Выбор типа соединения на основе анализа

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к расчетной работе по дисциплине

«Сварка плавлением спец.сталей и сплавов»

 

1407.640.000.000 ПЗ

(обозначение документа)

 

Группа	Фамилия, и.,о.	Подпись	Дата	Оценка
Студент	Шакиров Р.Д.
Консультант	Смыслова М.К.
Принял

 

Уфа 2011 г.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

Разраб.

Шакиров Р.Д.

Провер.

Смыслова М.К.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Расчетно-графическая работа по дисциплине «Сварка плавлением спец..сталей и сплавов».

Лит.

Листов

УГАТУ СП559

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

Содержание

 

Введение. 4

1 Выбор режимов и условий сварки узла. 7

1.1. Выбор типа соединения. 7

1.2. Подготовительные операции. 12

1.3. Выбор режима сварки. 14

2 Оценка свариваемости и разработка технологических мероприятий по обеспечению качества сварного узла. 18

2.1. Оценка свариваемости. 18

2.2. Мероприятия по обеспечению качества сварного узла. 20

3 Выбор режимов постсварочной термообработки сварного узла. 21

4 Выбор методов неразрушающего контроля сварного узла. 22

5 Разработка технологических мероприятий по повышению качества сварного соединения. 23

6 Список литературы.. 25

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

Введение

 

Корпус воздухо-воздушного теплообменника (ВВТ) (Рис.1.1), устанавливают между корпусами основной камеры сгорания и турбины высокого давления в реактивном двигателе АЛ31Ф. На корпусе ВВТ устанавливают: модули ВВТ, в количестве 64 шт., клапан КАО, в количестве 32шт. и окна осмотра жаровой трубы.

Рисунок 1 - Корпус ВВТ

 

ВВТ, предназначен для снижения температуры воздуха, охлаждающего узел турбины. Количество охлаждающего воздуха регулируется клапанами по режимам работы двигателя с помощью агрегата управления. Снижение температуры охлаждающего воздуха происходит за счет омывания трубчатых модулей ВВТ потоком воздуха наружного контура. С внутренней стороны корпуса ВВТ устанавливают сопловой аппарат СА турбины высокого давления. В корпусе ВВТ имеется полость, по которой проходит охлажденный воздух для турбины высокого давления.

На Рис.1.2. представлен принцип работы воздухо-воздушного теплообменника ([1], страница 18).

 

- в

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

оздух из теплообменника

- воздух из наружного контура

- вторичный воздух

 

1. Камера сгорания;

2. Воздухо-воздушный теплообменник;

3. Лопатка соплового аппарата турбины высокого давления (ТВД);

4. Клапанный аппарат;

5. Лопатка рабочего колеса ТВД;

6. Наружное кольцо;

7. Сотовые вставки;

8. Обод;

9. Перепускная труба;

10. Лопатка соплового аппарата турбины низкого давления (ТНД);

11. Лопатка рабочего колеса ТНД;

12. Корпус опоры турбины;

13. Силовая стойка;

14. Рабочее колесо ТНД;

15. Рабочее колесо ТВД;

16. Аппарат закрутки.

 

Рисунок 2 - Схема работы ВВТ

 

При работе ВВТ происходит снижение температуры с 1665 °С до 1025 °С. ([1], страница 11)

Общий ресурс узла составляет 2000ч.

Межремонтный ресурс 100ч.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

1 – фланец, 2 – оболочка, 3 – кольцо корпуса, 4 – оболочка, 5 – корпус задний.

Рисунок 3 – Комплектующие детали корпуса ВВТ

 

Корпус ВВТ (Рис.1.3.) изготавливают при помощи сварки (АрДС) из следующих деталей: фланец - 1, оболочка - 2, кольцо корпуса - 3, оболочка - 4, корпус задний - 5.

1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

Выбор режимов и условий сварки узла

 

Разработка технологического процесса начинается с правильного выбора типа соединения и проведения подготовительных операций. ([2], страница 2).

 

Выбор типа соединения на основе анализа

 

Проведем анализ типов сварных соединений приведенных в ГОСТ 14771-76.

Соединения с отбортовкой кромок (Рисунок 4)

 

 

 

Рисунок 4 – Соединения с отбортовкой кромок

 

Соединения сварные с отбортовкой кромок позволяют вести сварку без применения присадочного материала. Выполнение отбортовки кромок требует установки дополнительного оборудования, что повлечет за денежные затраты и затраты времени на дополнительную операцию. Так как, конструкция должна обладать низким аэродинамическим сопротивлением, после сварки производят снятие усиления шва до уровня основного металла. Снятие значительного количества металла после сварки с отбортовкой

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

кромок является нецелесообразным, так же, это приведет к утонению метала в зоне соединения, из-за геометрических особенностей самого соединения.

 

Соединения на несъемной подкладке(Рисунок 5)

 

 

Рисунок 5 – Соединения на несъемной подкладке

 

Применения данного типа соединения также является нецелесообразным, придется после операции сварки затрачивать больше времени и усилий на снятие подкладки, что в корне противоречит здравому смыслу.

 

Соединения на съемной подкладке (Рисунок 6).

 

 

Рисунок 6 – Соединения на съемной подкладке

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

Съемная подкладка используется с целью получения заданного размера обратной стороны шва. Такой тип соединения позволяет обеспечить защиту обратной стороны шва, что немаловажно при сварке хромоникелевой стали. Целесообразно использовать материал с хорошей теплопроводностью, например медь. При сварке изделия используется секторный разжиматель (Рисунок 7), целесообразно разместить подкладку на сектора, что позволит обеспечить подвод защитного газа с обратной стороны шва, получать близкие к требуемым, размеры обратного валика. Такой вид соединения позволяет обеспечить наилучшие размеры шва для последующей механообработки для снятия усиления и обратного валика. Напряжения, действующие на узел при таком типе сварного соединения, распределяются равномерно, что препятствует образованию отдельного участка – концентратора напряжения.

 

Рисунок 7 – Секторный разжиматель

 

Соединения замковые (Рисунок 8)

 

 

Рисунок 8 – Замковые соединения

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

Замковый тип сварного соединения не подходит ввиду отсутствия полного проплавления металла, что требуется для достижения определенного химического состава в шве, а также из-за более высоких требований к формированию кромок по сравнению с типа сварных соединений без скоса кромок.

 

Вывод: наиболее подходящим типом сварного соединения является соединение по ГОСТ 14771-76-С4 ИНп (Рисунок 9). Соединение стыковое, так как это наиболее выгодное с точки зрения прочности соединение. Выполняется с использованием присадочной проволоки, хотя ГОСТ позволяет производить и без. Применение сварочной проволоки позволяет снизить требования к точности обработки кромок перед сваркой, а так же позволяет произвести металлургическую обработку сварочного шва такими элементами как W, Mo – снижают диффузионную подвижность атомов, что позволяет снизить вероятность образования горячих трещин, Ti, Cr, V – снижают пористость.

 

 

 

Рисунок 9 – Сварное соединение по ГОСТ 14771-76-С4 ИНп

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

Обработка кромок до соответствующих размеров будет осуществляться на токарно-виноторезном станке ТВ-165 (Рисунок 10). Станок является универсальным, максимальный диаметр обрабатываемых деталей 1 м, длина 5 м. Это позволит использовать его в других токарных операциях заготовок с других производственных линий.

 

 

Рисунок 10 – Токарный станок ТВ 165

 

Вычислим теоретическое процентное содержание присадочной проволоки в сварном шве. Для этого воспользуемся программой AutoCad. Построим на основании среднемаксимальных размеров (Рисунок 9), сварной шов, и подсчитаем долю площади, занимаемую основным металлом и металлом присадочной проволоки (Рисунок 11).

 

 

Рисунок 11 – Результаты расчета площади

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

Примем за 100% полную площадь шва - S_шва=20 мм², при этом известны (Рисунок 11) площади металла присадочной проволоки S_присад=10 мм², площадь основного металла S_осн.Ме=10 мм². Без каких либо математических вычислений становится ясно, что процентное содержание присадочной проволоки в сварном шве равно примерно 50%.

 

Подготовительные операции

 

Подготовительные операции играют огромную роль в проведении процесса сварки. Недостаточное тщательное выполнение заготовительных и сборочных операции приводит к резкому возрастанию вероятности появления дефектов в сварном соединении и конструкции в целом. Однако требования к подготовительным операциям не должны быть излишними и трудновыполнимыми. ([2], страница 3).

В качестве подготовительных операций применяют слесарные операции зачистки околосварочной зоны (Рисунок 12). Проводится с целью снятия оксидной пленки, которая неблаготворно влияет на процесс сварки, с поверхности материала.

 

Рисунок 12 - Слесарная операция.

 

Также, перед сваркой предусмотрена операция обезжиривания околошовной зоны при помощи бензина, либо спирта с целью очистки

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

поверхности от жира и других неметаллических частиц, которые при затвердевании металла после сварки могут ослабить прочность сварного соединения.

Так как используемый сплав ХН62ВМЮТ-ВД, в расплавленном состоянии хорошо растворяет водород, а при затвердевании растворимость водорода снижается, то в качестве предсварочной операции может быть рассмотрена операция сушки. Однако данная операция может не использоваться в случае, если изначально детали хранились в сухих помещениях и были предохранены от воздействия влаги.

Токарная операция (Рисунок 13) выполняется с целью достижения требуемых размеров узла сварной конструкции. Необходимость выполнения данной операции объясняется тем, что сборка корпуса ВВТ производится поэтапно, после каждой операции сварки, необходимо достичь заданных размеров подузла, для того, чтобы конечный размер корпуса ВВТ, соответствовал требованиям документации.

 

Рисунок 13 - Токарная операция.

 

Сборка, подготовительная операция, цель которой обеспечить фиксацию изделия для сварки и получения, требуемых в заданных пределах размеров конструкции, обеспечения требуемого зазора между деталями. Для

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

облегчения процесса сборки пользуются приспособлениями для сварки, в которые устанавливаются детали с требуемыми зазорами.

 

Выбор режима сварки

 

К основным параметрам дуговой сварки относят: величину, род и полярность тока, диаметр дуги, вид защиты, величину поперечного перемещения дуги, скорость подачи электродной проволоки, вылет электрода. ([2], страница 4).

Выбор режимов осуществим согласно рекомендациям справочной литературы. Для сварки материала ХН62ВМЮТ-ВД при помощи автоматической АрДС неплавящимся электродом с присадочной проволокой, существуют следующие рекомендации.

Сварку никелевых сплавов рекомендуется производить левым способом на плотно поджатой медной подкладке с защитой шва аргоном. Швы рекомендуется наносить с минимальными поперечными колебаниями и максимально возможной скоростью сварки. Наклон горелки к оси шва должен быть 45…60⁰С, а вылет вольфрамового электрода 12…15 мм. Присадочный материал подают под углом 20…30⁰С к оси шва. Длина дуги должна быть минимальной. ([3],страница 283)

Режимы автоматической аргонодуговой сварки приведены в таблицах 1 и 2.

 

Таблица 1. Режимы автоматической аргонодуговой сварки ([3], таблица 19)

Толщина Ме, мм	Число проходов	Ток, А	Напряжение дуги, В
2.5		130…160	12…14

Для определения нормы расхода аргона, необходимо рассчитать скорость сварки.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

Расчет теоретической скорости сварки произведем с помощью формулы 1.3.1. ([2], страница 23).

; (1.3.1.)

 

где, – скорость сварки, см/с;

- плотность материала, г/см³.

- напряжение на дуге, В.

- сварочный ток, А.

- эффективный КПД дуги.

- термический КПД процесса проплавления.

- те

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

плосодержание металла в сварочной ванне, Дж/г. Теплосодержание металла сварочной ванны определим из формулы 1.3.2.

 

(1.3.2.)

 

где - удельная теплоемкость, Дж/г·°С;

- температура плавления металла, °С. =1410 °С

- температура перегрева металла в сварочной ванне (примем ), °С;

- скрытая теплота плавления, Дж/г.

 

Дж/г.

 

– площадь проплавления основного металла, см². Для расчета площади проплавления основного металла воспользуемся программой Autocad. На Рисунок 14 представлен результат расчета.

 

 

Рисунок 14 - Результаты расчета площади

Ф

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1407.640.000.000 ПЗ

ормулу 1.3.1., преобразуем для вычисления скорости сварки, получится формула 1.3.3.

 

; (1.3.3.)

 

Рассчитаем теоретическую скорость сварки.

 

Таблица 2. Нормы расхода Ar при сварке никелевых сплавов ([5],таблица 28)

Толщина, мм	Расход Ar, л/мин(только на сварку)	Расход, л, на 1 м шва при скорости сварки, м/ч
2…3

*Расход на защиту обратной стороны шва 2…3 л/м.

 

Таблица 3. Выбор диаметра электрода ([6], таблица 4.12.)

Марка электрода	Род тока	Диаметр электрода, мм
ЭВЛ – вольфрам с оксидами лантана	Постоянный, прямой полярности, А						-
Постоянный, прямой полярности, А
Переменный, А

 

Основные параметры сварки приведены в таблице 4.

 

Таблица 4. Режимы сварки.

I, A
U, B
VСВ, см/м
VПП, см/м
dЭЛ, мм
dПП, мм	1.6
QAr(только сварка), л/м
QAr(подложка), л/м