Анализ технологии изготовления коленчатого вала

Для сварки коленчатого вала бурового насоса УНБТ – 1180L целесообразно использовать электрошлаковую сварку.

При ЭШС электрический ток, проходя через шлаковую ванну, расплавляет основной и присадочный металл и поддерживает высокую температуру расплава. Электрошлаковый процесс устойчив при глубине шлаковой ванны 35 – 60 мм, которую легче создать при вертикальном положении оси шва и принудительном формировании его поверхности. Для принудительного охлаждения и формирования поверхности шва используются, как правило, медные водоохлаждаемые устройства.

Наименее удобна ЭШС в нижнем положении.

При ЭШС почти все электрическая мощность передается шлаковой ванне, а от нее – электроду и свариваемым кромкам. Устойчивый процесс возможен только при постоянной температуре шлаковой ванны. Рабочая температура шлаковой ванны может достигать под электродом 1900 – 2000 °С.

Значительная тепловая инерция ванной обеспечивает высокую устойчивость процесса и способствует его саморегулированию. Наличие в электроцепи шлаковой ванны как нелинейного активного сопротивления с такими свойствами позволяет использовать для сварки источники с жесткой внешней характеристикой. Наиболее экономичны в эксплуатации и дешевы в изготовлении трехфазные трансформаторы.

Большая часть тепла, выделяющегося в шлаковой ванне, переносится в металлическую ванну, а от нее – к кромкам соединяемых деталей через капли перегретого электродного металла.

Общее количество генерируемого в шлаковой ванне тепла (Дж/с) расходуется так: 20 – 25% на плавление электродной проволоки; 55 – 60% на плавление и нагрев основного металла; 4 – 6% на плавление флюса и поддержание шлаковой ванны в жидком состоянии; 12 – 16% - потери тепла через ползуны и теплоотвод в массу металла.

Из-за большой поверхности контакта теплоносителей шлаковой и металлической ванн с основным металлом плотность тепловых потоков в металл невысока, чем обуславливается необходимость в ЭШС более высокой удельной энергии. Так, например, удельная энергия при дуговой сварке 10 – 45 кДж/см², а при электрошлаковой – 100 – 200 кДж/см².

Непосредственная подготовка деталей к сварке заключается в сборке деталей под сварку.

Практика применения ЭШС показала, что в большинстве случаев для надежной компенсации деформаций соединяемых частей и сохранения заданной величины сварочного зазора сборка осуществляется с клиновидным зазором, расширяющимся кверху (рисунок 3). В зависимости от марки стали, способа ЭШС, ее режима и условий закрепления угол раскрытия деталей при сборке может составлять 1 – 2⁰. Соединяемые детали фиксируются скобами или планками, привариваемыми вдоль стыка на расстоянии 50 – 80 см друг от друга.

По окончании сварки (перед термической обработкой) входной «карман» и выводные планки срезаются газопламенной резкой. [4]

 

Рисунок 3 – Подготовка стыкового соединения к ЭШС:

А, Б – свариваемые детали, К – входной «карман», В – выводные планки

 

ЭШС выполняют с допустимым отклонением до ±15° от вертикального положения завариваемого зазора с принудительным формированием шва и использованием переменного или постоянного тока. Выполнение всего шва следует осуществлять без случайных (вынужденных) остановок.

Проволочным электродом выполняют сварку прямолинейных и кольцевых швов при толщине свариваемого металла 30–450 мм.

Плавящимся мундштуком выполняют сварку прямолинейных и криволинейных швов при толщине свариваемого металла 30–3000 мм.

Сварку начинают, когда скорость подачи электродной проволоки составляет 200–250 м/ч. После возникновения дуги следует снизить скорость подачи проволоки до (150±50) м/ч и в течение 3–4 мин создать в зазоре необходимой глубины шлаковую ванну и обеспечить устойчивый электрошлаковый процесс сварки. При подходе зеркала шлаковой ванны к верхнему срезу формирующих устройств надо включить механизм вертикального перемещения.

Необходимо сравнять скорость перемещения сварочного аппарата со скоростью сварки заготовок.

В течение ЭШС необходимо обеспечить герметичность шлаковой ванны.

После окончания процесса ЭШС выводят электроды из шлаковой ванны и через 2 – 3 мин снимают формирующие устройства и прекращают подачу воды для их охлаждения. [ГОСТ 30482-97]