Описание сварной конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие положения

1.1 Описание сварной конструкции

Стол аудиторный предназначен для обеспечения учебного процесса в ВУЗах и ССУЗах. Устанавливается как в лекционной аудитории, так и в аудитории, предназначенной для ведения семинарских и лабораторных занятий.

Конструкция каркаса стола представлена на чертеже ФЮРА.562212.001СБ. Каркас выполнен из профильной трубы двух видов; 28х25х2 и 40х20х2. Стол состоит из столешницы и двух боковин. Его габаритные размеры 1200х750х500 мм масса - 12,67 кг.

Преимуществами данной конструкции стола является:

высокая прочность и долговечность;

экологическая чистота изделия;

высокая "вандалоустойчивость".

Данное изделие эксплуатируется при комнатной температуре и нормальной влажности, без попадания осадков, при небольших статических нагрузках. Для сборки деталей в единое целое предусмотрено применение сварки, т. к. любой другой способ технологически затруднен и приведет к большому росту затрат. Для сварки каркаса применяются два типа сварных соединений: стыковые и тавровые, выполняемые электродуговой сваркой.

Данная сварная конструкция должна отвечать следующим требованиям:

сварку производить таким видом сварки и сварочными материалами, при которых механические характеристики шва будут не хуже механических характеристик основного металла;

после сварки сварные швы необходимо зачистить от шлака и брызг расплавленного металла;

допускаемые отклонения расположения поверхностей: перпендикулярность реек столешницы не должна превышать 1 мм;

произвести контроль качества сварных швов внешним осмотром для выявления трещин, подрезов, пор и шлаковых включений.

1.2 Материал сварной конструкции

Каркас стола изготавливают из стали 08пс. Это качественная низкоуглеродистая конструкционная сталь.

Таблица 2.1 - Химический состав стали 08пс

Компоненты	Содержание, %
C	0,06
Mn	0,43
P, не более	0,005
S, не более	0,005

Таблица 2.2 - Механические свойства стали 08пс

Временное сопротивление разрыву, Мпа	330
Предел текучести, Мпа	200
Относительное удлинение, %	33
Относительное сужение, %	60
Твердость НВ для горячекатаной стали, не более	131

Если содержание углерода меньше 0,8%, то структура стали состоит из феррита и перлита.

Углерод

Увеличение содержания углерода в стали приводит к повышению прочности и понижению пластичности. Увеличение содержания углерода повышает порог хладноломкости и уменьшает ударную вязкость.

Марганец

Этот элемент вводят в любую сталь для раскисления:

Fe + Mn MnO + Fe ,

т.е. для устранения вредных примесей закиси железа. Марганец устраняет также вредные сернистые соединения железа, растворяется в феррите и цементите.

Марганец заметно влияет на свойства стали, повышая прочность в горячекатаных изделиях, изменяя и некоторые другие свойства. Но так как во всех сталях содержание марганца примерно одинаково, то его влияние на сталь разного состава остается не ощутимым.

В деталях из углеродистой стали, вследствие ее слабой прокаливаемости, высокую твердость получает лишь поверхностный цементованный слой, а сердцевина не упрочняется.

Разная степень упрочнения сердцевины при термической обработке объясняется получением разных структур вследствие различной в кинетике распада переохлажденного аустенита.

В нелегированных низкоуглеродистых сталях (сталь 08пс) выступ С - образной кривой настолько сдвинут влево, что даже при интенсивном охлаждении в воде в слоях, лежащих под цементированным слоем, аустенит не удается переохладить до низких температур. Практически вне зависимости от условий охлаждения аустенит превращается в феррит - перлитную смесь. Эта сталь почти не упрочняется при термической обработке. [3, с. 142].

1.3 Оценка технологичности

Технически совершенная сварная конструкция является прогрессивной лишь в том случае, если она экономически целесообразна. Экономическая целесообразность сварных конструкций достигается путем соблюдения на стадии конструкторской подготовки производства следующих взаимосвязанных технико-экономических принципов: технологичности, конструктивной унификации, экономичности в процессе их изготовления и эксплуатации. Технологичность сварных конструкций - одно из главных условий ускорения научно-технического прогресса в сварочном производстве, снижение материалоемкости, трудоемкости, энергоемкости и себестоимости машин и оборудования из сварных элементов, повышение их качества и надежности. Сварная конструкция считается технологичной, если она скомпонована из такого количества элементов, с приданием им таких размеров и форм, с применением таких марок и видов материала, технологии, оборудования, оснастки и методов организации производства, которые при заданном объеме выпуска и полном выполнении эксплуатационных функций конструкции обеспечивает ее простое и экономичное изготовление. О технологичности сварных конструкций, узлов и деталей судят прежде всего по их себестоимости. К технологичной обычно относится конструкция с самой низкой себестоимостью; к нетехнологичным - сварные конструкции из неоправданно большого числа металлоемких элементов, изготовление которых известными способами и средствами либо невозможно, либо вызывает значительные усложнения технологических операций, повышение трудоемкости, увеличение производственного цикла и повышение себестоимости.

На стадии проектирования сварных конструкций уровень технологичности должен оцениваться по всей совокупности ее показателей, охватывающих заготовительную, обрабатывающую и сборочно-сварочную стадии производства.

Показатели технологичности:

Коэффициент повторяемости конструктивных элементов деталей сварных конструкций (диаметров отверстий, радиусов, размеров элементов, углов скосов и т.д.).

К_пов=N_повi/N_oi,

где N_повi - число наименований деталей с повторяющимся конструктивным элементом;

N_oi - общее количество наименований деталей сварной конструкции с конструктивными элементами i-го вида;

N_повi=2, N_oi=2, К_пов=2/2=1

Общий коэффициент использования металла.

К_им=G_п/G_д,

где G_д и G_п - масса до и после обработки детали.

G_п=12,67 кг, G_д=13,11 кг

К_им=12,67/13,11=0,966

Коэффициент соотношения между массой наплавленного металла в нижнем положении и общей его массой.

К_нм=G_мн/G_он,

где G_мн - масса наплавленного металла в нижнем положении;

G_он - общая масса наплавленного металла при изготовлении сварной конструкции.

G_мн=46,63 г, G_он=61,85 г

К_нм=46,63/61,85=0,75

Коэффициент, характеризующий соотношение между общей массой наплавленного металла и массой сварной конструкции

К_он=G_он/G_к,

где G_он - общая масса наплавленного металла при изготовлении сварной конструкции;

G_к - масса сварной конструкции.

G_он=61,85 г, G_к=12670 г

К_он=61,85/12670=0,005.

Судя по рассчитанным показателям, конструкция является технологичной.

2. Обоснование выбора способа сварки, сварочных материалов и сварочного оборудования

2.1 Технологическая свариваемость металла сварной конструкции

Способность соединяемых металлов образовывать при сварке качественное сварное соединение оценивают их свариваемостью.

Свариваемость - комплексная характеристика металла, характеризующая его реакцию физико-химическое воздействие процесса сварки. Основными критериями оценки свариваемости являются:

окисляемость металла при сварке, зависящая от его химической активности;

сопротивляемость образованию горячих и холодных трещин;

чувствительность металла к тепловому воздействию сварки, характеризуемая его склонностью к росту зерна, структурными и фазовыми изменениями в шве и ЗТВ, изменением прочностных и пластических свойств;

чувствительность к образованию пор;

соответствие свойств сварного соединения эксплуатационным требованиям.

На свариваемость влияют различные технологические факторы. Так, например, при сварке в СО₂ наблюдается заметное окисление компонентов стали 08пс, выгорает углерод и марганец, окисляется железо.

Химический состав металла шва при сварке низкоуглеродистых сталей незначительно отличается от состава основного металла. Возможное снижение прочности металла шва компенсируется легированием металла через проволоку, покрытие или флюс марганцем и кремнием.

Углерод отрицательно влияет на свариваемость, т. к. он расширяет интервал кристаллизации и тем самым способствует образованию горячих трещин. Углерод увеличивает объемный эффект мартенситного превращения и поэтому усиливает склонность стали к образованию холодных трещин. Исходя из сказанного, содержание углерода в стали должно быть не более 0,25%. В стали 08пс содержание углерода 0,08%. Содержание марганца в стали 08пс - 0,43%.

Химический состав данной стали относится к числу оптимальных по стойкости против образования горячих и холодных трещин.

Обеспечение равнопрочности металла шва при дуговых способах сварки низкоуглеродистых нетермоупрочненных сталей обычно не вызывает затруднений.

Сварка низкоуглеродистых сталей, к которым относится сталь 08пс, не требует предварительного подогрева, отпуска или отжига конструкции после сварки, т. к. данная группа не чувствительна к термическому циклу.

Низкоуглеродистые стали, к которым относится сталь 08пс, относятся к группе хорошо сваривающихся. Хорошее качество сварных соединений достигается применением режимов сварки в широких пределах, при любых температурах окружающего воздуха, без термической обработки до и после сварки. Низкоуглеродистые стали хорошо свариваются практически всеми способами сварки плавлением [3, c. 341].

2.2 Обоснование выбора способа сварки

При выборе способа сварки необходимо учитывать:

свойства свариваемого металла;

толщину свариваемого металла;

габариты изделия;

экономическую эффективность.

Стол можно изготовить при помощи ручной дуговой сварки, с помощью сварки в среде углекислого газа сваркой неплавящимся электродом или самозащитной проволокой.

Ручная электродуговая сварка в настоящее время остается одним из самых распространенных способов сварки. Это объясняется возможностью сварки в различных пространственных положениях и в местах, недоступной для механизированных способов сварки, также простотой и мобильностью применяемого оборудования. Однако ручная дуговая сварка характеризуется малой производительностью и дорогими электродами. Качество сварки в большой степени зависит от практических навыков сварщика.

Особенностью сварки в среде углекислого газа является высокая степень концентрации тепловложения, обеспечивающая минимальную зону структурных превращений и относительно небольшие деформации изделия. При этом способе сварки обеспечивается высокоэффективная защита расплавленного металла, высокая производительность процесса, возможность наблюдения за формированием шва, низкая стоимость углекислого газа. Также преимуществом является слабая чувствительность к ржавчине, отсутствие неудобств, связанных с изготовлением и применением электродов, отсутствие операций по удалению шлака. Этим способом соединяют различные металлы и сплавы, в различных пространственных положениях, толщиной от десятых долей до десятков миллиметров [1, c. 17].

Сварка самозащитной проволокой сочетает в себе преимущества и ручной сварки - простоту и мобильность, и механизированной сварки в углекислом газе - большую производительность и высокое качество сварных соединений.

Порошковая проволока - это непрерывный электрод, состоящий из металлической оболочки и порошкового сердечника - шихты. Порошковые проволоки позволяют применять сварочный ток большой плотности, этим достигается высокая производительность расплавления. При сварке порошковой проволокой плотность тока может достигать 170-200 А/мм². Введение в сердечник порошковой проволоки значительного количества хрома, никеля, молибдена и других элементов обеспечивает такой химический состав наплавленного металла, который чрезвычайно трудно получить обычным металлургическим путем. Одной из основных проблем при сварке порошковой проволокой является обеспечение защиты зоны сварки от взаимодействия с воздухом.

Из-за высокой температуры дуги металл ванны и капель расплавляющейся оболочки нагревается до температур 2000-2500^ОС, при которых жидкое железо активно окисляется кислородом воздуха и соединяется с азотом, если зону сварки не защитить от воздействия воздуха. В результате выделения газов при кристаллизации металла сварочной ванны возникает пористость.

Срок хранения порошковой проволоки ограничен и составляет 8-10 месяцев. Минимальная толщина свариваемого металла при сварке порошковой проволокой 3 мм. В нашем случае толщина металла 2 мм, поэтому способ сварки порошковой проволокой не подходит.

2.3 Обоснование выбора сварочных материалов

Ручная дуговая сварка

Для сварки малоуглеродистой стали предлагаются различные виды электродов: УОНИ, МР-3, ОЗС, АНО. Рассмотрим некоторые из них;

УОНИ-13/45

- электроды с фтористо кальциевым типом покрытия. Предназначены для сварки особо ответственных конструкций из малоуглеродистой стали, в частности, работающих при отрицательных температурах и знакопеременных нагрузках. Электроды склонны к образованию пористости сварных швов. Сварку следует производить предельно короткой дугой методом опирания.

АНО-4Т

- универсальные электроды с рутил карбонатным покрытием. Отличаются легким зажиганием дуги. Менее склонны к образованию пор в тавровых швах (по сравнению с рутиловыми универсальными электродами других марок). При сварке выделяется сравнительно небольшое количество пыли, дыма, газов и токсичных соединений Mn. Сварку рекомендуется проводить дугой средней длины. Допускается сварка не зачищенных кромок.

ОЗС-4Т

- универсальные электроды с покрытием рутилового типа. Отличаются благоприятными гигиеническими характеристиками. Сварку рекомендуется проводить дугой средней длины. Допускается сварка кромок со слегка окисленной поверхностью. Превышение рекомендуемой силы тока может вызвать появление пор в швах.

МР-3Т

- универсальные электроды с рутил карбонатным покрытием. Отличаются благоприятными гигиеническими характеристиками. Электроды характеризуются высокими сварочно-технологическими свойствами, при сварке хорошо перекрываются зазоры. Сварку можно вести как короткой дугой, так и средней.

Сравнив показатели различных марок электродов, приведенные далее в таблице 3.1 выбираем электроды АНО-4Т, принимая во внимание высокую устойчивость дуги, малое разбрызгивание, отличное формирование шва, отличную отделимость шлаковой корки и малую склонность металла шва к образованию пор.

Таблица 3.1 - Сравнительные характеристики (показатели) электродов.

	УОНИ-13/43	АНО-4Т	МР-3Т	ОЗС-4Т
Устойчивость дуги	удовлетв.	высокая	высокая	высокая
Разбрызгивание	умеренное	малое	умеренное	умеренное
Формирование шва	хорошее	отличное	отличное	отличное
Отделимость шлаковой корки	удовлетв.	отличная	хорошая	удовлетв.
Коэффициент наплавки, aн, г/A.ч	8,5	8,3	7,8	8,5
Провар	средний	средний	средний	средний
Склонность Ме шва к образованию пор	склонен при увлажнении, удлин. дуги, ржавчине	малая	не склонен	склонен в корне тавровых швов
Склонность Ме шва к образованию горячих трещин	очень малая	низкая	низкая	умеренная
Расход электродов на 1 кг наплавленного Ме, кг	1,6	1,7	1,7	1,7
Предел текучести Gт, кг/мм2	34	36	36	37
Предел прочности Gв, кг/мм2	42	46	46	46
Относительное удлинение , %	22	18	18	18
Рекомендуемый режим сварки (для электродов d=3 мм), А	80 -100 60 - 80 70 - 90	100 - 140 90 - 110 100 - 120	для d=3 мм нет	90 - 100 80 - 90 80 - 90
C Mn Химический состав, % Si S P	0,10 0,65 0,25 <0,03 <0,03	0,08 0,70 0,10 <0,04 <0,04	0,11 0,58 0,17 <0,04 <0,04	0,10 0,55 0,25 <0,04 <0,04
Цена, руб. (за 1 тонну)	9100	8500	8500	8500

Полуавтоматическая сварка в CO₂

При полуавтоматической сварке плавящимся электродом швов, расположенных в различных пространственных положениях, используют электродную проволоку диаметром до 1,2 мм, а при сварке швов, расположенных в нижнем положении - проволоку диаметром 1,2 - 3,0 мм.

Для сварки в углекислом газе низкоуглеродистых сталей рекомендуется проволока Св-08ГС и Св-08Г2С.

Структура и свойства металла швов и околошовной зоны на низкоуглеродистых сталях зависят от использованной электродной проволоки, состава и свойств основного металла и режима сварки.

Таблица3.2 - Механические свойства металла шва

	Св-08ГС	Св-08Г2С
Предел текучести, Мпа	380 - 400	420 - 440
Временное сопротивление разрыву, Мпа	520 - 560	550 - 580
Относительное удлинение, %	23 - 30	24 - 29
Цена, руб./т (d = 1,2 мм)	4260	4490

Сравнив механические свойства данных марок проволок и основного металла выбираем сварочную проволоку Св-08ГС.

2.4 Расчет режимов сварки

Ручная дуговая сварка

Диаметр электрода выбираем в зависимости от толщины деталей. При сварке деталей толщиной =2 мм выбираем согласно рекомендациям d_э=3 мм.

Общую площадь поперечного сечения наплавленного металла для таврового соединения определяем по формуле:

F_н=k_у^.k²/2 (1),

где k_у - коэффициент увеличения, учитывающий наличие зазоров и выпуклость шва, k_у=1,5;

k - катет шва, мм; k=3 мм.

F_н=1,5^.3²/2=6,75 мм².

Сила сварочного тока определяется в зависимости от диаметра электрода и допустимой плотности тока:

I_св=п^.d_э^2.j/4 (2),

где d_э - диаметр электрода, d_э=3 мм;

j - допустимая плотность тока, j = 14 - 20 A/мм².

I_св=3,14^.3^2.(14 - 20)/4=(100 - 140) A

Выбираем I_св=100 A.

Скорость сварки может быть определена по формуле:

V_св=_н^.I_св/3600^..F_н (3)б

где _н - коэффициент наплавки, _н=8,3 г/A^.ч;

- плотность наплавленного металла, =7,8 г/см²;

F_н - площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм².

V_св=8,3^.100/3600^.7,8^.6,75=4,12^.10^-3 м/с=14б81 м/ч [1, c. 193].

Полуавтоматическая сварка в CO₂

Требуемая глубина провара H==2 мм

Силу сварочного тока определяем по формуле:

I_св=H^.100/k_h (4),

где H - требуемая глубина провара, H=2 мм;

k_h - коэффициент пропорциональности; для одностороннего провара и H=2 мм,

k_h=1,75.

I_св=2^.100/1,75=115 A

Диаметр электродной проволоки принимаем d_э=1,2 мм.

Скорость сварки определяем по формуле:

V_св=A/I_св (5),

где A - коэффициент; для d_э=1,2 мм A=(2 - 5)^.10³ A^.м/ч.

V_св=(2 - 5)^.10^-3/115=(17,39 - 43,48) м/ч

Площадь поперечного сечения наплавленного металла определяем по формуле:

F_н=_н^.I_cd/^.V_св (6),

где _н - коэффициент наплавки, _н=18 г/A^.ч;

I_св=115 A; V_св=43,48 м/ч;

- плотность наплавленного металла, =7,8 г/см³/

F_н=18^.115/7,8^.43,48=6,10 мм³ [1, c. 208].

Находим требуемую площадь поперечного сечения наплавленного металла по формуле:

F_н=k²/2+1,05^.k^.h (7),

где k - катет шва, k=3 мм;

h - выпуклость шва, h=0,5 мм.

F_н=3²/2+1,05^.3^.0,5=6,08 мм²

Требуемая площадь поперечного сечения наплавленного металла практически совпадает с площадью, рассчитанной по режимам сварки.

Полученные значения режимов сварки заносим в таблицу 5.

2.5 Обоснование выбора сварочного оборудования

Ручная дуговая сварка

Оборудование для сварки штучными электродами остается наиболее распространенной группой оборудования, включающей в себя трансформаторы, преобразователи, агрегаты и выпрямители. Выпускается ряд источников сварочного тока, обеспечивающих всеми типами штучных электродов разнообразных видов соединений сталей на токах до 500 А. Благодаря технологической гибкости ручной сварки штучными электродами, возможности сварки в различных пространственных положениях и простоте организации работ эти источники широко применяются в промышленности, строительстве, в монтажных условиях и эксплуатируются в сложных климатических условиях.

Основной объем работ выполняется электродами диаметром 2 - 5 мм, лишь в небольшом количестве используются электроды меньшего или большего диаметра.

Недостатками ручной сварки штучными электродами являются весьма низкая производительность и большие потери металла на угар, разбрызгивание и огарки, в сумме составляющие до 30% массы стержня.

Ручную сварку покрытыми электродами следует применять только в случаях, когда механизированные способы сварки технически или экономически нецелесообразны (например, при ремонте, сварке разнородных материалов, при мелкосерийном производстве изделий, а также в труднодоступных местах).

Выбор источника сварочного тока для ручной дуговой сварки по роду тока.

Перед потребителем часто встает вопрос, какой тип оборудования использовать для ручной дуговой сварки - трансформатор или выпрямитель.

Стабильность горения дуги. При использовании трансформатора сварщикам низкой квалификации трудно поддерживать длину дуги постоянной - возникают довольно частые короткие замыкания, в результате чего дуга гаснет и электрод прилипает к изделию. В некоторой степени это явление исключается применением электродов со специальными покрытиями, например рутиловыми, способствующими стабильному поддержанию дуги.

Главной особенностью управляемых полупроводниковых выпрямителей является быстрота реакции на возможные изменения длины дуги вплоть до короткого замыкания, что позволяет резко повысить стабильность горения дуги. Следовательно, с этой точки зрения выбор выпрямителя является предпочтительным.

Магнитное дутье. При ручной сварке дуга может подвергаться воздействию магнитного поля, что вызывает ее отклонение и уменьшает влияние на сварочную ванну. Хотя это явление может наблюдаться при использовании как переменного, так и постоянного тока, дуга постоянного тока подвергается его воздействию чаще. Влияние дутья дуги может быть уменьшено или устранено совсем путем изменения зажима обратного провода или положения самого провода относительно изделия.

Качество сварного шва. Известно, что при сварке переменным током значительно чаще получаются непроплавы, неравномерность проплавления, шлаковые включения, некрасивая форма валика и пористость. Эти дефекты являются следствием нарушения покрытия электрода из-за прилипания, непостоянства длины дуги и частого ее гашения. Кроме того, полная зависимость выходного напряжения трансформатора от изменения напряжения питающей сети приводит либо к недостаточному провару, либо к прожогу.

Применение управляемого полупроводникового выпрямителя, имеющего, как правило, устройство стабилизации выходного напряжения, в значительной степени уменьшает эти дефекты.

При сравнении стоимости трансформатора и выпрямителя необходимо учитывать и затраты на ремонтные работы по исправлению дефектов сварного шва, которые зависят от размеров свариваемого изделия и числа дефектных швов.

Надежность и условия эксплуатации. Все трансформаторы для ручной сварки, выпускаемые в стране, отличаются простотой конструкции, отсутствием аппаратуры управления, имеют естественное охлаждение и подключаются к однофазным сетям. Они могут работать на открытом воздухе. Имеют весьма высокие показатели надежности.

Выпрямители, как не имеющие электронного управления, так и с электронным управлением, предназначены для эксплуатации внутри помещений, имеют искусственное воздушное охлаждение и подключаются только к трехфазным сетям.

Если выпрямители без электронного управления по надежности приближаются к трансформаторам, то этого нельзя сказать об управляемых (с электронным управлением) полупроводниковых выпрямителях. Безусловно, что с повышением надежности всей комплектации (транзисторы, тиристоры, микросхемы, печатные платы и т. д.) показатели надежности растут.

Техника безопасности. Известно, что пороговое значение поражающего тока у источников постоянного тока выше, чем у источников переменного тока. В общем случае выпрямители с напряжением холостого хода до 100 В не требуют ограничителей напряжения, тогда как трансформаторы с напряжением холостого хода до 80 В при эксплуатации в особо опасных условиях должны снабжаться ограничителями. Трансформаторы с напряжением холостого хода свыше 80 В уже независимо от условий эксплуатации должны иметь ограничители.

Ограничитель представляет собой довольно сложное устройство с большим числом электронных элементов. Стоимость трансформатора с ограничителем находится на уровне стоимости выпрямителя (без электронного управления). Кроме того, ограничитель затрудняет зажигание дуги и работа с ним требует большого опыта сварщика.

Из существующего на предприятии сварочного оборудования выбираем выпрямитель для дуговой сварки ВД-306 с падающей внешней характеристикой. ВД-306 однокорпусной, передвижной выпрямитель. Предназначен для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом изделий из стали в среде углекислого газа, а также для ручной дуговой сварки штучными электродами.

Полуавтоматическая сварка в CO₂

Полуавтоматы для сварки плавящимся электродом в углекислом газе используются в цеховых условиях для сварки соединений, имеющих швы малой протяженности или сложной конфигурации, в различных пространственных положениях. Полуавтоматы применяются также для соединения конструкций, точность сборки которых не отвечает требованиям автоматической сварки. При использовании полуавтоматов взамен ручной сварки штучными электродами производительность повышается в 1,5 - 3 раза. В сварочных полуавтоматах диапазон малых токов составляет до 50 А, что обеспечивает возможность сварки изделий из углеродистых сталей толщиной от 0,8 мм, для которых ранее применялась газовая сварка. Полуавтоматы, работающие как в непрерывном, так и в точечном режимах, используются для сварки электрозаклепками при изготовлении конструкций из горячекатаной стали взамен контактной сварки. Использование порошковой проволоки при сварке и наплавке в СО₂ позволяет снизить разбрызгивание, применять полуавтоматы и автоматы при изготовлении конструкций из сталей повышенной прочности. Полуавтоматы и автоматы для сварки порошковой проволокой без дополнительной газовой защиты применяются в монтажных условиях при изготовлении стальных и железобетонных конструкций. В настоящее время эффективно зарекомендовали себя полуавтоматы импортного производства, которые не требуют большого или специального опыта в обслуживании, надежны и просты в эксплуатации.

Выбираем полуавтомат типа SGA 130/1145 TURBO.

Основные характеристики SGA 130/1145 TURBO:

Однофазный трансформатор с линейными характеристиками, с изоляцией класса H.

Однофазный выпрямитель с кремниевыми диодами, предупреждающими перегрев.

Электронная плата для регулировки скорости подачи нити.

Мотор оснащен редуктором скорости.

Диаметр применяемой проволоки 0,6 - 1,2 мм.

3. Технология изготовления сварной конструкции

3.1 Заготовительный процесс

Опоры ФЮРА.612600.002 и ФЮРА.612600.003 отрезаются на листовых ножницах с наклонным ножом НГ473.

Стойки и рейки отрезаются на отрезном станке ТУ101089790.

Резка реек столешницы производится под углом 45, используя тиски поворотные универсальные [ ]. Тем самым исключается фрезерная операция (фрезеровка под 45) и значительно повышается общий коэффициент использования металла (см. п. 6.1 Раскрой металла).

3.2 Технологический процесс сборки и сварки

Сварка каркаса стола осуществляется на специальных сборочных приспособлениях (см. Чертежи ФЮРА.741100.400 и ФЮРА.741700.400).Перед сборкой необходимо зачистить кромки свариваемых деталей. После сварки нужно зачистить лицевые сварные швы N^o1 и N^o2 (см. Чертежи ФЮРА.562212.001). Для этого используется ручная шлифовальная машина ИЭ-2103А.

Сборка каркаса стола происходит в следующем порядке. В приспособлении для сборки боковин ФЮРА. 741100.400 собираются две боковины. Затем в приспособлении для сборки каркаса стола ФЮРА.741700.400. собирается каркас стола ФЮРА.562212.001.

В приспособление для сборки боковин устанавливается рейка ФЮРА.620300.004. Затем устанавливается рейка ФЮРА.620300.005 и закрепляется прижимами горизонтальными. В приспособление устанавливаются две стойки ФЮРА.615400.007., которые прижимают рейку ФЮРА.620300.004. и закрепляются прижимами. После установки деталей в приспособление, осуществляется прихватка стоек к рейкам. Прихватка осуществляется дуговой сваркой в среде углекислого газа сплошной проволокой. Проволока Св-08ГС, диаметр проволоки 1,2 мм, сила тока 115 А, скорость подачи проволоки 235 м/ч.

После прихватки боковина освобождается от закрепления и переворачивается. Производится ее сварка с обратной стороны. Сварка производится на тех же режимах, что и прихватка. Боковина вынимается из приспособления ФЮРА.741100.400. и устанавливается в приспособление ФЮРА.741700.400 и закрепляется прижимами. Затем, в приспособлении для сборки боковин, собирается и сваривается. Сборка и сватка второй боковины осуществляется аналогичным образом. В приспособление для сборки каркаса стола устанавливается рейка ФЮРА.620300.006., поджимает боковину и закрепляется прижимами. Вторая боковина вынимается из присобления для сборки боковин, устанавливается в приспособление для сборки каркаса стола и закрепляется прижимами. Затем, в приспособление для сборки каркаса стола, устанавливается рейка ФЮРА.620300.006. и закрепляется прижимами. Осущиствляется прихватка реек к боковинам и приварка опор ФЮРА.612600.002 и ФЮРА.612600.003. к каркасу стола дуговой сваркой в среде углекислого газа сплошной проволокой Режимы сварки - те же. Каркас стола освобождается от закрепления и устанавливается на пол. Производится его сварка дуговой сваркой в среде углекислого газа сплошной проволокой. После сварки, сварные швы N^о1 и N^o2 зачищаются ручной шлифовальной машиной. Каркас переносится в соседний участок для покраски и окончательной сборки стола.

Технологический процесс описан в маршрутной карте ФЮРА.10101.00001. (см. приложения).

3.3 Сварочные напряжения и деформации, меры борьбы с ними

свариваемость металл шов деформация

В результате местного (неравномерного) нагрева металла, обусловленного воздействием концентрированного источника теплоты, в сварной конструкции возникают временные и остаточные сварочные напряжения. Временные сварочные напряжения наблюдаются только в определенный момент сварки в процессе изменения температуры. Напряжения, существующие после окончания сварки конструкции и полного ее остывания, называют остаточными сварочными напряжениями или сварочными напряжениями. Они возникают в результате затруднений расширения и сжатия металла при его нагреве и остывании. Затрудненность расширения и сжатия металла обусловлена тем, что нагретый участок со всех сторон окружен холодным металлом, размеры которого не претерпевают никаких изменений. Изменение размеров и формы сварной конструкции в некоторых случаях снижает ее работоспособность и портит ее внешний вид. Если остаточные деформации достигают заметной величины, они могут привести к неисправимому браку. При разработке технологии сборки и сварки конструкции следует учитывать необходимость снижения остаточных деформаций до величины, при которой они не отражаются на работоспособности и внешнем виде конструкции и не затрудняют сборку отдельных элементов.

Величина и характер сварочных напряжений и деформаций определяются рядом факторов: вид и способ сварки, влияние конфигурации шва, режим сварки, порядок сварки и закрепление свариваемых деталей, предварительный изгиб свариваемых деталей, разное охлаждение свариваемых деталей, влияние подогрева и др. При сварке рамы мерой борьбы со сварочными напряжениями и деформациями являются порядок сварки и закрепление свариваемых деталей. Предварительная сборка и закрепление рамы в приспособлениях оказывают влияние на величину деформации. Также при сварке тавровых швов сильное влияние оказывает порядок наложения швов. По технологии сварки, рядом находящиеся швы варятся по прошествии некоторого времени. За это время шов успевает остыть.

Для обеспечения минимальной деформации сварной конструкции следует назначать наименьшие (допустимые из условий прочности конструкции) сечения швов и не допускать их увеличения в процессе изготовления конструкции.

3.4 Технический контроль качества и исправление брака

Под качеством сварных конструкций следует понимать совокупность свойств, обуславливающих их пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с их назначением. Необходимый уровень качества сварных конструкций определяется совокупностью требований, отраженных в чертежах, картах технологических процессов, технических условиях и стандартах.

Технический контроль сварных конструкций представляет собой комплекс выполняемых в установленном порядке контрольных операций по проверке соответствия их установленным техническим требованиям на всех стадиях производства. Наиболее характерными дефектами для сварных соединений, выполненных ручной дуговой сваркой покрытыми электродами, являются следующие:

ослабление шва уменьшает сечение и прочность соединения;

излишнее усиление шва увеличивает внутренние напряжения;

подрезы в основном металле рядом со швом создают концентрацию напряжений, приводящих при нагрузке соединения к его разрушению;

поры в сварных швах нарушают герметичность и ухудшают механические свойства;

шлаковые включения ухудшают однородность, прочность и пластичность шва;

непровар в корне шва и по кромкам соединяемых элементов снижает прочность, пластичность и вязкость швов, создает опасную концентрацию напряжений в зоне сварки;

трещины резко увеличивают концентрацию напряжений и ухудшают пластичность шва.

Основными причинами возникновения дефектов сварки являются:

а) некачественная сборка и подготовка под сварку;

б) некачественные сварочные материалы;

в) нарушения технологии сварки;

г) низкая квалификация и отсутствие достаточного опыта сварщиков.

Для выявления дефектов и установления соответствия качества сварных соединений требованиям нормативной документации в практике сварочного производства применяют методы контроля; сопровождающиеся разрушением сварного соединения, неразрушающие методы, испытание сварной конструкции в целом.

В нашем случае сварка каркаса стола контролируется неразрушающими методами.

Неразрушающие методы контроля сварных соединений нашли широкое применение при оценке качества сварных конструкций в заводских и монтажных условиях.

Различают следующий контроль без разрушения сварных соединений: внешний осмотр; проверка плотности (герметичности); просвечивание рентгеновскими и гамма - лучами; магнитографический; ультразвуковой; люминесцентный и цветной.

Для контроля сварных соединений каркаса стола применяют внешний осмотр, так как остальные методы требуют больших финансовых и временных затрат.

Внешним осмотром проверяют состояние свариваемых элементов и сварочных материалов до сварки; ведут наблюдение за образованием швов в процессе сварки, проверяют (шаблонами, измерителями и т. д.) их форму и размер; выявляют в готовых сварных соединениях (невооруженным глазом и с помощью лупы) трещины, подрезы, непровары, поры, прожоги, наплывы и т. д.

Этот метод контроля является обязательной составной частью работы сварщика, производится до начала, в процессе и после сварки всех сварных соединений.

4. Конструкторская часть

4.1 Проектирование сборочно-сварочных приспособлений

Помимо требований, необходимых для выполнения технологического процесса сборки или сварки, конструкция приспособлений должна обеспечить:

удобство в эксплуатации;

возможность наиболее выгодного порядка наложения сварных швов;

полное или частичное предохранение от деформации изделия при сварке;

быстрый отвод тепла от места сварки для уменьшения коробления;

сборку заданного узла с одной установки;

наименьшее число поворотов как при прихватке, так и при сварке;

свободный доступ для проверки размеров изделия;

свободный съем собранного или сваренного изделия;

смену быстроизнашивающихся деталей при ремонте и возможность восстановления требуемой точности;

безопасность эксплуатации.

Для правильной установки деталей собираемого узла или изделия в приспособлении они должны фиксироваться относительно опорных баз. Как известно, твердое свободное тело обладает тремя степенями свободы в плоскости и шестью степенями свободы в пространстве. Для лишения тела шести степеней свободы, т. е. для того, чтобы сделать его неподвижным (относительно приспособления), необходимо на тело наложить шесть связей. Последнее достигается прижатием его к неподвижным одноточечным опорам. Правило шести точек может быть сформулировано следующим образом: для фиксирования положения детали в приспособлении достаточно, чтобы она соприкасалась с шестью жесткими опорными точками: тремя точками, расположенными на установочной поверхности, двумя - в направляющей и одной - в упорной. Плоскость соответствует трем точкам, а ребро - двум. В ряде случаев нет необходимости создания шести опорных точек для базирования детали. В большинстве случаев в сварочных приспособлениях базирование устанавливаемой детали ведется по плоскости. Так как сварное изделие состоит из ряда деталей, то для установки каждой детали требуется создание контура из шести опорных точек. При этом другие детали узла, сопрягаемые с устанавливаемой, могут служить опорными базирующими точками. Закрепление деталей осуществляется прижимами, смонтированными на приспособлении. Прижимы имеют собственные рукоятки, которые располагаются сбоку от приспособления. Усилие для прижима детали лучше всего прикладывать к рукоятке сверху вниз на себя.

Приспособления сборочные изображены на чертежах ФЮРА.741100.400СБ и ФЮРА.741700.400СБ. Основание приспособлений изготовлено из швеллера N^o 6,5. Закрепление деталей осуществляется при помощи прижимов с самоустанавливающейся шайбой. В качестве упора используется уголок 32х32х4. Принцип работы приспособления описан в разделе 4.1 Технологический процесс сборки и сварки. Приспособление удовлетворяет всем предъявляемым требованиям.

Размещено на Allbest.ru