Быстрый поиск

Курсовая работа: Выбор способа сварки диафрагменной лопатки паровой турбины

Так как во всех сталях содержание Сr остается постоянным, то объем d-феррита зависит от % С. Пониженное содержание С в стали 08Х13 способствует резкому увеличению содержания d-феррита, а следовательно и высокому охрупчиванию. А высокое содержание % С в стали 20Х13 способствует увеличению склонности к холодным трещинам, но с низким охрупчиванием. В стали же 12Х13 эти два негативных момента находятся на удовлетворительном уровне. К этому можно добавить, что меньшее содержание С, по сравнению со талью 20Х13, сопровождается увеличением количества феррита и образованием более пластичного мартенсита, а по сравнению со сталью 08Х13, не требуется предварительный нагрев. Для уменьшения количества закалочных структур и увеличения выделения карбидов после сварки рекомендуется проводить высокий отпуск при Т=650–7000С.

Особенности термической обработки сварных соединений из сталей феррито-мартенситного класса

Термическая обработка сварных соединений из высокохромистых сталей производится с целью:

1) снятие остаточных сварочных напряжений при необходимости сохранения точных размеров изделий;

2) обеспечения стойкости против межкристаллической коррозии при эксплуатации в агрессивных средах;

3) повышение жаропрочности и стойкости против локальных разрушений при эксплуатации в условиях высоких температур.

4) обеспечение уменьшения количества закалочных структур и увеличения выделения карбидов.

Учитывая высокую склонность к закалке нержавеющих феррито-мартенситных сталей, содержащих углерода 0,1% и более, после сварке необходим высокий отпуск в интервале температур от 650 до 7000С ºС.

3. Выбор способа сварки и его основные параметры

Параметры выбора способа сварки

При выборе способа сварки для изготовления сварной конструкции на предприятии необходимо руководствоваться следующими условиями:

– экономическая целесообразность,

– технологичность,

– наличие необходимого оборудования,

– наличие квалифицированных кадров,

– экологичность и безопасность.

Под технологичностью способа понимается возможность создавать сварное соединение, удовлетворяющего требованиям к нему, на современном оборудовании, удобном в эксплуатации и обслуживании и наиболее эффективном в экономическом отношении. Технологичность способа понятие относительное и зависит от производственных условий.

Исходя из условий, существующих на предприятии, где изготавливается диафрагменная лопатка, наиболее приемлемым является способ электронно-лучевой сварки.

Общая характеристика электронно-лучевой сварки (ЭЛС)

Электронно-лучевое воздействие на металлы, приводящее к их нагреву, плавлению и испарению, как технологическое направление в области их обработки интенсивно применяется в последнее время. Сущность процесса электронно-лучевого воздействия состоит в том, что кинетическая энергия сформированного в вакууме тем или иным способом электронного пучка (импульсного или непрерывного) превращается в тепловую в зоне обработки. Так как диапазоны мощности и концентрации энергии в луче велики, то практически возможно получение всех видов термического воздействия на материалы: нагрев до заданных температур, плавления и испарения с очень высокими скоростями.

Электронно-лучевая технология развивается в основном в трех направлениях: плавки и испарения в вакууме, сварки и прецизионной обработки.

Для сварки металлов создано оборудование трех классов: низко-, средне-, и высоковольтное, охватывающее диапазон ускоряющих напряжений 20–150 кВ. мощность установок составляет 1–120 кВт и более при максимальной концентрации энергии 105-106Вт/см2. Электронно-лучевые установки мощностью до 30 кВт позволяют решить большинство сварочных проблем.

Электронно лучевое воздействие в диапазоне плотностей энергии 105-106Вт/см2 характеризуется феноменом «кинжального», или глубокого проплавления с соотношением глубины шва к его ширине 10:1 и более. При этом электронный луч фокусируется на площади диаметром менее 0,001 см, что позволяет получить большую удельную мощность. При использовании обычных сварочных источников теплоты (дуги, газового пламени) металл нагревают и плавят за счет распространения теплоты от поверхности в глубину, при этом форма зоны расплавления в сечении приближается к полукругу F2. при сварке электронным лучом теплота выделяется непосредственно в самом металле F1, причем наиболее интенсивно на некоторой глубине под его поверхностью. (рис. 1).

1,5 мм

F2 F1

0,5

Рис. 1. Кинжальное проплавление при ЭЛС; F2 и F1 – сечения швов при дуговой электроннолучевой сварке

Незначительная ширина зоны теплового воздействия дает возможность резко уменьшить деформацию заготовок. Кроме того, за счет вакуума обеспечиваются зеркальная поверхность соединения и дегазация расплавленного металла. При этом минимальная толщина свариваемых заготовок составляет 0,02 мм, максимальная – до 100 мм.

Электронный луч представляет собой сжатый поток электронов, перемещающийся с большой скоростью от катода к аноду в сильном электрическом поле. При соударении электронного потока с твердым телом более 99% кинетической энергии электронов переходит в тепловую, расходуемую на нагрев этого тела. Температура в месте соударения может достигать 5000–6000 оС. Электронный луч образуется за счет эмиссии электронов с нагретого в вакууме 133*(10-4-10-5) Па катода 1 и с помощью электростатических и электромагнитных линз 4 фокусируется на поверхности свариваемых материалов (рис. 2).

Рис. 2. Схема установки для ЭЛС

В установках для электронно-лучевой сварки электроны эмитируются на катоде 1 электронной пушки; формируются в пучок электродом 2, расположенным непосредственно за катодом; ускоряются под действием разницы потенциалов между катодом и анодом 3, составляющей 20–150 кВ и выше, затем фокусируются в виде луча и направляются специальной отклоняющей магнитной системы 5 на обрабатываемое изделие 6. На формирующий электрод 2 подается отрицательный или нулевой по отношению к катоду потенциал. Фокусировкой достигается высокая удельная мощность (до 5*105кВт/м2 и выше). Ток электронного луча невелик (от нескольких миллиампер до единиц ампер). При перемещении заготовки под неподвижным лучом образуется сварной шов. Иногда при сварке перемещают сам луч вдоль неподвижных кромок с помощью отклоняющих систем. Отклоняющие системы используют также и для колебаний электронного луча поперек и вдоль шва, что позволяет сваривать с присадочным металлом и регулировать тепловое воздействие на металл.

Достоинства электронно-лучевой сварки (ЭЛС)

Электронный луч успешно применяется в машиностроении для сварки изделий из высоколегированных сталей, в частности из высокохромистых коррозионно-стойких сталей (12Х13). Это объясняется рядом достоинств ЭЛС при сварке этих сталей:

1. Минимальная деформация свариваемого изделия, т. к. поток электронов внедряется в свариваемое изделие на всю глубину проплавления, что обеспечивает получение минимальной металлоемкости сварочной ванны. Это обеспечивается возможностью концентрации большой мощности в электронном луче и управления ею в широких пределах в сочетании с высоким вакуумом в рабочем объеме.

2. Высокие физико-химические характеристики сварного соединения непосредственно после сварки позволяют исключить последующую механическую обработку.

3. Относительно высокая погонная энергия при сильной степени ее концентрации, т.е. энергия, вводимая в участок сварного соединения за определенный промежуток времени. При этом достигается высокая скорость кристаллизации металла сварного шва и минимальное термическое воздействие сварочного нагрева на основной металл в ОШЗ (локальность сварочного нагрева).

Применительно к стали 12Х13 необходимо отметить то, что последний пункт имеет к ней особое значение. Количество d-феррита в этой стали зависит от уровня температуры нагрева. В участках ОШЗ, нагреваемых до температур близких к Тсолидуса, количество d-феррита может быть подавляющим. Такая структура характерна для участка ЗТВ примыкающего к линии сплавления. Ширина этого участка мало зависит от температуры подогрева, но возрастает с увеличением qп – погонной энергии, которая при ЭЛС велика, но в то же время одновременно уменьшается склонность стали к холодным трещинам.

Основные параметры электронного луча в непрерывном и импульсном режимах

Параметрами электронного луча, измеряемыми в процессе обработки, являются:

- ток луча I,

- ускоряющее напряжение U,

- ток фокусирующей системы Iф,

- рабочее расстояние (расстояние от центра фокусирующей системы до поверхности свариваемой детали) l,

- скорость перемещения электронного луча V,

- угол сходимости луча a.

Кроме основных параметров, существуют другие количественные показатели ЭЛС:

1. Мощность электронного луча

(Вт) q= IU.

2. При заданном рабочем расстоянии l, токе фокусировки Iф и мощности сварки можно определить диаметр электронного луча d и, следовательно, удельную мощность q2 (Вт/см2), которая является одним из определяющих параметров процесса:

q2 = IU/pd2/4.

3. Погонная энергия (кал/см)

Q = 0,24IU/V

не является определяющим параметром, так как при электронно-лучевой обработке в зависимости от величины удельной мощности q2, при одинаковой погонной энергии можно получить различную конфигурацию зоны обработки.

При воздействии в импульсном режиме средняя мощность (Вт)

qи = IUft,

где I – величина тока в импульсе, А; f – частота следования импульсов, Гц; t длительность импульса, с.

4. Скорость обработки в импульсном режиме (см/с)

V = B (1-k)/(t-tп) = B (1-k) f,

где tп – время паузы между импульсами, с; k – коэффициент перекрытия точек (обычно k = 0,5 – 0,9); В-диаметр зоны обработки (точки).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5