Стали 25ХГСА и ЗОХГСА сва¬ривают сваркой всех видов

Стали 25ХГСА и ЗОХГСА сваривают сваркой всех видов. Сталь ЗОХГСА обладает повышенной
склонностью к трещинообразованию при сварке. Для снятия внутренних напряжений после сварки
необходимо применять отпуск. Конструкции, термически-обрабатываемые после сварки на заданную
прочность, в случае длительного разрыва между сваркой и термической обработкой также подвергают
отпуску при 650° С. При большом числе швов на узлах из указанных сталей, создающих жесткую
систему (большое число ребер жесткости и др.), рекомендуется производить промежуточный высокий
отпуск после сварки определенного числа швов. Конструкции, изготовляемые из термически
обработанных элементов, подвергают отпуску при температуре на 50ºС ниже температуры отпуска
после закалки. Допускается отпуск при 250ºС с выдержкой не менее 2 ч. Детали из стали ЗОХГСА
толщиной более 3 мм (сварка в отожженном состоянии), имеющие швы с особо жесткими контурами,
во избежание образования трещин рекомендуется сваривать с подогревом до температуры 250—350° С,
которую нужно поддерживать в течение процесса сварки. Подогрев может быть как местным, так и
общим, но обязательно равномерным по всему периметру сварного шва и близлежащих зон на ширине
не менее 100 мм по обе стороны от шва.
Сварка в защитных газах.
Дуговую сварку в защитных газах можно осуществлять в среде как инертных, так и активных
газов. При этом предпочтение следует отдавать автоматической и полуавтоматической сваркам,
обеспечивающим наилучшее качество швов и высокую производительность процесса.
В качестве инертных газов используют чистый аргон Б и В по ГОСТ 10157-73 и технический
гелий первого сорта по МРТУ 51-77-66; в качестве активного газа используют сварочный углекислый
газ по ГОСТ 8050-76. Сварка может быть осуществлена неплавящимся (вольфрамовым) и плавящимся
электродами. При сварке в активном газе применяют только плавящийся электрод. В качестве
неплавящихся электродов для ручной и автоматической сварок на постоянном токе прямой полярности
применяют вольфрамовые прутки по ТУ ВМ2-529—57, лантанированные вольфрамовые прутки ВЛ-2 и
ВЛ-10 по СТУ 45-ЦМ-1150—63, а также прутки из торированного вольфрама ВТ15 по ТУ 11Я Е.0021 056— 72 и итрированного вольфрама СВИ-1 по ТУ 48-42-73—71; при сварке на переменном токе
применяют чистые вольфрамовые прутки по ТУ ВМ2-529—57. Активированный вольфрам при
постоянном токе повышает стабильность катодного пятна на конце электрода, вследствие чего
повышается устойчивость дуги в широком диапазоне рабочих токов.
4.3.2. Выбор основных сварочных материалов и режимов полуавтоматической
сварки в защитных газах.
При выборе присадочного материала (электродной проволоки) для дуговой сварки в среде
защитных газов следует руководствоваться табл. 8.
Для предупреждения образования пор рекомендуется применять присадочные материалы с
повышенным содержанием раскислителей Si и Мn (Св-08Г2С; Св-12ГС; Св-08ГСМТ и др.). На
свойства металла шва влияет качество углекислого газа. Повышенное содержание в нем водяных паров
и воды способствует образованию пор даже при хорошей защите от воздуха и надлежащем количестве
кремния и марганца в сварочной ванне. Сварку легированных сталей следует выполнять без присадки
или с присадкой, аналогичной или близкой по составу основному.
Для повышения стойкости металла шва против образования горячих трещин при применении
плавящегося электрода сварку металла с повышенным содержанием углерода (более 0,25%)
рекомендуется выполнять с минимальным расплавлением основного металла. Для предупреждения
появления горячих трещин в металле шва при сварке сталей типа «хромансиль» рекомендуется
применять сварочную проволоку Св-08Г2СМ по ТУ 14-130-54-73. При многослойной сварке изделий
из сталей «хромансиль», подвергаемых упрочняющей термической обработке, рекомендуется
применять проволоку Св-08ХЗГ2СМ. В качестве защитной среды при сварке проволокой Св-18ХМА
рекомендуется газовая смесь аргона с 5% СО2 обеспечивающая при сварке хорошее формирование
сварных швов и незначительное разбрызгивание.
Формирование сварных швов улучшается при сварке конструкционных сталей с использованием
смеси газов — аргона и гелия (до 25%); чтобы избежать пористости в шве, а также улучшить
устойчивость горения дуги при сварке на переменном токе, дополнительно вводят небольшое
количество кислорода (до 1%). При сварке в среде защитных газов легированных конструкционных
сталей (25ХГСА, ЗОХГСА, 28ХЗСНМВФА) и др. иногда наблюдается пористость в сварных швах,
вызываемая повышенным содержанием газов, особенно азота в основном металле (более 0,02—0,03%).
В этом случае борьба с пористостью путем подбора проволоки, защитных газов, режимов сварки и
других технологических мероприятий является малоэффективной, необходим отбор плавок,
содержащих менее 0,02% N.
Таблица 8.
Присадочные материалы и механические свойства сварных соединений при сварке в защитных
газах.
Неплавящимся электродом рекомендуется сваривать изделия из материала толщиной не более 4—
5 мм. Сварку плавящимся электродом можно применять при изготовлении изделий из материалов
толщиной 1 мм и выше. Для материала толщиной до 2 мм рекомендуется автоматическая
аргонодуговая сварка неплавящимся электродом без присадки или с присадочной проволокой;
целесообразна сварка импульсной дугой. При большей толщине сварку производят с применением
присадки.
Выбор защитного газа
При изготовлении коллектора применяется сталь 20, являющаяся конструкционной
низкоуглеродистой сталью; при механизированной сварке этих сталей в качестве защитного газа
наиболее распространён углекислый газ. Однако процесс сварки в этом газе наряду неоспоримыми
достоинствами, например, дешевизна, имеет существенные недостатки, ограничивающие его
использование при изготовлении металлоконструкций ответственного назначения.
Недостатками сварки в СО2 являются большие потери электродного металла на разбрызгивание,
засорение поверхности свариваемых изделий приваренными брызгами, низкое качество поверхности
швов (неровности и грубая чешуйчатость), не всегда удовлетворительные показатели механических
свойств металла швов, особенно ударной вязкости при отрицательных температурах.
Смесь аргона и кислорода. При сварке стали кислород играет роль поверхностно-активного
компонента, влияет на металлургические процессы и технологические характеристики. При содержании
в аргоне 3 - 5 % О2 повышается стабильность дуги, увеличивается жидкотекучесть сварочной ванны,
улучшается формирование шва, перенос металла становится более мелкокапельным, уменьшается
минимальная сила тока при которой наступает струйный перенос.
Смесь аргона с углекислым газом. По сравнению с сваркой в чистом СО2 сварка в смеси имеет
следующие преимущества: минимальное разбрызгивание электродного металла (2 - 3%); качественное
формирование швов с плавным переходом к основному металлу; повышение производительности
электросварщиков на 15 - 20 %; высокие показатели механических свойств наплавленного металла,
особенно по ударной вязкости при отрицательных температурах; улучшение санитарно-гигиенических
условий труда электросварщиков в результате снижения общих выделений сварочных аэрозолей.
Недостаток - повышенное излучение сварочной дуги, что необходимо учитывать при подборе защитных
стекол. Наиболее рациональный состав смеси 75 % Аr и 25 % СО2. При содержании в смеси более 85 %
Аr в сварных швах возможно появление пор, менее 70 % Аr - процесс сварки протекает так же, как и при
сварке в чистом СО2. Тройная смесь 75 % Аr, 20 % СО2 и 5 % О2 при сварке плавящимся электродом
стали обеспечивает высокую стабильность и отсутствие пор в швах.
Выбор: На основании анализа литературы я сделал вывод, что наиболее удачным сочетанием
сварочных материалов будет следующие: сварочная проволока Св-08ГСМТ и смесь защитных газов
78%Ar + 20% CO2 + 2% O2. Данное сочетание обеспечит хорошее формирование шва, его высокие
механические характеристики, также малое разбрызгивание электродного металла и отсутствие пор.
4.3.3. Расчет температуры предварительного подогрева.
Расчет «эквивалента углерода» для стали 30ХГСА в случае сварки серьги толкателя δ=20мм
(ведется по расчету приведенному в []).
СЭ  СХ СР
,
Где Сх - химический эквивалент углерода, Ср – размерный эквивалент углерода.
360  С Х  360  С  40  Mn  40  Сr  20  Ni  28  Mo ;
С P  0,005  S  С Х .
Где S – толщина свариваемой детали, мм.
С Х  (360  0,31  40  0,95  40  0,95  20  0,3 )  360  0,54;
С P  0,005  20  0,54  0,054
С Э  0,54  0,054  0,594
Определив полный эквивалент углерода необходимую температуру подогрева находим по
формуле:
Т П  350  С Э  0,25  350  0,594  0,25  205 С
Предварительный подогрев необходим для сварки данной стали чтобы избежать образования
закалочных структур. Температура предварительного подогрева напрямую влияет на скорость
охлаждения сварного шва (стр. 230-240, [5])
Скорость охлаждения при наплавке валика на массивное тело при температуре минимальной
устойчивости аустенита Тм в точках, расположенных на оси шва (они незначительно отличаются от
скоростей охлаждения металла зоны термического влияния, нагревавшейся до температуры 700 ºС и
выше),
(Т М Т 0) 2
 охл  2     
qП
 охл  2  3,14  0,0955 
(352  205) 2
 87,7  С / сек
147,7
,
где wохл — мгновенная скорость охлаждения при температуре ТМ °С/с; λ — коэффициент
теплопроводности, кал/см*с -°С; Т0 — начальная температура изделия, °С;
0,234  I СВ  U Д  ЭФ
qП 
vСВ
0,234  345  32  0,725
 147,7кал / см
13
-погонная энергия сварки, кал/см;
Данная скорость не подходит, следовательно необходимо увеличить температуру
предварительного подогрева.
qП 
(352  320) 2
 4  С / сек
147,7
Данная скорость охлаждения оптимальна.
охл  2  3,14  0,0955 
4.3.3. Расчет режимов сварки.
Расчет производится согласно методике, изложенной в [5,6].
Расчет сварочного тока, А, при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле
  d Э2  а
,
I CB 
4
где а - плотность тока в электродной проволоке, А/мм2 (при сварке в СО2
а = 110 - 130 А/мм2); d- диаметр электродной проволоки, мм.
3,14  2 2  110
I CB 
 345 А
4
Напряжение на дуге, В рассчитывается по формуле
50  10 3
U Д  20 
d Э0,5
50  10 3
U Д  20 
 1  32  1В
2 0, 5
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, рассчитывается по формуле
4   Р  I CB
v ПР 
  d Э2  
где  Р - коэффициент расплавления проволоки, г/А· ч; dэ - диаметр электродной проволоки, мм.
4  16,8  345
v ПР 
 236,6 м / час
3,14  2 2  7,8
Значение  Р рассчитывается по формуле
I
 Р  3.0  0.08  CB
dЭ
345
 Р  3,0  0,08 
 16,8
2
Скорость сварки , м/ч, рассчитывается по формуле
 H  I CB
vCB 
100  FB  
где  H - коэффициент наплавки, г/А ч;
 H   P  (1  )  16,8  (1  0,03)  16,3
где  =0,03 – коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание.
Fв - площадь поперечного сечения одного валика, см2. При наплавке в СО2 принимается равным
0,3 + 0,7 см2.
16,3  345
vCB 
 14,4 м / с
100  0,5  7,8
Масса наплавленного металла, г, при сварке рассчитывается по формуле
GH  FCB  l  
GH  3,73 18  7,8  524г
Время горения дуги, ч, определяется по формуле
GH
t0 
 H  I CB
524
 0,093ч = 6мин.
16,3  345
Полное время сварки, ч, определяется по формуле
t
Т 0
КП
0,093
Т
 0,14ч = 11мин
0,65
где Кп - коэффициент использования сварочного поста, (Кп=0,6…0,7).
Расход электродной проволоки, г, рассчитывается по формуле
GПР  GH  (1  )  524  (1  0,03)  540 г.
где Gн - масса наплавленного металла, г.
Расход электроэнергии, кВт· ч, определяется по формуле
U Д  I CB
А
 W0  (T  t 0 ) ,
  1000
32  345
А
 2,5  (0,14  0,093)  13,1 кВт· ч.
0,85  1000
где η– КПД источника питания, при постоянном токе η = 0,6…0,7; Wo - мощность источника
питания, работающего на холостом ходе, кВт. На постоянном токе Wо = 2,0...3,0 кВт.
Вылет электрода выбирается в зависимости от диаметра сварочной проволоки, для диаметра 2
мм он составляет 12-14 мм [5].
t0 
Выбираем сварочный аппарат на основе результатов расчета ПДГ-504 У4.