Технологический процесс сборки и сварки бортовой секции

Кремний раскисляет сталь. Он, как  и углерод, но в меньшей степени, увеличивает предел текучести и  временное сопротивление, но несколько  ухудшает свариваемость, стойкость  против коррозии и сильно снижает  ударную вязкость. Вредное влияние  кремния может компенсироваться повышенным содержанием марганца.

Марганец увеличивает предел текучести, и временное сопротивление стали, незначительно снижая ее пластические свойства и мало влияя на свариваемость. Он повышает ударную вязкость, и хладноломкость стали, являясь хорошим раскислителем, способствует уменьшению содержания кислорода в стали.

Медь несколько повышает прочность  стали. Никель и хром являются легирующими  компонентами, улучшая те или иные механические свойства стали, а никель еще всегда улучшает ее свариваемость.

Никель повышает ударную вязкость, повышает жаропрочность и сопротивление коррозии.

Фосфор резко уменьшает пластичность и ударную вязкость стали, а так  же делает ее хладноломкой (хрупкой при отрицательных температурах). Допускается в сталях не более 0,08%.

Сера несколько уменьшает прочностные  характеристики стали, и главное, делает ее красноломкой, хрупкой и склонной к образованию трещин при температуре 800-1100°С. Допускается в сталях 0,02-0,06%, в некоторых до 0,01%.

Как правило, повышение уровня легирования  и прочности стали приводит к  ухудшению ее свариваемости. Первостепенная роль принадлежит углероду. Доля влияния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода. Свариваемость стали можно приближенно определить по количеству легирующих элементов, эквивалентных (приравненных) углероду по формуле:

С_экв =С +Mn/6 +Si/24+Cr/5+Ni/40+Cu/13+V/14+P/2

C_экв=0,12+1,3/6+0,8/24+0,3/5+0,3/40+0,3/13+0,035/2=0,39

Так как C_экв=0,39, сталь 10Г2С1 хорошо сваривается и при сварке не потребует дополнительных технологических приемов. Следовательно, данная сталь может свариваться без ограничений в широком диапазоне сварки, независимо от толщины металла, жесткости конструкции и температуры окружающей среды.

 

         1.3 Выбор способов сварки для изготовления секции верхней палубы

При реализации технологического процесса изготовления секции палубы применяются следующие виды сварки:

- ручная электродуговая сварка, покрытыми электродами– для установки прихваток, приварки временных креплений и сварки в труднодоступных местах;

- полуавтоматическая сварка –  для приварки набора к полотну  и сварки набора между собой;

- автоматическая сварка под  слоем флюса – для выполнения  стыковых соединений полотен,  тавровых соединений: стенки к  полке набора, набора к полотну.

        

         1.3.1 Ручная электродуговая сварка покрытыми электродами

Ручная электродуговая сварка покрытыми  металлическими электродами  в настоящее время остается одним из распространенных методов, используемых при изготовлении сварных конструкции. Это объясняется простотой, универсальностью и мобильностью применяемого оборудования, возможностью выполнения сварки в различных пространственных положениях и в местах, труднодоступных для механизированных способов сварки.

Сварка электродом с нанесенным на его поверхность покрытием (обмазкой), изготовленный из порошкообразной смеси различных компонентов, которые обеспечивают устойчивое горение дуги, проведение металлургической обработки сварочной ванны и улучшают химический состав и механические свойства сварного шва, поскольку при расплавлении они создают шлаковую и газовую защиту сварочной ванны от вредного влияния  кислорода и азота атмосферного воздуха и повышения качества сварки, а также обеспечивают устойчивость горения дуги, очищают металл шва от вредных примесей и легируют его для улучшения свойств.

Существенный недостаток ручной дуговой  сварки  металлическим электродом - малая производительность процесса и зависимость качества сварочного шва от практических навыков сварщика.

1.3.2 Механизированная сварка

Полуавтоматическая сварка в защитном газе СО₂ в настоящее время применяется практически во всех отраслях промышленности. Сварка в углекислом газе применяется для углеродистых и легированных сталей. Сварка в среде защитных газов обладает рядом преимуществ:

1. Возможность сварки в различных пространственных положениях;
2. Возможность визуального наблюдения за образованием шва, что особенно важно при полуавтоматической сварке;
3. Отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака;
4. Высокая производительность и легкость в механизации и автоматизации;
5. Низкая стоимость при использовании активных защитных газов.

В процессе сварки защитные газы подают в зону горения дуги через сопло  сварочной горелки и оттесняют атмосферные газы от сварочной ванны. Дуга поддерживается между электродной проволокой и свариваемым металлом. Сварка в углекислом газе дает более глубокий провар, чем ручная электродуговая сварка покрытыми электродами, поэтому при переходе с ручной сварки оправданным считается уменьшение катетов примерно на 10%, это объясняется повышенной плотностью тока на 1мм электродной проволоки.

Недостатки:

1. Возможное нарушение защиты при сварке на открытых площадках и на сквозняке (нарушается защита сварочной ванны);

 

1.3.2 Автоматическая сварка под флюсом

 Автоматическая сварка под флюсом – это дуговая сварка с использованием плавящегося электрода и введением в зону дуги гранулированного (зернистого) флюса, слой которого полностью закрывает дугу и, частично расплавляясь, создает вокруг нее подвижную защитную оболочку, перемещающуюся вместе с дугой. Сварочная ванна полностью защищена от действия кислорода и азота воздуха. Кроме того, расплавленный флюс в результате химического взаимодействия с жидким металлом дает возможность получать определенный химический состав металла шва и заданные механические свойства. Производительность процесса сварки под флюсом по сравнению с ручной сваркой увеличивается в 5-12 раз. При сварке под флюсом можно использовать повышенные (25…100 А/мм²) плотности сварочного тока, не опасаясь значительного перегрева электрода.

Автоматическая сварка выполняется  при помощи специальных аппаратов, которые осуществляют подачу сварочной  проволоки в сварочную ванну  и перемещение проволоки вдоль  сварного стыка. Эти аппараты имеют  устройство для подачи и уборки флюса. Бункер для подачи флюса находится на механизме (тележке) перемещения вдоль шва и расположен впереди электродной проволоки. Эти механизмы (тележки) называют сварочными автоматами, сварочными тракторами и сварочными головками.

Достоинства автоматической сварки:

1. Повышенная производительность и экономичность (снижение расхода сварочных материалов, уменьшение расхода электроэнергии на 30..40%, снижение трудоемкости работ по разделке кромок под сварку, зачистке шва от брызг и шлака);
2. Минимальные потери электродного металла (не более 2%);
3. Отсутствие брызг;
4. Высокая стабильность горения дуги;
5. Не требует защитных приспособлений от светового излучения;
6. Высокое качество сварного соединения (достигается благодаря надежной защите расплавленного металла от взаимодействия с воздухом, металлургической обработке и легированию металла, расплавленным шлаком).

Недостатки:

1. Нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях .

 

1.4 Выбор сварочных материалов, требования к ним и техническая  характеристика.

К сварочным материалам относятся:

1. Электроды.
2. Электродная проволока.
3. Защитные газы (активные и  инертные газы).
4. Флюсы.

Все сварочные материалы должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Обеспечивать стойкость сварных швов против холодных и горячих трещин.
2. Обеспечивать получение наплавленного металла близкого по химическому составу и механическим свойствам к основному металлу.
3. Обеспечить хорошие технологические свойства сварного шва.
4. Обеспечивать низкую себестоимость и высокое качество.
5. Обеспечивать минимальную токсичность.

С помощью сварочных материалов реализуется процесс сварки и  осуществляется сложная физико-химическая обработка расплавленных основного  и электродного металла, производимая в газовой и шлаковой фазе и завершающаяся в сварочной ванне, что приводит к образованию шва необходимого химического состава.

Каждая партия электродов и флюса, плавка проволоки должны иметь сертификат.

Сварочные материалы следует назначать  в зависимости от категории (марки) стали, предназначенной для изготовления конструкции.

Сварочные материалы следует хранить  в сухих, отапливаемых помещениях в  условиях, предохраняющих их от загрязнения, увлажнения и механических повреждений. В помещениях для хранения сварочных материалов температура воздуха должна быть не ниже 17°С и относительной влажностью не более 50%.

Электроды, проволоку, и флюс необходимо выдавать сварщику с этикеткой (биркой). На этикетках (бирках) должны быть указаны:

• марка электродов, проволоки и флюса;
• номер плавки или партия;
• дата прокалки (для низколегированных электродов, а также флюса, предназначенного для сварки низколегированной проволокой и содержание водорода);
• срок годности;
• дата выдачи.

 

      1.4.1 Электроды УОНИИ 13/45А

Электроды данной марки изготавливают из сварочной проволоки марки 08А или 08АА, на поверхность которой  нанесен слой основного покрытия – фтористо-кальциевого, УОНИИ 13/45А поставляют по ОСТу 5.9224-75. Электроды с покрытием данного вида  применяются в основном для сварки на постоянном токе  обратной полярности.

 Электроды с основным покрытием  имеют шлакообразующую основу, состоящую  из карбонатов и фторидов кальция.  Газовая защита расплавленного  металла обеспечивается углекислым  газом и окисью углерода, образующимися вследствие диссоциации карбонатов кальция в процессе нагрева и плавления покрытия. В качестве раскислителей покрытие содержит ферромарганец, ферросилиций. Легирование осуществляется марганцем и кремнием при переходе их из ферромарганца и ферросилиция в сварочную ванну, что придает соединению высокую прочность. Химический состав металла шва должен соответствовать таблице №3.

 

 

 

Таблица №3 Химические свойства металла  шва,в %

Марка электрода	C	Mn	Si	S	P
УОНИИ-13/45А	не более 0,11	0,35-0,65	0,18-0,35	не  более 0,03

 

Механические свойства металла  шва должны соответствовать таблице  №4.

Таблица № 4 Механические свойства металла  шва 

Сварочные материалы	Температура испытаний,С	Временное сопротивление разрыву, Мпа	Относительное удлинение, %
УОНИИ-13/45А	20	430-630	26

 

Наличие в покрытие большого количества соединений кальция, хорошо связывает  серу и фосфор с выделением их в  шлак, обеспечивает высокую чистоту  наплавленного металла. Значительная концентрация марганца в сварочной  ванне способствуют десульфации металла. Содержание серы и фосфора в наплавленном металле не превышает 0,035% каждого и делает швы, выполненные электродами этой группы, чувствительными к кристаллизационным трещинам. Но установлено, что небольшое содержание кислорода в сварочной ванне уменьшает вероятность взаимодействия кислорода с растворенным в металле водородом. Поэтому количество растворенного в металле водорода достаточно велико, что при наличии ржавчины на свариваемых кромках, повышенной влажности покрытия и сварке длинной дугой приводит к порам в шве, несмотря на эффективное удаление водорода за счет плавикового шпата, имеющегося в покрытии.

 

         1.4.2 Сварочные материалы для механизированной сварки

1.4.2.1 Проволока Св-08Г2С

 Проволока сварочная Св – 08Г2С поставляется по ГОСТу 2246-70 для механизированной сварки в сочетании проволока +защитный газ (ГОСТ 8050-85) во всех пространственных положениях. Химический состав Св – 08Г2С должен соответствовать таблице 5.

 

Таблица №5 Химический состав сварочной  проволоки Св – 08Г2С ,в %

Марка проволоки	C	Mn	Si	Cr	Ni	Al	P	S
Св – 08Г2С	<0,05..0,11	1,8..2,1	<0,7..0,95	<0,2	<0,25	<0,05	<0,03	<0,025