CC BY
50
УДК 621.791
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ ШВОВ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ
Д. А. Хлопенко
Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Российская Федерация
ohlopenko @yandex.ru
Рассматривается технология сварки изделий в защитных газах неплавящимся электродом на примере изделия «вал», выявлены достоинства и недостатки используемых технологий, раскрыты особенности предлагаемой технологии.
Ключевые слова: сварка, сварные швы, аргон, вольфрам, неплавящийся электрод.
L4QQ/J
UDC 621.791
WELDING TECHNOLOGY OF CIRCUMFERENTIAL SEAMS BY NONCONSUMABLE ELECTRODE
D. A. Hlopenko
Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russian Federation
The article considers the technology of welding in protective gases by nonconsumable electrode on the example of a shaft. The authors have identified the strengths and weaknesses of the technology, the features of the proposed technology.
Key words: welding, welded joints, argon, tungsten nonconsumable electrode.
Введение. Сварка изделий неплавящимся электродом в среде защитных газов имеет ряд преимуществ по отношению к другим видам дуговой сварки.
Неплавящиеся электроды для дуговой сварки в защитных газах должны выдерживать нагрузки при больших значениях тока и скорости сварки. Электроды изготавливаются из тугоплавких металлов или из материалов на их основе, которые имеют максимальную температуру плавления.
Технология сварки кольцевых швов неплавящимся электродом. Из всего многообразия требований к неплавящимся электродам для дуговой сварки в инертных газах можно выделить следующие:
1. Обеспечение физической устойчивости и технологически необходимой мобильности сварочной дуги, минимальных потерь электродного материала при первичной и повторных подготовках электрода к сварке.
2. Сохранение технологических качеств и возможности применения в течение максимально возможного рабочего времени.
3. Изменение параметров режима сварки или состава применяемых материалов не должны сопровождаться отклонениями параметров проплавления [1].
Применение технологии сварки кольцевых швов рассматривается на изделии «вал». Вал представляет собой стержень, служащий для сообщения общего вращательного движения насаженным на нем колесам, шкивам, эксцентрикам и другим машинным частям.
Вал изготовлен из низколегированной конструкционной стали 30ХГСА, которая создана для нужд авиации, и благодаря отличным характеристикам перешла в разряд популярных материалов в машиностроении. Нередко сталь 30ХГСА называют «хромансиль». Это название
сплав получил благодаря содержащимся в нем легирующим элементам (хром, марганец и кремний).
Вал состоит из 3-х основных частей: полая труба — 1 и наконечник — 2. Труба представляет собой цилиндр длиной 389, мм внешний диаметр 50 мм внутренний диаметр 42 мм и толщина стенки трубы 4 мм, вес 1,780 кг.
Наконечник представляет собой конус длиной 98 мм, состоящий из 3-х сегментов, входящих в целую деталь.
Обосновывая выбранную технологию сварки, целесообразно провести расчет геометрии сварного
шва и необходимых механических свойств сварного соединения.
Геометрия различных сварных соединений определяется по ГОСТ 14771-76 [2].
ЗО'
Г7
( \ / ; I
I
1±1
Рис. 1. Сварные соединения С17
Ширина шва и величина зоны термического влияния определяется по уравнению:
_ о,242<?„
(1)
Усу8Ттах
где ци — тепловая мощность дуги, Дж/с;
V — скорость сварки, м/с;
cy — удельная теплоемкость, Дж/г*°^
5 — толщина изделия, см;
Tmax — максимальная температура плавления,
Структура металла изделия определяет условия его охлаждения после сварки. Оптимальная скорость охлаждения для стали 30ХГСА — W=1,6-6,0
Расчет скорости охлаждения первого и второго шва определяется по формуле:
2-гг ЛсуСГ^п-Го)3
W = -■
гДичг
(2)
где X — коэффициент теплопроводности, Дж/см*с*^ Tmin — заданная температура изделия, °C;
Т0 — заданная температура в фиксированный момент времени, °C.
В результате проведенных расчетов получены значения скорости охлаждения выше оптимальной: 1 mode — W1 = 15°C/c
2 режим — Ш = 4,56°^
Обязательной технической операцией изготовления вала является высокий отпуск с последующей штатной термической обработкой стали 30ХГСА. Высокий отпуск проводиться после сварки (нагрев до 720°С с выдержкой 2 часа) со скоростью охлаждения 20°С/мин. Механические свойства и структура металла в соответствии с вышеуказанными скоростями охлаждения приведены в таблицах 1 и 2 [3].
Таблица 1
Механические свойства зоны термического влияния (ЗТВ)
Скорость охлаждения, W,°C/c ав , МПа ат , МПа 55 , % KCU Дж/см2
Исходные данные 1080 830 10 45 49 362
0,3 761 509 15,7 29,6 62 195
4,6 1330 873 10,7 21,7 60 388
15,1 1722 1119 7,3 15 44 516
Таблица 2
Структура металла ЗТВ, %
Скорость охлаждения, W,°C/c Мартенсит Бейнит Перлит Феррит
1 0 90 10
0,33 0 0,2 61,5 38,3
4,6 54,9 12,2 30,3 2,6
15,1 95,8 1 3 0,2
Процесс сваривания кольцевых швов осуществляется на установке, предназначенной для дуговой автоматической ТЮ-сварки кольцевых швов труб диаметром от 30 до 160 мм, длиной до 1200 мм, толщиной 0,8-5,5 мм. Применение данной установки позволяет автоматизировать выполнение технологических операций в условиях серийного производства.
Установка управляется блоком RCS06, который имеет четкий и понятный интерфейс со всеми функциями программирования и обеспечивает высокий уровень производства.
Примером практического применения данной технологии является способ сваривания кольцевых швов на универсальной сварочной установке без первичного подогрева.
Сварку вала необходимо производить в среде аргона неплавящимся электродом на прямой
постоянного тока ВД — 306ДК.
Разделка кромок V-образная. При сборке под сварку зазор не превышает 0,2 мм. Для получения сварных соединений, полностью равноценных по конструктивной прочности основному металлу, рекомендуется применять автоматическую аргонодуговую сварку, с поперечными перемещениями неплавящегося электрода.
При первом слое выполняется сварка без поперечных перемещений электрода и обеспечивается полное проплавление свариваемых кромок [4]. Процесс осуществляется без присадочной проволоки и без поперечных перемещений электрода в среде аргона, расход которого составляет 8-9 л/мин. Временной интервал между проходами не должен превышать 15 мин.
Второй проход производится с поперечными перемещениями электрода с поперечными перемещениями электрода с частотой 3-4 кол/сек и амплитудой 4-5 мм и с использованием
присадочной проволоки 18ХМА диаметром 1,6 мм. Глубина проплавления при этом составляет 60-70 % толщины свариваемого металла. С помощью присадочной проволоки удается сформировать усиление шва, а также регулировать химический состав металла шва и его пластические и прочностные свойства [4]. Режимы сварки представлены в таблице 3.
Таблица 3
Режимы сварки стали 30ХГСА
Слой А Цсв, В Vсв, м/час Диаметр присадочной проволоки, мм Скорость подачи проволоки, м/час
Первый 100 - 110 9 - 12 12 - -
Второй 140 - 150 12 - 16 12 1,6 15 - 18
Через 30 минут после завершения сварочной операции соединения подвергаются высокому отпуску при температуре 720°С в течение двух часов и производится окончательная термическая обработка по режиму, принятому для основного металла. Механические свойства сварных соединений не уступают свойствам свариваемой стали [5].
Заключение. Технология сваривания кольцевых швов неплавящимся электродом без предварительного подогрева позволяет сократить время выполнения всего комплекса операций и повысить производительность производства.
Библиографический список.
1. Кошкарев, Б. Т. Металлы их свариваемость: учебное пособие / Б. Т. Кошкарев. — Ростов-на-Дону : издательский центр ДГТУ, 2013. — 378 с.
2. ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. — Введ. 01.01.1988. — Москва : Издательство стандартов, 1991. — 12 с.
3. Сварка и свариваемость материала : в 3-х т. Т.1 Свариваемость материала / Справ. изд. под. ред Э. Л. Макарова. — Москва : Металлургия, 1991 — 528 с.
4. Никольский, М. Э. Шаг в 2020 год / М. Э. Никольский. // Авиация и космонавтика. — 2014. — январь. — С. 1-8.
5. Патон, Б. Е. Сварка — взгляд в будущие / Б. Е. Патон. // Сварка и диагностика. — 2007. — №3. — С. 3-4.
