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

Рисунок 4 - Зависимость потерь на разбрызгивание от силы сварочного тока (обратная полярность) при различных диаметрах проволоки (проволока Св08Г2С)

Повышенное разбрызгивание является недостатком сварки в углекислом газе, так как требует дополнительных затрат на зачистку свариваемого металла и сопла горелки полуавтомата. Причем брызги при сварке в углекислом газе сильнее привариваются к металлу, чем при сварке покрытыми электродами, поскольку практически не покрыты шлаковой пленкой.

Улучшить процесс переноса электродного металла и уменьшить разбрызгивание позволяет введение в сварочную проволоку щелочных и щелочноземельных металлов (цезия, рубидия и др.), а также использование импульсных и программируемых источников питания, позволяющих управлять отрывом капель.

Одним из способов снижения разбрызгивания и уменьшения приваривания брызг к основному металлу является добавка к углекислому газу кислорода. Кислород уменьшает силу поверхностного натяжения жидкого металла, которая удерживает каплю на конце проволоки. Это приводит к лучшему отрыву капель и переходу к более мелкокапельному переносу. Улучшается формирование шва. Несколько увеличивается производительность сварки в результате выделения дополнительного тепла при окислительных реакциях. Окисленные капли хуже привариваются при падении на свариваемый металл.

Однако сварка в смеси СО₂ + О₂ имеет и недостатки, связанные с ухудшением механических свойств вследствие интенсивного выгорания Мn и Si, и повышенного окисления сварочной ванны. Несколько уменьшить отрицательное влияние кислорода на механические свойства позволяет сварка с повышенным вылетом электродной проволоки. Это уменьшает температуру капель и окисление расплавленного металла. Для сварки в смеси СО₂ + О₂ рекомендуется использовать проволоку, дополнительно легированную цирконием - Св08Г2СЦ.

Основными параметрами режима сварки в СО₂ являются диаметр электродной проволоки - d_э; сила сварочного тока - I_св; напряжение на дуге - U_д; скорость сварки - V_св; скорость подачи сварочной проволоки - V_пп; вылет электродной проволоки - l; расход защитного газа - Q_г.

Диаметр электродной проволоки зависит от толщины свариваемого металла. При механизированной сварке наиболее часто используются проволоки диаметром d_э = 1,2 и 1,6 мм. Для тонкого металла (δ < 2 мм) применяются проволоки диаметром d_э - 0,8 и 1,0 мм. Для автоматической сварки могут применяться проволоки d_э - 2,0; 3,0; 4,0 мм.

Силу сварочного тока устанавливают в зависимости от диаметра проволоки и требуемой глубины проплавления. Регулировку силы тока осуществляют путем изменения скорости подачи проволоки и напряжения на дуге. Стабильный процесс сварки с хорошими технологическими свойствами можно получить только при оптимальном соотношении этих трех параметров. Зависимости силы сварочного тока от скорости подачи электродной проволоки приведены на рисунке 5.

Рисунок 5 - Зависимость силы сварочного тока от скорости подачи электродной проволоки

Диапазон оптимальных напряжений при сварке проволоками различных диаметров приведен на рисунке 6.

Сила тока - основной параметр, определяющий глубину проплавления металла. В общем случае глубина проплавления при сварке в СО₂ больше, чем при ручной, что объясняется большим давлением дуги на сварочную ванну. Это приводит к более интенсивному вытеснению расплавленного металла из-под дуги и улучшению теплопередачи от дуги к нерасплавившимся кромкам.

Рисунок 6 - Диапазон оптимальных напряжений при сварке

С увеличением напряжения увеличиваются общая длина дуги и ширина шва, уменьшается высота валика усиления.

Сварка в СО₂ практически всегда выполняется на постоянном токе обратной полярности. На прямой полярности процесс сварки неустойчивый и его осуществление возможно только проволоками, легированными щелочными и щелочноземельными металлами. Переменный ток для сварки в СО₂ не используется.

Кроме основных параметров режима (d_э; I_св; U_Д) для получения качественного шва необходимо соблюдать и дополнительные параметры, к которым относятся вылет электродном проволоки и расход защитного газа. Их приблизительные соотношения приведены в таблице 1.

а        б      в г

Рисунок 7 - Влияние типа сварного соединения на качество газовой защиты легированными щелочными и щелочноземельными металлами

Таблица 1 - Дополнительные режимы сварки в СО₂

Кроме диаметра проволоки и вылета электрода расход защитного газа зависит от скорости и условий сварки, а также от типа сварного соединения. Хорошая защита обеспечивается при сварке стыковых соединений и угловых с внутренней стороны (рисунок 7 а,б). Соединения, изображенные на рисунке 7 в,г, требуют повышенного расхода защитного газа и применения специальных экранов, удерживающих газ в зоне сварки. Ухудшение защиты может произойти и при повышенных скоростях сварки вследствие смещения потока защитного газа в сторону, противоположную направлению сварки рисунок 9. Поэтому при сварке на повышенных скоростях также требуется повышенный расход газа. Ухудшение защиты может происходить и при сварке на открытых площадках в результате сдувания защитного газа.

Рисунок 8 - Влияние скорости сварки на качество газовой защиты

Сварка в нижнем положении производится с наклоном горелки вперед или назад. Предпочтительнее вести сварку углом назад, при этом обеспечивается более надежная защита и лучшее формирование шва. Сварку угловых швов производят петлеобразным перемещением горелки. Угол наклона горелки - 45-60°. Колебания угла сопла - 5-15° рисунок 9.

Рисунок 9 - Положение и перемещение горелки при сварке угловых швов в среде СО₂

Сварку вертикальных швов ведут сверху вниз, если толщина металла не превышает 6 мм. Скорость сварки при этом в 2-2,5 раза выше, чем при сварке снизу вверх. Сварку ведут углом назад, направляя дугу на переднюю часть сварочной ванны, что обеспечивает хорошее проплавление кромок и исключает прожоги (рисунок 10). В некоторых случаях для улучшения формирования шва используют сложную технику колебания горелки (рисунок 10г). Металл толщиной до 3 мм сваривают без колебательных движений. Сварку горизонтальных швов на вертикальной плоскости выполняют наклонной горелкой (рисунок 10д).

Сварка в СО₂ в потолочном положении наиболее сложна, однако в целом проще, чем ручная рисунок 10е. Напряжение на дуге устанавливается минимальным, горелка располагается углом назад, рекомендуется также увеличить расход защитного газа, что улучшает поддержание сварочной ванны.

Рисунок 10 - Техника сварки вертикальных и потолочных швов СО₂:

а - сверху вниз; б, в - снизу вверх; г - траектории колебания горелки; д - сварка горизонтальных швов на вертикальной плоскости; е - сварка потолочных швов

3. Состав структура и свойства основного и присадочного материала

.1 Основной материал

Задняя ферма автомобиля изготавливается из марганцевой стали 10Г2 ГОСТ 4543-88.

Химический состав, механические, физические и технологические свойства стали приведены в таблице 1-4.

Таблица 1 - Химический состав стали 10Г2 ГОСТ 4543-88

Таблица 2. - Механические свойства стали 10Г2 ГОСТ 4543-88

Таблица 3 - Физические свойства стали 10Г2 ГОСТ 4543-88

Таблица 4 - Технологические свойства стали 40ХН ГОСТ 4543-88

.2 Присадочный материал

Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей 09Г2, 10Г2, 10ХСНД, 15ХСНД, 14ХГС применяют электродные проволоки сплошного сечения Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-07ГС. При сварке на форсированных режимах кремний и марганец выгорают более интенсивно, поэтому содержание их в электродных проволоках, предназначенных для сварки на этих режимах, более высокое. Для сварки применим проволоку Св-08Г2С.

Таблица 5 - Химический состав сварочной проволоки Св-08Г2С

4. Технологический процесс

Углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали, оказывают существенное влияние на свариваемость и делят последнюю на четыре группы: хорошую, удовлетворительную, ограниченную и плохую свариваемость. Поэтому при разработке технологического процесса, прежде всего, нужно оценить свариваемость металла восстанавливаемого изделия и назначить (при необходимости) определенные операции, уменьшающие или исключающие отрицательное воздействие тех или иных компонентов на качество восстановленного слоя.

Свариваемостью называется сочетание технологических свойств металлов и сплавов, дающих возможность образовывать в процессе сварки или наплавки соединения и слои, которые по своим свойствам не уступают свойствам материала восстанавливаемого изделия.

В связи с тем, что параметров, характеризующих основной и присадочный (электродный) материалы, очень много, то свариваемость представляет комплексную характеристику, включающую чувствительность металла к окислению и порообразованию, соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационным, реакцию на термические циклы, сопротивляемость образованию холодных и горячих трещин и т.д.

Из перечисленных параметров наиболее существенным при сварке и наплавке углеродистых и низколегированных сталей является сопротивляемость образованию трещин.

Горячие трещины чаще всего возникают при ослаблении деформационной способности металла из-за появления в структуре легкоплавких хрупких эвтектик, дефектов кристаллического строения, внутренних и внешних напряжений.

Вероятность появления при сварке или наплавке горячих трещин можно определить по показателю Уилкинсона (H.C.S):

.

Условием появления горячих трещин является Н.С.S. > 2.

Холодные трещины чаще всего возникают из-за закаливаемости стали при быстром охлаждении и насыщении металла шва и зоны термического влияния водородом. Они, как правило, зарождаются по истечении некоторого времени после сварки и наплавки и развиваются в течение нескольких часов или даже суток.

Для оценки склонности металла к появлению холодных трещин чаще всего используется углеродный эквивалент:

,

где С, Сr, Mn, Ni - содержание соответствующего химического элемента, %;

Если С_э < 0,8, сварку можно выполнять без предварительного подогрева основного металла. Если же С_э > 0,8, возможно возникновение трещин в зоне термического влияния, необходим подогрев. Рассчитаем углеродный эквивалент по формуле 1 для стали 10Г2 ГОСТ 4543-88 для того, чтобы определить, нужен ли подогрев.

.

Сила сварочного тока рассчитывается по формуле:

,

где    j - плотность тока, А/мм²;

S_э - поперечного сечения металлического стержня электрода, мм².

Плотность тока может быть в интервале 100 - 300 А/мм². Принимаем j = 100 А/мм². Сварку в углекислом газе выполняют электродными проволоками диаметрами 0,5 - 2,5 мм.

Так как свариваем детали толщиной до 10 мм, то принимаем электродную проволоку диаметром 2,5 мм. Значение S_э можно рассчитать по формуле:

Напряжение дуги может быть рассчитано по формуле:

,

Скорость подачи электродной проволоки рассчитывается по формуле:

,

где δ_э - плотность металла электродной проволоки, 7,8 г/см³;

α_р - коэффициент расплавления, который определяется по формуле:

,

Скорость сварки рассчитывается по формуле:

,

где S_н - площадь поперечного сечения шва, см²;

δ_н - плотность наплавленного металла, δ_н =7 - 7,2 г/см², принимаем 7 г/см²;

α_н - коэффициент наплавки.

Коэффициент наплавки определим по формуле:

где ψ - коэффициент потерь на угар и разбрызгивание, %.