Кафедра "Технология и оборудование сварочного производства"
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Теория сварочных процессов»
Тема: «Разработать схему Источника “ПТИ” с использованием стали 45»
Содержание
Введение
1. Характеристика свариваемого металла и способа его сварки
1.1 Система легирования свариваемого металла, его состав и класс
1.2 Структура и свойства свариваемого металла
1.3 Характеристика способа сварки и выбор режимов
2. Исследование процессов взаимодействия между металлом, газом и шлаком
2.1 Характеристика защиты металла от взаимодействия с окружающей атмосферой
2.2 Описание металлургических процессов, обеспечивающих получение качественных соединений
2.3 Термодинамическое исследование одного из вероятных металлургических процессов
3. Исследование процессов нагрева, плавления и охлаждения основного металла
3.1 Выбор и обоснование расчётной схемы нагреваемого тела и источника тепла
3.2 Расчёт температурных полей при нагреве тела подвижными источниками тепла
3.3 Расчёт скорости охлаждения
3.4 Определение изотермы на поверхности свариваемого металла
3.5 Расчет изотерм на поверхности свариваемого металла
3.6 Определение протяженности отдельных участков в ЗТВ
3.7 Определение максимальных температур в поперечном сечении шва
4. Оценка свариваемости металла и разработка мероприятий по повышению технологической прочности
4.1 Оценка структуры зоны термического влияния по скорости охлаждения и роста зерна по времени пребывания металла при температурах роста
4.2 Расчётное определение сопротивляемости образованию холодных трещин
4.3 Определение сопротивляемости образованию горячих трещин
4.4 Разработка мероприятий по повышению технологической прочности и улучшению свойств соединений
Вывод
Список используемых источников
Введение
Сварка представляет собой прогрессивный метод получения неразъёмных сварных соединений в промышленности и строительстве, поэтому сварочное производство непрерывно развивается, охватывая практически все отрасли народного хозяйства. Сварочное производство постоянно оснащается передовыми технологиями; по уровню автоматизации сварочных работ и по объёму выполняемых работ оно занимает одно из первых мест на производстве.
Разработка новых технологических процессов сварки, сварочных материалов и процессов термической обработки сварных соединений требует основательной теоретической подготовки в области сварочных процессов. Дисциплина «Теория сварочных процессов» - базовая при подготовке инженеров-механиков по специальности «Оборудование и технология сварочного производства» - служит именно этим целям. Она охватывает широкий круг процессов, происходящих при сварке металлов и определяющих в конечном итоге качество и работоспособность сварных соединений.
Таким образом, теория сварочных процессов – теоретический фундамент науки о сварке в части формирования свойств сварного соединения.
1. Характеристика свариваемого металла и способа его сварки
1.1 Система легирования свариваемого металла, его состав и класс
Сталь 45 принадлежит к качественным углеродистым сталям. Приблизительный химический состав данной стали указан в таблице 1.
Таблица 1- Химический состав и основные показатели стали 45
| С | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Аs |
| 0,42-0,5 | 0,5-0,8 | 0,17-0,37 | 0,035 | 0,04 | 0,25 | 0,25 | 0,25 | 0,08 |
Легированные стали широко применяют в тракторном и с/х машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжёлом и транспортном машиностроении и в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Эти стали широко применяют для тяжелонагруженных металлоконструкций.
В качестве легирующих элементов чаще используют сравнительно недорогие и недефицитные элементы – марганец, кремний и хром. Для изготовления высоконагруженных деталей стали легируют значительно более дорогими и дефицитными элементами – никель, молибден, вольфрам, ниобий и т.д. Стали в которых суммарное количество легирующих элементов не превышает 2,5 %, относятся к низколегированным, содержащие 2,5 – 10 % - к легированным, и более 10 % - к высоколегированным. Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, в машиностроении – легированные стали.
Углерод является основным легирующим элементом в углеродистых конструкционных сталях и определяет механические свойства сталей этой группы. Повышение его содержания усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получения равнопрочного сварного соединения без дефектов. По качественному признаку углеродистые стали разделяют на две группы: общего назначения и качественные.
По степени раскисления стали общего назначения обозначают: кипящая – кп (Mn), полуспокойная – пс (Mn, Al) и спокойная – сп (Mn, Al, Si). Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора по толщине проката; их содержание не превышает 0,05 %. Углеродистые стали общего назначения делятся на три группы:
- группа А – поставляют по механическим свойствам;
- группа Б – поставляют по химическому составу;
- группа В – поставляют по химическому составу и механическим свойствам.
Качественные стали отличаются от сталей общего назначения более высокими требованиями к химическому составу и структуре, более низким содержанием серы и фосфора (менее 0,04 %), меньшим количеством неметаллических включений, регламентированной микро- и макроструктурой,. Интервал изменения углерода в этих сталях уже чем в сталях общего назначения.
Легирующие элементы, вводимые в сталь 45, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют ее свойства. Это повышает механические свойства стали и, вчастности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкций.
Сталь 45 применяется для изготовления осей, цилиндров, коленчатых валов, крепёжных деталей, втулок, звездочек, валов, шестерней и других деталей невысокой прочности испытывающих небольшие напряжения, паровых газовых и гидравлических турбин, арматуры АЭС и т.д. Данная сталь поставляется в виде сортового проката, поковок, листов, труб, лент, проволоки.
1.2 Структура и свойства свариваемого металла
Общей характеристикой углеродистых сталей являются их свойства (таблица 2).
Таблица 2- Основные свойства стали 45
| Δωопт,град/сек | А С1 | АС3 | Мн | Тнир |
| 2.0 - 4.0 | 730 | 755 | 350 | 1050 |
Сталь 45 характеризуется как ограниченно свариваемая (при сварке данной стали рекомендуются или необходимы дополнительные операции).
Технология её сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела механических свойств основного металла. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Однако в большинстве случаев, особенно пpи сварке ответственных конструкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым размерам. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние. В отдельных случаях к сварному соединению предъявляют дополнительные требования (работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках, пониженных температурах и т. д.). Однако во всех случаях технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности и долговечности конструкции. Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки и предыдущей и последующей термической обработки. При сварке рассматриваемой стали состав металла шва незначительно отличается от состава основного металла. В металле шва меньше углерода для предупреждения образования структур закалочного характера при повышенных скоростях охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением содержания углерода, компенсируется легированием металла марганцем и кремнием через проволоку, покрытие или флюс.
Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия.
Сварку стали 45 осуществляют:
- ручной дуговой сваркой покрытыми электродами;
- ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом;
- автоматической сваркой под флюсом;
- механизированной сваркой плавящимся электродом в среде углекислого газа;
- электрошлаковой сваркой.
Для этих способов сварки рекомендуется подогрев при температуре 100 – 250˚С с последующей термообработкой. Контактную сварку используют без ограничений.
Основные теплофизические коэффициенты стали 45 занесены в таблицу 3.
Таблица 3- Теплофизические коэффициенты стали 45.
| λ – коэффициент теплопроводности | 41,9 Вт/м·град |
| а – коэффициент температуропроводности | 8,7 · 10-6 м3/c |
| сρ – объёмная теплоёмкость | 4,8 Дж/м3·град |
| α – коэффициент теплоотдачи | 60 м2/с |
1.3 Характеристика способа сварки и выбор режимов