Курсовая работа (т): Технология сварочно-наплавочных работ задней фермы автомобильной рамы

Технология сварочно-наплавочных работ задней фермы автомобильной рамы

Введение

Задняя ферма является связующим звеном основной рамы автомашины, предназначенной для перевозки грузов цилиндрической формы. Ферма состоит из двух угольников: верхнего и нижнего; концы угольников связаны двумя щёками. В середине угольники соединяются двумя раскосами посредствам косынок. К верхнему угольнику привариваются две планки. К большим косынкам и щекам привариваются кронштейны. При сборке фермы следует обеспечить правильное взаимное расположение узлов и деталей.

При эксплуатации на автомобиле, данная конструкция претерпевает многократные знакопеременные нагрузки. Поэтому для изготовления задней фермы требуется подобрать сталь, не склонную к усталостным трещинам и имеющую высокий предел текучести. Для этого хорошо подходят марганцевые стали. Марганец наиболее дешёвый легирующий элемент. При введении в сталь до 1,8% повышает предел текучести, однако делает сталь чувствительной к перегреву. Для изготовления задней фермы выберем сталь 10Г2. Данная сталь обладает высокой пластичностью и свариваемостью. Из неё изготавливают сварные и штампованные детали небольшого сечения (подмоторные рамы, косынки и др.).

Так как данная сталь обладает хорошей свариваемостью, то для получения неразъёмных соединений можно использовать сварку в среде защитных газов. Так как в данной конструкции много прямолинейных длинных швов, то будем использовать сварку автоматом в среде СО₂.

. Современное состояние технологии

Благодаря известным технологическим и экономическим преимуществам механизированная сварка в углекислом газе широко применяется во всех промышленно развитых странах свыше 40 лет. Только в Украине за эти годы потребление низколегированной сварочной проволоки, в основном марки Св-08Г2С, достигло миллиона тонн. Вместе с тем, для данного процесса характерно повышенное разбрызгивание, неблагоприятное формирование швов и относительно низкая пластичность металла шва при отрицательных температурах, особенно при использовании проволоки диаметром 1,6-2,0 мм. Один из известных приемов, позволяющих устранить перечисленные недостатки, - применение проволоки диаметром 1,0-1,4 мм. Существенное значение имеет выбор оптимальных параметров режима для заданного диаметра проволоки и конкретных условий сварки. Повысить эффективность использования механизированной сварки плавящимся электродом в защитных газах возможно за счет постоянного совершенствования применяемых технологий, создания нового и модернизации существующего сварочного оборудования, разработки и применения прогрессивных сварочных материалов.

В последние годы в ИЭС им. Е. 0. Патона НАН Украины разработан ряд технических решений, предусматривающих программирование параметров режима сварки в углекислом газе по определенным, заранее заданным, законам при помощи:

источников питания с оптимальными динамическими характеристиками;

двухрежимных сварочных полуавтоматов;

оборудования с периодической, низкочастотной модуляцией тока и скорости подачи электродной проволоки;

управляемых транзисторных источников питания.

Современные отечественные и зарубежные источники питания с пологопадающей внешней характеристикой, как правило, обеспечивают необходимую скорость нарастания тока короткого замыкания. В тех случаях, когда попеременно выполняются швы, расположенные в нижнем, вертикальном и потолочном положениях, целесообразно использовать двухрежимную сварку, предусматривающую изменение силы тока, напряжения на дуге и скорости подачи электродной проволоки в двух заранее установленных пределах, минуя средние режимы, где разбрызгивание металла максимально, а формирование швов неблагоприятное. При сварке соединений с переменным зазором, швов разного катета и при заварке кратера необходимо дистанционное переключение режимов. Для двухрежимной сварки в углекислом газе проволокой диаметром 1,0-2,0 мм был разработан полуавтомат А-929, в котором переключение режимов производится кнопкой, расположенной на держателе. Для аналогичных целей предназначен полуавтомат ВДГ-601 с источником питания ВДГ-601 (диаметр проволоки 1,2-2,5 мм, сила сварочного тока 10С-700 А, скорость подачи проволоки 120-1200 м/ч). Известны достаточно простые и проверенные на производстве технические схемы переоборудования обычных серийных полуавтоматов для выполнения двухрежимной сварки.

Повышению эффективности и расширению объемов применения дуговой сварки в аргоне и смесях на его основе способствовала разработка способа импульсно-дуговой сварки (НДС), который позволяет управлять переносом электродного металла и формированием швов в различных пространственных положениях. Новый этап в, развитии дуговой сварки плавящимся электродом связан с созданием синергетических* систем управления параметрами импульсов. По сути, в данном случае применяется однокнопочный источник питания, в котором заранее запрограммирован пакет оптимальных параметров импульсов для различных марок и диаметров электродных проволок по принципу "один импульс - одна капля". Синергетическое управление может быть реализовано только в аргоне или смесях на его основе при использовании транзисторных источников питания, производство которых освоено различными фирмами.

Преимущества процесса ИДС с синергетическим управлением параметрами заключаются в простоте выбора оптимальных режимов сварки, повышении равномерности плавления и переноса капель электродного металла, в том числе при сварке на малых токах, улучшении формирования швов, расположенных в различных пространственных положениях.

Сварка с импульсной подачей электродной проволоки, вероятно, является одной из перспективных направлений совершенствования механизированной сварки в углекислом газе. Сущность разработанного авторами процесса дуговой сварки с управляемым переносом металла заключается в сообщении электроду импульса подачи в направлении ванны, под действием которого капля расплавленного металла приобретает дополнительную кинетическую энергию. Эта энергия способна при мгновенной остановке электрода принудительно оторвать каплю и обеспечить обязательный ее контакт со сварочной ванной. Основными характерными параметрами данного процесса являются шаг и частота импульсов подачи, которые обычно находятся в пределах соответственно 0,5-3,0 мм и 10-50 с^-1. Процесс может быть реализован в аргоне, углекислом газе и смесях газов при использовании электромагнитных механизмов подачи с цанговыми захватами либо механических квазиволновых редукторов, преобразующих равномерное вращение электродвигателя в импульсно-вращательное движение подающего ролика и, соответственно, в импульсно-поступательную подачу электродной проволоки. Полуавтоматы с такими приводами (А-1770, ПШ-135К) разработаны в ОКТБ ИЭС им. Е. 0. Патона. Источниками питания служат обычные сварочные выпрямители.

Процесс дуговой сварки с программированием скорости подачи электродной проволоки обеспечивает существенное расширение диапазонов рабочих режимов сварки, увеличение и стабилизацию частоты коротких замыканий дугового промежутка, резкое снижение потерь металла от разбрызгивания, улучшение формирования швов, в том числе при сварке металлов малых толщин и в различных пространственных положениях, упрощение техники выполнения электрозаклепочных и коротких швов.

Предложены и реализованы металлургические приемы совершенствования сварки в углекислом газе, основанные на использовании различных сварочных материалов. Применение газозащитных порошковых проволок ПП-АН8, ПП-АН10 улучшило формирование швов и повысило механические свойства сварных соединений. Микролегирование кремнемарганцовистых проволок сплошного сечения редкоземельными металлами (проволока Св-09Г2СЦ) повысило устойчивость горения дуги на прямой полярности и снизило разбрызгивание.

Разработка активированных (профилированных) проволок позволила практически полностью устранить разбрызгивание, улучшила внешний вид швов, обеспечила возможность выполнения сварки в углекислом газе на форсированных режимах в любых пространственных положениях. Активированная проволока марки АП-АН10 аттестована страховым обществом Det Norske Veritas (Норвегия) для сварки в С0₂ и смеси Ar + С0₂ ответственных судовых конструкций, эксплуатируемых при низких температурах (до -60° С). Производство такой проволоки освоено метизными предприятиями Украины.

Рассмотренными здесь примерами далеко не исчерпываются направления совершенствования дуговой сварки в защитных газах.

. Вопросы теории

Теплотой дуги электродный и основной металл в зоне сварки локально нагревается до жидкого состояния. Капли расплавленного металла с торца электродной проволоки попадают в сварочную ванну. В ней металл капель перемешивается и растворяется с расплавленным основным металлом. Жидкий металл сварочной ванны подвергается металлургической обработке, т. е. раскисляется и легируется. При передвижении дуги вдоль свариваемых кромок перемещается и сварочная ванна. В ее хвостовой части металл охлаждается, кристаллизуется и в результате образуется сварное соединение. (рис.1).

Рисунок 1 - Схема сварки в среде углекислого газа:

1 - электродная проволока; 2 - сопло; 3 - токоподводящий наконечник; 4 - газ; 5 - дуга; 6 - затвердевший шлак; 7 - шов; 8 - сварочная ванна; 9 - основной металл

В углекислом газе и в его смесях с кислородом сваривают низко- и среднеуглеродистые стали, низколегированные и некоторые легированные конструкционные стали.

Если толщина свариваемого металла превышает глубину проплавления, свариваемые кромки предварительно обрабатываются, а затем выполняется многопроходная сварка, т.е. накладывается несколько швов.

Режим сварки выбирается по справочным данным в зависимости от толщины и состава металла, типа сварного соединения, положения шва в пространстве.

Сварка в защитных газах включает в себя группу способов сварки, для которых защита расплавленного металла от атмосферы осуществляется путем подачи в зону горения дуги через сварочную горелку газа, вытесняющего из этой зоны воздух. Способы сварки в защитных газах отличаются друг от друга родом применяемого газа, а также схемами процесса. Наиболее распространены две схемы - сварка плавящимся и сварка неплавящимся электродом. В качестве защитного могут использоваться активные газы - СО₂ и смесь СО₂ + О₂, инертные газы Аг, Не, а также смеси инертных и активных газов Аг + СО₂; Аг + СО₂ + О₂; Аг + О₂. Сварка плавящимся электродом осуществляется во всех перечисленных защитных средах, сварка неплавящимся электродом производится только в инертных газах. Это объясняется быстрым окислением и низкой стойкостью неплавящегося электрода в активных газах.

Важным параметром режима сварки является вылет электрода - расстояние от токоподводящего мундштука горелки до торца электрода. При малом вылете затруднено наблюдение за процессом и происходит частое подгорание мундштука, забрызгивание сопла. При слишком большом вылете ухудшается устойчивость дуги, наблюдается плохое формирование шва.

Технологический процесс дуговой сварки состоит из следующих операций:

. обработка свариваемых кромок;

. очистка поверхностей свариваемых заготовок;

. сборка;

. прихватка;

. сварка;

. правка;

. очистка швов и рядом расположенных поверхностей от закристаллизовавшихся брызг;

. контроль качества сварной конструкции.

Учитывая, что защитный газ активный и может вступать во взаимодействие с расплавленным металлом, сварка в углекислом газе имеет ряд особенностей.

В зоне дуги углекислый газ диссоциирует:

2СО₂ 2СО+О₂.

Углекислый газ и образовавшийся кислород взаимодействуют с расплавленным металлом сварочной ванны с образованием оксида железа:

Fe + СО₂ = FeO + CO,

Fe + О₂ = 2FeO.

Окисление сварочной ванны ухудшает механические свойства шва и в первую очередь его пластичность. Для предотвращения этого процесса в сварочную ванну вводят элементы-раскислители, хорошо взаимодействующие с кислородом. Обычно это марганец и кремний. Раскислители выводят в шлак избыток кислорода и на участках сварочной ванны, имеющих пониженную температуру, восстанавливают железо из оксидов:

2FeO + Si = 2Fe + SiO₂,

FeO + Мn = Fe + MnO,

2Mn + O₂ = 2MnO,+ O₂ = SiO₂.

Введение раскислителей в сварочную ванну обычно осуществляется через проволоку. Поэтому при сварке в углекислом газе используется сварочная проволока, легированная марганцем и кремнием. При сварке низкоуглеродистых сталей это обычно проволока марки Св08Г2С, содержащая 0,08 % С; 2 % Мn и 1 % Si.

Однако, несмотря на введение раскислителей, характеристики пластичности шва получаются несколько ниже, чем при сварке под флюсом или ручной сварке электродами с основным покрытием. Поэтому сварку в углекислом газе не рекомендуют использовать для ответственных конструкций, работающих при низких температурах в условиях переменных и ударных нагрузок.

Свои особенности имеет и перенос электродного металла при сварке в СО₂, что связано со специфическими свойствами углекислого газа - высокой теплопроводностью в области температур сварочной дуги и большими затратами теплоты на диссоциацию многоатомного газа СО₂. Это приводит к интенсивному отбору тепла с поверхности дуги и ее сжатию. Вследствие сжатия равнодействующая сила, приложенная к капле электродного металла, направлена вверх, препятствует переносу капель в сварочную ванну (рисунок 2). При этом создаются условия для ее роста и асимметричного расположения по отношению к оси электрода, что часто приводит к выносу капли из зоны дуги.

Рисунок 2 - формирование капли электродного металла при сварке СО₂.

В связи с этим при сварке в углекислом газе характерны крупнокапельный перенос и повышенное разбрызгивание.

Кроме выноса капли из зоны дуги существуют и другие причины разбрызгивания, проиллюстрированные на рисунке 3.

Рисунок 3 - Основные виды разбрызгивания при сварке в СО₂:

а - выдувание капли потоком газов; б - выплёскивание ванны при падении капли; в - выброс мелких капель при взрыве перемычки жидкого металла; г - образование брызг при наличии на проволоке ржавчины; д - выброс нерасплавившейся проволоки

При выдувании капли потоками газов и паров, поднимающихся со сварочной ванны на рисунке 3а, капля первоначально отклоняется от заданной траектории, а затем отрывается и уносится в сторону от сварочной ванны. Этот процесс происходит более интенсивно для капель крупных размеров, так как в этом случае увеличивается их парусность, а также время зависания капли на конце проволоки. Другой причиной разбрызгивания является падение капли в ванну жидкого металла, вследствие чего она частично выплескивается на рисунке 3б. Этот процесс также более интенсивно происходит при крупнокапельном переносе. Образуются брызги и при разрыве перемычки жидкого металла, соединяющего каплю со сварочной проволокой (рисунок 3в).

Возможно образование брызг и при нарушениях технологического процесса сварки, например при наличии на проволоке ржавчины, что приводит к частым взрывам крупных капель (рисунок 3г); при неправильном соотношении между нерасплавившимися частями (рисунок 4д). Аналогичные выбросы возможны и в начале сварке при плохих динамических характеристиках источника питания дуги.

На рисунке 4 приведена зависимость потерь на разбрызгивание от силы сварочного тока для разных диаметров сварочной проволоки. Для каждого диаметра проволоки существует область токов, при которых разбрызгивание максимально.

Эта область соответствует крупнокапельному переносу. При малых токах, когда перенос происходит короткими замыканиями, разбрызгивание ниже. Ниже разбрызгивание и при больших токах, для которых характерен меньший размер капель.