Bryansk, Russian Federation
Bryansk, Bryansk, Russian Federation
Bryansk, Bryansk, Russian Federation
Bryansk, Bryansk, Russian Federation
GRNTI 55.01 Общие вопросы машиностроения
GRNTI 55.13 Технология машиностроения
The matters of a welded joint efficient structure choice and a technology of automatic welding by a nonconsumable tungsten electrode with pulse arc in argon environment with filler wire feeding and without it to increase quality of the welded joints in hydraulic exploration pipe lines of structural engineering are con-sidered. It is defined that a technological process of welding with flanged pipe feeding ensures quality sta-bility in welded joints, but a welding process with twosided grooving ensuring root joint quality and, accordingly, the whole welded joint is more preferable while using one-sided grooving separate cases of incomplete root penetration, an electrode fault to a side vertical surface of grooving in the course of welding are possible and a more labor-intensive operation of setting a welding torch along a joint axis is also possible. On the basis of the investigation results there were developed welding modes of hydraulic explora-tion elements of an excavator, preproduction models of pipes with fittings were welded. The welded pre-production models were delivered to the plant for an industrial testing fulfillment.
pipe welding technology, pulse arc, tungsten electrode, fittings, hydraulic exploration
Постоянное увеличение интенсивности эксплуатации строительной техники требует от заводов-изготовителей повышения качества ее деталей и узлов. Одним из важных узлов строительной техники является гидроразводка экскаваторов, протяженность труб различного сечения на одном экскаваторе составляет около 77 м. Выход из строя в процессе эксплуатации одного или нескольких участков гидроразводки может надолго вывести из строя работающий экскаватор, поэтому повышение качества сварных соединений, таких как труба с трубой, труба с фланцем, труба с ниппелем, является актуальной проблемой строительной техники.
В настоящее время указанные сварные соединения выполняются с применением механизированной сварки в СО2 проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм, что не всегда обеспечивает 100 %-е качество сварных соединений [1; 2].
Перспективным с точки зрения повышения качества сварных соединений является метод автоматической сварки неплавящимся вольфрамовым электродом импульсной дугой в среде аргона с подачей присадочной проволоки и без нее, в зависимости от толщины стенки свариваемых деталей [3; 4].
К качеству сварных соединений гидроразводки экскаваторов предъявляют повышенные требования: отсутствие окислов и шлаков по внутренней и наружной поверхностям соединений, а в металле швов - пор, трещин и шлаковых включений, равномерное проплавление по всему периметру с утяжкой 0,3 мм и усилением швов не более 0...3 мм.
Качество сварных швов также зависит от точности сборки свариваемых стыков труб. Зазор в стыке должен быть не более 0,5 мм, а превышение кромок - не более 0,3...0,4 мм.
В случае применения механизированной сварки в СО2 во внутренней полости труб на поверхности корня шва образуются участки со шлаковыми и окисными включениями.
При автоматической сварке в среде аргона эти дефекты могут быть исключены благодаря дополнительному поддуву аргона во внутреннюю полость трубопроводов. Оптимальный расход газа составляет 1...2 л/мин.
Разработка технологического процесса автоматической сварки в аргоне труб с арматурой (фланцы, ниппели и др.) гидроразводки экскаватора осуществлялась по двум основным направлениям [5; 6]:
- автоматическая сварка неплавящимся электродом в среде аргона поворотных стыков труб с арматурой;
- автоматическая сварка неплавящимся электродом в среде аргона неповоротных стыков труб с арматурой.
Применение первого варианта наиболее целесообразно для сварки труб с арматурой, имеющих небольшую протяженность (до 400 мм) и незначительный изгиб в нескольких плоскостях.
Трубы, имеющие значительный изгиб в пространстве и большую протяженность (до 2000 мм), целесообразно сваривать в неповоротном положении.
Сварка поворотных стыков проводилась на установке АГСВ-4АР (рис. 1), предназначенной для автоматической сварки неплавящимся электродом в аргоне сталей и сплавов непрерывной и импульсной дугой.
Рис. 1. Установка для сварки поворотных стыков трубопроводов
Основные технические данные установки АГСВ-4АР:
|
Напряжение питающей сети, В |
220 |
|
Максимальнй сварочный ток, А |
315 |
|
Используемые источники питания сварочной дуги: постоянного тока переменного тока |
ВСВУ-315 ИСВУ-315 |
|
Род сварочного тока |
Постоянный, постоянный импульсный и переменный |
|
Диаметр вольфрамового электрода, мм |
1...5 |
|
Диаметр присадочной проволоки, мм |
0,8...2 |
|
Скорость подачи присадочной проволоки, м/ч |
5...35 |
|
Регулирование скорости присадочной проволоки |
Плавное |
|
Установочные перемещения горелки, мм: по оси стыка по вертикали к стыку |
± 50 ± 50 |
|
Габаритные размеры, мм: головки сварочной пульта управления шкафа с электроаппаратурой |
310х360х675 240х100х360 1075х500х1900 |
|
Масса установки, кг |
675 |
Сварка неповоротных стыков проводилась на установке УСТ-14 (рис. 2), предназначенной для автоматической сварки неплавящимся электродом в аргоне сталей и сплавов непрерывной и импульсной дугой.
Рис. 2. Установка для сварки неповоротных стыков трубопроводов
Основные технические данные установки УСТ-14:
|
Диаметр свариваемых труб, мм |
10...220 |
|
Сварочный ток, А |
40...350 |
|
Диаметр вольфрамового электрода, мм |
2...4 |
|
Скорость сварки, м/ч |
4...25 |
|
Скорость подачи присадочной проволоки, м/ч |
5...35 |
|
Диаметр присадочной проволоки, мм |
1,0...1,6 |
|
Величина вертикального перемещения планшайбы, мм |
250±2 |
|
Подача сварочного тока, питания электродвигателя подачи присадочной проволоки |
Коллекторная |
|
Род сварочного тока |
Постоянный, постоянный импульсный, переменный |
|
Используемые источники питания сварочной дуги: постоянного тока переменного тока |
ВСВУ-315 ИСВУ-315 |
|
Питание цепи управления, В |
220 |
|
Габаритные размеры установки, мм: длина ширина высота |
2850 2652 2830 |
|
Масса установки (без источника питания), кг |
790 |
|
Разработка технологии автоматической сварки в контролируемой среде деталей гидроразводки экскаватора выполнялась на образцах, состоящих из трубы диаметром 38 мм (толщина стенки трубы - 4 мм) и фланца, а также трубы диаметром 10 мм (толщина стенки трубы - 2 мм) и ниппеля. Применялись неплавящиеся электроды диаметром 3...4 мм из вольфрама по ВТУ ВЛ-24-5-62, в качестве присадочного материала применялась сварочная проволока Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70 диаметром 1,2 мм. Материал труб - сталь 20, материал фланца и ниппеля - сталь 35.
Подготовка кромок деталей под сварку для выполнения опытных работ представлена на рис. 3.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3. Подготовка кромок разделки под сварку: 1 – фланец (в случае «г» - ниппель);
2 – труба
Перспективным с точки зрения получения качественного сварного соединения является процесс сварки с присадочной проволокой с предварительной разделкой кромок свариваемых деталей (рис. 3б, в). Разделка кромок может быть односторонней (б) и двухсторонней (в). Оптимальный угол разделки кромок - 45...50°.
|
Установлено, что технологический процесс сварки с присадкой трубы с фланцем обеспечивает стабильное качество сварных соединений, однако более предпочтителен процесс сварки с двухсторонней разделкой кромок, обеспечивающий качество корневого шва и, соответственно, всего сварного соединения, в то время как при использовании односторонней разделки кромок возможны отдельные случаи неполного проплавления корневой части шва, замыкание электрода на боковую вертикальную поверхность разделки в процессе сварки, а также более трудоемкая операция настройки сварочной горелки по оси стыка.
Разработка технологии сварки трубы 10х2 мм с ниппелем (рис. 3г) осуществлялась с использованием центратора, позволяющего совмещать и фиксировать свариваемые кромки деталей. Сварка выполнялась импульсной дугой без разделки стыкуемых кромок. Базовый режим сварки трубы 10х2 мм с ниппелем приведен в табл. 2.
Таблица 1
Базовый режим сварки
|
Режим сварки |
Ток сварки, А |
Скорость подачи проволоки, м/ч |
Скорость сварки, м/ч |
||||||||||
|
Номер сектора программы |
|||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||||
|
Непре-рывная дуга |
1 шов |
100 |
98 |
98 |
95 |
95 |
95 |
87 |
85 |
85 |
85 |
– |
7...8 |
|
2, 3 швы |
110 |
110 |
105 |
105 |
100 |
100 |
100 |
98 |
95 |
95 |
20...40 |
7...8 |
|
|
Импуль-сная дуга |
1 шов |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
140 |
140 |
135 |
135 |
130 |
– |
7...8 |
|
2, 3 швы |
170 |
170 |
170 |
170 |
170 |
160 |
160 |
150 |
150 |
150 |
20...40 |
7...8 |
|
Примечание. Положение тумблеров на пульте источника питания дуги при импульсном
процессе сварки:
Фронт нарастания импульса................................................................... 0,04
Дежурный ток.......................................................................................... 5
Нарастание тока....................................................................................... 12
Импульс.................................................................................................... 0,26
Пауза......................................................................................................... 0,24
Заварка кратера........................................................................................ 9
Время отключения источника.................................................................4
Таблица 2
Базовый режим сварки трубы 10х2 мм с ниппелем
|
Режим сварки |
Ток сварки, А |
Скорость сварки, м/ч |
|||||||||
|
Номер сектора программы |
|||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
Импульсная дуга без присадочной проволоки |
115 |
110 |
100 |
100 |
98 |
98 |
98 |
90 |
90 |
85 |
5...6 |
Примечание. Положение тумблеров на пульте источника питания дуги при импульсном
процессе сварки:
Фронт нарастания импульса................................................................... 0,04
Дежурный ток.......................................................................................... 4
Нарастание тока....................................................................................... 9
Импульс.................................................................................................... 0,16
Пауза......................................................................................................... 0,24
Заварка кратера........................................................................................ 4,5
Время отключения источника................................................................ 1,0
|
1. Chernyshov, G.G. Tehnologiya elektricheskoy svarki plavleniem / G.G. Chernyshov. - M.: Akademiya, 2006. - 443 s.
2. Svarka v mashinostroenii. - M.: Mashinostroenie, 1978. - T.1. - 504 s.
3. Belinskiy, S.M. Oborudovanie dlya svarki neplavyaschimsya elektrodom v srede inertnyh gazov / S.M. Belinskiy, B.A. Koganskiy, B.Ya. Temkin. - L.: Energiya, 1975. - 101 s.
4. Smirnov, V.V. Oborudovanie dlya dugovoy svarki / V.V. Smirnov. - L.: Energoizdat, 1986. - 656 s.
5. Rabinovich, I.Ya. Oborudovanie dlya dugovoy elektricheskoy svarki / I.Ya. Rabinovich. - M.: Mashgiz, 1985. - 380 s.
6. Brodskiy, A.Ya. Dugovaya elektrosvarka v inertnoy srede / A.Ya. Brodskiy. - M.: Mashgiz, 1950. - 246 s.
