Отчет по практике: Оценка свариваемости, выбор конструкций сварных соединений и сварочных материалов для ручной дуговой сварки стали 16 ГНМА перлитного класса

Импортные электроды отличаются особо низким содержанием S и P. Каталог электродов «ESAB» [6] не может предложить электроды, соответствующие типы Э-09М ГОСТ 9467. Наиболее подходящий по свойствам и химическому составу электрод ОК 76.18 AWS A.5.5: E8018-B2, EN ISO 3580-A: E CrMo1 B4 2 H5 соответствует типу Э-09Х1М по указанному выше стандарту. Следует также рассмотреть электрод марки OK 74.46 AWS A5.5: E7018-A1, EN ISO 3580-A: E Mo B 3 2 H5. Сравнительные характеристики этих электродов рассмотрены в таблице 4:

Таблица 4

Сравнение электродов OK 74.46 и ОК 76.18 «ESAB»

Цифровые и буквенные обозначения в соответствии с AWS A5.5 [11] по рисунку 2 обозначают:

Рисунок 2 Схема структуры обозначения покрытых электродов в соответствии с AWS5.5:2006

E - электрод покрытый для ручной дуговой сварки; AWS A5.5 - стандарт, согласно которому производится классификация; M - индекс, указывающий, что данный электрод военного назначения с повышенными механическими характеристиками наплавленного металла; Н - диффузионного свободный водород.

1) Индекс, определяющий прочностные свойства наплавленного металла стандарта AWS A5.5/5.5M [11, таблица 3],

2) Определяет тип покрытия, род тока и полярность, пространственное положение швов при сварке [11, таблица 1], величину относительного удлинения наплавленного металла [11, таблица 3], значения порога хладноломкости и температуры, при которых данное значение KV [11, таблица 4], содержание влаги в покрытии [11, таблица 3],

3) Индекс, регламентирующий химический состав наплавленного металла [11, таблица 2],

4) Индекс, определяющий содержание диффузионного водорода в 100 г наплавленного металла [11, таблица 12],

5) Индекс R в сочетании с двумя предыдущими индексами данной позиции указывает на то, что электрод обладает повышенной влагостойкостью [11, таблица 11].

Цифровые и буквенные обозначения в соответствии с EN ISO 3580 [10] по рисунку 3:

1) Индекс, определяющий химический состав наплавленного металла [10, таблица 1], а также механические свойства наплавленного металла, температуры предварительных подогревов и режимы послесварочной термической обработки [10, таблица 2],

2) Индекс, определяющий тип покрытия [10, п4.4А],

3) Индекс, определяющий коэффициент наплавки электрода, род и полярность применяемого тока [10, таблица 4А],

4) Индекс, определяющий пространственные положения сварки, для которых предназначен электрод [10, таблица 5А],

5) Индекс, определяющий содержание диффузионного водорода в 100 г наплавленного металла [10, таблица 6].

Основные причины выбора электродов ОК 74.46 более приоритетными:

1) Отсутствие хрома,

2) Высокие значения ударной вязкости,

3) Низкое содержание диффузионного водорода.

Выбор импортных электродов (США)

Американские каталоги «Lincoln Electric» [7] содержат аналоги электродов «ESAB» ОК 76.18 и ОК 74.46, которые соответствуют стандартам AWS A.5.5: E8018-B2 и AWS A5.5: E7018-A1:

1) Excalibur 7018-A1 H4R,

2) Excalibur 8018-B2 H4R.

Сравнительные характеристики данных электродов представлены в таблице 5.

Таблица 5

Сравнительные характеристики электродов Excalibur 7018-А1 и 8018-В2 «Lincoln Electric»

Наиболее предпочтителен выбор электродов Excalibur 7018-A1 H4R по причинам:

1) Низкое содержание диффузионного водорода,

2) Отсутствие хрома в наплавленном металле,

3) Высокие показатели пластичности шва.

Выбор конструкции соединений

Конструкции сварных соединений определяются в соответствии с ГОСТ 5264 [16] на ручную дуговую сварку. В данной работе рассматривается стыковая сварка и тавровая, толщина элементов свариваемых частей одинакова. Диаметр электрода для сварки корневого валика составляет 2,5 - 3,0 мм, последующей заполнение разделки можно осуществлять электродами 4,0-5,0 мм. Для уменьшения деформаций во время и после сварки пластины жестко фиксируются в тисках. Сварка тонколистовых пластин толщиной менее 6 мм выполняется углом вперед, сварка пластин толщиной более 6 мм выполняется углом назад для лучшего проплавления. Сварка изделий толщиной более 4 мм выполняется с разделкой кромок для обеспечения полного проплавления корня шва, которое составляет порядка 1-3 мм. Сварку корневого слоя выполняют без поперечных колебаний, последующие швы выполняют с поперечными колебаниями с амплитудой 2-4 диаметра электрода для распределения теплоты по всей разделке.

Для определения числа слоев воспользуемся справочными данными «Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на ручную дуговую сварку в среде защитных газов» [9].

Количество слоев определяется по выражению:

, (11)

где - площадь разделки, заполненной наплавленным металлом с учетом выпуклости; - площадь корневого валика принимается для ручной дуговой сварки как , где - диаметр электрода; - площадь заполняющего валика, принимается как .

для стыкового соединения в соответствии с [8, приложение 10] для соединения С17 рассчитывается по формуле:

, (12)

где буквенные элементы соответствуют размерам элементов на рисунке 4:

Рисунок 4 Конструкционные элементы сварного соединения по типу С17 из приложения 10 «Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на ручную дуговую сварку» [8]

В случае, если свариваемые имеют большую толщину и имеется вероятность неполного проплавления корня шва, то для повышения качества сварки производят двустороннюю сварку, когда после сварки соединения как по типу С17, корень шва выбирают на небольшую глубину, затем производят заварку выборки. В данном случае для стыкового соединения в соответствии с [8, приложение 10] для соединения С21 рассчитывается по формуле:

, (13)

Рисунок 5 Конструкционные элементы сварного соединения по типу С21 из приложения 10 «Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на ручную дуговую сварку» [8]

Для таврового типа соединений для толщин 6, 12, 25 мм наиболее подходит тип соединения с односторонним скосом кромок Т6 с односторонним швом, что обеспечивает глубокое проплавление. Форма и конструктивные элементы сварного соединения изображены на рисунке 6:

Рисунок 6 Конструктивные элементы слева направо: подготовленных кромок свариваемых деталей и сварного шва по типу Т6

В данном случае для таврового соединения в соответствии с [8, приложение 10] для соединения Т6 рассчитывается по формуле:

, (14)

где буквенным обозначениям соответствуют обозначения конструкционных элементов на рисунке 7:

Рисунок 7 Конструкционные элементы сварного соединения по типу Т6 из приложения 10 «Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на ручную дуговую сварку» [8]

Стыковая сварка 6 мм пластин

В соответствии с ГОСТ 5264 для сварки деталей толщиной 3-60 мм выбирается стыковое соединение со скосом кромок с односторонним сварным швом с условным обозначением С17 (рисунок 8):

Рисунок 8 Форма поперечного сечения слева направо: подготовленных кромок и сварного шва для стыковой сварки по типу С17

Конструктивные элементы выбираются в соответствии с толщиной 6 мм свариваемых изделий (рисунок 9):

Рисунок 9 Конструктивные элементы слева направо: подготовленных кромок свариваемых деталей и сварного шва, где , для сварного соединения по типу С17

Для сварки корня шва выбирается электрод диаметром 2,5 мм, для заполнения выбирается электрод диаметром 3,0 мм.

Таким образом при площади корневого валика и площади заполняющего валика , а также при площади разделки число слоев составит:

,

Следовательно, сварка будет выполняться в 2 слоя: 1-й слой - корневой валик без поперечных колебаний диаметром электрода 2,5 мм, 2-й слой - заполняющий валик с амплитудой поперечных колебаний мм, что не превосходит допустимую ширину заполняющего валика.

Чертеж элементов свариваемых кромок для стыковой сварки пластин толщиной 6 мм по типу С17 представлен на рисунке 10:

Рисунок 10 Чертеж элементов сварного соединения С17 с толщиной свариваемых изделий 6 мм

Сварка будет выполнена 2 слоями, каждый слой будет включать 1 валик, схема заполнения представлена на рисунке 11:

Рисунок 11 Схема заполнения сварного соединения по типу С17 с толщиной свариваемых изделий 6 мм

Стыковая сварка 12 мм пластин

Для сварки корневого шва пластин толщиной 12 мм выбирается электрод диаметром 3,0 мм, для заполнения разделки выбирается электрод диаметром 4,0 мм. Сварка выполняется углом назад. В соответствии с ГОСТ 5264 для сварки деталей толщиной 3-60 мм выбирается стыковое соединение со скосом кромок с односторонним сварным швом с условным обозначением С17.

Чертеж элементов свариваемых кромок для стыковой сварки пластин толщиной 12 мм по типу С17 представлен на рисунке 12:

Рисунок 12 Чертеж элементов сварного соединения С17 с толщиной свариваемых изделий 12 мм

Таким образом при площади корневого валика и площади заполняющего валика , а также при площади разделки число слоев составит:

Следовательно, сварка будет выполняться в 3 слоя: 1-й слой - корневой валик без поперечных колебаний диаметром электрода 3,0 мм, 2-й слой - заполняющий валик с амплитудой поперечных колебаний мм, что не превосходит размеров между кромками в центре шва; 3-й слой заполняющий, максимальной амплитуды одного валика диаметром 4,0 мм не будет хватать для заполнения разделки, следует данный слой выполнить двумя валиками с раскладкой, учитывая что валики должны перекрывать на 1/3 друг друга;. Схема заполнения сварного соединения изображена на рисунке 13:

Рисунок 13 Схема заполнения сварного соединения по типу С17 с толщиной свариваемых изделий 12 мм

Стыковая сварка 25 мм пластин

Для сварки корневого шва пластин толщиной 25 мм выбирается электрод диаметром 3,0 мм, для заполнения разделки выбирается электрод диаметром 4,0 мм. Сварка выполняется углом назад. В соответствии с ГОСТ 5264 для сварки деталей толщиной 3-60 мм выбирается стыковое соединение со скосом кромок с двусторонним сварным швом с условным обозначением С21.

В соответствии с ГОСТ 5264 при выполнении двустороннего шва с полным проплавлением перед сваркой с обратной стороны корень шва должен быть расчищен до чистого металла.

Чертеж элементов свариваемых кромок для стыковой сварки пластин толщиной 25 мм по типу С21 представлен на рисунке 14:

Рисунок 14 Чертеж элементов сварного соединения С21 с толщиной свариваемых изделий 25 мм

Таким образом при площади корневого валика и площади заполняющего валика , а также при площади разделки число слоев составит:

Следовательно, сварка будет выполняться в 7 слоев: 1-й слой - корневой валик без поперечных колебаний диаметром электрода 3,0 мм и подварочный шов, 2-7-й слой заполняющий, максимальной амплитуды одного валика диаметром 4,0 мм не будет хватать для заполнения разделки, следует данный слой выполнить двумя и более валиками с раскладкой, учитывая что валики должны перекрывать на 1/3 друг друга; Схема заполнения сварного соединения изображена на рисунке 15:

Рисунок 15 Схема заполнения сварного соединения по типу С21 с толщиной свариваемых изделий 25 мм

Тавровая сварка 6 мм пластин

Для сварки корневого валика будет использоваться электрод диаметром 2,5 мм, для сварки заполняющего слоя будет использоваться электрод диаметром 3,0 мм.

Таким образом при площади корневого валика и площади заполняющего валика , а также при площади разделки число слоев составит:

,

Таким образом, сварной шов будет состоять из двух слоев: 1-й слой корневой без поперечных колебаний; 2-й слой заполняющий с поперечными колебаниями. Каждый , что не превосходит размеров между кромками в центре шва, делить слой на несколько валиков не нужно.

Чертеж элементов свариваемых кромок для тавровой сварки соединения типа Т6 представлен на рисунке 16:

Рисунок 16 Чертеж элементов сварного соединения Т6 с толщиной свариваемых изделий 6 мм

Схема заполнения сварного соединения изображена на рисунке 17:

Рисунок 17 Схема заполнения сварного соединения по типу Т6 с толщиной свариваемых изделий 6 мм

Тавровая сварка 12 мм пластин

Для сварки корневого валика будет использоваться электрод диаметром 2,5 мм, для сварки заполняющего слоя будет использоваться электрод диаметром 3,0 мм. Меньший диаметр заполняющих электродов позволит улучшить микроструктуру шва, повысив его пластические характеристики, что особенно важно при испытании тавровых соединений на изгиб.