Вибір способу зварювання диафрагменной лопатки парової турбіни

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Введення
Розвиток технології і обладнання зварювальних процесів йде в даний час досить швидкими темпами. Це викликано все більш зростаючою потребою створення якісних нероз'ємних з'єднань як з однорідних, так і різнорідних матеріалів.
Зварювання - технологічний процес отримання нероз'ємних з'єднань матеріалів за допомогою встановлення міжатомних зв'язків між зварюються частинами при їх місцевому або загальному нагріванні, або пластичному деформуванні, чи спільному дією того й іншого.
Зварювання - економічно вигідний, високопродуктивний і в значній мірі механізований технологічний процес, широко застосовуваний практично у всіх галузях машинобудування.
Фізична сутність процесу зварювання полягає в утворенні міцних зв'язків між атомами або молекулами на з'єднуються поверхнях заготовок. Для утворення з'єднань необхідно виконання наступних умов: звільнення зварювальних поверхонь від забруднень, оксидів та адсорбованих на них чужорідних атомів; енергетична активація поверхневих атомів, що полегшує їх взаємодію один з одним; зближення зварювальних поверхонь на відстані, порівнянні з міжатомних відстаней в зварюються заготовках.
Зазначені умови реалізуються різними способами зварювання шляхом енергетичного впливу на матеріал в зоні зварювання. Енергія вводиться у вигляді теплоти, пружнопластичної деформації, електронного, іонного, електромагнітного та інших видів впливу. У результаті поверхневі атоми металів і кристалічних неметалічних матеріалів утворюють загальні для з'єднуються заготовок кристалічні решітки, а на поверхні пластмас відбувається об'єднання частин молекулярних ланцюгів.
Залежно від форми енергії, використовуваної для утворення зварного з'єднання, всі види зварювання поділяють на три класи: термічний, термомеханічний і механічний.
До термічного класу відносять види зварювання, здійснювані плавленням з використанням теплової енергії (дугова, плазмова, електрошлакове, електроннопроменева, лазерна, газова та ін.)
До термомеханічному класу відносять види зварювання, здійснювані з використанням теплової енергії і тиску (контактна, дифузійна та ін.)
До механічному класу відносять види зварювання, здійснювані з використанням механічної енергії і тиску (ультразвукова, вибухом, тертям, холодна та ін.)

1. Вибір матеріалу для виготовлення виробу
Умови роботи лопаток і вимоги до матеріалу
Для виготовлення диафрагменной лопатки надана високохромистого жароміцний сталь мартенситно-феритного класу 12Х13 (ГОСТ 18968-73). Підбір даної сталі здійснено з умов експлуатації виробу. Лопатки є найбільш навантаженими деталями парових турбін. Лопатки парових турбін поділяються на напрямні (діафрагмові), закріплені в статорі і робітники - на роторі. На діафрагменні лопатки в основному діють лише аеродинамічні сили, які є не стаціонарними, а змінними. Впливає середовище, яке направляється діафрагмовими лопатками, досягає температури 400 0 С. При цьому має місце нерівномірний нагрів лопаток. Через взаємного впливу прикладених сил матеріал лопатки відчуває мінливі за значенням, але завжди високі напруги, що призводить до виникнення вібрації втоми матеріалу.
Поверхні лопаток схильні хімічному впливу середовища. Хімічна агресивність водяної пари на матеріал лопаток особливо сильно проявляється з підвищенням початкової температури, що призводить до поступового руйнування матеріалу, викликаного його ерозією. Поверхні лопаток (як на роторі, так і в діафрагмі) останніх ступенів парових турбін при цьому роз'їдаються з боку вхідної крайки частинками води вологої пари. Тому для лопаток застосовують високоякісні матеріали. Від таких матеріалів вимагають міцності при високій температурі, високій пластичності, опору повзучості, корозійної стійкості, високої втомної міцності, високої декремента.
Класифікація сталей за структурною ознакою
Номенклатура марок сталей, що застосовуються в даний час в різних галузях промисловості для виготовлення зварних конструкцій, виключно широка, а всі можливі поєднання з їх різнорідних з'єднань практично важко перерахувати. Тому для спрощення завдання класифікації і вибору найбільш поширені (переважно стандартизовані) марки сталей, розділені виходячи з структурного стану на три основні класи:
1. - Перлітним (вуглецеві і низьколеговані);
2. - Ферритні і ферритно-мартенситні (високохромистого);
3. - Аустенітні і ферритно-аустенітні (хромонікелеві).
Кожен клас поділений, у свою чергу, на групи, в яку включені стали з відносно близькими властивостями, зварюваністю і службовими характеристиками.
Поділ високолегованих сталей на групи (кислотостійкі, жаростійкі, жароміцні) зроблено відповідно до їх основними службовими властивостями і в деякій мірі умовно, так як кислотостійкі стали одночасно є жаростійкими до певних температур, а жаростійкі є також коррозионостойкие в певних середовищах і т.д.
Для визначення структурного класу сталей часто користуються діаграмою Я.М. Потак і Є.А. Сагальовичу, яка дозволяє напівкількісне визначати фазовий склад сталей. Найбільш істотною відмінністю цієї діаграми є те, що по осях координат відкладаються хромові еквіваленти феррітообразованія (абцісс) і мартенсітообразованія (ордината), причому останній розраховується за ступенем впливу всіх легуючих елементів на температуру початку мартенситного перетворення.
Обгрунтування вибору матеріалу
Теоретично, для виготовлення диафрагменной лопатки, за умови виконання всіх вище перелічених вимог, можливе застосування та інших матеріалів. Наприклад, високохромистого сталі того ж класу, що і сталь 12Х13, але з іншим хімічним складом: 08Х13, 20Х13, 15Х11МФ, 15Х12ВМФ та ін; аустенітні сталі з високим вмістом нікелю і марганцю: ХН35ВТ, 09Х14Н19В2БР1 та ін; титанові сплави. При виборі матеріалу, для виготовлення будь-якої конструкції, що забезпечує її технологічність, необхідно враховувати економічний і технологічний фактори. Враховуючи економічний чинник даного завдання, сталь 12Х13 є однією з найдешевших у своєму класі високохромистих сталей, тому що чим вище ступінь легування, тим вище ціна сталі і ступінь її поширеності в промисловості. У хімічний склад інших класів і сплавів входять нікель і титан відповідно, які є стратегічними матеріалами, що забезпечує їм більш високу ціну. Тому для обгрунтування вибору високохромистого стали 12Х13 з технологічного фактору, розглянемо ще декілька сталей з цього ж класу. Візьмемо стали володіють однаковим набором елементів у своєму складі: 08Х13 та 20Х13. Хімічний склад (ГОСТ 5632-72) високохромистих корозійно-стійких сталей наведені в таблиці 1. Механічні властивості - таблиця 2.
Таблиця 1.
Марка стали
Клас
Зміст елементів
(Решта Fе),%
З
Сr
08Х13
Ферритний
<0,08
12-14
12Х13
Ферритно - мартенситних
0,09-0,15
12-14
20Х13
Мартенситних
0,16-0,25
12-14

Таблиця 2.
Марка стали

Механічні властивості

Число твердості по Бринеллю НВ, МПа
Межа текучості s 0,2, МПа
Межа текучості s в, Мпа
Відносне подовження d 5,%
Відносне звуження j,%
Уд. в'язкість a н при 20 0 С, Н м / см 2
Не менш
08Х13
412
588,6
20
60
98,1
1834-2129
12Х13
539-686,7
637,7
18
45
58,9
1933-2502
20Х13
568,5-716
755,4
15
50
58,9
2226-2639
Виходячи з цих даних, охарактеризуємо кожну сталь окремо, а потім зробимо висновок. Для кожної з цих сталей властиві одні й ті ж дефекти, викликані впливом зварювального процесу, але проявляються вони в різному ступені. Головними серед них є схильність до окрихчування і до утворення холодних тріщин (для 08Х13 - ХТ немає).
У випадках, коли метал шва і біляшовній зони в процесі охолодження зазнає фазові та структурні перетворення, пов'язані зі зміною його питомого об'єму і значним погіршенням пластичних властивостей, тріщини можуть виникати в області низьких температур - нижче 200 ˚ С. Подібні явища мають місце при зварюванні гартують сталей. Такі тріщини називаються холодними. Вони можуть бути поперечними (у шві, частіше в околошовной зоні), а також розташовуватися паралельно кордоні сплаву (відколи). Процес утворення холодних тріщин визначається двома факторами:
1) величиною і характером напруг і деформацій, що виникають внаслідок нерівномірного нагріву, фазових і структурних перетворень у металі;
2) властивостями (головним чином пластичністю) металу в температурному інтервалі утворення холодних тріщин.
Насичення металу зварного з'єднання воднем сприяє утворенню тріщин, так як негативно впливає як на перший, так і на другий фактор.
Поява холодних тріщин пов'язують з фазовими і структурними перетвореннями, продуктами яких є структури з низькими пластичними властивостями (у нашому випадку мартенсит).
У порівнянні з іншими структурними складовими, мартенсит характеризується високою твердістю (НВ 500-600), дуже малою пластичністю і підвищеним питомим об'ємом. У зв'язку з цим структурні перетворення аустеніт - мартенсит пов'язані з найбільш значним збільшенням обсягу.
Забезпечити стійкість металу шва і, особливо, околошовной зони до утворення тріщин - основна проблема зварюваності сталей мартенситного та мартенситно - феритного класів. У цьому випадку для металу шва і біляшовній зони характерна наявність укрупнених зерен низкоуглеродистого високохромистого фериту (мікротвердість 152-164 кг / мм 2) і легованого мартенситу (мікротвердість 429-458 кг ​​/ мм 2).
Легований мартенсит пластичніший, ніж вуглецевий, і називається голчастим мартенситом. Але присутність у структурі металу останнього все ж збільшує загальну твердість і крихкість шва, а також околошовной зони, помітно знижуючи ударну в'язкість. Тому тут можлива поява холодних тріщин.
Щоб зменшити можливість появи холодних тріщин при зварюванні гартують сталей, прагнуть попередити утворення крихкої загартованої зони поблизу шва. Для цього вибирають режими зварювання з великою погонною енергією, при якій швидкість охолодження шва і біляшовній зони зменшується. У тих же цілях застосовують підігрів вироби (до температури 250 ˚ С і вище залежно від вмісту вуглецю та хрому в сталі), уповільнене охолодження виробу після зварювання і буд.
Після зварювання обов'язкове термообробка вироби - високий відпустку 650 ˚ - 700 ˚ С. У результаті відпустки дещо зменшується міцність металу, а його твердість і ударна в'язкість досягає вихідних величин.
Сталь 08Х13 використовується для деталей і інструментів, що піддаються впливу слабоагресивних середовищ: води, атмосфери, розбавлених розчинів кислот і солей тощо, що працюють при температурах до 400 0 С.
Дана сталь має феритної структурою, а отже, не має перетворення g «a і не зміцнюється термічною обробкою. Головний недолік цієї сталі - різке охрупчивание після нагрівання вище 1000-1100 0 С. Це пояснюється наявністю великої кількості вільного d-фериту, зміст якого залежить від кількості С і Сr. Це утрудняє зварювання феритних сталей, так як для часткового зменшення крихкості зварні з'єднання повинні піддаватися отжигу при 750-800 0 С, а перед нею - попередньому підігріву до 150 - 250 0 С. По завершенні відпалу потрібно прискорене охолодження, щоб не допустити охрупчивание. Сталь даної структури після високотемпературного нагрівання схильна МКК.
Сталь 20Х13 використовується для деталей і інструментів, що піддаються впливу слабоагресивних середовищ: води, атмосфери, розбавлених розчинів кислот і солей тощо, що працюють при температурах до 450 0 С. Структура відпалених сталей є легований ферит з частинками карбіду хрому. Відпалених сталі мають задовільну стійкість проти корозії, але їх міцність невисока - 500Мпа. Міцність збільшується після гарту і відпустки. Загартовування проводять з 1050-1100 0 С для розчинення карбіду хрому. Вироби після гарту піддають або низькому (200-400 0 С), або високому (600-700 0 С) відпустки. Максимальний опір корозії сталі мають після низького відпустки, знижений, але тим не менш досить високе - після високого відпустки. Шліфування та полірування поверхні додатково підвищує стійкість виробів. Відпустка при 400-600 0 С різко знижує опір корозії і тому не застосовується.
Мартенситні стали після відпалу задовільно обробляються різанням, гаряча обробка та зварювання цих сталей утруднені через утворення мартенситу. Мартенсит збільшує схильність цієї сталі до утворення холодних тріщин при зварюванні. Це пояснюється високим ступенем тетрагональної кристалічної решітки мартенситу. При зниженні вмісту мартенситу в'язкість збільшується, однак, при цьому утворюється вільний d-ферит, який надає сталям підвищену крихкість. При зварюванні мартенситних сталей холодні тріщини можуть спостерігатися в процесі безперервного охолодження при температурі нижче М н, а також у процесі витримки при нормальній температурі.
Сталь 12Х13, як видно з табличних даних, займає проміжне положення за властивостями між 08Х13 та 20Х13, тому що володіє проміжної ферритно-мартенситной структурою (зміст фериту не менше 10%).
2. Зварюваність стали 12Х13
З-за свого проміжного положення, сталь 12Х13 має кращу зварюваність серед усіх трьох сталей. Це пояснюється помірним вмістом d-фериту. Кількість d-фериту збільшується зі збільшенням в сталі% Сr і зменшенням% С. Формування значної кількості d-фериту в структурі ОШЗ різко зменшує схильність зварного з'єднання до утворення холодних тріщин, але збільшує крихкість. Кількість d-фериту залежить від рівня температури нагріву. У ділянках ОШЗ, що нагріваються до температур близьких до Т солідусу, кількість d-фериту може бути переважною. Така структура характерна для ділянки ЗТВ примикає до лінії сплавлення. Ширина цієї ділянки мало залежить від температури підігріву, але зростає із збільшенням q п - погонною енергії, яка залежить від вибраних режимів і способу зварювання.
Так як у всіх сталях вміст Сr залишається постійним, то обсяг d-фериту залежить від% С. Знижений вміст С в сталі 08Х13 сприяє різкому збільшенню вмісту d-фериту, а отже і високому окрихчування. А високий вміст% З в сталі 20Х13 сприяє збільшенню схильності до холодних тріщин, але з низьким охрупчивание. У стали ж 12Х13 ці два негативні моменти знаходяться на задовільному рівні. До цього можна додати, що менший вміст С, в порівнянні з талью 20Х13, супроводжується збільшенням кількості фериту і освітою більш пластичного мартенситу, а в порівнянні зі сталлю 08Х13, не потрібно попереднє нагрівання. Для зменшення кількості гартівних структур і збільшення виділення карбідів після зварювання рекомендується проводити високий відпустку при Т = 650-700 0 С.
Особливості термічної обробки зварних з'єднань із сталей феррито-мартенситного класу
Термічна обробка зварних з'єднань з високохромистих сталей проводиться з метою:
1) зняття залишкових зварювальних напружень при необхідності збереження точних розмірів виробів;
2) забезпечення стійкості проти межкристаллической корозії при експлуатації в агресивних середовищах;
3) підвищення жароміцності і стійкості проти локальних руйнувань при експлуатації в умовах високих температур.
4) забезпечення зменшення кількості гартівних структур і збільшення виділення карбідів.
Враховуючи високу схильність до гартування нержавіючих феррито-мартенситних сталей, що містять вуглецю 0,1% і більше, після зварюванні необхідний високий відпустку в інтервалі температур від 650 до 700 0 С º С.

3. Вибір способу зварювання і його основні параметри
Параметри вибору способу зварювання
При виборі способу зварювання для виготовлення зварної конструкції на підприємстві необхідно керуватися наступними умовами:
- Економічна доцільність,
- Технологічність,
- Наявність необхідного обладнання,
- Наявність кваліфікованих кадрів,
- Екологічність і безпека.
Під технологічністю способу розуміється можливість створювати зварне з'єднання, що задовольняє вимогам до нього, на сучасному обладнанні, зручному в експлуатації та обслуговуванні і найбільш ефективному в економічному відношенні. Технологічність способу поняття відносне і залежить від виробничих умов.
Виходячи з умов, існуючих на підприємстві, де виготовляється Діафрагмова лопатка, найбільш прийнятним є спосіб електронно-променевого зварювання.
Загальна характеристика електронно-променевого зварювання (еЛС)
Електронно-променева дія на метали, що призводить до їх нагрівання, плавлення і випаровування, як технологічний напрямок в області їх обробки інтенсивно застосовується останнім часом. Сутність процесу електронно-променевого впливу полягає в тому, що кінетична енергія сформованого у вакуумі тим чи іншим способом електронного пучка (імпульсного або безперервного) перетворюється на теплову в зоні обробки. Так як діапазони потужності і концентрації енергії в промені великі, то практично можливе отримання всіх видів термічного впливу на матеріали: нагрівання до заданих температур, плавлення і випаровування з дуже високими швидкостями.
Електронно-променева технологія розвивається в основному в трьох напрямках: плавки та випаровування у вакуумі, зварювання і прецизійної обробки.
Для зварювання металів створено обладнання трьох класів: низько-, середньо-, і високовольтне, що охоплює діапазон прискорюють напруг 20-150 кВ. потужність установок становить 1-120 кВт і більше при максимальній концентрації енергії 10 5 -10 6 Вт / см 2. Електронно-променеві установки потужністю до 30 кВт дозволяють вирішити більшість зварювальних проблем.
Електронно - променева дія в діапазоні щільності енергії 10 5 -10 6 Вт / см 2 характеризується феноменом «кинджального», чи глибокого проплавлення із співвідношенням глибини шва до його ширини 10:1 і більше. При цьому електронний промінь фокусується на площі діаметром менше 0,001 см, що дозволяє отримати більшу питому потужність. При використанні звичайних зварювальних джерел теплоти (дуги, газового полум'я) метал нагрівають і плавлять за рахунок поширення теплоти від поверхні в глибину, при цьому форма зони розплавлювання в перерізі наближається до півколу F 2. при зварюванні електронним променем теплота виділяється безпосередньо в самому металі F 1, причому найбільш інтенсивно на деякій глибині під його поверхнею. (Рис. 1).

1,5 мм


F 2 F 1
15


0,5
Рис. 1. Кинджальні проплавлення при еЛС; F 2 і F 1 - перерізу швів при дуговому електроннопроменевої зварюванні
Незначна ширина зони теплового впливу дає можливість різко зменшити деформацію заготовок. Крім того, за рахунок вакууму забезпечуються дзеркальна поверхня з'єднання і дегазація розплавленого металу. При цьому мінімальна товщина зварюваних заготовок становить 0,02 мм, максимальна - до 100 мм.
Електронний промінь являє собою стислий потік електронів, що переміщається з великою швидкістю від катода до анода в сильному електричному полі. При зіткненні електронного потоку з твердим тілом більше 99% кінетичної енергії електронів переходить в теплову, що витрачається на нагрівання цього тіла. Температура в місці зіткнення може досягати 5000-6000 о С. Електронний промінь утворюється за рахунок емісії електронів з нагрітого у вакуумі 133 * (10 -4 -10 -5) Па катода 1 і за допомогою електростатичних і електромагнітних лінз 4 фокусується на поверхні зварюваних матеріалів (рис. 2).

1
2


3


4


5
6


Рис. 2. Схема установки для еЛС
В установках для електронно-променевого зварювання електрони емітуються на катоді 1 електронної гармати; формуються в пучок електродом 2, розташованим безпосередньо за катодом; прискорюються під дією різниці потенціалів між катодом і анодом 3, складовою 20-150 кВ і вище, потім фокусуються у вигляді променя і направляються спеціальної відхиляє магнітної системи 5 на оброблюваний виріб 6. На формуючий електрод 2 подається негативний або нульовий по відношенню до катода потенціал. Фокусуванням досягається висока питома потужність (до 5 * 10 5 кВт / м 2 і вище). Струм електронного променя невеликий (від кількох міліампер до одиниць ампер). При переміщенні заготовки під нерухомим променем утворюється зварний шов. Іноді при зварюванні переміщують сам промінь уздовж нерухомих крайок за допомогою відхиляють систем. Відхиляють системи використовують також і для коливань електронного променя поперек і вздовж шва, що дозволяє зварювати з присадним металом і регулювати тепловий вплив на метал.
Переваги електронно-променевого зварювання (еЛС)
Електронний промінь успішно застосовується в машинобудуванні для зварювання виробів з високолегованих сталей, зокрема з високохромистих корозійно-стійких сталей (12Х13). Це пояснюється рядом достоїнств еЛС при зварюванні цих сталей:
1. Мінімальна деформація виробу, що зварюється, тому що потік електронів впроваджується в зварюваний виріб на всю глибину проплавлення, що забезпечує одержання мінімальної металоємності зварювальної ванни. Це забезпечується можливістю концентрації великої потужності в електронному промені і управління нею в широких межах в поєднанні з високим вакуумом в робочому об'ємі.
2. Високі фізико-хімічні характеристики зварного з'єднання безпосередньо після зварювання дозволяють виключити наступну механічну обробку.
3. Відносно висока погонна енергія при сильному ступені її концентрації, тобто енергія, що вводиться в ділянку зварного з'єднання за певний проміжок часу. При цьому досягається висока швидкість кристалізації металу зварного шва і мінімальне термічний вплив зварювального нагрівання на основний метал в ОШЗ (локальність зварювального нагрівання).
Стосовно до сталі 12Х13 необхідно відзначити те, що останній пункт має до неї особливе значення. Кількість d-фериту в цій сталі залежить від рівня температури нагріву. У ділянках ОШЗ, що нагріваються до температур близьких до Т солідусу, кількість d-фериту може бути переважною. Така структура характерна для ділянки ЗТВ примикає до лінії сплавлення. Ширина цієї ділянки мало залежить від температури підігріву, але зростає із збільшенням q п - погонною енергії, яка при еЛС велика, але в той же час одночасно зменшується схильність стали до холодних тріщин.
Основні параметри електронного променя в безперервному та імпульсному режимах
Параметрами електронного променя, вимірюваними в процесі обробки, є:
- Струм променя I,
- Прискорює напруга U,
- Струм фокусуючої системи I ф,
- Робоча відстань (відстань від центру фокусує системи до поверхні деталі, що зварюється) l,
- Швидкість переміщення електронного променя V,
- Кут збіжності променя a.
Крім основних параметрів, існують інші кількісні показники еЛС:
1. Потужність електронного променя
(Вт) q = IU.
2. При заданому робочому відстані l, струмі фокусування I ф і потужності зварювання можна визначити діаметр електронного променя d і, отже, питому потужність q 2 (Вт / см 2), яка є одним з визначальних параметрів процесу:
q 2 = IU / pd 2 / 4.
3. Погонна енергія (кал / см)
Q = 0,24 IU / V

не є визначальним параметром, тому що при електронно-променевої обробці в залежності від величини питомої потужності q 2, при однаковій погонною енергії можна отримати різну конфігурацію зони обробки.
При дії в імпульсному режимі середня потужність (Вт)
q і = IU f t,
де I - величина струму в імпульсі, А; f - частота проходження імпульсів, Гц; t - тривалість імпульсу, с.
4. Швидкість обробки в імпульсному режимі (см / с)
V = B (1-k) / (tt п) = B (1-k) f,
де t п - час паузи між імпульсами, с; k - коефіцієнт перекриття точок (зазвичай k = 0,5 - 0,9); По-діаметр зони обробки (точки).
5. Крок точок (см) S = V (T + t п), швидкість обробки
V = S / (t + t п),
6. Параметром, що характеризує співвідношення тривалості імпульсу і часу паузи в імпульсному режимі, є шпаруватість циклу
G = T / (t + t п),
7. Найбільш істотним і водночас найбільш трудноопределяемим параметром електронного променя є його діаметр. При заданих щільності струму емісії з катода, температурі катода і сферичної аберації линзовой системи пучок електронів з максимальним струмом може бути сфокусований у пляму мінімального діаметру.
d = S 0 (I / U) 3 / 8,
де S 0 - постійна електронно-оптичної системи, яка обчислюється емпірично.
8. Розрядження (мм. рт. Ст., Па).
9. Частота автоколивань: f »V св / d.
4. Дослідження впливу основних параметрів зварювання на форму шва і якість зварного з'єднання
Вплив струму електронного променя на глибину проплавлення металу
З метою визначення залежності величини зварювального струму від товщини деталей була проведена серія експериментів. Зварювання виконували за допомогою електронно-променевої установки «Луч-4» на зразках з нержавіючої сталі. Отримані залежності при різних швидкостях зварювання і при загальних інших параметрах (U = 30 кВ, l = 100 мм, Iф = 100мА).
З представлених графіків можна зробити висновок, що при збільшенні струму електронного променя, глибина проплавлення теж збільшується.
Вплив питомої потужності електронного променя на геометрію зони проплавлення
У зв'язку з тим, що енергетичний баланс процесу електронно-променевого зварювання близький до аналогічного балансу під час дугового зварювання, зв'язок параметрів електронного променя з характеристиками зони проплавлення можна дати у вигляді рівняння для секундного обсягу плавлення металу:

0,24 IUh і h т = rVF пр S м, (1)
де F пр - площа проплавлення, см 2; S м = (СТ пл + L пл) - тепломісткість рідкого металу при температурі плавлення, кал / м.
З цього рівняння випливає, що чим вище погонна енергія Q = 0,24 IU / V, тим більше площа проплавлення. Це дійсно справедливо для процесу дугового зварювання, який у більшості випадків здійснюється за q 2 <q 2 *. Для електронно-променевого зварювання експериментально встановлено, що узагальнений параметр - погонна енергія Q не є визначальним при кількісній оцінці процесу. При постійній погонною енергії можна отримати глибину проплавлення і 15 і 2 мм. Цей факт слід вважати природним, так як освіта кинджального проплавлення при електронно-променевому зварюванні визначається не тільки кількістю введеної енергії, але, і її щільністю.
Ефективність процесу проплавлення металу електронним променем визначається величиною теплового ККД h пр = h і h т, де h і - ефективний; h т - термічний ККД. Величина ефективного ККД h і при дії променя з утворенням каналу в речовині практично наближається до одиниці. При оцінці ефективності процесу проплавлення істотну роль грає величина термічного ККД.
Для використання в інженерних розрахунках в рівняннях (1) повинна бути врахована питома потужність електронного променя q 2. З цією метою проведені експерименти по електронно-променевому зварюванні з постійною погонною енергією, але різною мірою фокусування (різної питомою потужністю). Зварювання виконували за допомогою електронно-променевої установки ЕЛУ-9Б з електронною гарматою ЕП-60/10М на зразках з нержавіючої сталі розміром 500 х 80 х 20 мм.
У першій серії дослідів зразками служили дві пластини товщиною 10 мм кожна, зварювання виконували встик з зазором. У другій серії в якості зразків використовували пластини товщиною 20 мм.
У процесі зварювання через кожні 60 мм довжини шва змінювали фокусування електронного променя на 4 мА в діапазоні струмів фокусування від 76 до 100 мА. Таким чином, концентрація потужності при постійній погонною енергії в процесі накладення зварного шва поступово збільшувалася, а після досягнення максимуму зменшувалася. Робоча відстань зберігалося постійним h = 90 мм (див. табл. 3).
Аналіз макрошліфах і обрисів зон проплавлення показав, що при постійному значенні погонною енергії можна в широкому діапазоні змінювати геометрію проплавлення за допомогою лише одного параметра режиму зварювання - ступеня фокусування електронного променя. При цьому обрис зони проплавлення змінювалося від напівкруглого до кинджального, а при більших негативних значеннях ступеня фокусування переходило в «кликообразное». Досвід показав також, що максимуму глибини проплавлення відповідає мінімальна ширина шва. Залежність глибини проплавлення Н від ступеня фокусування електронного променя DI ф наведена на рис. 5. Під ступенем фокусування DI ф розуміють алгебраїчну різницю струмів магнітної лінзи під час зварювання і фокусуванні на малому струмі променя (2-4 мА): DI ф = ± (I ф - I 0) - За нульову точку відліку прийнято струм фокусування I ф = 88 мА .
Характер кривої Н = f (DI ф) (рис. 4) Н, свідчить, що ступінь фоку - мм сіповкі, відповідна максимальному проплавлення на даному режимі, залежить від струму променя: зі зменшенням струму променя до величини, що забезпечує максимальне проплавлення, DI ф прагне до нуля.
Таблиця 3. Характеристика експериментальних обрисів зон проплавлення
Параметр

Умовний індекс шва

1
2
3
4
5
6
7
Струм фокусування I ф, мА.
76
80
84
88
92
96
100
Ступінь фокусування DI ф, мА.
-12
-8
-4
0
+4
+8
+12
Коефіцієнт форми шва,
К ф = Н / В.
2,11
4
2,45
1,46
1,0
0,72
0,56
Експер-ва ширина зони проплавлення, мм
24
22
21
20,6
32
47
59
Досвід
Струм фокусування, мА
72
76
80
84
88
92
96
100
№ 1








Вплив зміни робочої відстані гармата-деталь на геометрію зони проплавлення
Заглиблення в матеріал фокусу електронного променя може істотно збільшити глибину отвору. Аналогічний ефект спостерігається і при електронно-променевому зварюванні з кинджальним проплавленням.
З метою визначення впливу заглиблення фокальної плями на геометрію зони проплавлення при експериментах на електронно-променевої установки ЕЛУ-9Б з електронною гарматою ЕП-60/10М на зразках з нержавіючої сталі розміром 500 х 80 х 20 мм зварювання здійснювали зі змінною робочої дистанцією Н.
Після зварювання чотирьох швів, отриманих при однаковій погонною енергії на різних робочих дистанціях гармати і при постійній ступеня фокусування у всіх випадках DI ф = 0, виявилося, що площі проплавлення є еквівалентними. Такий факт має велике практичне значення, так як дозволяє зберігати незмінну форму проплавлення на різних робочих дистанціях електронної гармати, що знаходяться в розрахункових (паспортних) межах для даної електронно-оптичної системи.
Вплив ускоряющего напруги на геометричні характеристики проплавлення
Експериментальні дані (рис. 5.) Показують, що прискорює напруга істотно впливає на глибину проплавлення: зі збільшенням ускоряющего напруги при інших рівних умовах глибина проплавлення збільшується.
Пов'язано це зі зменшенням розсіювання електронів пучка на атомах пари при підвищенні ускоряющего напруги. Дійсно, наприклад, при U = 30 кВ коефіцієнт поглинання a = 2,4 * 10 6 / U 2 = 2,67 * 10 3 см 2 / г, а при U = 100 кВ a = 2,4 * 10 2 см 2 / г, тобто зменшується більш ніж на порядок. Таким чином, підвищення ускоряющего напруги забезпечує велику кінетичну енергію електронів і збільшує пробіг електронів в парах металу.
Н, мм
2
3
24
16
1
8
0 30 60 90 110 I, мА
Рис. 5. Залежність глибини проплавлення від струму променя в нержавіючої сталі при V = 0,3 см / с: 1 - U = 30кВ, 2 - U = 60кВ, 3 - U = 100кВ

Експерименти проводилися на ЕЛУ при тиску в робочій камері 5 * 10 -5 - 1 * 10 - 4 мм рт. ст.
Аналогічним чином підтвердилася залежність глибини проплавлення від потужності зварювання, в якій відбувається одночасне збільшення обох параметрів.
При постійній загальної та питомої потужності і радіусі електронного променя r е була отримана експериментальна залежність глибини проплавлення від швидкості зварювання і прискорює напруги (див. рис. 6).
Н, мм


60
3


40
2
30
1


10
0 0,3 0,6 0,9 V св, см / с
Рис. 6. Залежність глибини проплавлення від швидкості зварювання і прискорює напруги: 1 - U = 30 кВ, 2 - U = 63 кВ, 3 - U = 100 кВ.
Всі перераховані вище експериментальні залежності зберігають свою суть при їх теоретичному дослідженні. На підставі цих закономірностей можна написати залежність глибини проплавлення і прискорює напруги:

Н @ . (Див. рис. 7).
h / h (30 кВ), відн. од.
2,0
1,6
1,4
1,0
20 40 60 80 U УСК, кВ
Рис. 7. Теоретична залежність глибини проплавлення від ускоряющего напруги при постійних загальної потужності і питомої потужності.
Дослідження другорядних параметрів еЛС
Вплив параметрів електронного променя на його діаметр
Експериментально доведено, що зі збільшенням відстані до об'єкта обробки діаметр електронного променя зростає лінійно. Це можна простежити за осцилограмі, представленої на рис. 8.



180
0,4


140
0,2


100
0
-0,1 0,1
I ф = f (l)
4
3
2
1
Рис. 8. Зміна діаметру променя d, струму фокусування I ф електронно - променевої установки типу Луч-4 в залежності від відстані l від об'єкта обробки для випадку U = 30 кВ = const; 1-I = 35; 2-60; 3-80; 4-100 mA.
Користуючись рівнянням прямої, можна написати вираз для діаметра променя: d = d 0 + kl. Коефіцієнти d 0 і k в цьому рівнянні можна визначити, побудувавши відповідні залежності d 0 = f (I), k = F (I).
Залежність діаметра променя від струму див. на мал. 9.
мА
120
100
80
60
40
20
Рис. 9. Залежність діаметра променя від струму при постійному ускоряющем напрузі U = 30 кВ (для роботи в режимі зварювання)

Експериментальна перевірка за глибиною проплавлення деяких металів при впливі електронного променя, що формується електронно-оптичною системою типу Луч-4 на різних відстанях l при одних і тих же параметрах променя, показує, що глибина проплавлення аналогічно діаметру зменшується зі збільшенням відстані до об'єкта зварювання.
Встановлено, що розподіл щільності струму по радіусу променя є гауссовими:
j = j m exp (-r 2 / r e),
де r - поточне значення радіуса променя; r e - радіус променя на рівні j m / e (нормальний радіус); j m - максимальне значення щільності струму.
Глибина пробігу електронів у твердому тілі
Максимальну глибину пробігу електронів d у твердому тілі при еЛС найчастіше визначають за формулою Шонланда
d = 2,35 * 10 -12 U 2 / r.
Де U - прискорює напруга, В; r - щільність, г / см 3; d - глибина проникнення, див.
Експериментально і теоретично встановлено, що максимум енерговиділення по глибині пробігу знаходиться під поверхнею. На рис. 10 представлена ​​експериментальна залежність зміни глибини проникнення електронів в залізо від ускоряющего напруги.

d, м
10 -4
8
6
4
3
2
10 -5
8
6
4
3
10 -6
8
6
4
3
10 -7
0 20 40 60 80 100 120 U, кВ
Рис. 10. Зміна глибини проникнення електронів в залізо в залежності від ускоряющего напруги U

Таким чином, зі збільшенням ускоряющего напруги (а отже, і глибини проникнення електронів) максимум температури переміщається в глиб металу. Тому теоретично можлива ситуація, коли поверхня матеріалу не встигає нагрітися, хоча на глибині (в максимумі енерговиділення) досягається температура кипіння.

На характер розподілу температурного поля в зоні електронно-променевого нагрівання істотно впливає відношення діаметра променя до глибини пробігу електронів. Встановлено, що, наприклад, обробка матеріалу (плавлення і викид) ефективна тільки за умови d> 2d, тобто використання дуже тонких пучків електронів утруднено.
Розрядження
Одним з параметрів еЛС є ступінь розрядження (мм. рт. Ст., Па). Більшою мірою цей параметр залежить від характеристик, запроваджених ЕЛУ.
ЕЛС здійснюють найчастіше вертикальним або горизонтальним променем у вакуумних камерах, розміри яких залежать від габаритів виробів, що зварюються. Обсяг камер сучасних установок становить від 0,1 (і менш) до сотень кубічних метрів. Камера з розташованої на ній (або в ній) електронною гарматою, формує електронний промінь, може відкачуватися як до високого (»10 -3 Па), так і до низького (» 1 - 10 Па) вакууму, але з окремою відкачуванням обсягу електронної гармати до 10 -3 Па.
Навіть в низькому вакуумі »1 Па вміст кисню в 17 разів, а азоту в 10 разів менше, ніж в особливо чистому аргоні, тому при еЛС захист розплавленого металу дуже ефективна. У вакуумі електронний промінь зберігає свою питому потужність, тому що в ньому не відбувається розсіяння електронів внаслідок відсутності атомів і молекул атмосфери.
Частота автоколивань
Для еЛС характерно, що при постійному в часі потоці енергії виникають коливання фізичних параметрів, що характеризують систему промінь - речовина, а саме: потоку пари, інтенсивності світлового випромінювання, емісії електронів і т.п. із зони впливу променя. Існує критичне значення потоку енергії для збудження коливань: якщо q 2> q * 2, то коливання виникають, якщо q 2 <q * 2, не виникають. Тут q 2 * = S кіп rd / h н t *, де S кип = r (СТ кіп + L кіп) - тепломісткість киплячого металу, Дж / ​​см 3; rd - масова товщина шару, м / см 2, h н - ефективний ККД електронно-променевого нагрівання поверхні, t * - характерний час, залежне від теплофізичних властивостей металу.
При нагріванні речовини постійним у часі потоком енергії, який більше деякого критичного значення, відзначають істотні особливості в характері зміни температури поверхні: вона не прагне до постійних значень, але вагається щодо деякого середнього значення. Ця закономірність обумовлена ​​виникненням автоколивань температури і щільності пари в процесі нагріву.
Реєстрація характеристик автоколивань дає нові можливості для побудови систем контролю та регулювання процесу еЛС.
У процесі еЛС промінь насувається на зону металу перед передньою стінкою каналу і проплавляються її на глибину Н за час t, тобто періодично з частотою f »V св / d заглиблюється в метал (періодичне« стругання »передньої стінки).
Таким чином, при формуванні зварного шва спостерігаються два основних типи періодичних процесів: періодичне випаровування в міру поглиблення електронного променя в метал (з частотами порядку одиниць і десятків кілогерц) і коливання рідкого металу в зварювальній ванні за рахунок періодичного "стругання» передньої стінки (з частотами порядку одиниць і сотень герц). У літературі також відзначені плазмові коливання (з частотами близько 10 6 Гц). Залежність амплітуди коливань від частоти для всіх трьох типів коливань при еЛС показана на малюнку 11.

А
рідина
пар
плазма


10 1 10 3 10 5 10 7 f, Гц
Рис. 11. Залежність амплітуди від частоти автоколивань для різних процесів у каналі при еЛС.
Специфічні дефекти зварних швів при еЛС
Критичне зміна деяких параметрів при еЛС з нескрізним проплавленням може привести до появи дефектів у зварному з'єднанні. Такими дефектами в основному є: не заповнені металом порожнини розміром до 5 - 10 мм і довжиною до 20 - 30 мм та періодичне несплавление кореня шва.
Це пояснюється тим, що тиск пари в каналі прямо пропорційно питомій потужності променя, а при одній питомої потужності можна отримати різну глибину проплавлення, тому що чим менша швидкість, тим більше глибина проплавлення. При правильному підборі питомої потужності, потужності і швидкості зварювання тиск пари в каналі відповідає умові
Р> (Р G + Р s) = rgH + s / r,

де Р - тиск пари в каналі; Р G - тиск, обумовлений вагою рідкого металу; Р s - тиск, обумовлений поверхневим натягом рідкого металу.
У деяких випадках, на виході з каналу ця умова може не дотримуватися, тобто можливо захлопування каналу рідким металом і утворення порожнини (рис. 12).


а б в
Рис. 12. Схема поведінки каналу при еЛС.
а - канал вільний від рідини; б - віддзеркалення хвилі рідкого металу від хвостовій частині ванни, по-захлопування каналу
Ще одним часто зустрічається специфічним дефектом при еЛС є відхилення каналу проплавлення від лінії стику внаслідок відхилення променя магнітним полем при зварюванні сталей із залишковою намагніченістю. Для ліквідації цього дефекту вдаються до попереднього розмагнічування зварюється.
5. Вибір параметрів режиму зварювання для виготовлення виробу
Основні параметри ЕЛУ «Луч-4»
Для правильного підбору параметрів режиму зварювання необхідно грунтуватися на наступних умовах:
- - Необхідні геометричні характеристики шва,
- - Необхідну якість (міцності та хімічна) шва,
- - Технологічні можливості ЕЛУ.
Останній пункт є важливим критерієм для підбору параметрів зварювання, тому що вони повинні входити в межа можливостей даної установки.
Розглянемо основні параметри еЛС типу «Луч-4» в (табл. 5).
Табл. 5. Основні параметри еЛС типу «Луч-4».
№ п \ п
Найменування параметра
Норма
1.
Максимальні розміри виробу, що зварюється, мм.
Діаметр
Довжина
900
840
2.
Вакуум, мм рт. ст.
5 * 10 -5
3.
Прискорююча напруга електронного променя, кВ.
30
4.
Струм електронного променя, мА.
450
5.
Хід електронно променевої гармати, мм. Уздовж камери
Поперек камери
575
840
6.
Тиск охолоджувальної води, / см 2.
2-3
7.
Споживана електрична потужність, кВт.
8
8.
Режим роботи.
Напівавтоматичний
9.
Спостереження за зварюванням.
Через ілюмінатор
10.
Обслуговуючий персонал, чол.
2
Виходячи з цих норм можна підбирати параметри, що забезпечують виконання перших двох пунктів умов (див. вище).
Підбір основних параметрів еЛС для ЕЛУ «Луч-4»
Необхідні параметри для проведення процесу зварювання:
1. Прискорююча напруга U.
2. Швидкість переміщення електронного променя V.
3. Струм променя I.
4. Робоча відстань (відстань від центру фокусує системи до поверхні деталі, що зварюється) l.
5. Струм фокусуючої системи I ф.
Вибір ускоряющего напруги
Експериментальні дані (рис. 6,7.) Показують, що прискорює напруга істотно впливає на глибину проплавлення: зі збільшенням ускоряющего напруги при інших рівних умовах глибина проплавлення збільшується. Це збільшення відбувається пропорційно за квадратичним законом.
Для вибору ускоряющего напруги для зварювання диафрагменной лопатки необхідно знати необхідну глибину проплавлення, яка даному сполученні становить 12 - 13 мм. При цьому необхідно враховувати, що зварювання буде проводитися на установці «Луч-4», що володіє певними рамками з вибору даного параметра режиму.
Грунтуючись на цих даних і використовуючи графічну залежність глибини проплавлення від ускоряющего напруги при постійних загальної потужності і питомої потужності вибираємо Uуск = 30 кВ.
Вибір швидкості переміщення електронного променя
Для визначення швидкості переміщення електронного променя скористаємося експериментальної залежністю глибини проплавлення від швидкості зварювання і прискорює напруги (див. рис. 6).
З попереднього пункту відомо, що прискорює напруга дорівнює 30 кВ. Отже, можна визначити швидкість зварювання (рис. 13).

Н, мм
30


10
0 0,3 0,6 0,9 V св, см / с
Рис. 13. Залежність глибини проплавлення від швидкості зварювання і прискорює напруги U = 30 кВ.
Таким чином, приймаємо Vсв = 0,3 см / с або рівним 20 см / хв.
Вибір струму променя
У дослідницькій частині роботи приведено залежність величини зварювального струму від товщини деталей зі сталі 12Х13 при трьох різних швидкостях зварювання: 1 - V = 10 см / хв, 2 - V = 20 см / хв, 3 - V = 30 см / хв (рис . 3). У нашому випадку, для зварювання диафрагменной лопатки, використовується V = 20 см / хв (рис. 14). Інші параметри зварки при цьому залишаються постійними (струм фокусування - Iф, що прискорює напруга - Uуск, і робоча довжина).
За результатами вибору приймаємо Iсв = 100 А. Можливості установки «Луч - 4» дозволяють отримати такий струм, що не суперечить
Третій умові з підбору параметрів.
Збільшити ймовірність правильного вибору зварювального струму можна шляхом використання ще однієї залежності (див. рис. 5). Як і попередня, вона показує залежність величини зварювального струму від товщини деталей з нержавіючої сталі, але при постійному значенні напруги і швидкості зварювання (рис. 15).
Всі ці залежності справедливі при тиску в робочій камері 5 * 10 - 5 мм рт. ст. Слід пам'ятати, що ступінь розрядження впливає на розсіювання променя, а значить і на геометричні характеристики шва.
Таким чином, підтвердилася залежність глибини проплавлення від потужності зварювання, в якій відбувається одночасне збільшення обох параметрів.
Вибір робочої відстані
Робоча відстань - відстань від центру фокусує системи до поверхні деталі, що зварюється або просто - відстань гармата - деталь.
Заглиблення в матеріал фокусу електронного променя може істотно збільшити глибину отвору. Аналогічний ефект спостерігається і при електронно-променевому зварюванні з кинджальним проплавленням, а при зварюванні диафрагменной лопатки воно таким і є.
При однаковій погонною енергії на різних робочих дистанціях гармати і при постійній ступеня фокусування DI ф = 0 площі проплавлення є еквівалентними. Таким чином зберігається незмінність форми проплавлення на різних робочих дистанціях електронної гармати, що знаходяться в розрахункових (паспортних) межах для даної електронно-оптичної системи.
Приймаються робоча відстань від гармати до виробу, що дорівнює 100 мм.
Вибір струму фокусуючої системи I ф
Для знаходження чисельного значення струму фокусуючої системи I ф, розглянемо графічну залежність на рис. 16.

I ф, мА
180


140


100


60
I ф = f (l)


0 25 50 75 100 125 150 l, мм
Рис. 16. Зміна струму фокусування I ф електроннопроменевої установки типу Луч-4 в залежності від відстані l від об'єкта обробки для випадку U = 30 кВ = const;
Знаючи робоче відстані, можна знайти струм фокусування. Т.ч. I ф = 100 мА.
Підсумки вибору параметрів
У результаті підбору основних параметрів отримані наступні чисельні значення:
Uуск = 30 кВ,
Iсв = 100 мА,
I ф = 100 мА,
L = 100 мм,
Vсв = 20 см / хв,
Частота коливань - 300 Гц.
Перед впровадженням їх у виробництво (перед занесенням в маршрутну карту) слід провести зварювання зразків - свідків з відповідними випробуваннями. Після цього можлива їх коригування, метою якої є поліпшення якості зварного з'єднання.

6. Характеристика джерела живлення установки аргонодугового зварювання
Випрямляч універсальний для зварювання неплавким електродом моделі ВСВУ-400 призначений для живлення установок автоматичної, напівавтоматичної і ручної електродугової зварки звичайної і стислій, безперервної та імпульсної (пульсуючого) дугою, жароміцних, нержавіючих сталей і титанових сплавів в аргоні.
Основні параметри.
1. Номінальний зварювальний струм при ПВ = 60% і тривалості циклу 60 хв, Iном = 400 А.
2. Діапазон регулювання Iсв при безперервній зварюванні, струм імпульсний - при імпульсної зварюванні, Iсв = 5 +10% - 400 +10%.
3. Діапазон регулювання Iдежурного, Iдеж = 5 +10% - 100 +10%.
4. Напруга холостого ходу, Uх.х. = не більше 100 В.
5. Номінальна робоча напруга, Uном = 30 В.
6. Споживана потужність, Р - не більше 21 кВА.
7. Номінальна напруга трифазної мережі живлення частотою 50 Гц, Uном = 380 +10%.
8. ВАХ джерела живлення - падаюча.
7. Технологічний процес. Виріб - лопатка Діафрагмова
0000 Заготівельна.
Доставити на зварювальний ділянку поковки.
0005 Підготовча.
Місця зварювання і біляшовній зону на відстані 20 мм протерти бязью, змоченою в спирті (ацетоні) і віджатою.
0010 Контрольна.
Візуальний технічний контроль якості знежирення.
0015 Складально-зварювальний.
Встановити в складальне пристосування лопатку (поз. 1) і притиснути вставку (поз. 2) до лопатки ексцентриковим затискачем. Зазор між вставкою і лопаткою не більше 0,2 мм. Вставка зміщена щодо лопатки на відстань 10 мм по вузькій стороні (див. креслення).
Використовувати джерело живлення - випрямляч ВСВУ-400, редуктор АР-40, пальник РДА-400, ротаметр РС-3. Прихопити деталі поз. 1 і поз. 2 в місцях стику ручної аргоно - дугового зварювання: довжина прихваток - L = 10 мм, кількість прихваток - 6 шт. Прихватки виконувати від центру до країв. Iсв = 70 А, Uсв = 8-12 В, Св - 08Г2С Æ2 мм, пряма полярність, витрата газу Q = 6-8 л / хв.
0020 Маркування.
Маркування ударом (по ТТ креслення).
Використовувати набір клейм, молоток слюсарний.
0025 Контрольна.
Технічний контроль складання під еЛС. Використовувати набір щупів № 2, вимірювальну лінійку. Перевірити зазор між деталлю поз. 1 і поз. 2; в профільній порожнини зазор більше 0,1 мм не допускається, зазор у стику не більше 0,2 мм.
Перевірити неплощинність вставки, допустима неплощинність 0,2 мм.
Увага!
Зібрана партія лопаток не повинна пролежувати до зварювання більше 3-х днів. У процесі зварювання лопатки повинні бути укриті поліетиленовою плівкою або папером.
0030 Підготовча.
Зробити виміри силового магнітного поля лопатки, зібраної під еЛС. Прилад FSM - 1.
Провести розмагнічування лопатки перед еЛС. Допустима намагніченість становить 1-2 А / см. Використовувати стенд для розмагнічування 0861 - 5467.
Помістити 7 лопаток в пристосування, попередньо видаливши притискну планку.
0035 Зварювальна.
Електронно-променева зварювання на ЕЛУ «Луч - 4». Заварити лопатку електронно-променевої зварюванням з параметрами:
Iсв = 100 мА,
Iф = 100 мА,
Vсв = 20 см / хв,
Uуск = 30 кВ,
Частота коливань 300 Гц,
Lраб = 100 мм.
Зварювання починати з широкої частини торця. Одночасне завантаження в камеру - 7 лопаток (див. пристосування). На кінцях вставок допускається непровар 5 мм, утворений різким зменшенням зварювального струму. Виконання розгладжуючого проходу не допускається.
0040 Термічна.
Відпустка. Зняття зварювальних напруг.
Т, 0 С 700
t, з
Використовувати електричну піч KS-1300.
0045 Слюсарна.
Зачистити посилення зварного шва після еЛС. Використовувати шліфувальну машинку ІП 2009-п1, металеву щітку. Виступаніє зварного шва над поверхнею планки не допускається.
0050 Правка.
Використовувати Гідропрес.
1. Вирізати прокладки 40х30 мм, d = 1,5 мм, Ст10 (для 4-х лопаток) 3 штуки.
Встановити лопатки на вставку п. 2. Виміряти неплощинність.
2. Установити з підганянням за місцем під лопатку прокладки. Провести рихтування лопатки для отримання неплощинності вставки до 0,7 мм згідно з кресленням. Рихтувати кожну лопатку 3 рази.
3. Після рихтування 4-х лопаток повторно вирізати прокладки і провести рихтування.
0055 Контрольна.
Технічний контроль геометричних розмірів виробу. Набір щупів № 2.
Встановити лопатку на розмічальні плиту. Покласти на неї міряльний лінійку. Перевірити неплощинність. Допустима неплощинність не більше 0,7 мм.
0060 Підготовча.
Підготувати поверхню підрізу для зварювання. Використовувати пневмо - хутро. щітку і машину шліф ІП 2009-п1. Зачистити дефектну поверхню до чистого металу: Lшва = 0,3 м, глибина 1 мм або окремі пори в кількості 6 штук довжиною 2,5 мм.
Знежирити поверхню, обробивши її бязью, змоченою в спирті (ацетоні) і віджатою.
0065 Зварювальна.
Подваріть залишилися підрізи після еЛС. Використовувати джерело живлення - випрямляч ВСВУ-400, редуктор АР-40, пальник РДА-400, ротаметр РС-3. Здійснювати ручним, зварюванням неплавким електродом в середовищі аргону. Iсв = 100 А, Uсв = 10-14 В, Св - 04Х19Н11М3 Æ2 мм, пряма полярність, витрата газу Q = 6-8 л / хв. При зварюванні не допускати перегріву металу.
0070 Слюсарна.
Зачистити посилення зварного шва після ручного зварювання неплавким електродом в середовищі аргону. Використовувати шліфувальну машинку ІП 2009-п1, металеву щітку. Виступаніє зварного шва над поверхнею лопатки не допускається.
0075 Контрольна.
1. Зовнішній огляд - 100%.
2. Ультразвукова дефектоскопія - 100%.
Для ультразвукового контролю використовувати дефектоскопи УД-2 або ДУК-13ІМ.

Висновок
Для виготовлення диафрагменной лопатки парової турбіни обрана високохромистого жароміцний сталь мартенситно-феритного класу сталь 12Х13. Даний матеріал забезпечує високу технологічність вироби, в порівнянні з іншими матеріалами. Вибір проводився з урахуванням економічних і технологічних (хімічна і механічна характеристики) факторів оцінки. Враховуючи економічний чинник даного завдання, сталь 12Х13 є однією з найдешевших у своєму класі високохромистих сталей, тому що чим вище ступінь легування, тим вище ціна сталі і ступінь її поширеності в промисловості.
Для зварювання диафрагменной лопатки зі сталі 12Х13 був обраний спосіб з використанням електронного променя. Це пояснюється рядом достоїнств еЛС при зварюванні цих сталей:
1. Мінімальна деформація виробу, що зварюється, тому що потік електронів впроваджується в зварюваний виріб на всю глибину проплавлення, що забезпечує одержання мінімальної металоємності зварювальної ванни.
2. Високі фізико-хімічні характеристики зварного з'єднання безпосередньо після зварювання дозволяють виключити наступну механічну обробку.
3. Відносно висока погонна енергія при сильному ступені її концентрації, тобто енергія, що вводиться в ділянку зварного з'єднання за певний проміжок часу. При цьому досягається висока швидкість кристалізації металу зварного шва і мінімальне термічний вплив зварювального нагрівання на основний метал в ОШЗ (локальність зварювального нагрівання).
Всі ці позитивні сторони еЛС з поєднанням правильно підібраних параметрів режиму зварювання допомагають досягти найкращої якості зварного з'єднання.
Вибір параметрів режиму еЛС проводився на основі детального теоретичного та експериментального аналізу кожного з них. Виявлення закономірностей впливу деяких з параметрів на геометричні характеристики зварного з'єднання допомогло максимально виключити можливість появи в ньому дефектів.

Література
1. Волченко В.Н. Довідник. Зварювання та зварювані матеріали, т. 2. - М.: МГТУ ім. Н.Е. Баумана, 1998.
2. Арзамас В.І., Мухін Г.Г. та ін Матеріалознавство. - М.: МГТУ ім. Н.Е. Баумана, 2001.
3. Рикалін М.М., Углов А.А., Зуєв І.В. Довідник. Електроннопроменева обробка матеріалів. - М.: Машинобудування, 1981.
4. Акулов А.І., Бельчук Г.А. Технологія та устаткування зварювання плавленням. - М.: Машинобудування, 1977.
5. Башенко В.В. Електронно-променеві установки. - М.: Машинобудування, 1972.
6. Шиллер З., Гайзіг У., Панцер З. Електроннопроменева технологія. - М.: Енергія, 1980.
7. Лівшиць Л.С. Металознавство. - М.: Машинобудування, 1979.
8. Степанов В.В. Довідник зварника. - М.: Машинобудування, 1982.
9. Журавльов В.М., Миколаєва О.І. Довідник. Машинобудівні сталі. - М.: Машинобудування, 1992.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
183.9кб. | скачати


Схожі роботи:
Вибір раціонального способу доставки вантажів
Вибір раціонального способу доступу до інформаційних ресурсів
Вибір способу охолодження на ранній стадії проектування
Унітарне підприємство вибір способу розпорядження майном як фа
Унітарне підприємство вибір способу розпорядження майном як фактор розвитку
Вибір способу збирання породи й розрахунок продуктивності збирального встаткування
Сучасні погляди хірургів на вибір оптимального способу хірургічного втручання при перфоративной
Технологічні основи процесу зварювання металів і сплавів е класифікація прогресивні способи зварювання
Винахід парової машини Ползуновим
© Усі права захищені
написати до нас