изделия при сварке, состав флюса.

Студент, предлагая тот или иной режим сварки, оценивает не только по производительности, но и с точки зрения повышения эксплуатационных свойств изделия, а, следовательно, и обеспечения качества. Для этого он прогнозирует формирование структурно-фазового состава шва и зоны термического влияния, и как следствие, уровень механических и эксплуатационных свойств. Известно, что механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, определяемой химическим составом, условиями протекания термического цикла сварки и постсварочной термообработкой. Серьезное влияние на свойства металла шва и зоны термического влияния оказывает качество используемых защитных газов, флюсов, покрытий электродов, сварочной проволоки и многого другого. Корме того имеется ряд технологических мероприятий, направленных на повышение качества сформированного соединения

2.4. Оценка свариваемости и анализ технологических

мероприятий

Качество сварных соединений в значительной мере определяет эксплуатационную надежность и экономичность конструкций. наличие в сварных соединениях дефектов – отклонений от заданных свойств, формы и сплошности шва, свойств и сплошности околошовной зоны может привести к нарушению герметичности, прочности и других эксплуатационных характеристик изделия, а при некоторых обстоятельствах выявить аварию. В реальных условиях производства дефекты возникают достаточно часто, количество их – объективных показатель рациональности принятого технологического процесса пригодности и кондиции используемых материалов и основного металла, квалификации кадров, наличия достойных условий работы сварщика, оптимальности и технического состояния оборудования, остается общей культуры производства.

Работа по контролю качества изделия выявлению и устранению дефектов – процесс трудоемкий и существенно влияет на стоимость продукции. Снижение вероятности образования дефектов даже за счет увеличения затрат на основные и вспомогательные технологические операции экономически целесообразны, так как обеспечение качества сводится к предупреждению, а не обнаружению дефектов. Поэтому в производстве разрабатываются и проводятся мероприятия по повышению качества выпускаемой продукции на основе анализа производственных дефектов. Кроме того, в политике по качеству серьезных производителей указывается на необходимость постоянного проведения работ по повышению качества и надежности выпускаемой продукции.

Дефекты, появляющиеся в сварных соединениях, различаются по месту расположения (наружные и внутренние) и причинам возникновения. В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. Первая группа – это дефекты, связанные с металлургическими, термическими и гидродинамическими явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения. Это кристаллизационные и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаки, флокены, несплавления, утянины, отклонения от механических и эксплуатационных свойств.

Вторая группа дефектов – это дефекты формирования швов. К ним относятся непровары, подрезы, наплывы, проноги, кратеры, несимметричность и уменьшение размеров швов. Перечисленные дефекты – это результат неправильного технологического процесса, нарушение режимов сварки, неисправленность оборудования, низкой квалификации рабочих, плохой сборкой под сварку, неточным расположением конца электрода, недоступностью места сварки и другими причинами, связанными с техническим уровнем и культурой производства. Цель производства – предупредить возникновение дефектов для чего составляется ежегодный план технологических мероприятий по качеству. В данном разделе РГР студент на основе исходных данных и знаний режимов и условий сварки должен разработать предупредительные технологические мероприятия, направленные на обеспечения качества сварного узла.

Прежде чем приступить к выполнению задания студент должен оценить (рассчитать) риск появления тех или иных дефектов.

Для расчета целесообразно использовать расчетные методы, разработанные на основе регрессивного анализа и методов математической обработки экспериментальных данных.

Стойкость против образования КТ при сварке углеродистых и низколегированных сталей может быть оценена из выражения [2]

HCS= [1]

где S, P, Si – концентрации соответствующих элементов. Трещины не образуются в сталях с σ_в< 700 мета при HCS < 4 и в сталях с σ_в< 700 мета при HCS < 1,6.

Стойкость против образования КТ при сварке хромникелевых аустенитных сталей может быть оценена из выражения [2]:

При величине отношения меньше 1,5 сталь склонна к трещинообразованию.

Склонность сталей к образованию холодных трещин оценивается из выражения [2]:

Ce=C+Mn/6+C/5+Mo/5+V/5+(Ni+Cu)/15 (3)

При Ce < 0,4 сталь не склонна к образованию холодных трещин, при Ce > 0,4 – возможно образование закалочных структур, а следовательно, холодных трещин.

Кроме проведенных расчетов необходимо провести анализ научно-технической литературы и подтвердить полученные результаты.

При появлении возможности образования кристаллизационных трещин (КТ) необходимо учитывать, что их характерной особенностью является межкристаллический вид разрушения, а следовательно, тесная связь с первичной структурой металла шва (расположение вдоль роста столбчатых кристаллитов). Трещины могут выходить на поверхность, а могут не выходить. Это усложняет и удорожает проведение контрольных операций. Основная роль при возникновении трещин принадлежит воздействию растягивающих напряжений при нахождении металла в твердо-жидком состоянии в интервале повышенной хрупкости. Основными факторами, определяющими стойкость металла к КТ, является величина температурного интервала хрупкости, пластичности металла в этой зоне, интенсивность нарастания пластических деформаций о возникших напряжений. При разработке технологии сварки и технологических мероприятий студент должен помнить, что стойкость к КТ определяется следующими факторами: величины и скорости нарастания растягивающих напряжений, химического состава шва, длительностью пребывания металла в зоне хрупкости, формой сварочной ванны, определяющей рост столбчатых кристаллитов, характер их смыкания и расположения относительно действующих растягивающих напряжений, величины первичных кристаллитов. Безусловно, в реальных условиях невозможно полностью устранить влияние растягивающих напряжений. Поэтому задача технолога – уменьшить величину напряжений и обеспечить минимальные деформации металла без разрушения. Это достигается за счет рационального конструирования узлов, уменьшения количества и сосредоточения швов, выбора оптимальной формы разделки кромок, устранения излишней жесткости узла, предварительного подогрева, рационального порядка наложения швов, оптимизации режимов сварки, применения рациональных прихваток для обеспечения стабильности зазора и закрепления деталей.

Одним из наиболее широко применяемых технологических методов повышения стойкости шва против образования КТ является уменьшение в нем содержания вредных и увеличении полезных элементов. Это регулируется применением металла с низкой концентрацией вредных примесей, уменьшение доли основного металла в металле шва, выбором типа покрытия или флюса, легирование и модификация шва.

Изменение формы шва – одно из известных технологических приемов повышения стойкости металла шва к КТ. Более высокое значение коэффициента формы шва, наряду с другими факторами, определяют большую стойкость против образования КТ. Измельчить первичную структуру металла шва можно путем механических колебаний сварочной ванны в процессе ее кристаллизации, механической вибрации электрода, наложения ультразвуковых колебаний и т.п.

При появлении возможности образования холодных трещин необходимо учитывать, что они являются типичным дефектом малопластичных закаливаемых легированных сплавов и сталей.

Образование холодных трещин в металле связано с присутствием в нем водорода (давления молекулярного водорода), образованием малопластичных и закалочных структур, действием растягивающих напряжений и т.п. Наиболее простым способом борьбы с холодными трещинами является регулирование термического цикла сварки путем выбора соответствующих метолов и режимов сварки, использованием предварительных и сопутствующих подогревов, регулирование легирующих элементов в основном металле и шве, контроль за качеством основных и вспомогательных материалов, применение термообработки.

Поры – недопустимый дефект сварных швов для узлов, работающих под давлением газов и жидкостей, а для других конструкций – поры не столь серьезный дефект. Допустимость пор – решается в каждом отдельном случае. Основной причиной возникновения пор являются газы водорода, азот и окись углерода. Борьба с трещинам осуществляется за счет раскисления сварочной ванны, регулирования скорости кристаллизации металла сварочной ванны, снижение скорости сварки, уменьшения объема сварочной ванны, теплоотвода в основной металл, изменение формы сварочной ванны (повышение коэффициента формы шва).

Кроме того в сварных соединениях образуются неметаллические включения (оксидные, сульфидные и т.п.), шлаковые каналы, флоксены и т.п., которые также требуют анализа и разработки мероприятий по обеспечению качества сварного узла.

Опыт эксплуатации сварных конструкций показывает, что технологические дефекты могут существенно снижать работоспособность сварных соединений. Они снижают статическую прочность, становятся очагами статических, динамических и усталостных разрушений. Поэтому плановая работа технолога по предупреждению дефектов является важной задачей любого производства.

Студент в работе над данным разделом не только выявляет потенциальные дефекты сварки узла, изучает возможные причины их образования, а также разрабатывает предупредительные технологические мероприятия по их ликвидации.

2.5. Выбор режимов постсварочной термообработки

сварного узла

Работоспособность сварных конструкций определяется как свойствами основных и вспомогательных материалов, так и технологией изготовления сварного шва, одной из заключительных операций которой является термическая обработка. Однако сварным соединениям свойственны такие недостатки, как высокий уровень остаточных растягивающих напряжений, неоднородность и нестабильность структуры разных зон, пониженный уровень механических свойств. Отдельные недостатки мы устраняем, совершенствуя технологию сварки, другие – методами термической обработки.

Для разработки оптимальной технологии термической обработки сварных соединений требуются знания о структурно-фазовом составе шва и зоны термического влияния, об уровне остаточных сварочных напряжений, связи структуры со свойствами, влиянии термической обработки на структуру и механические свойства сталей и сплавов.

Все сварные узлы, работающие в условиях статического динамического и знакопеременного нагружения, в обязательном порядке проходят термообработку:

а) для снятия напряжений при температуре высокого отпуска в сталях и низкотемпературного старения в титановых сплавах;

б) для выравнивания механических и эксплуатационных свойств и улучшения структуры – полную термическую обработку: закалка.

С отпуском или нормализация для сталей, полный отжиг – для титановых сплавов.

Все детали после полной термообработки подвергаются механической обработке для удаления окисленного слоя (0,1–0,2 мм). В отдельных случаях термообработка проводится в печах с контролируемой атмосферой. Необходимо знать, что детали после полной термообработки могут претерпевать значительные деформационные изменения (коробления).

В последнее время широко используются следующие мет оды термообработки: локальная термообработка электронным и световым лучами, в индукторе, в электролитах и т.п. Особый интерес вызывает термоциклическая обработка, которая сопровождается многократными структурными и фазовыми превращениями в материале, что приводит к улучшению структурно-фазового состава и многократному повышению механических и эксплуатационных свойств.

Студенты, проводя анализ и выбор режимов термообработки, изучают структурно-фазовые превращения, протекающие при различных температурно-скоростных условиях обработки, устанавливают необходимый температурный интервал превращений и на основании справочной литературы предлагают оптимальный режим и способ постсварочной термообработки.

2.7. Выбор методов неразрушающего контроля сварного узла

К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений относятся контроль на непроницаемость (керосином, сжатым воздухом, вакуумированием, массметрическими течеискателями); магнитные и электромагнитные; люминисцентный и цветной, применяемые преимущественно для обнаружения дефектов, выходящих на поверхность; радиационные, ультразвуковые и магнитографические, применяемые для обнаружения скрытых, внутренних дефектов.

Студент при выполнении РГР на основе анализа возможности появления тех или иных дефектов предлагает использовать наиболее оптимальный метод контроля, поясняя свой выбор.

2.8. Разработка плана мероприятий по совершенствованию существующего технологического процесса сварки.

На основании проведенного анализа всех элементов технологического процесса студент формирует план мероприятий по совершенствованию представленного технологического процесса .

Оформление плана представляется в виде таблицы, где указываются выявленные узкие места технологического процесса. предлагаемые мероприятия, оформленные в виде конкретных изменений к действующему технологическому процессу, мллюстрируется необходимыми эскизами.

2.9. Список использованной литературы

Приводится список использованной литературы в соответствии с установленными правилами. В тексте РГР делаются ссылки (№ из списка использованной литературы в косых скобках).