Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет"
Кафедра МТНМ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
по дисциплине "Технология металлов и покрытий"
Студент группы 4ММ-1
А.С. Антипова
Руководитель проекта
Н.Е. Емец
2008
Задание
1. На токарном станке 1К62 производится обточка (черновая) стального вала из хромомолибденовой стали в один проход по следующим данным: d = 90мм, Д = 100 мм (заготовка), l = 250 мм. Обработка производится проходным резцом из сплава Т15К6 с главным углом в плане φ = 45 °С.
Теоретическое значение подачи Sт = 0,96 мм/об и скорости резания Vт = 59 м/мин.
Определить:
1) Фактическую скорость резания; 2) Машинное время; 3) Мощность Nр, затрачиваемую на резание при Рz = 500 кг; 4) Мощность электродвигателя для заданного режима (при к.п.д. станка η = 0,8); 5) Коэффициент загрузки станка.
2. Изобразите и опишите сущность процесса автоматической сварки под слоем флюса. Укажите назначение флюса.
Разработайте процесс сварки труб из стали марки Ст3 диаметром 720 мм.
Укажите тип соединения и форму разделки кромок заготовок под сварку по стандарту. Дайте эскиз сечения шва с указанием размеров.
Выберите марку и диаметр электродной проволоки, марку флюса.
Рассчитайте силу сварочного тока, напряжение в электрической дуге, скорость и время сварки, расход электродной проволоки и флюса с учетом потерь, расход электроэнергии.
По размерам шва подсчитайте массу наплавленного метелла.
Укажите возможные дефекты при сварке и методы контроля качества сварного соединения.
3. Фосфатирование.
Содержение
Введение
1. Резание
1.1 Общая характеристика токарно-винторезного станка модели 1К62
1.2 Техническая характеристика станка
1.3 Режим резания
2. Сварка
2.1 Сущность процесса автоматической дуговой сварки под слоем флюса
2.2 Назначение флюсов
2.3 Режим сварки
2.4 Дефекты в сварных соединениях
2.5 Неразрушающие методы контроля качества сварных соединений
2.6 Контроль сварных соединений трубопроводов и исправление дефектов
3. Фосфатирование
3.1 Общие положения
3.2 Подготовка поверхности изделий перед фосфатированием
3.3 Фосфатирование трубопроводов
Список использованных источников
Введение
В данной работе рассмотрены три части.
Первая часть курсовой работы называется Резание. В ней приведено описание общей характеристики станка модели 1К62, его принцип работы, основные узлы, и приведен расчет режима резания для стального вала.
Вторая часть курсовой работы посвящена технологическому процессу сварки. Рассмотрен процесс автоматической сварки под слоем флюса для труб из стали марки Ст3. И также приведен расчет режима сварки с указанием формы разделки кромок заготовок под сварку по стандарту. Указаны дефекты при сварки и способы их устранения.
В третьей части рассмотрена сущность процесса нанесения покрытий, а именно фосфатирования. Приведена технология нанесения фосфатных покрытий, подготовка поверхности перед фосфатированием.
1. Резание
1.1 Общая характеристика токарно-винторезного станка модели 1К62.
Назначение станка.
Станок является универсальным. Он предназначен для выполнения разнообразных токарных работ: для нарезания метрической, дюймовой, модульной, питчевой, правой и левой, с нормальным и увеличенным шагом, одно- и многозаходной резьб, для нарезания торцовой резьбы и для копировальных работ (с помощью прилагаемого к станку гидрокопировального устройства). Станок применяется в условиях индивидуального и мелкосерийного производства.
1.2 Техническая характеристика станка
Наибольший диаметр изделия, установленного над станиной, мм 400
Наибольший диаметр точения над нижней частью суппорта, м 200
Наибольший диаметр обрабатываемого прутка, мм 45
Расстояние между центрами, в мм 710, 1000
Наибольшая длина обтачивания, мм 640, 930
Число скоростей вращения шпинделя 23
Пределы чисел оборотов шпинделя в минуту 12,5-2000
Пределы величин продольных подач суппорта, в мм/об 0,07-4,16
Пределы величин поперечных подач суппорта, мм/об 0,035- 2,08
Шаги нарезаемых резьб: метрической, мм 1-192
дюймовой, (число ниток на 1) 24-2
модульной, мм 0,5π-48π
питчевой, питчи 96-1
Скорость быстрого продольного перемещения суппорта, м/мин 3,4
Мощность главного электродвигателя, кВт 10
Основные узлы станка представлены на рисунке 1.1: А - гитара сменных колёс; Б-передняя бабка с коробкой скоростей; В-суппорт; Г - задняя бабка; Д-шкаф с электрооборудованием; Е-привод быстрых перемещений суппорта; Ж - фартук; З - станина; И - коробка подач.
Рисунок 1.1-Общий вид токарно-винторезного станка модели 1К62
Органы управления: 1,4 - рукоятки управления коробкой скоростей;
2 - рукоятка переключения звена увеличения шага; 3 - грибок управления реверсом для нарезания правых и левых резьб; 5 - маховичок ручного продольного перемещения суппорта; 6 - ползунок с пуговкой для включения и выключения реечной шестерни фартука; 7 - рукоятка ручного поперечного перемещения верхней части суппорта; 10 - кнопка включения быстрых перемещений суппорта; 11 - рукоятка включения, выключения и реверсирования продольной и поперечной подач суппорта; 12, 14 - рукоятки включения, выключения и реверсирования вращения шпинделя; 13 - рукоятка включения маточной гайки фартука; 15, 16 - рукоятки управления коробкой подач.
Движения в станке
. Движение резания — вращение шпинделя с заготовкой. Движения подач — перемещения суппорта в продольном и поперечном направлениях. Задней бабке может сообщаться движение подачи вдоль оси изделия совместно с суппортом при сцеплении с ним. Все движения подач являются прямолинейными поступательными движениями. Вспомогательные движения — быстрые перемещения суппорта в продольном и поперечном направлениях от отдельного привода, ручные установочные перемещения суппорта в продольном и поперечном направлениях, а верхней части суппорта — под любым углом к оси вращения изделия; перемещения и зажим пиноли задней бабки. Перемещение и закрепление задней бабки и поворот четырехпозиционного резцедержателя осуществляются вручную.
Принцип работы.
Заготовка устанавливается в центрах или закрепляется в патроне. В резцедержателе суппорта могут быть закреплены четыре резца. Поворотом резцедержателя каждый из четырех резцов может быть установлен в рабочее положение.
Инструменты для обработки отверстий вставляются в пиноль задней бабки. Прилагаемый к станку гидрокопировальный суппорт благодаря наличию следящей системы позволяет обрабатывать партии ступенчатых и фасонных деталей по шаблону или эталонной детали, без промеров и ручного управления станком в процессе обработки.
Движение резания
. Вращение от электродвигателя мощностью 10 кВт передаётся клиноремённой передачей 142-254 валу I коробки скоростей. Усиленные многодисковые фрикционы, управляемые муфтой
М1
, служат для включения прямого и обратного ходов шпинделя.
При прямом ходе вал II получает две различные скорости вращения через двойной подвижный блок шестерен Б1
. При обратном ходе валу II сообщается вращение с одной скоростью шестернями 50-24 и 36-38. Наличие тройного блока шестерен Б2
позволяет получить на валу III шесть различных чисел оборотов в минуту. Последние могут быть переданы шпинделю либо непосредственно через шестерни 65-43, когда двойной блок шестерён Б5
включён влево, либо через перебор, когда блок Б5
включён вправо. В этом случае вращение шпинделю VI от вала III передаётся двумя двойными подвижными блоками Б3
и Б4
, позволяющими получить три различных передаточных отношения: 1,1/4 и 1/16 (четвёртое передаточное отношение совпадает со вторым), и постоянной зубчатой передачей 27-54. Через перебор шпиндель получает 18 различных скоростей вращения, а всего он имеет 2 скорости - от 12,5 до 2000 об/мин. (рисунок 1.2).
1.3 Режим резания
· Уравнение кинематического баланса
nшп
=nдв
*iрем
*iкс
*η , (1.1)
где nшп
- число оборотов шпинделя;
nдв
- число оборотов двигателя;
iрем
- клиноременная передача;
iкс
- передача коробки скоростей;
η- коэффициент проскальзывания ремня.
nшп
=
· Фактическая скорость резания
Vфакт
=Vт
*Кмυ
*Коυ
*Кφυ
*Кuυ
, (1.2)
где Vфакт
- фактическая скорость резания, м/мин;
Vт
- теоретическая скорость резания, м/мин;
Кмυ
- поправочный коэффициент на обрабатываемый материал;
Коυ
- поправочный коэффициент на охлаждение;
Кuυ
- поправочный коэффициент на материал режущего инструмента.
Vт
=59;
Кмυ
=1,25; Коυ
=1,2; Кφυ
=1,0; Кuυ
=1,0;
Vфакт
=59*1,25*1,2*1,0*1,0=88,5
· Число оборотов шпинделя
, (1.3)
где n
– число оборотов шпинделя, об/мин;
V
факт
– фактическая скорость резания, м/мин;
D
– диаметр вала, мм.
(1.4)
Корректируем по паспортным данным станка n = 250 об/мин
· Глубина резания
t = (D-d)/2, (1.5)
где t
–
глубина резания, мм;
D
–
диаметр шейки вала до обработка, мм;
d
–
диаметр шейки вала после обработки, мм.
· Машинное время
, (1.6)
где Тм
– машинное время, мин;
L
–
длина прохода, мм;
n
ф
–
фактическое число оборотов шпинделя, об/мин;
S
ф
– фактическая подача резца, мм/об.
L
=
l
+
y
+
Δ
, (1.7)
у=
t
*
ctgφ
. (1.8)
где L
–
длина прохода, мм;
у –
величина врезания резца, мм;
Δ –
перебег резца, мм;
φ
– угол в плане, º
;
t
–
глубина резания, мм.
y
=5*
ctg
45º=5,
L
=250+5+2=257,
· Мощность резания
N
рез
=
(1.9)
где N
рез
–
мощность необходимая для резания, кВт;
V
ф
–
фактическая скорость резания, м/мин;
Pz
–
усилие резания, кг.
N
шп
=
Nc
т
*η,
(1.10)
где N
шп
–
мощность шпинделя, кВт;
Nc
т
–
мощность станка, кВт;
η –
КПД станка.
N
шп
=
10*0,8=8
Т.к. Nшп
> Nрез ,
то операция резания выполнима.
· Коэффициент загрузки станка по мощности
(1.11)
где κ –
коэффициент загрузки станка по мощности, %;
N
рез
–
мощность необходимая для резания, кВт;
Nc
т
–
мощность станка, кВт.
2. Сварка
2.1 Сущность процесса автоматической дуговой сварки под слоем флюса
Для автоматической дуговой сварки под флюсом используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Подача и перемещение электродной проволоки механизированы. Автоматизированы процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва. В процессе автоматической сварки под флюсом (рисунок 2.1) дуга 10 горит между проволокой 3 и основным металлом 8.
Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла 9 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса 5 толщиной 30...50 мм. Часть флюса расплавляется, в результате чего вокруг дуги образуется газовая полость, а на поверхности расплавленного металла - ванна жидкого шлака 4. Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Под действием мощной дуги и весьма быстрого движения электрода вдоль заготовки происходит оттеснение расплавленного металла в сторону, противоположную направлению сварки. По мере поступательного движения электрода металлическая и шлаковая ванны затвердевают с образованием сварного шва 7, покрытого твердой шлаковой коркой 6. Проволоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва с помощью механизмов подачи 2 и перемещения. Ток к электроду поступает через токопровод 1.
Основные преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной дуговой сваркой состоят в повышении производительности процесса сварки в 5...20 раз, качества сварных соединений и уменьшении себестоимости 1 м сварного шва. Повышение производительности достигается за счет использования больших сварочных токов (до 2000 А) и непрерывности процесса сварки. Применение непокрытой проволоки позволяет приблизить токопровод на расстояние 30...50 мм от дуги и тем самым устранить опасный разогрев электрода при большом токе. Плотная флюсовая защита сварочной ванны предотвращает разбрызгивание и угар расплавленного металла. При этом более полно используется тепловая мощность дуги (КПД дуги возрастает до 0,9...0,95) и увеличивается коэффициент наплавки до 18...20 г/(А ч).
Рисунок 2.1- Схема процесса автоматической дуговой сварки под флюсом
Увеличение тока позволяет сваривать металл большой толщины (до 20 мм) за один проход без разделки кромок, что приводит к существенной экономии наплавленного металла по сравнению со сваркой в разделку.
Повышенное качество сварных швов обусловлено получением более высоких механических свойств наплавленного металла благодаря надежной защите сварочной ванны флюсом, интенсивному раскислению и легированию вследствие увеличения объема жидкого шлака, сравнительно медленного охлаждения шва под флюсом и твердой шлаковой коркой, улучшением формы и поверхности сварного шва и постоянством его размеров по всей длине вследствие регулирования режима сварки, механизированных подачи и перемещения электродной проволоки.
2.2 Назначение флюсов
Для изоляции сварочной ванны от атмосферы воздуха, обеспечения устойчивого горения дуги, формирования поверхности шва и получения заданных состава и свойств наплавленного металла используют флюсы. По назначению их разделяют на флюсы для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, легированных и высоколегированных сталей.
Флюсы для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей предназначены для раскисления шва и легирования его марганцем и кремнием. Для этого применяют плавленые высококремнистые марганцевые флюсы. Их шлаки имеют высокое содержание Si02
и МnО. Флюсы изготовляют путем сплавления марганцевой руды, кремнезема, плавикового шпата в электропечах.
Флюсы для сварки легированных и высоколегированных сталей должны обеспечивать минимальное окисление легирующих элементов в шве. Для этого применяют плавленые и керамические низкокремнистые, бескремнистые и фторидные флюсы. Их шлаки имеют высокое содержание CaO, CaF2
и А12
03
. Плавленые флюсы изготовляют из плавикового шпата алюмосиликатов, алюминатов путем сплавления в электропечах. Их шлаки имеют основной характер. Керамические флюсы приготовляют из порошкообразных компонентов путем замеса их на жидком стекле, гранулирования и последующего прокаливания. Основу керамических флюсов составляют мрамор, плавиковый шпат и хлориды щелочноземельных металлов. В них также входят ферросплавы сильных раскислителей (кремния, титана, алюминия) и легирующих элементов и чистые металлы. Шлаки керамических флюсов имеют основной или пассивный характер и обеспечивают получение в металле шва заданное содержание легирующих элементов.
2.3 Режим сварки
· Тип соединения
Условное обозначение сварного соединения – С18;
Конструктивные элементы:
· Подготовленных кромок свариваемых деталей
· Шва сварного соединения
· Марка и диаметр электродной проволоки, марка флюса
Марку электродной проволоки и флюс назначают в зависимости от химического состава свариваемого металла. Для сварки стали марки Ст3 применяются флюс марки АН-348А и низкоуглеродистую электродную проволоку марки Св-08А.
Диаметр электродной проволоки (dэл
) для толщин 8…10 мм составляет 5мм.
· Сварочный ток
Iсв
=(80-100)*h, (2.1)
где Iсв
– сварочный ток, А;
h – глубина проплавления, мм.
Iсв
=
· Оптимальное напряжение дуги
Uд
=8*(dэл
– 1,6), (2.2)
где Uд
- напряжение на дуге, В;
dэл
- диаметр электродной проволоки ,
мм.
Uд
=
· Масса наплавленного металла
Gнм
=Fнм
*L*γ, (2.3)
где G
нм
-
масса наплавленного металла, г;
F
нм
-
площадь наплавленного шва, см2
;
L
–
длина сварных швов на изделие, см;
γ – плотность металла, г/см3
.
F
нм
=0,74 ,
L
=500 см,
G
нм
= 0,74*500*7,85=2904,5.
· Коэффициент наплавки
ан
=15 г/(А*ч);
· Время сварки
t
св
=, (2.4)
где t
св
–
время сварки, ч;
G
нм
-
масса наплавленного металла, г;
ан
–
коэффициент наплавки, г/(А*Ч);
I
св
– сварочный ток, А.
t
св
=
· Скорость сварки
V= (2.5)
где V – скорость сварки, см/ч;
ан
–
коэффициент наплавки, г/(А*ч);
I
св
– сварочный ток,
F
нм
-
площадь наплавленного шва, см2
;
γ – плотность металла, г/см3
.
V=
· Время сварки
tсв
=, (2.6)
где t
св
–
время сварки, ч;
G
нм
-
масса наплавленного металла, г;
ан
–
коэффициент наплавки, г/(А*ч);
I
св
– сварочный ток, А.
tсв
=
Расход энергии
=
I
св
*
Ud
*
t
св
, (2.7)
где – количество затраченной энергии, кВт*ч;
I
св
– сварочный ток, А;
t
св
–
время сварки, ч;
U
д
– напряжение на дуге, В.
=720*26,4*0,268=5,094
· Расход электродной проволоки и флюса с учетом потерь составляет от 2 до 5%
= G
нм
*0,05, (2.8)
где - расход электродной проволоки, г;
G
нм
-
масса наплавленного металла, г.
= 2904,5*0,05=145,225
2.4 Дефекты в сварных соединениях
Дефекты в сварных соединениях могут быть различных видов: трещины, непровары, шлаковые включения, газовые поры и др. (таблица 2.1). Размеры и количество допустимых дефектов нормируется НТД различных отраслей промышленности в зависимости от назначения и размеров сварных конструкций.
Таблица 2.1 - Термины и определение дефектов сварных соединений по ГОСТ 2601-84
| Термин
|
Определение
|
| 1 |
2 |
| Трещина сварного соединения |
Дефект сварного соединения в виде разрыва в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах |
| Продольная трещина сварного соединения |
Ориентированная вдоль сварного шва |
| Поперечная трещина сварного соединения |
Ориентированная поперек сварного шва |
| Разветвленная трещина сварного соединения |
Имеющая ответвления в раз личных направлениях |
| Микротрещина сварного соединения |
Обнаруженная при пятидесятикратном и более увеличении |
| Усадочная раковина сварного шва |
Дефект в виде полости и впадины, образованный при усадке металла шва в условиях отсутствия питания жидким металлом |
| Термин
|
Определение
|
| 1 |
2 |
| Свищ в сварном шве |
Дефект в виде воронкообразного углубления в сварном шве |
| Пора в сварном шве |
Дефект сварного шва в виде полости округлой формы, заполненной газом |
| Цепочка пор в сварном шве |
Группа пор в сварном шве, расположенных в линию |
| Непровар |
Дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков сварного шва |
| Прожог сварного шва |
Дефект в виде сквозного отверстия в сварном шве, образовавшийся в результате вытекания части металла сварочной ванны |
| Шлаковое включение сварного шва |
Дефект в виде вкрапления шлака в сварном шве |
| Брызги металла |
Дефект в виде затвердевших капель на поверхности сварного соединения |
| Поверхностное окисление сварного соединения |
Дефект в виде окалины или пленки окислов на поверхности сварного соединения |
| Подрез зоны сплавления |
Дефект в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом |
| Вогнутость корня шва |
Дефект в виде углубления поверхности обратной стороны сварного одностороннего шва |
| Наплыв на сварном соединении |
Дефект в виде натекания металла шва на поверхность основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним |
| Смещение сваренных кромок |
Неправильное положение сваренных кромок друг относительно друга |
2.5 Неразрушающие методы контроля качества сварных соединений
К неразрушающим методам контроля помимо внешнего осмотра и измерениям относятся радиографический, ультразвуковой, магнитопорошковый и магнитографический, цветной и др.
Радиографический метод контроля
с использованием рентгеновского или гамма-излучения основан на просвечивании (проникновении сквозь изделие) коротковолновых электромагнитных колебаний и фиксации изображения на рентгеновской пленке (рисунок 2.2 и 2.3). При просвечивании рентгеновскими лучами метод контроля называют рентгеновским; если источником является гамма-излучение, метод контроля называют гамма - просвечиваением.
Рисунок 2.2 - Схемы радиографического контроля сварных соединений: а -
методом рентгеновского излучения: 1 - рентгеновская трубка; 2
- кассета; 3
- рентгеновская пленка; 4 -
экраны; б
- методом гамма – просвечивании: 1 - свинцовый кожух; 2 - ампула с радиоактивным изотопом; 3 –
сварное соединение; 4 -
кассета; 5 -
экран; 6 -
рентгеновская пленка;
Рисунок 2.3 - Схемы просвечивания стыков трубопроводов: а -
панорамное просвечивание; б
- просвечивание через две стенки; в -
просвечивание через две стенки за одну установку источника излучения
В промышленности для просвечивания изделий, включая сварные соединения, применяют серийные рентгеновские аппараты типа РУП, МИРА, РИНА, гамма-дефектоскопы типа «Гаммарид» и др. с источниками излучения серии ГИД, укомплектованных радиоактивными изотопами Иридий-192, Цезий-137, Тулий-170. Для просвечивания в цеховых условиях используются установки ГУП-Со-0, 5-1, ГУП-Со-5-1 и ГУП-Со-50 с радиоактивным изотопом Кобальт.
Рентгеновские пленки применяются различных марок в зависимости от их чувствительности и контрастности фиксируемых дефектов в сварных соединениях, при этом используются эталоны чувствительности для установления размеров (высоты, глубины) несплошностей .
Ультразвуковой метод контроля
основан на отражении от несплошности (дефекта) энергии ультразвуковых механических колебаний частотой 0,2... 10 МГц и фиксации их в виде импульса на экране дефектоскопа (рисунок 2.4). Контроль этим методом проводится с помощью ультразвуковых дефектоскопов. Поверхность сварных соединений перед контролем очищается механическим способом от брызг металла, шлака и окалины, после чего покрывается контактирующей средой (минеральным маслом и др.) для обеспечения необходимого контакта преобразователя с поверхностью изделия.
Рисунок 2.4 - Схема ультразвукового метода контроля сварного соединения: 1 - контролируемый сварной шов; 2 -
условная траектория прохождения ультразвуковых колебаний (направленная к сварному шву и отраженная); 3 -
преобразователь энергии частоты (электроэнергии в механическую энергию той же частоты и обратно); 4
- осциллограмма на экране дефектоскопа с импульсом, свидетельствующим о наличии дефекта в сварном шве; 5 -
выявленный дефект в сварном шве
Магнитографический метод контроля
основан на свойстве металла при намагничивании создавать поле рассеяния в местах осуществления дефектов, которые фиксируются на магнитной пленке, плотно прижатой к поверхности шва (рисунок 2.5, а).
После этого выявленные дефекты с магнитной пленки воспроизводятся с помощью специального устройства - дефектоскопа.
Рисунок 2.5 - Схемы магнитных методов контроля сварных соединений: а
- Магнитографического контроля; 1 - магнитный поток; 2
- дефект в сварном шве; 3 -
магнитная лента; 4 -
основной металл; 5 -
опорные ролики; 6 - магнитопровод (сердечник); 7 - обмотка электромагнита; б – индукционного контроля; 1 - искатель; 2
- усилитель; 3 -
электромагнит; 4 -
магнитный поток
Разновидностью является метод контроля, при котором поле рассеяния от несплошности (дефекта) с помощью искателя сразу извещается в виде звукового или светового сигнала (рисунок 2.5, б).
Магнитографический контроль находит применение в железнодорожном транспорте, при сооружении магистральных газопроводов и в других отраслях промышленности.
Магнитопорошковый метод контроля
основан на способности ферромагнитных частиц, находящихся в магнитном поле, ориентироваться в направлении поля и скапливаться в местах наибольшей плотности магнитного потока в зоне расположения дефекта. Контроль проводится с помощью магнитных дефектоскопов, комплектующихся силовым трансформатором и выпрямителем. Контролируемые участки изделия намагничиваются путем пропускания через них переменного тока силой 1200... 1400 А промышленной частоты при напряжении 3...6 В и покрываются тонким слоем суспензии.
Для выявления поверхностных и подповерхностных несплошностей типа трещин или других дефектов в сварных соединениях применяются стационарные и переносные дефектоскопы.
2.6 Контроль сварных соединений трубопроводов и исправление дефектов
В процессе изготовления трубопровода пооперационно контролируют качество изготовления элементов трубопровода, их сборки и сварки. Проверяют качество применяемых материалов, соблюдение технологического процесса подготовки труб к сварке и их сварки. По окончании всех технологических" операций проводят окончательный контроль, основанный на методах испытания трубопровода без разрушения. Для оценки качества сварных соединений трубопровода применяют следующие виды контроля: прокатывание шарика через трубу, визуальный контроль, рентгеновское просвечивание, гидравлическое испытание и испытание на плотность.
Испытанию на прокатывание шарика через трубу подвергают 100% трубопроводов. Этим способом контроля устанавливают величину эллиптичности трубы и выявляют натеки внутри трубы, превышающие установленные нормы. Диаметр прокатываемого стального шарика выбирают в зависимости от внутреннего диаметра трубы. При диаметре труб до 18 мм применяют шарик, диаметр которого на 1 мм меньше внутреннего диаметра трубы, при диаметре труб 18—30 мм — меньше на 2 мм и при диаметре труб 30—40 мм — меньше на 2,5 мм.
Трубы, через которые не прокатывается шарик заданного диаметра, бракуют; такие трубы не подлежат исправлению. Удаление или уменьшение проплавов зачисткой или опиловкой не допускается.
Визуальному контролю невооруженным глазом или с помощью лупы с 10-кратным увеличением подвергают 100% трубопроводов. Перед осмотром сварной шов и прилегающая к нему поверхность трубы на длине не менее 20 мм должны быть очищены от загрязнений, затрудняющих осмотр. При контроле определяют соответствие размеров и формы швов, установленных эталонами, выявляют трещины, наплывы, подрезы, свищи и другие дефекты швов. Допускается наличие не более двух поверхностных раковин диаметром до 0,3 мм,
если они расположены не на границе сварного шва и на расстоянии одна от другой не менее 5 мм.
Раковины больших размеров могут быть заварены, если трубопровод не относится к трубопроводам ответственного назначения, диаметр раковины не превышает 1 мм и количество раковин не более двух на всей длине шва.
При контроле размеров и формы швов, выполняемых ручной и автоматической сваркой, а также при выявлении дефектов на поверхности швов пользуются эталонами. Необходимость создания эталонов вызывается тем обстоятельством, что получение сварных швов заранее заданных размеров и формы зависит не только от квалификации сварщика, но и от условий сварки, связанных с диаметром и формой трубопроводов. Размеры и форма швов устанавливаются после тщательной отработки технологии сварки. Если возникает необходимость большего увеличения, чем 10-кратное, то осмотр производится с помощью бинокулярного микроскопа. Сварной шов по всей длине окружности трубы должен иметь одинаковое сечение с плавным переходом к поверхности трубы. Отклонения по ширине шва не должны превышать 0,5 мм;
в отдельных случаях допускаются отклонения до 0,8 мм. Не допускаются резкие перехваты и утолщения шва. Наплывы на соединительных деталях (ниппель, штуцер и др.) разрешается спиливать, не затрагивая основного металла. Трубопроводы, в которых материал трубы был задет при опиловке, бракуются и исправлению не подлежат.
Рентгеновскому просвечиванию с фотографированием на рентгеновскую пленку подвергают сварные швы трубопроводов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Таким образом, контролируют 100% трубопроводов ответственного назначения. Трубопроводы неответственного назначения контролируют выборочно. Рентгеновским контролем выявляют трещины в шве, газовые и шлаковые включения, натеки, прожоги, включения вольфрама.
В трубопроводах ответственного назначения допускается наличие пор, шлаковых включений и включений вольфрама, если их размеры не превышают 1 мм и количество таких дефектов не более одного на 100 мм длины шва. Дефекты больших размеров или в большем количестве не допускаются. В трубопроводах неответственного назначения разрешается исправление дефектов не более двух раз. Для облегчения контроля качество можно оценивать путем сравнения контролируемого сварного шва трубопровода с эталонным.
Гидравлическое испытание позволяет судить о прочности сварных соединений трубопровода и выявляет неплотности в отдельных участках сварного шва. При пневматическом испытании трубопровод погружают в ванну с водой и затем нагнетают в него воздух под давлением, предусмотренным в технических условиях. Продолжительность выдержки трубопровода под давлением жидкости или воздуха устанавливается техническими условиями. Трещины в сварных швах и сквозные свищи, выявленные гидравлическим или пневматическим испытаниями, не допускаются вне зависимости от их величины и местоположения. Трубопроводы ответственного назначения, имеющие такие дефекты, бракуются. Трубопроводы других типов разрешается исправлять повторной сваркой. Контроль высоким давлением должен выполняться с соблюдением соответствующих правил и инструкций по технике безопасности.
Плотность сварных соединений трубопроводов ответственного назначения можно контролировать с помощью гелиевых течеискателей, гелиевовоздушной смесью и перемещают щуп вдоль сварного шва, во методами щупа или натекания. В первом случае трубопровод заполняют втором — трубопровод вакуумируют и затем обдувают сварные швы гелием.
Ниже приведены некоторые дефекты в сварных швах трубопроводов, их причины и способы исправления.
Трещины (поперечные и продольные) возникают при сварке вследствие неудовлетворительного качества присадочного материала и неправильной технологии сварки. Трубопроводы с трещинами бракуют и не исправляют.
Окисление наплавленного металла наблюдается при газовой сварке трубопроводов из углеродистой стали; внутри шва имеются частицы шлака; поверхность шва, серебристая, неровная, с мелкими свищами. Причина дефекта - сварка окислительным пламенем. Дефект неисправим.
Науглероживание наплавленного металла наблюдается при газовой сварке трубопроводов из углеродистой стали; шов гладкий и широкий, на поверхности шва большие свищи. Причина дефекта — сварка пламенем с избытком ацетилена. Дефект неисправим.
Наплывы появляются вследствие неправильного выбранного режима сварки, неправильного положения трубопровода при сварке и неудовлетворительного качества присадочного материала. Кратеры образуются в результате отрыва дуги при недостаточном количестве наплавленного металла в ванне. Наплывы исправляют механической опиловкой или шарошкой, кратеры - подваркой с последующей зачисткой излишнего наплавленного металла.
Прожог представляет собой проплавление сквозного отверстия в трубе. Причина дефекта - низкая скорость сварки, неправильный угол наклона горелки, неправильное ведение сварки. Трубопроводы
ответственного назначения, имеющие такие дефекты, бракуют и не исправляют. В других случаях прожоги исправляют заваркой.
Подрез характеризуется подплавлением основного металла трубы рядом со швом. Причиной дефекта являются: неправильно выбранный режим сварки, неправильное положение трубопровода при сварке, несоответствующий угол наклона горелки. Трубопроводы с такими дефектами бракуют и не исправляют.
Поры и шлаковые включения в шве возникают при неудовлетворительном качестве присадочного материала, при загрязненной поверхности присадочного и основного металла и при неправильной технике сварки. Эти дефекты исправляют подваркой и последующей механической зачисткой. Трубопроводы ответственного назначения, имеющие такие дефекты, бракуют и не исправляют.
Дефекты сварных трубопроводов исправляют в соответствии со специальной технической документацией (инструкциями, типовыми технологическими регламентами и т. д.) с ведома отдела технического контроля. Не разрешается исправление дефектов повторной сваркой без предварительного удаления дефектных участков. Обнаруженные свищи, поры и другие неплотности зачеканивать не разрешается. К исправлению дефектов повторной сваркой допускаются сварщики не ниже 3-го разряда, имеющие свидетельство о допуске к сварке тонкостенных трубопроводов. Сварщики, имевшие перерыв в работе более семи дней, допускаются к исправлению дефектов, так же как и к сварке трубопроводов, после предъявления контролю и мастеру пробной работы и получения положительной оценки. После исправления дефекта трубопровод подвергают повторному контролю.
3. Фосфатирование
3.1 Общие положения
Фосфатирование - один из распространенных методов защиты металлов от коррозии. Сущность данного метода заключается в создании на поверхности защищаемого металла пленки нерастворимых фосфатов. Фосфатные покрытия после дополнительной обработки маслами, лаками или красками надежно защищают металлы от коррозии.
Фосфатные покрытия обладают высоким электросопротивлением и выдерживают напряжение в пределах от 300 до 500 МПа. По твердости фосфатная пленка превосходит медь и латунь, но она мягче стали. Растворимость фосфатной пленки в воде при комнатной температуре составляет около 1,5 мг/л,
при 90 °С — 10,6 мг/л. В кислотах и щелочах фосфатные покрытия неустойчивы. Фосфатные покрытия выдерживают кратковременный нагрев до 400—500 °С, при более высокой температуре защитная способность покрытия снижается. Защитная способность обычных фосфатных покрытий выше, чем у оксидных пленок, получаемых при щелочном оксидировании стали. Фосфатные покрытия применяют для защиты от коррозии, для уменьшения трения и для электроизоляции. Кроме того, фосфатные покрытия служат очень хорошим грунтом для нанесения лакокрасочных покрытий.
В основе процесса фосфатирования лежит реакция взаимодействия железа с фосфорной кислотой. При воздействии на железо разбавленной фосфорной кислоты образуются три вида солей: монофосфат железа -Fe2
(H2
PO4
)2
, бифосфат- FeHPO4
и трифосфат -Fe3
(PO4
)2
.
Образование солей происходит по уравнениям:
Fe + 2 H3
PO4
= Fe (H2
PO4
)2 +
H2
;
Fe + Fe(H2
PO4
)2
=2 FeHPO4 +
H2 ;
Fe + 3Fe(H2
PO4
)2
= Fe3
(PO4
)2
+ 4 H3
PO4 .
Одновременно происходит реакция:
3Fe(H2
PO4
)2
= Fe3
(PO4
)2
+ 4 H3
PO4
Образовавшиеся монофосфаты растворяются в кислоте. Труднорастворимые бифосфаты и нерастворимые трифосфаты оседают на поверхности железа, образуя тончайший осадок. Однако защитные свойства пленки из фосфатов железа низкие. В связи с этим для фосфатирования начали пользоваться фосфатами цинка, которые дают гораздо более коррозионностойкую пленку. Для фосфатирования используют растворы, содержащие монофосфаты цинка, соли железа, марганца и свободную фосфорную кислоту. Фосфатирование происходит в две стадии: сначала травление железа в фосфорной кислоте, затем выпадение на поверхности бифосфатов и трифосфатов металла.
Если фосфатирование выполняется в растворе кислоты и солей, то процесс фосфатирования протекает очень медленно (продолжительность достигает 2 часов) и сопровождается бурным выделением водорода. Прекращение выделения водорода свидетельствует о том, что процесс закончился. Это так называемый медленный способ. Главный недостаток его состоит в том, что в растворе накапливаются ионы двухвалентного железа, которые, образуя трифосфат железа, вместе с фосфатами цинка попадают в пленку, вследствие чего снижаются защитные свойства пленки. Кроме того, накопление в электролите солей железа приводит к усиленному шламообразованию и образованию на поверхности изделий трудно удаляемой корки.
Чтобы ускорить процесс фосфатирования, пользуются специальными добавками, причем наибольшее распространение
получили окисляющие добавки (нитриты, нитраты, хлораты). Механизм действия ускорителей до конца еще не выяснен. Считают, что действие ускорителей основано на связывании водорода по реакции:
2Н2
+ О2
= 2Н2
О или
2Fe + 4Н3
РО4
+ 20 = 2Fe (Н2
РО4
)2
+ 2Н2
О,
в результате чего реакции сдвигаются в сторону образования фосфатов. Одновременно окислители переводят Fe2+
в Fe3+
, которое в виде F3
(PO4
)2
выпадает в осадок на дно. Процесс фосфатирования по ускоренному способу продолжается 15—20 мин.
3.2 Подготовка поверхности изделий перед фосфатированием
Изделия перед фосфатированием должны быть обработаны либо механическим способом с последующим химическим обезжириванием или обезжириванием в растворителях, либо должны быть подвергнуты пескоструйной, гидропескоструйной очистке или сухой галтовке с песком. На обработанных таким образом изделиях при фосфатировании образуется тонкая мелкокристаллическая пленка толщиной 5—10 мкм.
Если детали перед фосфатированием подвергались травлению, образуется рыхлая фосфатная пленка крупнокристаллического строения толщиной 40—50 мкм.
Стойкость такой пленки против коррозиипонижена. Для улучшения качества фосфатирования травленых
деталей рекомендуется удалять продукты травления промывкой деталей в 5—8 % растворе кальцинированной соды и 1—2 % растворе хозяйственного мыла при температуре 50—60 °С.
3.3 Фосфатирование трубопроводов
Для защиты от коррозии трубопроводы из углеродистой стали фосфатируют. Сущность процесса заключается в получении на поверхности стали защитной пленки из третичного фосфора цинка. Трубопроводы фосфатируют в ваннах, которые составляют из 9 частей (объемных) специального раствора и 91 части воды. Раствор содержит 140-150 г ортофосфорной кислоты, 370-380 г монофосфата цинка, 550-560 г азонокислотного цинка и 490-500 г воды. Качество защитной фосфатной пленки зависит от способа подготовки поверхности металла. Трубопроводы перед фосфатированием подвергают травлению и последующей нейтрализации в 3-5%-ном содовом растворе. Обдувка песком не рекомендуется, так как при этом возможно утоньшению стенки трубы в местах изгиба, а также наличие неудалимых остатков песка в «карманах» между трубой и деталями.
Последовательность технологических операций при фосфатировании трубопроводов:
1. Травление и нейтрализация в 3-5% растворе соды в течение 1-2 мин.
2. Помывка в горячей воде.
3. Фосфатирование при температуре ванны 95-98 ºС (не допускается фосфатирование при кипении раствора). Продолжительность операции 10-15 мин. Для получения качественной защитной пленки на внутренней поверхности трубы в процессе фосфатирования необходимо 1-2 раза сменить фосфатирующий раствор во внутренней полости трубы.
4. Промывка в холодной проточной воде.
5. Промывка теплой проточной воде.
6. Обработка в растворе хромпика. Эта операция проводится для повышения защитных свойств фосфатной пленки и выполняется в растворе, состоящем из 50-80 г/л бихромата калия. Температура раствора 70-80 ºС, продолжительность обработки 10-15 мин.
7. Промывка в теплой воде.
8. Обдувка сухим воздухом для удаления влаги из внутренней полости трубы и ускорения последующей сушки.
9. Сушка в осушительном шкафу при температуре 110-120 ºС в течение 10-15 мин для полного удаления влаги.
10. Промасливание внутренней полости трубы. Эта операция, предусматривающая повышение защитных свойств фосфатной пленки, производится путем пропускания через трубу цилиндрового масла, смешанного с бензином в отношении 1:4.
Качество фосфатной пленки контролируют после сушки трубопроводов (до промасливания). Методы контроля – внешний осмотр и проверка защитных свойств пленки. Фосфатная пленка удовлетворительного качества должна быть мелкокристаллической, иметь серый или темно-серый цвет. Защитные свойства фосфатной пленки определяют погружением контрольного образца на 15 мин в 3%-ный раствор хлористого натрия при комнатной температуре. Контрольный образец представляет собой трубку, которая фосфатируется одновременно с трубопроводом. После выдержки образца в растворе его промывают, просушивают при комнатной температуре и через 30 мин осматривают. Качество защитной пленки считается удовлетворительным, если она на поверхности образца не обнаруживаются ржавчины. Раствор ванны для фосфатирования периодически контролируют и подвергают корректировке. Для корректировки применяют раствор, содержащий 210 - 220 г ортофосфорной кислоты, 460 – 470 г монофосфата цинка, 470 – 480 г азонокислого цинка, 3 – 5 г азотнокислой меди и 520 – 530 г воды. Ванну изготавливают из керамики или нержавеющей стали. Помещение в котором находится ванна, должна иметь хорошую вентиляцию. Нагреватели монтируют у боковых стенок ванны на расстоянии 200 – 300 мм от дна. Такое расположение нагревателей исключает взмучивание осадков на дне ванны.
Список использованных источников
1. Кучер А.М. Кинематические схемы металлорежущих станков.– М.: Машиностроение, 1977.- 218с.
2. Хромченко Ф.А. Справочное пособие электросварщика. - 2-е изд., испр. / Ф.А. Хромченко. – М.: Машиностроение, 2005. - 416с.
3. Дальский А.М. Технология конструкционных материалов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; под ред. А.М. Дальского. – 5-е изд., исправленное. - М.: Машиностроение, 2004. - 512с.
4. ГОСТ 16037- 80. Соединения сварные стальных трубопроводов.; Введ. 09.03.80 - М: Изд-во стандартов, 1980. - 21 с.
5. Вайнер Я.В. Технология электрохимических покрытий / Я.В. Вайнер, М.А. Дасоян – изд. 2-е. Л., «Машиностроение», 1972, 462 с.
6. Китаев А.М. Сварка и пайка тонкостенных трубопроводов / А.М. Китаев, А.И Губин.- М.: Машиностроение, 1972. - 133с.
7. ГОСТ 2601-84.Сварка металлов. Термины и определения сновных понятий - Взамен ГОСТ 2601-74; Введ. 15.09.83. - М: Изд-во стандартов, 1984. - 34 с.