Приведите номенклатуру оборудования для выполнения разделительных операций при изготовлении заготовок из фасонного проката.

Выбор способа раскроя зависит от полуфабриката и масштабов производства.

1) Сортовые ножницы(на рисунке) и пресс ножницы – применяют для стальных прутков диаметром до 200 мм

1-пруток; 2- прижим; 3 – верхний нож; 4- упор; 5 – нижний нож

2) штампы хладноломы – применяют для стальных прутков диаметром более 20 мм.

3) Отрезные штампы – с формой ножей, соответствующей форме сечения профиля. Применяются в серийном производстве для отрезки профилей и труб небольшой длины.

4) На станках механической резки -Дисковые пилы (диск диаметром 300-800 мм с режущими зубьями)

и ленточные пилы – бесконечная лента толщиной 1-1,5 мм. Толщина реза 2-3 мм.

5) анодно-механическая резка – для резки заготовок из высокопрочных сталей и сплавов. Непосредственного контакта между диском и заготовкой нет. В зону реза подается жидкое стекло, которое замыкает цепь. Продукты реза уносятся диском и электролитом.

6) термическая резка – используют в основном для резки профилей большого сечения и вырезки отверстий.

7) резка на универсальных токарно-револьверных и фрезерных станках – в единичном и мелкосерийном производстве применяется.

3. Предложите способы формообразования заготовок из листового проката толщиной до 5 мм.

Листогибочная машина с поворотной гибочной балкой, позволяющая получать открытые, полузакрытые и закрытые профили широкой номенклатуры из листа или полосы до 6 мм.

Листогибочные валковые машины при изготовление цилиндрических и конических деталей. Они подразделяются на трехвалковые симметричные, трехвалковые асимметричные и четырехвалковые.

Для изготовления деталей типа днищ резервуаров диаметром до 4 м и толщиной до10 мм возможно применение гидроштамповки.

Для изготовления деталей типа тел вращения в единичном производстве возможно применение токарно-давильных станков и фланжировочных машин.

4. Какие факторы определяют выбор способа формообразования деталей.

Заготовки из листового, сортового и фасонного проката достаточно часто подвергают формообразованию с целью получения заготовок заданной формы и размеров.

Основными формообразующими операциями являются, гибка и вытяжка. Гибка предусматривает превращение заготовки в изогнутую деталь за счет местной пластической деформации. Вытяжка сопровождается пластической деформацией исходной плоской заготовки по всему сечению.

При назначении технологического процесса гибки следует учитывать два фактора, обусловленные особенностями пластического деформирования металла: 1 – пружинение 2 – относительный радиус гиба.

На наружной поверхности гиба протекают пластические деформации удлинения, на внутренней стороне – пластические деформации укорочения. При малой величине радиуса гиба возможен разрыв внешних волокон и образование гофра на внутренней поверхности.

Наряду с пластически деформированными волокнами в зоне гиба возникают и упругие деформации, которые после снятия нагрузки заставляют деталь распружинивать. Пружинение выражают углом Δψ между сторонами изгибаемого угла, на который увеличивается угол изгиба ψ после снятия изгибающего усилия. В практике значение Δψ берутся по таблицам или графикам, составленным экспериментально и учитываются при конструировании гибочных штампов.

5. Укажите характер основных дефектов при сварке плавлением изделий из алюминиевых сплавов и меры по уменьшению вероятности их образования.

Высокая активность алюминия с кислородом способствует созданию на его поверхности тугоплавкой пленки оксида алюминия (А1₂0₃), которая препятствует сплавлению основного и электродного металлов. Это происходит из-за большой разницы температур, требуемых для плавления. Так как для плавления основного металла требуется всего 658°С, а оксид алюминия плавится при температуре 2050°С, то в массиве сварочного шва появляются непровары и шлаковые включения. Это отрицательно сказывается на механической прочности сварного соединения и чтобы преодолеть эту технологическую трудность, нужно применять ряд специальных способов. Свариваемости алюминия мешают органические водосодержащие загрязнения (пыль, жировая пленка и т.д.), имеющиеся на кромках свариваемых деталей, а легирование некоторых сплавов повышенной прочности цинком и магнием становится причиной появления холодных трещин. Адсорбированная влага, газонасыщенность основного и присадочного материалов способствуют появлению большого количества пор. Учитывая все вышеизложенные явления, препятствующие нормальному свариванию алюминия, кромки и поверхности перед сваркой нужно тщательно готовить.

Подготовительный этап включает в себя обязательную очистку свариваемых деталей проволоки от следов краски, жировых включений, а имеющуюся пленку оксида удаляют механическим или химическим путем. Для обезжиривания используют авиационный бензин, уайт-спирит, ацетон технический и растворители, изготовленные на их основе.

После обезжиривания свариваемые поверхности подвергают химической обработке. Процесс химической обработки включает в себя:

- травление свариваемых деталей в растворе едкого натра (NaOH) и натра фтористого (NaF) в соотношении 1:1 продолжительностью 1 - 2 минуты;

- промывку в горячей проточной воде при температуре не ниже 50°С, а после этого - в холодной воде;

- осветление в течение 1-2 минуты при комнатной температуре в растворе азотной кислоты (HN0₃) с концентрацией не ниже 350 - 425 г/л;

- промывку в горячей проточной воде с последующей естественной сушкой.

Для удаления оксидной пленки часто применяют сварочный флюс АФ-4А.

Непосредственно перед сварочными работами кромки деталей и прилегающие к ним участки зачищают шабером до металлического блеска. Отрезок времени между химической обработкой и механической зачисткой не должен быть более 4 часов. Нельзя для этого использовать обработку абразивными кругами или шлифовальной бумагой, в также нельзя применять пескоструйные и дробеструйные аппараты, так как это может привести к появлению шлаковых включений в массиве шва и к другим дефектам, что будет отражаться на качестве сварного соединения.

6. Укажите характер наиболее вероятных дефектов при точечной сварке сплава АМг6, основные причины их образования и способы выявления.

Наиболее вероятным дефектом при точечной сварке сплава АМг6 является непровар – отсутствие общего литого ядра или малый размер ядра. Образование дефекта возможно при некачественной подготовке поверхности свариваемых кромок и наличие на них тугоплавкой окисной пленки Al₂O₃ (Т_пл = 2050 ºС) препятствующей образованию общего для обеих деталей литого ядра.

Окисная пленка на поверхности алюминия и его сплавов затрудняет процесс сварки. Обладая высокой температурой плавления (2050 ⁰С), окисная пленка не расплавляется в процессе сварки и покрывает металл прочной оболочкой, затрудняющей образование общей ванны. Вследствие высокой адсорбционной способности к газам и парам воды окисная пленка является источником газов, растворяющихся в металле, и косвенной причиной возникновения в нем несплошностей различного рода. Частицы окисной пленки, попавшие в ванну, а также часть пленок с поверхности основного металла, не разрушенных в процессе сварки, могут образовывать окисные включения в швах, снижающие свойства соединений и их работоспособность.

Алюминий и его сплавы отличаются высокой тепло- и электропроводностью, что вызывает необходимость применения больших токов и мощных машин для электроконтактной сварки, особенно при точечной сварке этих материалов. Для повышения эффективности нагрева и плавления целесообразно сваривать эти металлы при малой длительности импульсов тока или на больших скоростях при сварке плавлением.

Поверхности деталей, свариваемых контактной точечной или шовной сваркой, контролируют внешним осмотром или измерением при 20 ⁰С электрического сопротивления образцов-свидетелей или самих деталей. При удовлетворительном состоянии поверхностей электрическое сопротивление не должно превышать 120 мкОм. Более объективное представление о свойствах поверхностей дает сопротивление деталей в процессе сварки, которое можно оценить по скорости нарастания напряжения, снимаемого с электродов, на начальной стадии процесса сварки, например, спустя 0,01—0,02 с после включения тока.

7.Предложите материал для изготовления узла теплоэнергетической установки, эксплуатируемого при температуре до 570–580⁰С. Приведите характеристику свариваемости материала.

12Х18Н10Т

Сталь коррозионностойкая аустенитного класса.

Свариваемость: без ограничений - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки.

или

Сплав ХН38ВТ. Данный сплав является оптимальным вариантом для изготовления тонколистовых конструкций, при данных условиях работы изделия (550-570ºС), он обладает хорошей свариваемостью, обеспечивает требуемую жаростойкость сварного соединения, является относительно недефицитным и обладает невысокой стоимостью. С целью обеспечения требуемой жаростойкости сварного соединения необходимо добиваться воспроизведения композиции свариваемого металла в металле шва.

В случае применения присадочных материалов, отличающихся по химическому составу от свариваемой стали (сплава), во избежание образования горячих трещин в металле шва нужно стремиться к минимальному разбавлению металла шва основным металлом. Чем крупнозернистее свариваемый металл, тем более склонен он к околошовным горячим трещинам. Особенно подвержены этому виду дефектов, литые стали и сплавы. Поэтому при сварке данного сплава применяют присадочную проволоку, содержащую молибден. Легирование металла шва молибденом приводит к снижению диффузионной подвижности атомов в кристаллической решетке и образованию мелкодисперсных карбидов, по границам зерен, подавляющих процесс появления горячих трещин.

Эффективными средствами борьбы с околошовными горячими трещинами являются:

1. повышение чистоты свариваемых сталей и сплавов путем выплавки их на чистых шихтовых материалах или рафинирования, например, электрошлаковым переплавом, вакуумно-дуговым переплавом и др.;

2. применение вместо литых сталей и сплавов деформированных (катанных, кованых, прессованных) мелкозернистых. Оптимальной является величина зерна, оцениваемая 4-8 баллами;

3. для измельчения структуры в околошовной зоне рекомендуется чеканка (наклеп) кромок, подлежащих сварке, на глубину 2-5 мм.

8. Предложите материал для изготовления изделия, работающего в контакте с агрессивной средой без нагрузки при температуре до 700⁰С и методы обеспечения коррозийной стойкости сварных соединений.

Сталь 15Х28

Сталь коррозионно-стойкая (нержавеющая) жаропрочная

или

12Х18Н10Т. Одна из основных областей применения этой стали - энергетиче­ское машиностроение (трубопроводы, детали и корпуса газовых и паро­вых турбин и т.д.), где рабочие температуры достигают 750°С и выше. Жаростойкие стали и сплавы обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах до 1100 ... 1150 ⁰С. Обычно их используют для деталей слабонагруженных (нагре­вательные элементы, печная арматура, газопроводные системы и т.д.). Высокая окалиностойкость этих сталей и сплавов достигается легирова­нием их алюминием (до 2,5 %) и вольфрамом (до 7 %).

Основным требованием, которое предъявляется к сварным соединениям, является стойкость к различным видам коррозии. Межкристаллитная коррозия может развиваться как в металле шва, так и в основном металле у линий сплавления (ножевая коррозия) или на некотором удалении от шва. Механизм развития этих видов коррозии одинаков, однако причины возникновения названных видов межкристаллитной коррозии различны.

Межкристаллитная коррозия в металле шва возникает в результате выделения из аустенита под действием термического цикла сварки карбидов хрома, приводящих к обеднению хромом приграничных объемов зерен. Основными причинами этого являются повышенное содержание в металле шва углерода и отсутствие или недостаточное содержание титана или ниобия. Стойкость шва против межкристаллитной коррозии уменьшается в результате длительного воздействия нагрева при неблагоприятном термическом цикле сварки или эксплуатации изделия. Аустенитно-ферритные швы со сплошной структурой и извилистыми очертаниями границ зерен имеют повышенную стойкость против межкристаллитной коррозии по сравнению с аустенитными. Возрастание протяженности границ зерен вследствие измельчения зерен увеличивает площадь поверхности, на которой выделяются карбиды. Выделяющиеся карбиды более дисперсны, и местное обеднение объема зерна хромом происходит на меньшую глубину. Кроме того, процессы диффузии в феррите происходят значительно быстрее, что ускоряет выравнивание концентрации хрома в обедненных приграничных и центральных участках зерен.

Межкристаллитная коррозия (МКК) основного металла на некотором расстоянии от шва также вызвана действием термического цикла сварки на ту часть основного металла, которая была нагрета до критических температур.

Склонность стали и швов к межкристаллитной коррозии предупреждается:

1) снижением содержания углерода до пределов его растворимости в аустсните (до 0,02—0,03%);

2) легированием более энергичными, чем хром, карбидообразующими элементами (стабилизация титаном, ниобием, танталом, ванадием и др.);

3) стабилизирующим отжигом при 850—900 ⁰С в течение 2—3 ч или аустенизацией — закалкой с 1050—1100 ⁰С;

4) созданием аустенитно-ферритной структуры с содержанием феррита до 20—25% путем дополнительного легирования хромом, кремнием, молибденом, алюминием и др. Однако такое высокое содержание в структуре феррита может понизить стойкость металла к общей коррозии.

Эти же меры способствуют и предупреждению ножевой коррозии.

Ножевая коррозия поражает основной металл. Этот вид коррозии развивается в сталях, стабилизированных титаном и ниобием на участках, нагретых при сварке до температур выше 1250 ⁰С, где карбиды титана и ниобия растворяются в аустените. Повторное тепловое воздействие на этот металл критических температур 500—800 ⁰С (например, при многослойной сварке) приведет к сохранению титана и ниобия в твердом растворе и выделению карбидов хрома.

Общая коррозия, т. е. растворение металла в коррозионной среде, может развиваться в металле шва, на различных участках или в околошовной зоне в целом и в основном металле. В некоторых случаях наблюдается равномерная общая коррозия основного металла и сварного соединения.

Имеется еще один вид коррозионного разрушения — коррозионное растрескивание, возникающее под совместным действием растягивающих напряжений и агрессивной среды. Разрушение развивается как межкристаллитное, так и транскристаллитное. Снижение остаточных сварочных напряжений — одна из основных мер борьбы с этим видом коррозионного разрушения.

9. Укажите возможные условия эксплуатации изделия из сплава ХН67МВТЮ, характер наиболее вероятных дефектов сварных соединений и способы, снижающие вероятность их образования.

Назначение – крепежные и другие детали, работающие при температуре до 750-800 ⁰С. Жаропрочный сплав на никелевой основе.

Основные трудности сварки рассматриваемых сталей и сплавов обусловлены многокомпонентностью их легирования и разнообразием условий эксплуатации сварных конструкций. Главной и общей особенностью сварки является склонность к образованию в шве и околошовной зоне горячих трещин, имеющих межкристаллитный характер. Они могут наблюдаться как в виде мельчайших микронадрывов, так и видимых трещин. Горячие трещины могут возникнуть и при термической обработке или работе конструкции при повышенных температурах. Образование горячих трещин связано с формированием при сварке крупнозернистой макроструктуры, особенно выраженной в многослойных швах, когда кристаллы последующего слоя продолжают кристаллы предыдущего слоя, и наличием напряжений усадки.

Применение методов, способствующих измельчению кристаллов и устранению столбчатой структуры, повышает стойкость швов против образования горячих трещин. Одним из таких методов является получение швов, имеющих в структуре некоторое количество первичного δ-феррита. В сталях с большим запасом аустенитности получение швов с аустенитно-ферритной структурой затруднено. Возможность предотвращения в них горячих трещин достигается ограничением содержания в швах примесей, образующих легкоплавкие эвтектики (фосфора, серы). Для этого применяют сварочные материалы, изготовленные из сталей вакуумной выплавки или электрошлакового переплава, и ограничивают проплавление основного металла.

К сварным соединениям жаропрочных сталей предъявляется требование сохранения в течение длительного времени высоких механических свойств при повышенных температурах. Большие скорости охлаждения при сварке приводят к фиксации неравновесных структур в металле шва. В процессе эксплуатации при температурах выше 350 ⁰С в результате диффузионных процессов в стали появляются новые структурные составляющие, приводящие к снижению пластических свойств металла шва. Термическое старение при 350—500 ⁰С вызывает появление «475-градусной хрупкости», а при 500—650 ⁰С приводит к выпадению карбидов и одновременно к образованию α-фазы. Выдержка при 700—850 ⁰С интенсифицирует образование α-фазы с соответствующим сильным охрупчиванием металла при более низких температурах и снижением прочности при высоких температурах. При этом возрастает роль и интерметаллидного упрочнения. В процессах теплового старения аустенитных сталей ведущее место занимают процессы карбидного и интерметаллидного упрочнения, поэтому для уменьшения склонности сварных соединений жаростойких и жаропрочных сталей к охрупчиванию в результате выпадения карбидов эффективно снижать содержание углерода в основном металле и металле шва.

В околошовной зоне некоторых жаропрочных аустенитных сталей под действием термического цикла сварки снижаются пластические и прочностные свойства, что может повести к образованию в этой зоне трещин. Предотвращение подобных локальных разрушений достигается термической обработкой: аустенизацией при 1050—1100 ⁰С для снятия остаточных сварочных напряжений, самонаклепа и придания сварному соединению более однородных свойств. В некоторых случаях аустенизация сопровождается последующим стабилизирующим отжигом при 750—800 ⁰С для получения относительно стабильных структур в результате выпадения карбидной и интерметаллидной фаз.

При сварке высокопрочных сталей в околошовной зоне возможно образование холодных трещин. Поэтому до сварки рекомендуется произвести их аустенизацию для получения высоких пластических свойств металла, а упрочняющую термическую обработку проводить после сварки. Предварительный и сопутствующий нагрев до 350—450 ⁰С также уменьшает опасность образования холодных трещин.

Высоколегированные аустенитные стали и сплавы наиболее часто используют как коррозионно-стойкие. Основным требованием, которое предъявляется к сварным соединениям, является стойкость к различным видам коррозии. Межкристаллитная коррозия может развиваться как в металле шва, так и в основном металле у линий сплавления (ножевая коррозия) или на некотором удалении от шва. Механизм развития этих видов коррозии одинаков, однако причины возникновения названных видов межкристаллитной коррозии различны.

Межкристаллитная коррозия в металле шва возникает в результате выделения из аустенита под действием термического цикла сварки карбидов хрома, приводящих к обеднению хромом приграничных объемов зерен.

Склонность стали и швов к межкристаллитной коррозии предупреждается:

1) снижением содержания углерода до пределов его растворимости в аустсните (до 0,02—0,03%);

2) легированием более энергичными, чем хром, карбидообразующими элементами (стабилизация титаном, ниобием, танталом, ванадием и др.);

3) стабилизирующим отжигом при 850—900 0С в течение 2—3 ч или аустенизацией — закалкой с 1050—1100 0С;

4) созданием аустенитно-ферритной структуры с содержанием феррита до 20—25% путем дополнительного легирования хромом, кремнием, молибденом, алюминием и др. Однако такое высокое содержание в структуре феррита может понизить стойкость металла к общей коррозии.

Эти же меры способствуют и предупреждению ножевой коррозии.

Ножевая коррозия поражает основной металл. Этот вид коррозии развивается в сталях, стабилизированных титаном и ниобием на участках, нагретых при сварке до температур выше 1250 0С, где карбиды титана и ниобия растворяются в аустените. Повторное тепловое воздействие на этот металл критических температур 500—800 ⁰С (например, при многослойной сварке) приведет к сохранению титана и ниобия в твердом растворе и выделению карбидов хрома.

Общая коррозия, т. е. растворение металла в коррозионной среде, может развиваться в металле шва, на различных участках или в околошовной зоне в целом и в основном металле. В некоторых случаях наблюдается равномерная общая коррозия основного металла и сварного соединения.

Имеется еще один вид коррозионного разрушения — коррозионное растрескивание, возникающее под совместным действием растягивающих напряжений и агрессивной среды. Разрушение развивается как межкристаллитное, так и транскристаллитное. Снижение остаточных сварочных напряжений — одна из основных мер борьбы с этим видом коррозионного разрушения.

10. Какие дефекты наиболее вероятны при сварке плавлением сплава ВТ5. Приведите технологические приемы, снижающие вероятность их образования.

Сплав марки ВТ5 является обычным однофазным а-титановым сплавом системы Тi-Аl. Из сплава ВТ5 изготавливают поковки, штамповки, кованые а также катаные прутки, сварные кольца. Сплав ВТ5 имеет умеренную крепость при низкой пластичности, поэтому из данного сплава не изготавливают листовые полуфабрикаты. Сплав ВТ5 отлично сваривается всеми видами сварки, применяемыми для титана. Предел прочности при кратковременном растяжении составляет 0,9σ_в основного материала при всех рабочих температурах. В качестве присадочного материала употребляют проволоку из титана ВТ1-00 либо из сплава ВТ2.

Наиболеевероятными дефектами сварных соединений при сварке плавлением являются поры и холодные трещины. Образование их связывают с наличием в зоне формирования шва различных загрязнений и, прежде всего, водорода.

С целью снижения вероятности образования пор и холодных трещин в сварных соединениях рекомендуются следующие меры:

1) использовать для изготовления сварных конструкций основных и вспомогательных материалов, чистые по водороду, кислороду, азоту и др. примесям;

2) тщательно готовить поверхности свариваемых кромок, присадочной и электродной проволоки;

3) обеспечивать при сварке защиту металла, нагреваемого выше 350 °С;

4) назначать способы и режимы сварки с повышенной концентрацией тепла сварочной дуги;

5) применять при сварке реагенты-стимуляторы;

6) назначить после сварки термообработку с целью уменьшения величины остаточных сварочных напряжений и дегазации сварного соединения по водороду.

11. Сварная конструкция работает при температуре до 950⁰С в контакте с продуктами сгорания топлива при незначительной нагрузке. Предложите материал для ее изготовления, способы повышения технологической прочности при сварке плавлением.

Для указанных условий эксплуатации необходимы жаростойкие материалы. Одним из таких материалов является сплав аустенитного класса ХН60ВТ. Необходимая жаростойкость сплава обеспечивается концентрацией хрома в количестве около 20 %.

Сплав ХН60ВТ склонен к образованию при сварке горячих трещин. С целью повышения технологической прочности при сварке сплава ХН60ВТ можно рекомендовать ряд технологических приемов; например, таких, как:

1) сварку проводить с созданием вибрации сварной конструкции и, соответственно, металла сварочной ванны в процессе ее кристаллизации;

2) назначать сварку модулированным током;

3) назначать сварку с электромагнитным перемешиванием металла сварочной ванны.

Указанные приемы приводят к созданию колебаний металла сварочной ванны, что приводит к обламыванию растущих в сварочной ванне дендритов. Обломки дендритов выступают в качестве дополнительных центров кристаллизации. Увеличение числа центров приводит к измельчению структуры металла шва и увеличению пластичности металла ТИХ.

Эффективным способом повышения технологической прочности является использование чистого по примесям металла, например, после электрошлакового переплава, но такой металл дорого стоит.

Закалка 1150 - 1170°C с охлаждением на воздухе придает сплаву высокие прочностные и пластические свойства.