Сталь марки 14г2 реферат

Обновлено: 17.05.2024

Сталь 14Г2 конструкционная низколегированная марганцовистая

Заменители: Сталь 15ХСНД

Сталь 14Г2 применяется : для изготовления крупных листовых конструкций, работающих при температурах до -70 °С. Сталь 14Г2 обеспечивает класс прочности сортового, полосового и фасонного проката КП 325 при толщине до 32 мм. Сталь 14Г2 обеспечивает класс прочности листового, широкополосного универсального проката и гнутых профилей КП 325 при толщине проката от 20 до 32 мм. без применения дополнительной упрочняющей обработки. При применении закалки с отпуском поставляется прокат сечением до 32 мм. класса прочности КП 390.

НТД C S P Mn Cr Ti Si Ni N Cu As Al
ГОСТ 17066-94 0,12-0,16 ≤0,040 ≤0,035 1,20-1,50 ≤0,30 ≤0,030 0,17-0,37 ≤0,30 ≤0,008 ≤0,30 ≤0,080 ≤0,030
ГОСТ 19281-89, ГОСТ 19282-73 0,12-0,18 ≤0,040 ≤0,035 1,20-1,60 ≤0,30 ≤0,030 0,17-0,37 ≤0,30 ≤0,008 ≤0,30 ≤0,080 ≤0,050

По ГОСТ 17066-94 допускается массовая доля мышьяка до 0,015 %, при этом массовая доля фосфора должна быть не более 0,030 %.
По ГОСТ 19282-73 допускается модифицирование стали кальцием и редкоземельными элементами из расчета введения в металл не более 0,02 % кальция и 0,05 % редкоземельных элементов.
По ГОСТ 19281-89 и ГОСТ 19282-73 допускается допускается добавка алюминия и титана из расчета получения массовой доли в прокате алюминия - не более 0,050 %, титана - не более 0,030 %.

На данной страничке приведены технические, механические и остальные свойства, а также характеристики стали марки 14Г2.

14Г2 - классификация и применение марки

Классификация материала: Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций

Дополнительные сведения о материале: Сталь марганцовистая

Применение: Для крупных листовых конструкций, работающих до температур —70°С.

14Г2 - химический состав материала в процентном соотношении

14Г2 - механические свойства при температуре 20°

14Г2 - технологические свойства

14Г2 - зарубежные аналоги

14Г2 - pасшифровка обозначений, сокращений, параметров материала

Механические свойства :
s в- Предел кратковременной прочности , [МПа]
s T- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d 5- Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y - Относительное сужение , [ % ]
KCU- Ударная вязкость , [ кДж / м 2 ]
HB- Твердость по Бринеллю , [МПа]

Свариваемость :
без ограничений- сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая- сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая- для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

Внимание! Вся приведённая информация о 14Г2 носит ознакомительный характер. Все интересующие Вас характеристики необходимо уточнять у специалистов.

06ХГСЮ для изготовления деталей холодной пластической деформацией

08Г2С изготовление арматуры периодического профиля классов Ат600К (Ат-IVК), Ат800 (Ат-V),предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

09Г2Д Металлические конструкции вагоностроения

09Г2 Стойки ферм, верхние обвязки вагонов, хребтовые балки, двутавры и другие детали вагоностроения, детали экскаваторов, элементы сварных металлоконструкций и другие детали, работающие при температуре от —40 до +450 С.

09Г2С Различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от —70 до +425°С под давлением.

09Г2СД Для сварных конструкций

10Г2Б Для сварных конструкций

10Г2БД Для сварных металлических конструкций.

06Г2СЮ для изготовления деталей холодной пластической деформацией

10Г2С1Д Для сварных конструкций

10Г2С1 Барабаны котлов, сосуды, работающие под давлением, и другие детали котлов, работающие при температурах до 450 град.

10ГС2 изготовление арматуры периодического профиля классов Ат600К (Ат-IVК), Ат800 (Ат-V), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

10ГТ изготовление арматуры класса Аc-II (Ас300), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

10Х2М1 в качестве основного слоя при изготовлении горячекатаных двухслойных коррозионностойких листов-

10ХНДП В строительстве и машиностроении для сварных конструкций.

10ХГСН1Д в качестве основного слоя при изготовлении горячекатаных двухслойных коррозионностойких листов-

12Г2Б Для сварных конструкций

10ХСНД (10ХСНД-Ш) Элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от —70 до 450 °С,

12ГН2МФАЮ пролетные строения крупных мостов, напорные трубопроводы ГЭС, рабочее оборудование экскаваторов

12Г2СМФ пролетные строения железнодорожных мостов

12Х8 для производства бесшовных труб для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

12ГС Трубы паропроводные высокого давления- детали автомобилей, изготовляемые путем вытяжки, ковки, штамповки.

12ХГН2МФБАЮ для сварных конструкций ответственного назначения

14Г2АФ Металлоконструкции для промышленных зданий, подкрановые фермы для мостовых кранов.

14ХГС Электросварные трубы магистральных газопроводов высокого давления- сварные конструкции, листовые, клапанные конструктивные детали.

15Г2АФД для сварных конструкций

15Г2АФДпс Ответственные сварные конструкции, в том числе северного исполнения.

15Г2СФ Для сварных конструкций

15ГС стационарные трубопроводы питательной воды котлов СВП, работающие при температуре 280 град.С

15Г2СФД Для сварных металлических конструкций в строительстве и машиностроении.

15ГФ Для листовых сварных конструкций вагоностроения

15ХСНД (15ХСНД-Ш) Элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от —70 до 450°С

15ГФД Листовые сварные конструкции вагоностроения

16Г2АФ Металлоконструкции, сварные фермы для изделий машиностроения.

16ГС Детали и части паровых котлов и сосудов, работающих под давлением. Корпуса аппаратов, днища, фланцы и др. детали, работающие при температурах от-40 до +475 град. под давлением. Стационарные трубопроводы питательной воды котлов СВП, работающих при 280 град. и давлении 38 МПа.

17Г1С Сварные детали, работающие под давлением при температуре от —40 до +475 °С.

16Д (16Д-Ш) прокат, предназначенный для изготовления мостовых конструкций

16Г2АФД Для сварных конструкций

17ГС Корпуса аппаратов, днища, фланцы и другие сварные детали, работающие под давлением при температурах от —40 до +475 °С.

18Г2АФ для сварных конструкций

18Г2АФД для сварных конструкций

18Г2АФДпс Листовой прокат для элементов сварных конструкций

18Г2АФпс Листовой прокат для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале температур до —60 °С.

18Г2С арматура для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций- Серьги, звенья, пальцы, траверсы, детали сцепок вагонеток и др. детали, работающие от -40 до +450 град, арматура класса А-II(А300)

1Х2М1 для производства двухслойных листовых сталей и бесшовных труб для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности

20ГС изготовление арматуры периодического профиля классов Ат600 (Ат-IV), Ат800 (Ат-V), Ат1000 (Ат-VI), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

20ГС2 изготовление арматуры периодического профиля классов Ат800 (Ат-V), Ат1000 (Ат-VI), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

20ХГ2Т для изготовления арматуры периодического профиля класса А-IV (А600) диаметром от 10 до 32 мм.

20Х2Г2СР изготовление арматуры классов А-V(А800) и А-VI (А1000), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

20ХГ2Ц для изготовления арматуры периодического профиля класса А-IV (А600) диаметром от 10 до 32 мм.

20ХГС2 изготовление арматуры периодического профиля класса Ат1000К (Ат-VIК), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

22ГЮ Изготовление электросварных прямошовных труб диаметром от 10 до 530 мм, применяемых для трубопроводов и конструкций различного назначения.

22С для изготовления арматуры периодического профиля класса класса Ат800 (Ат-V), предназначенной для армирования железобетонных конструкций

22Х2Г2АЮ изготовление арматуры классов А-V(А800) и А-VI (А1000), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

22Х2Г2Р изготовление арматуры классов А-V(А800) и А-VI (А1000), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

23Х2Г2Ц изготовление арматуры класса А-V (А800), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

25Г2С для изготовления арматуры периодического профиля класса классов Ат600С (Ат-IVС), Ат800 (Ат-V), предназначенной для армирования железобетонных конструкций

25ГС для сварных конструкций

25С2Р изготовление арматуры периодического профиля классов Ат600К (Ат-IVК), Ат800 (Ат-V), Ат800К (Ат-VК), Ат1000 (Ат-VI),предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

27ГС изготовление арматуры периодического профиля класса Ат600С (Ат-IVС), предназначенной для армирования железобетонных конструкций

23Х2Г2Т изготовление арматуры класса А-V (А800), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

28С изготовление арматуры периодического профиля классов Ат600С (Ат-IVС), Ат800 (Ат-V), предназначенной для армирования железобетонных конструкций

30ХС2 изготовление арматуры периодического профиля класса Ат1200 (Ат-VII), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

32Г2Рпс изготовление арматуры класса А-III (А400), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

6Г2АФ для сварных конструкций

80С изготовление арматуры класса А-IV (А600), предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций

35ГС для изготовления арматуры периодического профиля классов Ат600С (Ат-IVС), Ат800 (Ат-V), Ат800К (Ат-VК), предназначенной для армирования железобетонных конструкций

Конструкция изделия цилиндрического вертикального резервуара для хранения нефтепродуктов. Разработка оборудования для сварки на флюсовой подушке полотнищ боковых стенок резервуаров. Расчет параметров сварки. Технико-экономическое обоснование проекта.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 14.12.2013
Размер файла 3,8 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

При расширяющемся строительстве резервуаров для нефтяной промышленности требуется вое большее количество квалифицированных монтажников и сварщиков. Перевод на заводы основных сборочно-сварочных работ по резервуарам высвободит значительное количество рабочих этих профессий, так как при массовом заводском производстве лучше используется рабочее время, а ряд сварочных работ на заводе может выполняться менее квалифицированными рабочими.

Изготовление полотнищ на заводе представляет особенно благоприятный случай применения автоматической сварки. Все сварные швы на каждом полотнище могут быть сварены автоматами. Таким образом, ручная сварка полностью заменяется автоматической, что представляет собой сравнительно редкий случай. Все швы прямолинейные и имеют сравнительно большую длину. Применение автоматической сварки на таких швах наиболее рентабельно.

Организация производства полотнищ и сворачивания их в рулоны не требует ни сложного оборудования, ни слишком больших площадей в цехе, ни рабочих высокой квалификации. Приспособления для сборки и сварки представляют собой несложные стеллажи, изготовление которых не вызывает никаких трудностей. Сворачивающие устройства просты и имеют немного деталей, требующих механической обработки. Сворачивание осуществляется обычными приводными лебедками через систему тросов и блоков.

Чтобы занимать как можно меньшую площадь цеха, сворачивание полотнищ производится по мере их сборки и автоматической сварки. Благодаря этому площадь, занимаемая для их изготовления и сворачивания, в несколько раз меньше площади самих полотнищ.

Сборка листов в горизонтальном положении на стеллажах осуществляется гораздо проще, чем сборка во время монтажа на высоте в вертикальном положении. Поэтому не требуются рабочие такой высокой квалификации, как для монтажных работ. Подготовка рабочих для автоматической сварки на заводе производится проще и быстрее, чем для автоматической сварки при монтаже. Достаточно на заводе иметь одного квалифицированного наладчика на несколько автоматических сварочных установок. Собственно сварку в этих условиях можно поручить операторам невысокой квалификации.

С целью экономии металла для изготовления резервуаров все чаще используются низколегированные стали с дополнительным микролегированием ванадием или ниобием. Их применение позволяет снизить толщину металлопроката на 5080 %, что значительно облегчает рулонирование боковых стенок. Типичным представителем таких сталей является сталь 14Г2Ф. Однако технология ее сварки разработана недостаточно, требуются дополнительные исследования по выбору, в частности, марки сварочной проволоки.

Целью дипломного проекта является исследование свариваемости и разработка оптимальной технологии сварки стали 14Г2Ф. В круг решаемых вопросов входят разработка специализированного оборудования для сварки на флюсовой подушке полотнищ боковых стенок резервуаров, расчет параметров режима сварки, а также технико-экономическое обоснование проекта и рассмотрение вопросов БЖД.

1. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Анализ объекта проектирования

1.1.1 Конструкция изделия

Цилиндрические вертикальные резервуары широко используются для хранения нефтепродуктов. В зависимости от объема и места расположения резервуары подразделяются на три класса [1]:

Класс I - особо опасные резервуары: объемами 10000 м3 и более, а также резервуары объемами 5000 м3 и более, расположенные непосредственно по берегам рек, крупных водоемов и в черте городской застройки.

Класс II - резервуары повышенной опасности: объемами от 5000 до 10000м3.

Класс III - опасные резервуары: объемами от 100 до 5000 м3.

Степень ответственности (опасности) учитывается при проектировании специальными требованиями к материалам, объемами контроля в рабочей документации КМ, а также при расчете коэффициентом надежности.

Основными элементами резервуара являются боковая стенка, кровля и днище (рисунок 1.1).

а - схема резервуара в сборе; б? развертка боковой стенки

Рисунок 1.1? Вертикальный цилиндрический резервуар 1000 м3

Днище этих конструкций в большинстве плоское , корпус цилиндрический. Такая форма рациональна с точки зрения прочности и расхода металла. Оптимальное с позиции расхода металла соотношение между высотой резервуара h и его диаметром D определяется равенством условия, что масса металла в днище и кровле равна массе боковой стенки. Приэтом для объектов объемом 100600 м3 h/D = 1,25 0,8, а для объектов до 10 000 м3 h/D = 0,70,35. Однако с учетом требований технологии типовые проекты резервуаров предусматривают изменение высоты стенки от 6000 до 12000 мм, тогда как в более крупных резервуарах (50 000 м3 и выше)высота остается практически постоянной и не превышает 18 м.

С учетом вышесказанного определим размеры боковой стенки. резервуара объемом V = 1000 м3. С учетом использования для изготовления боковой стенки стандартных листов размером 18006000 выбирается высота боковой стенки h = 1,85 = 9 м. Далее определяется диаметр боковой стенки

1.1.2 Расчет толщины стенки

Расчетные значения толщины листов стенки должны определяться исходя из проектного уровня налива продукта или воды при гидроиспытаниях. Номинальные толщины листов стенки резервуара назначаются с учетом минусового допуска на прокат и могут включать припуск на коррозию.

Номинальные толщины стенок резервуара определяются в три этапа:

? предварительный выбор толщин поясов;

? корректировка толщин при поверочном расчете на прочность, включая и расчет на сейсмическое воздействие для сейсмоопасных районов;

? корректировка толщин при проведении расчета на устойчивость.

Предварительный выбор номинальных толщин поясов производится с помощью расчета на эксплуатационные нагрузки, на нагрузку гидроиспытаний и по конструктивным требованиям.

Минимальная расчетная толщина стенки e в каждом поясе для условий эксплуатации рассчитывается по формуле [1]

где g - ускорение свободного падения в районе строительства;

- плотность продукта, для нефти = 0,9103 кг/м3;

Н - высота налива продукта;

z - расстояние от дна до нижней кромки пояса,

D - диаметр срединной поверхности пояса стенки резервуара,

с - коэффициент условий работы:

= 0,7 для нижнего пояса,

= 0,8 для всех остальных поясов.

Rу - расчетное сопротивление материала.

Величина расчетного сопротивления металла определяется согласно [2] по формуле Rу = 0,9 s, где s ? предел текучести.

Сделаем подстановку в (1.2) для нижнего пояса и получим для стали Ст.3

Для стали 14Г2АФ величина e = 3,9 мм

Минимальная расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий гидравлических испытаний g рассчитывается по формуле:

где в дополнение к обозначениям (1.2)

в - плотность используемой при гидроиспытаниях воды,

Hg - высота налива воды при гидроиспытаниях,

с = 0,9 - коэффициент условий работы при гидроиспытаниях для всех поясов одинаков.

Номинальная толщина каждого пояса стенки выбирается из сортаментного ряда таким образом, чтобы разность t и минусового допуска на прокат была не меньше максимума из трех величин:

где с - припуск на коррозию,

к - минимальная конструктивно необходимая толщина, определяется по таблице 1.1

Расчет на сейсмическое воздействие выполняется специализированной организацией.

Таблица 1.1 ? Минимальная конструктивно необходимая толщина

Толщина стенки tk, мм.

D 0,45%, то считается, что сталь потенциально склонна к образованию ХТ.

Специализированные механические испытания основаны на доведении шва или ЗТВ до образования ХТ под действием внешних длительно действующих нагрузок. При испытаниях серию образцов нагружают различными по величине нагрузками непосредственно после окончания сварки в течение 20 ч. За количественный показатель принимается минимальное растягивающее напряжение, при котором появляются трещины. Достоинство - малая металлоемкость и количественный характер информации. Однако для механизированных испытаний требуется специализированное оборудование и большое количество испытаний.

Технологические пробы позволяют получить оценку материала на склонность к ХТ в условиях, максимально приближенных к реальным условиям изготовления сварных конструкций (сварочные материалы, параметры режима сварки). . В технологических пробах часто усугубляются факторы, вызывающие появление трещин. Пример - крестовая проба на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4. Схема крестовой пробы

Крестообразный образец сваривается в последовательности 1-2-3-4. Жесткость образца при этом последовательно увеличивается. Чем позже зарождается при данных режимах ХТ, тем более данный сплав или технологический варианта стоек к образованию ХТ. Данная проба носит качественный характер и пригодна только для априорной стадии исследований.

По краям образец сваривается по заданному технологическому варианту с двух сторон с полным проплавлением (разрез Б-Б). В середине образца имитируется непровар (разрез А-А). Сваренный образец выдерживается после сварки в течение 20 ч. Далее он помещается в кислоту.

1.2.3 Результаты испытаний

На листе ДП 150202.09. 12. 884-02 приведены результаты испытаний выбранных сплавов на ударную вязкость при +20 и ?40 С. При положительных температурах ударная вязкость мало отличается и находится в пределах разброса данных. При -40С наилучшую хладостойкость показала проволока Св-08ХГН2МЮ, легированная никелем. Она была выбрана для дальнейших испытаний.

Таким образом, для получения хладостойких сталей необходимо снижать концентрацию углерода. При этом одновременно улучшается свариваемость стали. Присутствие некоторого количества перлита в структуре необходимо для обеспечения достаточного уровня прочности стали.

Легирующие элементы оказывают влияние на свойства феррита, положение критических точек в стали, кинетику г - б-превращения и размер зерна.

Одновременное повышение твердости, прочности и ударной вязкости обеспечивает никель во всем диапазоне концентраций и марганец в количестве до 2,0 %. Хром мало влияет на твердость феррита, но при содержании до 1,5 % увеличивает его вязкость. Увеличение содержания кремния более 0,8 % приводит к резкому снижению ударной вязкости. Кремний и марганец во всем исследованном диапазоне концентраций значительно повышают твердость феррита. Введение в сталь марганца до 2 % и кремния до 0,8 % приводит к заметному упрочнению ферритной матрицы, почти не ухудшая ее пластичности и вязкости.

По результатам анализа объекта проектирования были сделаны следующие выводы:

1) Применение низколегированной стали 14Г2АФ с дополнительным микролегированием ванадием и азотом позволяет снизить металлоемкость резервуара с сохранением требуемого уровня свариваемости.

2) Выбранная в процессе испытаний проволока Св-08ХГН2МЮ обеспечивает равнопрочность сварного соединения и его хладостойкость.

Направлением дальнейшей работы является разработка технологии сварки боковой стенки резервуара и проектирование специализированного оборудования.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Выбор способа сварки

Результаты априорного анализ по выбору способа сварки приведены на листе ДП150202.09.12.0887 - 02. Для сварки протяженных прямолинейных швов в заводских условиях вне конкуренции стоит автоматическая сварка под слоем флюса. Её схема представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1. Схема сварки под слоем флюса

Плавящимся электродом при автоматической дуговой сварке под флюсом служит проволока 1, которая постепенно, по мере оплавления, подаётся в дугу роликами При этом скорость подачи проволоки Vэ равна скорости её плавления. и длина дуги практически остаётся постоянной. Дуга перемешается вдоль свариваемых кромок механизмом перемещения со скоростью сварки Vсв.

Флюс, расплавленной дугой, образует вокруг неё жидкий шлак, который надёжно защищает зону сварки от воздействия кислорода, водорода и азота воздуха, образуя при кристаллизации шлаковую корку 7 Кроме того, флюс выполняет много других различных функций, например, раскисление металла, его легирование и др.

Преимущества способа сварки под слоем флюса:

1. Производительность процесса в 5. 10 раз выше производительности при ручной дуговой сварке, которая достигается за счет:

а) Увеличения плотности тока дуги, благодаря максимальному приближению точки токоподвода к сварочной дуге и наличию защитного флюса. При ручной сварке плотность тока не превышает 10 А/м2; (d = 5 мм; I св. = 200 А). При сварке под флюсом плотность тока 40. 50 А/мм2 (d = 5мм, Iсв. = 800. 1000 А). При сварке тонкой проволокой (d= 1,6. 2 мм) - плотность тока 70. 100 А/мм2 .

б) Сокращения машинного времени вследствие повышения скорости сварки. Это стало возможным только из-за применения больших токов, увеличения концентрации тепловой энергии в зоне нагрева, повышения коэффициента полезного действия сварочной дуги и применения специальных технологических приемов. Например, скорость ручной сварки Vсв. = 6. 8 м/ч, скорость сварки под флюсом 30. 40 м/ч и в особых случаях - 120. 160 м/ч (сварка труб).

в) Уменьшения количества наплавленного присадочного металла вследствие глубокого проплавления основного металла. Это дает возможность варить стыковые швы без разделки кромок и без зазора до 20 мм и с зазором свыше 20 мм, Кроме того, угол разделки кромок составляет 60-45°С, что также способствует уменьшению количества наплавленного присадочного металла.

г) Повышения коэффициента наплавки от 8. 12 г/А*ч при ручной сварке, до 14. 16 г/А*ч при однодуговой сварке под флюсом.

2. Высокое качество металла шва и сварного соединения в целом, которое достигается за счет:

а) Надежной защиты сварочной ванны от воздействия кислорода и азота воздуха.

б) Получения металла шва более однородного по химическому составу благодаря стабильности режима сварки, а значит, постоянного соотношения количества расплавляемого присадочного и основного металла и взаимодействующего с ними флюса-шлака.

в) Увеличения плотности металла (без пористости шлаковых включений) шва, формирования его без наплывов подрезов и чешуйчатости.

3. Социально-экономические преимущества, которые достигаются за счет:

а) Отсутствия необходимости защиты глаз и лица сварщика от светового излучения и брызг расплавленного металла.

б) Улучшения условий труда сварщика, снижения вредности производства.

в) Экономии электродного металла на угар, разбрызгивание и огарки, а также экономии электроэнергии, вследствие повышения КПД процесса.

2.1.1 Сварка под флюсом на медной подкладке

Стыковые швы можно разделить на две основные группы: односторонние и двусторонние, которые, в свою очередь, подразделяются на сварку с разделкой кромок и без разделки кромок. Чтобы воспрепятствовать вытеканию жидкого металла и шлака в зазор между свариваемыми кромками, сварку стыковых швов производят с помощью ниже следующих приспособлений.

1) На флюсовой подушке;

2) На медной и флюсомедной подкладке;

4) На остающейся технологической подкладке;

5) После ручной подварки корня шва;

Стыковые соединения листов стали толщиной до 20 мм в нижнем положении обычно, сваривают односторонними однопроходными швами.

При односторонней сварке на гладкой медной (технологической) подкладке шов хорошо формируется только при плотном поджатии подкладки, совпадении свариваемых кромок и отсутствии зазора в стыке, а также при наличии зазоров между кромкой и подкладкой или использовании плотно прижатой медной подкладки с канавкой (рисунок 2.2).

При сварке соединений с зазором в стыке и на прижатой подкладке в корне шва получаются непровары седловидной формы, что вызывает необходимость дополнительной подварки. Плохое поджатие подкладки приводит к прожогам или получению вогнутых швов.

а ? медная подкладка, прижатая к стыку, не имеющему зазора, б ? медная подкладка, прижатая к стыку, собранному с большим зазором, в ? медная подкладка, не прижатая к стыку, г ? умеренные зазоры между свариваемыми кромками и между стыком и медной подкладкой, д ? подкладка с канавкой, хорошо прижатая к стыку

Рисунок 2.1. Влияние положения медной подкладки и зазора в стыке на форму шва

Для случая сварки боковых стенок резервуаров большой протяженности достижение равномерного плотного прижатия листов к медным подкладкам весьма затруднительно. Сварка на флюсовой подушке предъявляет намного меньшие требования к точности сборки и плотности прижатия листов

2.1.2 Сварка на флюсовой подушке

Для получения полного провара сварку выполняют на флюсовой подушке, схема которой приведена на рисунке 2.3.

а - схема поджатия флюсовой подушки; б - недостаточное поджатие флюса; в - излишнее поджатие флюса; г ? сквозное отверстие во шве при чрезмерно сильном поджатии флюса или чрезмерно большом зазоре при нормальном поджатии флюса

Рисунок 2.3 - Сварка на флюсовой подушке

Для обеспечения работоспособности металлорежущего инструмента необходимо изготовлять его рабочую часть из материала, обладающего комплексом определенных физико-механических свойств (высокими показателями твердости, износостойкости, прочности, теплостойкости и др.). Материалы, отвечающие требованиям этого комплекса и способные осуществлять резание, называются инструментальными материалами. Рассмотрим физи- ко-механические свойства инструментальных материалов.

Чтобы внедриться в поверхностные слои обрабатываемой заготовки, режущие лезвия рабочей части инструментов должны быть выполнены из материалов, имеющих высокую твердость. Твердость инструментальных материалов может быть природной (т. е. свойственной материалу при его образовании) или достигнута специальной обработкой. Например, инструментальные стали в состоянии поставки с металлургических заводов легко поддаются обработке резанием. После механической обработки, термообработки, шлифования и заточки инструментов из стали их прочность и твердость резко повышаются.

Твердость определяется с помощью различных методов. Твердость по Роквеллу обозначается цифрами, характеризующими число твердости, и буквами HR с указанием шкалы твердости А, В или С (например, HRC). Твердость термообработанных инструментальных сталей измеряется по шкале С Роквелла и выражается в условных единицах HRC. Наиболее устойчивый режим работы и наименьшая изнашиваемость лезвий инструментов, изготовленных из инструментальных сталей и прошедших термообработку, достигается при твердости HRC 63 . 64. При меньшей твердости возрастает изнашиваемость лезвий инструмента, а при большей твердости лезвия начинают выкрашиваться из-за чрезмерной хрупкости.

Металлы, имеющие твердость HRC 30. 35, удовлетворительно обрабатываются инструментами из термообработанных инструментальных сталей (HRC 63. 64), т. е. при отношении твердостей, примерно равном двум. Для обработки термообработанных металлов (HRC 45. 55) необходимо использовать инструменты, изготовленные только из твердых сплавов. Их твердость измеряется по шкале А Роквелла и имеет значения HRA 87. 93. Высокая твердость синтетических инструментальных материалов позволяет использовать их для обработки закаленных сталей.

В процессе резания на рабочую часть инструментов действуют силы резания, достигающие 10 кН и более. Под действием этих сил в материале рабочей части возникают большие напряжения. Чтобы эти напряжения не приводили к разрушению инструмента, используемые для его изготовления инструментальные материалы должны иметь достаточно высокую прочность.

Среди всех инструментальных материалов наилучшим сочетанием прочностных характеристик обладают инструментальные стали. Благодаря этому рабочая часть инструментов, выполненных из инструментальных сталей, успешно выдерживает сложный характер нагружения и может работать на сжатие, кручение, изгиб и растяжение.

Увеличение работоспособности режущего инструмента может быть достигнуто не только за счет повышения температуростой кости инструментального материала, но и благодаря улучшению условий отвода теплоты, выделяющейся в процессе резания на лезвии инструмента и вызывающей его нагрев до высоких температур. Чем большее количество теплоты отводится от лезвия в глубь инструмента, тем ниже температура на его контактных поверхностях. Теплопроводность инструментальных материалов зависит от их химического состава и температуры нагрева.

Например, присутствие в стали таких легирующих элементов, как вольфрам и ванадий, снижает теплопроводящие свойства инструментальных сталей, а легирование их титаном, кобальтом и молибденом, наоборот, заметно повышает.

Значение коэффициента трения скольжения материала заготовки по инструментальному материалу зависит от химического состава и физико-механических свойств материалов контактирующих пар, а также от контактных напряжений на трущихся поверхностях и скорости скольжения.

Коэффициент трения связан функциональной зависимостью с силой трения и работой сил трения на пути взаимного скольжения инструмента и заготовки, поэтому значение этого коэффициента оказывает влияние на износостойкость инструментальных материалов.

Взаимодействие инструмента с обрабатываемым материалом протекает в условиях постоянного (подвижного) контакта. При этом оба тела, образующие пару трения, взаимно изнашиваются.

Материал каждого из взаимодействующих тел обладает:

  • свойством истирать материал, с которым он взаимодействует;
  • износостойкостью, т.е. способностью материала сопротивляться истирающему действию другого материала.

Изнашивание лезвий инструмента происходит на протяжении всего периода взаимодействия с обрабатываемым материалом. В результате этого лезвия инструмента теряют некоторую часть своих режущих свойств, изменяется форма рабочих поверхностей инструмента.

Износостойкость не является неизменным свойством инструментальных материалов, она зависит от условий резания.

Современные инструментальные материалы отвечают требованиям, рассмотренным выше. Они подразделяются на следующие группы:

  • инструментальные стали;
  • твердые сплавы (металлокерамика);
  • минералокерамика и керметы;
  • синтетические композиции из нитрида бора;
  • синтетические алмазы.

Инструментальные стали разделяют на углеродистые, легированные и быстрорежущие.

Углеродистые инструментальные стали применяют для изготовления инструмента, работающего при малых скоростях резания.

Марки таких сталей обозначают буквой У (углеродистая), затем цифрами, которые показывают содержание в стали углерода (в десятых долях процента), буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная (содержание серы и фосфора не более 0,03 % каждого элемента).

Основными свойствами углеродистых инструментальных сталей являются высокая твердость (HRC 62. 65) и низкая температуростойкость.

Из стали марок У9 и У10А изготовляют пилы; из стали марок У11; У11А; У12 — ручные метчики и др.

Температуростойкость сталей марок У10А. У13А 220 °С, поэтому инструмент из этих сталей рекомендуется применять при скорости резания 8. 10 м/мин.

Легированная инструментальная сталь в зависимости от основных легирующих элементов может быть хромистой (X), хромо- кремнистой (ХС), вольфрамовой (В), хромовольфрамомарганце- вой (ХВГ) и др.

Марки таких сталей обозначают цифрами и буквами (первыми буквами названия легирующих элементов). Первая цифра слева от букв показывает содержание углерода в десятых долях процента (если содержание углерода менее 1 %), цифры справа от букв показывают среднее содержание легирующего элемента в процентах.

Из стали марки X изготовляют метчики и плашки, из стали 9ХС — сверла, развертки, метчики и плашки. Сталь В1 рекомендуется для изготовления мелких сверл, метчиков и разверток.

Температуростойкость легированных инструментальных сталей 350. 400°С, поэтому допустимые скорости резания для инструмента из этих сталей в 1,2. 1,5 раза выше, чем для инструмента из углеродистых инструментальных сталей.

Быстрорежущие (высоколегированные) стали применяют чаще всего для изготовления сверл, зенкеров и метчиков. Марки быстрорежущих сталей обозначают буквами и цифрами, например Р6МЗ. Буква Р означает, что сталь быстрорежущая, цифры после нее показывают среднее содержание вольфрама в процентах, остальные буквы и цифры обозначают то же, что и в марках легированных сталей. Важнейшими компонентами быстрорежущих сталей являются вольфрам, молибден, хром и ванадий.

Быстрорежущие стали в зависимости от режущих свойств делят на стали нормальной и повышенной производительности. К сталям нормальной производительности относятся вольфрамовые стали марок Р18; Р9; Р9Ф5 и вольфрамомолибденовые стали марок Р6МЗ; Р6М5, сохраняющие твердость не менее HRC 58 до температуры 620 °С. К сталям повышенной производительности относятся стали марок Р18Ф2; Р14Ф4; Р6М5К5; Р9М4К8; Р9К5; Р9К10; Р10К5Ф5; Р18К5Ф2, сохраняющие твердость HRC 64 до температуры 630. 640°С.

Стали нормальной производительности — твердость HRC 65, температуростойкость 620 °С, предел прочности при изгибе 3 . 4 ГПа (300. 400 кгс/мм 2 ) — предназначены для обработки углеродистых и низколегированных сталей с пределом прочности на изгиб до 1 ГПа (100 кгс/мм 2 ), серого чугуна и цветных металлов. Быстрорежущие стали повышенной производительности, легированные кобальтом или ванадием (твердость HRC 70. 78, температуростойкость 630. 650°С, предел прочности при изгибе 2,5. 2,8 ГПа, или 250. 280 кгс/мм 2 ), предназначены для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов, а с пределом прочности при изгибе свыше 1 ГПа (100 кгс/мм 2 ) — для обработки титановых сплавов.

Все инструменты, изготовленные из инструментальных сталей, подвергают термической обработке. Инструменты из быстрорежущей стали могут работать при более высоких скоростях резания, чем инструменты из углеродистой и легированной инструментальных сталей.

Твердые сплавы делят на металлокерамические и минералокерамические. Форма пластин, изготовленных из этих сплавов, зависит от их механических свойств. Инструменты, оснащенные пластинами из твердых сплавов, позволяют работать на более высоких скоростях резания по сравнению с инструментами из быстрорежущей стали.

Металлокерамические твердые сплавы подразделяют на вольфрамовые, вольфрамотитановые и титановольфрамотанталовые. Вольфрамовые сплавы группы ВК состоят из карбидов вольфрама и титана. Марки этих сплавов обозначают буквами и цифрой, например ВК2; ВКЗМ; ВК4; ВК6; ВК6М; ВК8; ВК8В. Буква В означает карбид вольфрама, буква К — кобальт, а цифра показывает содержание кобальта в процентах (остальное — карбид вольфрама). Буква М, приведенная в конце некоторых марок, означает, что сплав мелкозернистый. Инструмент, изготовленный из такого сплава, обладает повышенной износостойкостью, но его сопротивляемость ударам снижена. Инструменты из вольфрамовых твердых сплавов применяют для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов (резины, пластмассы, фибры, стекла и др.).

Вольфрамотитановые сплавы группы ТК состоят из карбидов вольфрама, титана и кобальта. Марки этих сплавов обозначают буквами и цифрами, например Т5К10; Т5К12В; Т14К8; Т15К6; Т30К4; Т15К12В. Буква Т означает карбид титана, цифра за ней — процентное содержание карбида титана, буква К — карбид кобальта, цифра за ней — процентное содержание карбида кобальта (остальное в данном сплаве — карбид вольфрама). Инструменты из этих сплавов применяют для обработки всех видов сталей.

Вольфрамотитанотанталовые сплавы группы ТТК состоят из карбидов титана, вольфрама, тантала и кобальта. Для изготовления металлорежущего инструмента используют сплавы марок ТТ7К12 и ТТ10К8Б, содержащие соответственно 7 и 10% карбидов титана и тантала, 12 и 8% карбидов кобальта (остальное — карбид вольфрама). Инструмент из этих сплавов применяют в особо тяжелых условиях обработки, когда использование других инструментальных материалов неэффективно.

Твердые сплавы обладают высокой температуростойкостью. Вольфрамовые твердые сплавы сохраняют твердость HRC 83. 90, а вольфрамотитановые — HRC 87. 92 при температуре 800. 950 °С, что позволяет инструменту из сплавов работать при высоких скоростях резания (до 500 м/мин при обработке сталей и до 2700 м/мин при обработке алюминия).

Для обработки деталей из коррозионно-стойких, жаропрочных и других труднообрабатываемых сталей и сплавов предназначены инструменты из мелкозернистых сплавов группы ОМ: из сплава ВК6-ОМ — для чистовой обработки, а из сплавов ВК10-ОМ и ВК15-ОМ — для получистовой и черновой обработки. Еще более эффективно для обработки труднообрабатываемых материалов использование инструментов из твердых сплавов марок BK10-XOM и ВК15-ХОМ, в которых карбид тантала заменен карбидом хрома. Легирование сплавов карбидом хрома увеличивает их твердость и прочность при высоких температурах.

Для повышения прочности пластины из твердого сплава плакируют, т.е. покрывают защитными пленками. Широко применяют износостойкие покрытия из карбидов, нитридов и карбонидов титана, нанесенные тонким слоем (толщиной 5. 10 мкм) на поверхность твердосплавных пластин. На поверхности этих пластин образуется мелкозернистый слой карбида титана, обладающий высокой твердостью, износостойкостью и химической устойчивостью при высоких температурах. Износостойкость твердосплавных пластин с покрытием в среднем в три раза выше износостойкости пластин без покрытия, что позволяет увеличить скорость резания на 25. 30 %.

При определенных условиях в качестве инструментального материала применяют минералокерамические материалы, получаемые из окиси алюминия с добавками вольфрама, титана, тантала и кобальта.

Для режущего инструмента используют минералокерамику марки ЦМ-332, которая отличается высокой температуростойкостью (твердость HRC 89. 95 при температуре 1200°С) и износостойкостью, что позволяет вести обработку стали, чугуна и цветных сплавов при высоких скоростях резания (например, чистовое обтачивание чугуна при скорости резания 3700 мм/мин, что в два раза выше скорости резания при обработке инструментом из твердых сплавов). Недостатком минералокерамики марки ЦМ-332 является повышенная хрупкость.

Для изготовления режущих инструментов применяют также режущую керамику (кермет) марок В3; ВОК-60; ВОК-63, представляющую собой оксидно-карбидное соединение (окись алюминия с добавкой 30. 40% карбидов вольфрама и молибдена). Введение в состав минералокерамики карбидов металлов (а иногда и чистых металлов — молибдена, хрома) улучшает ее физико-ме- ханические свойства (в частности, снижает хрупкость) и повышает производительность обработки в результате повышения скорости резания. Получистовая и чистовая обработка инструментом из кермета деталей из серых, ковких чугунов, труднообрабатываемых сталей, некоторых цветных металлов и сплавов производится со скоростью резания 435. 1000 м/мин без подачи СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость) в зону резания. Режущая керамика отличается высокой температуростойко- стью (твердость HRC 90. 95 при температуре 950. 1100 °С).

Для обработки закаленных сталей (HRC 40. 67), высокопрочных чугунов (НВ 200. 600), твердых сплавов типа ВК25 и ВК15 и стеклопластиков применяют инструмент, режущая часть которого изготовлена из сверхтвердых материалов (СТМ) на основе нитрида бора и алмазов. При обработке деталей из закаленных сталей и высокопрочных чугунов применяют инструмент, изготовленный из крупных поликристаллов (диаметром 3. 6 мм и длиной 4. 5 мм) на основе кубического нитрида бора (эльбора Р). Твердость эльбора Р приближается к твердости алмаза, а его температуростойкость в два раза выше температуростойкости алмаза. Эльбор Р химически инертен к материалам на основе железа. Предел прочности поликристаллов при сжатии 4. 5 ГПа (400. 500 кгс/мм 2 ), при изгибе — 0,7 ГПа (70 кгс/мм 2 ), температуростойкость 1350. 1450°С.

Из других СТМ, применяемых для обработки резанием, следует отметить синтетические алмазы балас (марка АСБ) и карбонадо (марка АСПК). Карбонадо химически более активен к углерод-содержащим материалам, поэтому его используют при точении деталей из цветных металлов, высококремнистых сплавов, твердых сплавов ВК10. ВК30, неметаллических материалов. Стойкость резцов из карбонадов в 20. 50 раз выше стойкости резцов из твердых сплавов.

Читайте также: