= 0,19
Таким
образом, Тпод будет равна 300°C
2. ВЫБОР СПОСОБА СВАРКИ
Сталь 40х сваривают ручной дуговой сваркой покрытым
электродом, автоматической дуговой сваркой под флюсом, в защитных газах . В
качестве способа сварки выбираем механизированную сварку под флюсом т.к. она
является наиболее производительным, механизированным способом сварки для стали
толщиной 25 мм. Сварка под флюсом имеет следующие преимущества:
Повышенная производительность;
Минимальные потери электродного металла (не более 2%);
Отсутствие брызг;
Максимально надёжная защита зоны сварки;
Минимальная чувствительность к образованию оксидов;
Мелкочешуйчатая или гладкая поверхность металла шва в связи
с равномерным распределением шлака по поверхности шва;
Не требуется защитных приспособлений от светового излучения,
поскольку дуга горит под слоем флюса;
Низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие
показатели механических свойств металла шва;
Малые затраты на подготовку кадров
Отсутствует влияние субъективного фактора.
2.2 Выбор сварочных материалов
В
качестве присадочной возьмем проволоку марки Св-08ХМ в обеспечение наилучшей
свариваемости. Сварку будем осуществлять под флюсом марки АН - 60.
Химический состав сварочной проволоки Св-08ХМ по ГОСТ 2246 -70. %
C
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
Ni
|
Mo
|
S
|
P
|
0.06-0.1
|
0.12-0.3
|
0.35-0.6
|
0.9-1.2
|
Не более 0,3
|
0,5-0,7
|
0,025
|
0,03
|
Состав флюса АН - 60 по ГОСТ 9087-81
SiO2
|
MnO
|
CaO
|
MgO
|
Al2O3
|
CaF2
|
Fe2O3
|
S
|
P
|
42.5-46.5
|
36.0-41.0
|
3.0-11.0
|
0.5-3.0
|
Не более 5,0
|
5,0-8,0
|
1,5
|
0,15
|
0,15
|
3. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТЫКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ
3.1 Выбор типа соединения
Исходя из толщины свариваемого металла и обеспечения
хорошего формирования шва, выбираем сварное соединение С25 .
Рисунок 1. - Эскиз сварного соединения
раз = 11*b = 11*5,12 = 56,32мм² ; b = 11*tgα = 5,12н = Sраз+0,73*e*y = 56,3+0,73*24*2,5 = 100мм²
Н
= 13- = 7,3мм
Параметры
сварного шва:
площадь
разделки мм2 56,32
площадь
наплавленного металла, Fн, мм2 100
высота
шва, Н, мм 7,3
·
ширина шва, е,
мм 24±4
·
высота
усиления, g, мм 2,5±1,0..2,0
·
притупление, с,
мм 3
·
зазор, b, мм 0
3.2 Расчет
параметров режима сварки
Расчет параметров режима сварки будем вести в соответствии
с методикой, предложенной [1]. Оттуда же взяты все нижеприведенные формулы.
Определяем величину сварочного тока
св(80…100) hр;
(3)
где hр -
глубина проплавления, равна 7,8 мм ;
Iсв=550A
Определяем величину напряжения дуги
Uд=20+, В; (4)
д=20+(0,05550)/(4)0,5=34
B ;
(5)
=(4
550)/(3,14 42)=43,78 A/мм2 ;
Определяем
скорость сварки
, м/ч,
(6)
где
А - коэффициент, зависящий от диаметра электродной проволоки, А м/ч, может
быть выбран по таблице и для dэл=4 мм берется из интервала (12…16)103.
Принимаем
А=12 103 А м/ч, тогда:
Vсв=12103/550=16,5
м/ч;
Определяем
вылет электрода
э=10·dэ,
мм; (7)
э=10·4=40 мм;
Рассчитаем величину погонной энергии сварки
qп= , Дж/см; (8)
где
- эффективный КПД нагрева изделия дугой, который
согласно [1] для сварки под флюсом равен 0,8 - 0,85.
Примем
=0,825. Тогда имеем:
qп=550 34
0,825/0.4583=33662,45 Дж/см;
Рассчитаем
коэффициент формы проплавления
, (9)
где k=0,92;
0,92
(19-0,01 550) (4 34/550)=3,07;
Определим
глубину проплавления
, см;
(10)
=0.0076 (33662,45/3,07)0.5=0,79см
отклонение 0% (hp=0,79 см)
Рассчитаем ширину шва
, см;
(11)
’=0,79
3,07=2,4253 см;
отклонение
1,04% (е=2,4 см)
Определим
скорость подачи электродной проволоки
(12)
; γ - плотность электродного металла, г/см3 ;
- диаметр электрода
Определим площадь сечения
наплавленного металла
н=Fэ Vпод/Vсв ,см2 (13)
н=12,56/16,5= 58,6 мм2
Отклонение 1 , 41% ( Fн=100 мм2 )
Рассчитываем высоту усиления ( шов без разделки )
=Fус/0,735
e =58.6/0,735 24=3,3 мм
Рассчитываем высоту шва ( шов без разделки )
Нр= hp+g =7,8+3.3 = 11 мм
Отклонение 0,075 ( Н=11 мм )
Рассчитываем высоту усиления ( шов с разделкой )
сталь сварка шов трещина
(14)
где
FΔ - площадь разделки , мм2
gр=(74-56,32)/(0,73524)=1
мм
Рассчитываем
коэффициент остроты шва
(15)
где
и е, - глубина проплавления и ширина шва, мм
=H-g=11-2,44=8,56
мм
к=4
(ln1,056+3,5)/2,42532=2,41
Рассчитываем
площадь проплавления основного металла
(16)
пр=1,056(3,14/2,41)0,5-0,46=0,7453см2
Рассчитываем
долю участия основного металла в шве
(17)
=0,7453/0,7453+0,89=0,501 (мас)
3.3 Расчет химического состава
металла шва
Содержание элемента в металле шва с учетом коэффициентов
перехода рассчитывается по формуле:
,
мас.%, (18)
где
-
содержание i-го элемента соответственно в сварном шве, основном
металле и присадочном металле, % мас.;
-
доля участия основного металла в металле шва
-
коэффициент усвоения элемента (коэффициент перехода).
По
справочным данным, c=0,7; Si=0,7; Mn=0,74,
Cr=0,9; Тогда имеем следующий состав металла шва (без
учёта прироста Si и Mn из флюса):
·
С=(0,4
0,455+0,08·0,555)·0,7=0,1584 мас.%;
·
Si=(0,27·0,455+0,21·0,555)·0,7=0,1675
мас.%;
·
Мn=(0,65·0,455+0,5·0,555)·0,74=1,904
мас.%;
·
Сr =(0,95·0,455+1,1·0,555) 0,9=0,938
мас.%;
·
Ni =0,3·0,455+0,3 0,555=0,303 мас.%;
·
Р=0,035·0,455+0,03·0,555=0,03
мас.%;
·
S=0,035·0,455+0,025·0,555=0,0298
мас.%;
·
Mo=0,6 0,555=0,333 мас.%;
Рассчитаем прирост Si и Mn, P и S из флюса по уравнениям Н.Н.Потапова:
∆[Si]=6,7
10-2+А(SiO2) Uд/[Si]o(5,3 10-4/Iсв+3 10-7 Iсв/Vсв) мас.%; (19) ∆[Мn]=-0,1+ А(MnO) Uд/[Mn]o(5.8 10-2/Iсв+9.2 10-6 Iсв/Vсв) мас.%; (20)
∆[P]=
3 10-3+А(p) Uд/[P]o(4 10-2/Iсв+3 10-7 Iсв/Vсв) мас.%; (21)
∆[S]= 1.2 10-2 А(s)/[S]o Uд/Iсв мас.%;
(22)
где: (SiO2)ф, (MnO)ф-мольные
доли кремнезёма и закиси марганца в сварочном флюсе,% (мас).;
[Si]o, [Mn]o-исходные
концентрации кремния и марганца в металле сварочной ванны, %(мас).
B -
основность сварочного флюса;
=(0,018·Cao+0,015·Mgo+0,006·CaF2+0,014·(Na2O+K2O)+0,007·(MnO+FeO)/(0,017·
SiO2+0,005·(Al2O3+TiO2+ZrO2)); (23)
где для расчёта вместо символов компонентов флюса
необходимо подставить их содержание, %(мас). В=0,6.
∆[Si]=6,7
10-2+0,7 34/0,1675(5,3 10-4/550+3 10-7 550/0.4583)=0,1182%;
∆[Мn]=-0,1+0,228
34/1,904(5,8 10-2/550+9,2 10-6 550/0,4583)=-0,05%;
∆[P]=
3 10-3+0,0583 34/0,03(4 10-2/550+3 10-7 550/0,4583)=0,0315%
∆[S]=
1,2 10-2 0,0543/0,0298 34/550=0,35%
Рассчитав прирост этих элементов, определим содержание
каждого из них в металле шва:
[Si]ш=0,1182+0,1675=0,2857
мас.%;
[Mn]ш=1,904-0,05=1,854
мас.%;
[P] ш
=0,0315+0,03=0,0665 мас.%;
[S] ш
=0,35+0,0298=0,3798 мас.%;
3.4 Определение склонности металла
шва к образованию трещин
Определение склонности металла шва к образованию горячих
трещин
Склонность металла к образованию горячих трещин оценивается
по критерию HCS:
. (24)
Если
HCS<4, то говорят, что материал не склонен к
образованию горячих трещин.
HCS=0,1584 (0,0298+0,03+0,1675/25+0,303/100) 103/(3 1,904+0,938+
0,333) =1,57
Таким образом, металл шва к образованию горячих трещин не
склонен.
Определение склонности металла шва к образованию холодных
трещин
Склонность металла шва к образованию холодных трещин
оценивается по параметру Сэкв:
Сэкв= С+(Mn/6)+(Si/24)+(Ni/10)+(Cr/5)+(Mo/4)+5·B. (25)
Если Сэкв<0,45; то говорят, что материал не склонен к
образованию холодных трещин.
Сэкв=0,1584+(1,904/6)+(0,1675/24)+(0,303/10)+(0,938/5)+
(0,333/4)=0,76;
Исходя из полученных данных и рекомендаций литературных
источников, назначаем термообработку (нормализацию).
4. СВОЙСТВА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ
4.1 Определение механических
свойств металла шва
Определяем предел временного сопротивления разрыву:
(26)
σВ=(4,8+50 0,1584+25,2 1,904+17,50,1675+23,9·0,938+7,7 0,303+ 17,6
0,11+ 16,8 0,303)·10=954,09 Мпа.
Определяем предел текучести:
=0,73
В, Мпа, (27)
=0,73
954,09=696,49 Мпа.
Относительное удлинение:
σ
(28)
σ=50,4 (21,8 ,1584+15 1,904+4,9 0,1675+2,40,303+5,8
0,938+6,2 0,11)+ +2,70,303=10,403%.
Относительное
поперечное сужение:
Ψ=2,32·, %; (29)
Ψ=2,32·10,403 =24,13%.
4.2 Определение склонности металла околошовной зоны
холодных к образованию трещин
Определим
скорость охлаждения , которая вычисляется по формуле:
, о/c,
(30)
где
- коэффициент теплопроводности данной марки стали,
Вт/см·°С;
с
- удельная теплоемкость материала, Дж/г·°С;
-
плотность материала, г/см3;
-
толщина свариваемого металла, см;
Тmin
- температура наименьшей устойчивости аустенита, оС;
Т0
- начальная температура нагрева изделия, оС.
По
данным [6] для стали марки 40Х: =0,42 Вт/см·°С; с=5,25 г/см3; Тmin=550 оС;
Т0=20 оС; =2,5 см.
Рассчитываем
:
Оптимальная
скорость охлаждения 0 от 4,0 до 14,0 о/c.
Склонность
металла ОШЗ к образованию холодных трещин оценивается по критерию PS:
, (29)
где
- скорость охлаждения при нагреве до 300 оС, о/с;
-
критическая скорость охлаждения (скорость, при которой образуется 100 %
мартенсита), о/с;
Н
- концентрация водорода в металле, мл/100 г Ме;
- толщина металла, мм.
Если
PS<- 0,5 , то такая сталь к образованию холодных
трещин не склонна;
ω300 рассчитывается по формуле (28);
ωk для нашей стали равна по [8] 160
о/с;
Н=0,64·НМИС-0,93; при сварке под флюсом НМИС=7 мл/100 г Ме.
Имеем:
PS=lg1,5/5,7544+(0,64·7 - 0,93)/10+6625/5000=-0,105.
Таким образом, сталь к образованию холодных трещин не
склонна.
ПРАВКА
Править заготовки с помощью пресса
КОНТРОЛЬ
Контролировать перекос кромок металлической линейкой
015
РАЗДЕЛКА КРОМОК
1Выполнить разделку кромок на участке механообработки
согласно эскизу
020
ЗАЧИСТКА
1 Зачистить кромки заготовок до металлического блеска, от
брызг металлическими щетками на зачистных станках на ширину 30мм от кромок со
всех сторон
025
КОНТРОЛЬ
1 Контролировать геометрические размеры заготовок,
притупление 10мм, угол скоса кромок 30;
Контролировать неровность поверхностей кромок заготовок;
Контролировать наличие ржавчины, окалины и различных
загрязнений кромок заготовок
Контролировать предварительный подогрев до 304°С
030
СБОРКА
1 закрепить заготовки в стык в специальном приспособлении
035
КОНТРОЛЬ
1
Контролировать смещение кромок заготовок
2 Контролировать перекос кромок заготовок
Контролировать плотное прижатие заготовок друг к другу
Контролировать плотное прижатие заготовок к приспособлению
СВАРКА
1
Настроить необходимый режим сварки Iсв=550А , Uд=34 В Vсв=16,5 м/ч , Vпод=97,2 м/ч
2
Выверить расположение сварочной проволоки по высоте и оси сопряжения
заготовок относительно стыка
3
Произвести
сварку шва проволокой dэл=4мм;
045
КАНТОВКА
1
Перевернуть заготовки для сварки шва с другой стороны
2 Поворот заготовок осуществляется приспособлением
ЗАЧИСТКА
Зачистить шов от окалины и брызг с помощью металлической
щетки
Контроль
ВИК
6. РАСЧЕТ ЛИНИИ СПЛАВЛЕНИЯ
hy=h Exp(-k e2), см
hy1=1,05Exp(-2,41 0,122)=0,0151 см=1,05Exp(-2,41 0,242)=0,0604 см=1,05Exp(-2,41 0,362)=0,1360см=1,05Exp(-2,41 0,482)=0,2419 см=1,05Exp(-2,41 0,602)=0,36 см=1,05Exp(-2,41 0,722)=0,5443 см=1,05Exp(-2,41 0,842)=0,7408 см=1,05Exp(-2,41 0,962)=0,9676 см=1,05Exp(-2,41 1,022)=1,0924 см=1,05Exp(-2,41 1,142)=1,364 см
7. ПРИЛОЖЕНИЕ А. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
(СПРАВОЧНОЕ)
1.
Расчет основных
параметров режима механизированной дуговой сварки: Методические указания к
курсовому и дипломному проектированию./Р.Ф. Катаев. Екатеринбург: УПИ, 1992.
36 с.
2.
Особенности
металлургических процессов при механизированной дуговой сварке под флюсом:
Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Теория сварочных
процессов»./Г.М.Сюкасев, М.П.Шалимов. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1997. 15с.
3.
Марочник сталей
и сплавов./Под общ. ред. В.Г.Сорокина. М.: Машиностроение, 1989.640с.
4.
Сварочные
материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2-х т. Т.1. Защитные газы
сварочные флюсы./Под общ. ред. Н.Н.Потапова. М.: Машиностроение, 1989. 544с.
5.
Расчеты
тепловых процессов при сварке, наплавке и термической резке: Учебное
пособие./Н.В.Королев. Екатеринбург: УГТУ, 1996. 156 с.
6.
А.И.Акулов,
Г.а,Бельчук, В.П.Демянцевич. Технология и оборудование сварки плавлением./М.:
Машиностроение, 1977. 432с.
7.
М.Х.Шоршоров,
В.В.Белов. Фазовые превращения и изменение свойств стали при сварке./М.:
Наука, 1972. 219 с.
8.
ГОСТ 2246 - 70.
Проволока стальная сварочная. Технические условия. /М.: Издательство
стандартов, 1993. 25с.
9.
Сварка, пайка и
термическая резка металлов: В 4-х ч. Ч.2. Сварные и паяные соединения. Типы,
основные параметры, размеры и обозначения./М.: Издательство стандартов, 1976.
412с.