Сущность процесса производства стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Сущность процесса производства стали

Сталь - это железоуглеродистый сплав, в котором содержится практически до 1,5% углерода, при большом его содержании увеличивается хрупкость и твёрдость стали, но они не широко применяются.

Предельный чугун и стальной лом являются основными исходными материалами для производства стали.

В стали малое содержание углерода, чем в чугуне.

При взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах железо окисляется:

2Fe+O2=2 FeO+Q

Вместе с железом также окисляются кремний, марганец, углерод и фосфор. Оксид железа при высокой температуре отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, а так же окисляет их.

В три этапа осуществляются процессы выплавки стали.

Первый этап. Нагрев ванны жидкого металла и расплавление шихты.

Температура металла не высокая, происходит процесс окисления железа примесей, образование оксида железа, а именно марганца, кремния и фосфора. сталь электропечь раскисление диффузионный

Самая важная задача этапа - это удаление фосфора. Для этого желательно провести плавку в основной печи. Должна быть не высокая температура ванны и шлака.

Второй этап. Кипение металлической ванны, которое начинается по мере прогрева к более высоким температурам. Следовательно, при повышении температуры быстрее протекает реакция окисления углерода, которая происходит с поглощением теплоты:

FeO+C=CO+Fe-Q

Для того что бы, произошли окисления углерода в металл необходимо ввести малое количество руды.

Для удаления серы также создаются условия. В стали сера находится в виде сульфида, который тоже растворяется в главном шлаке. Если температура высокая, то количество сульфида железа растворяется в шлаке больше и взаимодействует с оксидом кальция:

FeS+CaO=CaS+Fe

Третий этап. Следовательно, сталь раскисляется в восстановлении оксида железа, который растворён в жидком металле.

Существуют два способа раскисления стали: осаждающее и диффузионное.

Принцип осаждающего раскисления заключается в том, что большее количество в ней кислорода переводят в нерастворимые оксиды элементов - раскислителей.

Диффузионное раскисление взаимодействует со специальным шлаком и за счёт этого происходит процесс снижения концентрации кислорода в расплаве стали.

Стали выплавляют в зависимости от степени раскисления:

а) спокойные,

б) полуспокойные,

в) кипящие.

При полном раскислении в печи и ковше получается спокойная сталь.

Полуспокойная сталь раскисляется промежуточно между спокойной и кипящей. Кипящая же сталь раскисляется в печи не полностью.

В различных по принципу действиях металлургических агрегатах, таких как мартеновских печах, электрических печах и кислородных конвертерах, чугун переделывается в сталь.

Мартеновский процесс в период 70-х годов 20 века являлся главным способом производства стали. Способ характеризуется не особо большой производительностью. Благодаря такому способу можно получить качественную сталь. Вместительность печи составляет приблизительно от 200 до 900 тонн.

По устройству и своему принципу мартеновская печь является пламенной отражательной регенативной печью. В ней находится плавительное пространство, которое сжигает разнообразное топливо или мазут. Для получения стали в расплавленном состоянии нужна высокая температура, благодаря ней обеспечивается регенерацией тепла печных газов. Время плавки составляет от 3 до 6 часов, для крупных печей больше - до 12 часов.

Существуют разновидности мартовского процесса, которые используют при расплавке в зависимость от самого состава шихты.

1. Скрап - процесс. Шихта состоит из стального лома и 25-45% чушкового предельного чугуна. Его применяют только на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома.

2. Скрап-рудный процесс. Шихта состоит из железной руды и 55-75% жидкого чугуна. Такой процесс применяют на металлургических заводах, которые имеют доменные печи.

Скрап - рудным процессом стали изготовлять большое количество в мартеновских печах с основной футеровкой. В таких печах выплавляют такие виды сталей как низко- и марганцовистые, конструктивные, углеродистые, но кроме высоколегированных.

В нашей стране в мартеновских печах выплавляют около 20% всей стали. В последние годы доля мартеновского способа производства стали сократилась из-за развития электросталеплавильного и кислородно-конвертного производств.

Получение стали в электрических печах, машиностроительных и металлургических заводов называется электросталеплавильное производство.

Получение стали в сталеплавильных агрегатах - конвертерах путём продувки жидкого чугуна кислородом или воздухом называется кислородно-конверторное производство.

Кислородный конвертер выглядит в виде сосуда грушевидной формы из стального листа, который футерованный основным кирпичом.

Тоннаж конвертера от 130 до 350 тонн жидкого чугуна. Во время процесса работы конвертера может поворачиваться на 360 градусов для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива шлака и стали.

Основные шихтовые материалы кислородно-конвертного процесса: стальной лом, известь для наведения шлака, жидкий предельный чугун, плавиковый шпат для разжижения шлака, железная руда и боксит.

Низколегированные стали, кипящие и спокойные, стали с разным содержанием углерода выплавляют в кислородных конвертерах. Конвертер для плавки ёмкостью от 130 до 300 тонн заканчивается примерно через 25-30 минут.

Более высокопроизводительным способом выплавки стали является именно кислородно-конвертерный процесс. Отсутствие топлива, меньшие затраты на строительство цехов и простота устройства конвертера - другие достоинства этого процесса.

Производство стали в электропечах. Такие печи, прежде всего, используют для выплавки высоколегированных, инструментальных, конструкционных, специальных сталей и сплавов.

Электропечи различают дуговые и индукционные.

Дуговая является более распространенным типом печей. В них проходит разряд между электродами через скрап. Поступление электрического тока происходит через трансформатор, который регулирует параметры и напряжение тока.

Выплавка в таких печах производятся высококачественные конструкционные сплавы и стали. Качество, сравнивая с конверторной и мартеновской, более высокое. Это проявляется её высокой чистотой по фосфору и сере, хорошей раскисляемостью.

Стоит учесть, что эта электросталь стоит дороже, чем конверторная или мартеновская.

Применяя кислород, повышается производительность на 15-25% и снижается расход электроэнергии более 10-15%.

Индукционная служит для плавки материалов с использованием индукционного нагрева. В частности используют индукционный тигельные печи, состоящие из представляющего собой медную водоохлаждаемую трубку, тигля и индуктора. В таких печах чаще всего выплавляют чугун, сталь, металлы, медь, алюминий, магний, сталь.

Преимущества индукционных печей заключается в том, что очень малый угар легкоокисляющихся элементов, таким образом можно выплавить сталь с очень низким содержанием углерода. В такой стали пониженное содержание азота и высокой чистоты по неметаллическим включениям. Индукционные печи высокопроизводительные и имеют высокий электрический КПД. Их недочёты заключают в том, что имеют маленькую вместительность, высокую стоимость электрооборудования и низкую стойкость основных тиглей.

2. Технология литейного производства

Исходными данными является эскиз детали (рисунок 1) и её сплав СЧ20



Рисунок 1 - Эскиз детали

По эскизу детали разрабатываем эскиз отливки с литейно-модельными указаниями (рисунок 2.1), эскиз модели (рисунок 2.2), эскиз стержневого ящика для изготовления стержня на пескодувной формовочной машине (рисунок 2.3) и формы в сборе (рисунок 2.4).



Рисунок 2.1 - Литейно-модельные указания



1 - модель верха; 2 - стояк; 3 - модель низа; 4 - зумпф;

5 - питатель; 6 - литниковый ход.

Рисунок 2.2 - Эскиз модели верха и низа на подмодельной плите

Рисунок 2.3 - Стрежневой ящик



1 - верхняя опока; 2 - нижняя опока; 3 - ком формовочной смеси верхний;

4 - ком формовочной смеси нижний; 5 - стержень;

6 - штырь центрирующий; 7 - штырь направляющий.

Рисунок 2.4 - Форма в сборе

Последовательность технологического процесса изготовления песчано-глинистой формы методом ручной формовки

1. На подмодельную плиту устанавливают одну половину модели (плоскость разъема к доске).

2. На подмодельную плиту устанавливают нижнюю опоку. Нужно следить за тем, чтобы были выдержаны расстояния модели от стенок опоки и было место для расположения питателей. При необходимости припыливают модель графитовым порошком.

3. На поверхность модели наносят просеянную через сито формовую смесь (облицовочную смесь) толщиной слоя 20 - 30 мм.

4. Опоку заполняют формовочной (наполнительной) смесью до краев.

5. Узким концом трамбовки уплотняют смесь в опоке в направлении по спирали от стенок опоки к середине опоки.

6. Досыпают формовочную смесь и уплотняют ее широким концом трамбовки.

7. Удаляют излишек формовочной смеси с верха опоки металлической линейкой до получения гладкой горизонтальной поверхности.

8. При необходимости для увеличения газопроницаемости формы накалывают иглой вентиляционные каналы (они не должны доходить до модели).

9. Переворачивают опоку на 180°.

10. Плоскость разъема формы (формовочную смесь вокруг модели) сглаживают и посыпают сухим песком.

11. Сухой песок удаляют с модели.

12. На нижнюю половину модели, по фиксирующим шипам устанавливают верхнюю половину модели. Устанавливают модель шлакоуловителя и припыливают смесь в плоскости разъема графитом.

13. Устанавливают модели стояка и выпоров, если в этом есть необходимость.

14. Засыпают верхнюю опоку, как и нижнюю, формовочной смесью (сначала облицовочной, затем - наполнительной), уплотняют ее, удаляют излишек смеси и накалывают вентиляционные каналы. У стояка прорезают и выглаживают литниковую воронку.

15. Извлекают, раскачивая в разные стороны, модели стояка и выпоров. Выглаживают устья каналов. Снимают верхнюю опоку, переворачивают ее и ставят рядом с нижней опокой.

16. Прорезают каналы питателей.

17. Легкими ударами по модели ее осторожно расшатывают и, постукивая по модели металлическим предметом, извлекают ее из формы. Предварительно слегка расшатав, извлекают модели из формы с помощью крючка.

18. Исправляют поврежденные места в форме, если в этом есть необходимость. Остатки формовочной смеси из полоски удаляют с помощью кисточки. Поврежденное место смачивают водой для увеличения клейкости смеси с помощью кисточки и заполняют формовочной смесью. Уплотняют и сглаживают эти места до получения требуемой конфигурации поверхности.

19. На нижнюю полуформу устанавливают верхнюю и фиксируют ее положение с помощью центрирующих штырей.

20. Если необходимо, устанавливают грузы на верх собранной формы для того, чтобы давлением жидкого металла не была поднята верхняя полуформа.

Последовательность сборки формы

1. Готовую полуформу в полости заливки покрывают графитом, затем в полуформу устанавливают стержень, после чего устанавливается воронка. Центрирование полуформ осуществляется за счёт направляющего и центрирующего штырей, которые располагаются в нижней полуформе.

2. Форма после сборки должна отвечать следующим требованиям иметь геометрические размеры стержней и внутренней полости, образующих отливку в заданных по чертежу пределах; обеспечивать свободный выход газов из жидкого металла, стержней и отдельных своих частей; противостоять давлению жидкого металла при заливке исключить возможность ухода ж.м. через ее разъемы; обеспечивать получение отливки без засора и заливов.

Сборка форм состоит из следующих операций: подготовительных работ, установке и креплению стержней в форме, отделочных работ, контроле сборки форм спаривания верхней и нижней полуформы, нагружение полуформ перед заливкой.

3. Подготовительные работы, связанные со сборкой форм являются: подготовка рабочего участка и работы, выполняемые непосредственно перед сборкой каждой формы.

При подготовке каждого участка нужно разложить рабочий инструмент на рабочих местах, проверить исправность необходимого оборудования и приспособлений (особенно грузоподъемных средств) и наличие на участке необходимых материалов.

В подготовительные работы, выполняемые непосредственно перед сборкой каждой формы включается подготовка к сборке полуформ, контроль качества полуформи исправление обнаруженных дефектов, а также контроль качества стержней. Объем подготовительных работ, зависит от конкретных условий и может включать только часть из указанных операций.

4. Контроль качества полуформ и исправление дефектов

В первую очередь необходимо проверить качество рабочих поверхностей полуформ. К сборке допускаются полуформы с четкой геометрией рабочих поверхностей и гладкой поверхностью. К сборке не допускаются полу-формы, имеющие большие трещины, подрывы, нарушение целостности отдельных частей, недостаточную плотность набивки,неудовлетворительно просушенные,не имеющие вентиляционных каналов. В сырых формах дефектные места заделывают формовочной смесью применяемой для их изготовления, поле чего окрашиваю противопригарной краской.

5. Контроль стержней перед сборкой.

К сборке не допускаются недостаточно прочные стержни, а также стержни с нечеткой конфигурацией геометрических частей и размерами, несоответсвующим чертежам, с глубокими трещинами либо отбитые, плохо окрашенные или же у которых отсутствуют вентиляционные каналы.

Так как стержни имеют не высокий вес то устанавливаться могут вручную.

При постановке стержня в знаковую часть его слегка осаждают для более плотной посадки.

Так как производство единичное, то для контроля точности стержней применяется штангельциркуль.

6. Отчистка собранных полуформ производится специальным всасывающим устройствами. При сборке форм, в процессе сборки проверяются размеры формы, толщину формы правильность установки стержней и. т. д. Поступившие на сборку стержни должны быть очищены от нагара тщательно осмотрены. Стержни устанавливаются в форму по знакам. Правильность простановки стержней контролируется специальными щупами. Перед началом заливки форма устанавливается на конвейер к основному ряду форм. Время ожидания формы при влажности 70% не более 5 часов.

3. Горизонтально-ковочная машина

На горизонтально-ковочной машине можно изготовлять поковки такой конфигурации, какую нельзя получить ни на какой другой кузнечной машине. Только некоторые из них можно получить штамповкой на молоте и прессе, да и то с очень большими отходами металла в заусенец (облой) или с большими напусками.

На горизонтально-ковочной машине можно делать поковки с глубокими выемками и отверстиями, тонкими стенками; выступы и буртики на внешних поверхностях поковок можно выполнять небольшой высоты. Благодаря наличию у горизонтально-ковочных машин двух плоскостей разъема штампов уклоны назначаются только на тех поверхностях поковок, которые при нахождении их в пуансоне или в матрице перпендикулярны направлению действия удара. Величина уклонов обычно не превышает 1-2°. Получаемые на горизонтально-ковочной машине поковки по форме и размерам очень близки к готовой обработанной детали.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах может производиться непосредственно от прутка, т. е. без предварительной разрезки его на отдельные заготовки. Из прутка штампуется несколько поковок. Отделение высаженкой поковки от прутка производится в самой горизонтально-ковочной машине. Поэтому отпадает необходимость в ножницах или пилах, время на изготовление поковки уменьшается. На горизонтально-ковочных машинах многие поковки возможно штамповать без заусенца (облоя), в результате чего высвобождается оборудование для обрезки и прошивки поковок и соответственно сокращаются трудовые затраты.

При штамповке на горизонтально-ковочной машине деформируется не вся нагретая заготовка, а только отдельная ее часть. При этом недеформируемая часть заготовки располагается в зажимной части матриц, а деформируемая в полости (ручье), образованной пуансоном и матрицей. В штампах горизонтально-ковочных машин полость для деформируемого металла может располагаться либо в пуансоне, либо в матрице. В связи с этим различают два метода штамповки: в пуансоне и в матрице. В первом случае вся фигура поковки образуется в полости пуансона, а во втором случае - в полости матрицы.

Выбор метода штамповки зависит от конфигурации утолщенной части поковки и от технических условий на ее изготовление.

Если техническими условиями на изготовление поковки не допускается смещение половин утолщения и овальности наружного диаметра поковки, то штамповку нужно производить в пуансоне. В этом случае наружная поверхность утолщения поковки оформляется боковыми стенками пуансона и не имеет дефектов. Поковка, отштампованная в пуансоне, может иметь меньшие припуски и допуски, следовательно, является более точной. Для такой штамповки проще наладить штампы. Там, где возможно, этому способу штамповки следует отдать предпочтение.

В зависимости от сложности конфигурации все поковки, изготовляемые на ГКМ, можно разделить на две основные группы: 1) поковки типа сплошного стержня с одним или двумя утолщениями, расположенными на концах или по длине стержня, и с утолщением типа проушины, развилины, прошитыми глухими отверстиями, или другой сложной формы на конце стержня; 2) поковки типа колец и втулок со сквозным отверстием.

Поковки первой группы штампуют высадкой или высадкой и прошивкой. Основными технологическими операциями при штамповке поковок второй группы являются прошивка с формовкой и просечка. При получении в поковке сквозных отверстий недеформируемая часть исходной заготовки не зажимается, и просечка перемычки обычно совмещается с отделением поковки от исходной заготовки.

Машины с горизонтальным разъемом матриц выпускаются с зажимным ползуном, имеющим качательное либо возвратно-поступательное движение.

Рисунок 3.1 - Кинематическая схема ГКМ

На рисунке 3.1 показана кинематическая схема ГКМ с вертикальным разъемом матриц. От электродвигателя 10 через клиноременную передачу 9 вращение, передается маховику, установленному на приводном валу. В маховик встроен фрикционный предохранитель, который срабатывает при превышении допустимого крутящего момента. С приводного вала через зубчатую передачу 13 вращение передается на коленчатый вал, на концах которого расположены фрикционная пневматическая муфта включения 11, встроенная в большую шестерню передачи, и пневматический ленточный тормоз 8. На этом же валу расположены прямой и обратный кулаки привода механизма зажима. Ползун 14 получает привод от кривошипно-ползунного механизма 12 и закрепленным на нем блоком пуансонов совершает деформацию поковки. Промежуточный ползун 6 зажимного механизма получает движение от кулака 7 и через коленно-рычажную систему 4 передает движение зажимному ползуну, на котором установлена подвижная матрица 2 прижимающая заготовку к неподвижной матрице 1, закрепленной жестко на станине. Выстаивание зажимного ползуна 3 в переднем положении, необходимое для зажима заготовки во время штамповки, достигается соответствующей профилировкой кулака 7.

Предохранение механизма зажима от перегрузки достигается с помощью самовосстанавливающего пружинно-рычажного предохранителя 5.

Приводной вал в рассматриваемой ГКМ расположен ниже коленчатого, вынесен вперед и установлен в неразъемных опорах. Все ползуны - штамповочный, боковой и зажимной - имеют по две пары направляющих. Кривошипно-ползунный механизм работает в подшипниках скольжения из высокооловянистой бронзы. Все три опоры коленчатого вала разъемные (для улучшения работы с подшипников разъем выполняется под углом 45° к горизонту). Усилие штамповки с шатуна на ползун передается непосредственно через цилиндрическую поверхность малой головки шатуна. Палец, соединяющий шатун с ползуном, служит только для обратного хода. Муфта и тормоз - фрикционные с электропневматическим управлением. Тормоз маховика - пневматический колодочный (колодка прижимается к торцу маховика). Смазка машины жидкая принудительная.

4. Процесс ручной дуговой сварки

1.Требуется разработать технологический процесс сварки встык двух листов 30Ч500Ч1000 из углеродистой стали обыкновенного качества марки Ст3, химический состав и механические свойства которой приведены в таблице 1.1 и 1.2 соответственно. Данный материал обычно применяют при изготовлении второстепенных, малонагруженных и несущих элементов сварных и несварных конструкций, работающих в температурном интервале от - 40°С до +400°С.

Таблица 1.1 - Химический состав стали марки Ст3, ГОСТ 380-94

Массовая доля элементов, % по ГОСТ 380-94
C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Cu	As	N
0,14-0,22	?0,05	0,3-0,6	?0,05	?0,04	?0,3	?0,3	?0,3	?0,08	?0,01

Таблица 1.2 - Механические свойства стали марки Ст3

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	Предел текучести у0,2, Н/мм2	Временное сопротивление, уВ,Н/мм2	Относительное удлинение д, %
			не менее
14637-89	Сортовой прокат	от 40 до 100	215	360-460	24
		от 100 до 160	195	360-460	24
535-88	Лист	от 10 до 20	235	360-460	27

Для сварки стыкового шва назначить тип разделки кромок С8 в соответствии с ГОСТ 5264-80 «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные», внешний вид подготовленных под сварку кромок и сварного шва представлены на рисунке 4.1.

а)

б)

а) - подготовленных под сварку кромок

б) - сварного шва

Рисунок 4.1 - Внешний вид соединения С8 по ГОСТ 5264-80

2. Выбор и обоснование сварочных материалов

Покрытые электроды применяют в основном при ручном процессе. Сварку можно выполнять во всех пространственных положениях и в условиях монтажа. Сваривают черные и цветные металлы и различные сплавы практически любой толщины. Покрытые электроды находят достаточно широкое применение не только при сварке, но и при наплавке. Основной объем работ при ручной дуговой сварке выполняется электродами диаметром 2-6 мм при силе тока 100-400 А и напряжении дуги 18-30 В. В ряде случаев используют электроды большего или меньшего диаметра (декоративная сварка). При сварке покрытыми электродами металл шва формируется главным образом за счет вводимого в шов электродного металла, и поэтому производительность процесса определяется количеством электродного металла, переходящего в шов за час, смену или сутки.

Покрытый электрод представляет собой металлический стрежень, на поверхности которого методом окунания или опрессовки под давлением нанесено специальное покрытие. Для РДС плавящимся электродом применяют электроды, представляющие собой стержни из сварочной проволоки (длиной 0,225-0,450 м) с электродным покрытием. Покрытие наносят с целью: поддержания устойчивого горения дуги; защиты зоны сварочной дуги от воздействия О2 и N2 воздуха; образования на поверхности сварочной ванны и металла шва слоя шлака, защищающего сварочную ванну от доступа воздуха и замедляющего охлаждение шлака, раскисления металла шва и его легирования.

В зависимости от назначения к электроду предъявляются различные требования. Общие требования для всех типов электродов: обеспечение устойчивого горения дуги; хорошее формирование шва; получение металла шва определенного химического состава и физико-механических свойств, свободного от дефектов; свободное и равномерное плавление электродного стержня и покрытия в процессе сварки; минимальные потери электродного металла на угар и разбрызгивание; высокая производительность сварки; легкая отделимость шлаковой корки от поверхности шва; достаточная прочность покрытия; сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течение определенного промежутка времени; минимальная токсичность при изготовлении и сварке, легкость первичного и последующего зажигания дуги.

К группе электродов для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей относятся электроды, предназначенные для сварки углеродистых сталей, содержащих до 0,25% углерода, и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 590 МПа. Основными характеристиками электродов являются механические свойства металла шва и сварного соединения: временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударная вязкость, угол изгиба.

Для изготовления электродных стержней применяют проволоку из стали и цветных металлов. При сварке чугуна, бронзы и некоторых других металлов применяют также литые электродные стержни.

По ГОСТ 2246--70 холоднотянутая сварочная проволока маркируется следующим образом: малоуглеродистая - Св-08, Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА и СВ-10Г2; легированная - Св-08ГС, Св-12ГС, Св-08Г2С, Св-10ГН, Св-08ГСМТ и т. д. (всего 30 марок); высоколегированная Св-12Х11НМФ, Св-10Х11НВМФ, Св-12Х13, Св-20Х13, Св-06Х14, Св-08Х14ГНТ и т. д. (всего 41 марка).

Согласно ГОСТ 9466 -75 по назначению электроды подразделяются для сварки: У - углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с ув?600 МПа; Л - легированных конструкционных сталей с ув?600 МПа, Т - легированных теплоустойчивых сталей, В - высоколегированных сталей с особыми свойствами.

Электроды для сварки сталей подразделяются на типы - по ГОСТ 9467-75 и ГОСТ 10052-75 и на марки - по стандартам или ТУ (при этом каждому типу электрода может соответствовать одна или несколько марок).

Таблица 2.1 - Основные характеристики электрода

Марка электрода	Тип по ГОСТ 9467-75	Диаметр, мм	Положение сварки	Род сварочного тока
УОНИ-13/45	Э42А	2; 2,5; 3; 4; 5	Все, кроме вертикального сверху вниз	постоянный

Таблица 2.2 - Механические свойства при нормальной температуре и химический состав наплавленного металла шва

Тип электрода	Механические свойства при нормальной температуре	Содержание в наплавленном металле, % (по массе)
	металл шва или наплавленный металл	Сварочное соединение при dэ < 3 мм
	ув, МПа	д5, %	КСU, Дж/м2	ув, МПа	dзагиба' рад (град)	S	Р
	не менее		не более
Э42А	420	22	1,5	420	3,0 (180)	0,030	0,035

Электроды типа Э42А марки УОНИ - 13/45 предназначены для сварки малоуглеродистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей, основные характеристики, а также механические свойства при нормальной температуре и химический состав наплавленного металла шва представлены в таблице 2.1 и 2.2 соответственно. Для изготовления электрода в качестве металлического стержня используется низкоуглеродистая сварочная проволока Св-08А по ГОСТ 2246 - 70, химический состав которой приведен в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Химический состав проволоки Св-08А

С	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Ti	S	P	Прочие элементы
							не более
< 0,1	< 0,03	0,25-0,5	< 0,12	< 0,25	-	-	0,03	0,03	Al < 0,01

3. Технологический процесс сварки

3.1 Подготовка к сварочно-наплавочным работам

Обработка кромок и зазор между свариваемыми заготовками должны быть такими, чтобы для выбранного вида сварки и толщины деталей обеспечивался полный провар по всей толщине соединения. При больших толщинах на кромках деталей снимаются фаски, наличие которых позволяет электроду или сварочной проволоке глубже проникать в зазор между деталями. При снятии фасок на кромках деталей оставляют притупление - если его не сделать, то в процессе сварки острые кромки деталей могут расплавиться - между деталями образуется прожег, через который будет протекать расплавленный металл, что затруднит образование сварного шва. Некоторый зазор между свариваемыми элементами необходим для достижения полного провара, но его величина должна быть ограничена во избежание протекания через него расплавленного металла. Перед выполнением сварочных работ необходимо убедиться в исправности оборудования и аппаратуры. Подготовить сварочный стенд и приспособления.

3.2 Род и полярность тока.

Сварку электродами УОНИ13/45 как правило ведут на постоянном токе обратной полярности. Чтобы использовать такие электроды для сварки на переменном токе, в покрытие вводятся компоненты, содержащие легкоионизирующие элементы: калиевое жидкое стекло, кальцинированную соду, поташ и др.

3.3 Расчет силы сварочного тока и напряжения.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве. При выборе диаметра электрода для сварки можно использовать следующие ориентировочные данные, представленные в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Зависимость диаметра электрода от толщины свариваемого металла

Толщина свариваемого металла, мм	1 - 2	3	4 - 5	6 - 12	13 и более
Диаметр электрода, мм	1,5 - 2	3	3 - 4	4 - 5	5 и более

Важной характеристика процесса сварки является сила сварочного тока, которую можно определить для сварки в нижнем положении приближенно по формуле:

, (3.1)

где - сила сварочного тока, А; К - коэффициент, А/мм2, принимаемый в зависимости от диаметра электрода, мм (таблица 3.2).

Таблица 3.2 - Зависимость коэффициента К от диаметра электрода

, мм	1 - 2	3 - 4	5 - 6
, А/мм2	25 - 30	30 - 45	45 - 60

Ориентировочные режимы сварки представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Ориентировочные режимы сварки

, мм	, А/мм2	, А	, В
5	50	250	22 - 28

Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве. Если толщина металла S?3dэ, то значение Iсв следует увеличить на 10-15%. Если же S?1,5dэ, то сварочный ток уменьшают на 10-15%. При сварке угловых швов и наплавке, значение тока должно быть повышено на 10-15%. При сварке в вертикальном или потолочном положении значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10-15%.

Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги U = 22…28 В.

3.4 Расчет скорости сварки

Скорость сварки рассчитывается по формуле:

,

где аН -коэффициент наплавки, аН=60г/А*ч;

Fшв- площадь поперечного сечения одного валика, Fшв=1,5 см2.

Масса наплавленного металла рассчитывается по формуле:

,

где - площадь поперечного сечения шва, см2; l - длина шва, см (100);

р - плотность металла (7,85 г/см3)

4. Время горения дуги и время сварки

Время горения дуги определяется по формуле:



(15,7 минут)

Полное время сварки определяется по формуле:

,

где КП - коэффициент использования сварочного поста, КП=0,6…0,7

(26 минуты)

5. Расход сварочных материалов и электроэнергии

Расход электродов при ручной дуговой сварке рассчитывается по формуле:

,

где Кэ - коэффициент, учитывающий расход электродов на 1 кг наплавленного металла (1,6 кг).

Расход электроэнергии определяется по формуле:

,

где - напряжение дуги; - КПД источника питания, при постоянном токе ; - мощность источника питания, работающего на холостом ходу, кВт, на постоянном токе кВт.

6. Выбор и обоснование метода контроля качества сварки

Правильная организация контроля качества сварочных и наплавочных работ предупреждает преждевременный и аварийный выход из строя восстановленных деталей. Во время восстановления деталей сваркой и наплавкой производят предварительный контроль, контроль в процессе восстановления и контроль готовых восстановленных деталей. Предварительный контроль представляет собой проверку качества основного металла детали путем наружного осмотра наплавляемых поверхностей, на которых не должно быть следов ржавчины, масла и грязи. Электродная проволока, флюсы и присадочные материалы должны проверяться по сертификатам и паспортам. Контроль в процессе восстановления деталей состоит в систематической проверке соблюдения технологического процесса и режимов наплавки (тока, напряжения, скорости), состояния аппаратуры и источников сварочного тока. В задачи контроля технологического процесса входит наблюдение за правильностью установки наплавляемых деталей в кондукторы и приспособления, за точным движением дуги по линии наплавки, за размерами шва, надлежащим покрытием места наплавки флюсом и за работой всех механизмов наплавочной установки.

Внешним осмотром производить контроль качества выполненного сварного шва для выявления поверхностных дефектов в виде пор, подрезов, прожогов, свищей, наружных трещин.

Для выявления внутренних дефектов качество сварного шва контролировать методом ультразвуковой дефектоскопии. Для проведения ультразвукового контроля применить микропроцессорный дефектоскоп общего назначения USN-52 фирмы «Krautkramer», внешний вид которого представлен на рисунке 5.1.

USN-52 - это легкий и компактный ультразвуковой дефектоскоп, применение которого благоприятно при:

- определении местоположения и оценке выявленных несплошностей;

- измерении толщины стенок;

- документировании состояния контролируемого объекта и результатов измерения.

Рисунок 5.1 - Внешний вид дефектоскопа USN-52

Технические данные USN-52:

Диапазон калибровки - от 5 до 5000 мм

Скорость ультразвука - регулируется плавно от 1,000 до 9,999 м/сек., 2 фиксированных, программируемых значения

Смещение изображения - от -20 до 784 м/сек.

Нулевая точка при измерении времени прохождения - примерно до 3000 мкс

Регулировка усиления - от 0 до 110 дБ с шагом 0,5 дБ.

7. Выбор и обоснование сварочного оборудования

Для плавления металлов используется энергия электрического дугового разряда, возбуждаемого и поддерживаемого в пространстве между электродом и изделием. Свойства и размеры шва зависят от физических условий, в которых существует дуговой разряд, и от свойств источников питания, для которого дуга является нагрузкой.

С 1975 года для электросварочного оборудования принята единая структура обозначения. Обозначение типов изделий, выпускаемых заводами, состоит из буквенной и цифровой части. Первая буква - тип изделия (Т - трансформатор, В - выпрямитель, Г - генератор, У - установка); вторая - вид сварки (Д - дуговая, П - плазменная); третья - способ сварки (Ф - под флюсом, Г - в защитных газах, У - универсальные источники для нескольких способов сварки); отсутствие буквы означает ручную сварку штучными электродами; четвертая буква дает дальнейшее пояснение назначения источника (М - для многопостовой сварки, И - для импульсной сварки). Две или одна цифра после букв и тире - номинальный сварочный ток источника (округлено в сотнях ампер); две последующие цифры (например, 02) - регистрационный номер изделия; следующие буквы и цифра - климатическое исполнение (У или Т) и категорию размещения (2, 3 или 4).

К оборудованию для сварки предъявляются многочисленные и разнообразные требования, связанные с технологическими особенностями способов сварки, спецификой сварных конструкций различных классов и технико-экономическими особенностями сварочного производства. Наиболее общими требованиями, предъявляемыми к рассматриваемому оборудованию, являются обеспечение высоких качества и производительности технологического процесса, надежности работы и эргономических показателей оборудования, а также рационального расходования сварочных материалов и электроэнергии, минимальных затрат на его изготовление.

К основному оборудованию, применяемому при ручной дуговой сварки плавлением штучными электродами относятся источники питания дуги сварочным током и держатели электрода. В зависимости от диаметра электрода и силы сварочного тока выпускают держатели различных типов и размеров. Внешний вид держателя электрода представлен на рисунке 6.1.



Рисунок 6.1 - Держатель электрода

Источник сварочного тока преобразует высокое сетевое напряжение в существенно более низкое сварочное напряжение и обеспечивает требуемые для сварки высокие значения силы тока, которые отсутствуют в сети. Кроме того, он способен поддерживать и регулировать необходимые значения тока.

Все источники питания делятся на две группы: источники питания дуги переменным током - сварочные трансформаторы общепромышленного назначения и специализированные установки переменного тока для сварки изделий из легких сплавов: алюминия, магния и других, и источники питания дуги постоянным током - сварочные выпрямители и сварочные генераторы общепромышленного назначения, и специализированные сварочные выпрямительные установки.

Сварочные выпрямители обеспечивают гораздо более высокое качество сварочного шва по сравнению с трансформаторами. Выпрямитель типа ВД предназначен для питания электрической сварочной дуги постоянным током при ручной дуговой сварке, резке или наплавке металлов. Для рессорного хомута из низкоуглеродистой стали марки Ст3 применить сварочный выпрямитель ВД5 - 300, внешний вид которого представлен на рисунке 6.2.



Рисунок 6.2 - Сварочный выпрямитель ВД5 - 300

Сварочный выпрямитель ВД5 - 300 используется для работы на постоянном токе для сварки низкоуглеродистой, высокоуглеродистой стали, а также для мягких сплавов из стали.

Преимущества сварочного выпрямителя:

* Небольшое количество брызг в процессе сварки.

* Легкость управления оборудованием и возможность дистанционного регулирования тока.

* Функция автоматической компенсации стабилизации тока при колебаниях напряжения питающей сети.

* Возможность управления аппаратом с помощью пульта дистанционного управления (на расстоянии 10м).

Технические характеристики ВД5-300 представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Технические характеристики сварочного выпрямителя ВД5 - 300

Характеристика	Значение
Напряжение питающей сети, В	380
Потребляемая мощность, КВа	19,0
Напряжение холостого хода, В	68
Диапазон регулирования сварочного тока, А	35 - 300
Период нагрузки, %	60
Масса, кг	160
Габаритные размеры, мм	785х780х795
Стоимость, руб.	25700

8. Охрана труда и техника безопасности

8.1 Общие положения.

При выполнении сварочных работ и термической резки следует руководствоваться положениями СНиП 111 - 4 - 80, а также правилами техники безопасности и гигиены труда при производстве сварочных работ и термической резки металлов, утвержденными нормативными материалами.

К сварке допускают рабочих не моложе 18 лет, прошедших специальное обучение с проверкой знаний по правилам техники безопасности и оформлением в специальном журнале. Повторные инструктажи проводятся администрацией ежеквартально и перед началом каждой новой работы, а проверка знаний - ежегодно - специальной комиссией. К сварке и резке с применением пропанобутановой смеси рабочих допускают после специального обучения и сдачи экзамена комиссии.

Лица, поступившие на работу, проходят предварительный медицинский осмотр. Работающие в замкнутых пространствах и занятые сваркой цветных металлов ежегодно проходят медицинский осмотр с обязательной рентгенографией грудной клетки и лабораторными исследованиями крови и мочи. Сварщики, у которых выявлен пневмокониоз, не допускаются к сварке в закрытых помещениях, а при интоксикации марганцем переводят на работы, не связанные с вредными условиями труда.

Рабочие места сварщиков ограждают переносными ширмами или щитами из несгораемых материалов (листовая сталь, асбестовое полотно, брезент). Постоянные рабочие места, а также ограждения окрашивают в светлые тона (серый, голубой, желтый) с добавлением в краску окиси цинка.

При выполнении работ на высоте более 1,1 м над уровнем земли перекрытия или ярусы должны быть оборудованы исправными лесами, люльками, подмостями с перилами высотой не менее 1 м и бортовой доской высотой 150 мм. Деревянные поручни перил должны быть остроганы, а металлические не должны иметь заусенцев, острых кромок, не зачищенных сварных швов и т.п. Бортовые доски устанавливаются на настил, а элементы перил крепятся к стойкам с внутренней стороны.

Для выполнения незначительного объема работ при установке небольших консолей и кронштейнов на высоте до 3 м при невозможности устройства подмостей можно пользоваться переносными монтажными лестницами или стремянками.

Лестницы должны быть оборудованы крючьями или другими надежными устройствами для их закрепления; нижние концы тетив должны иметь упоры в виде острых металлических шипов или других тормозящих устройств в зависимости от материала опорной поверхности. Длина приставной лестницы не должна превышать 5 м, а шаг между ступеньками - 340 мм. Деревянные лестницы должны изготавливаться из односортового прочного дерева. Ступеньки лестницы должны быть врезаны в тетивы, которые не реже чем через 2 м скрепляются металлическими стяжками. Запрещается крепление ступенек гвоздями внакладку. Раздвижные лестницы стремянки должны быть обеспечены устройствами, исключающими их самопроизвольное раздвигание. Все приставные (переносные) лестницы должны находиться на учете, иметь порядковые номера, таблички с указанием принадлежности и даты очередной проверки. Окрашивать лестницы не разрешается. При невозможности использования лесов и т. п. сварщиков снабжают исправными предохранительными поясами (ГОСТ 5718 - 77). Женщин к работе на высоте, на плазморежущих установках и в замкнутых пространствах не допускают.

При одновременной работе сварщиков (резчиков) и других рабочих на различных высотах по одной вертикали необходимые надежные средства защиты от падающих брызг, огарков и других предметов.

Сварка на открытом воздухе во время дождя и грозы не допускается. Запрещается применение и хранение огнеопасных материалов в местах производства сварочных работ. Баллоны и ацетиленовые генераторы допускается располагать не ближе 10 м от открытого огня.

Производство работ на открытом воздухе разрешается при температуре до -30°С. При температуре от -20°С до -25°С рабочим должна представляться возможность обогрева в непосредственной близости от рабочих мест в течении 10 мин. через каждый час. Не допускается производство работ на высоте при силе ветра более 6, а при монтаже глухих панелей - 5 баллов, а также при гололеде.

Рабочие места должны быть оборудованы общим и местным освещением. Напряжение стационарных светильников местного освещения не должно превышать 36, а переносных - 12 В.

Для выполнения работ в колодцах, емкостях и других замкнутых помещениях с неудобными для рабочего условиями у входа должен находиться работающий, наблюдающий за сварщиком. Сварщику необходимо иметь переносную лампу и предохранительный пояс со страхующим канатом, второй конец которого должен находиться у подсобного рабочего.

Запрещается одновременная работа в закрытых листовых конструкциях электро- и газосварщиков (газорезчиков).

В местах, где возможно образование и скопление вредных газов, устанавливают вентиляцию, а рабочих снабжают респираторами, противогазами, кислородными изолирующими приборами (КИП) или шланговыми противогазами с подачей воздуха в зону дыхания.

Выполнение особо опасных и сложных работ оформляют допуском, прилагаемым к наряду, с указанием необходимых мероприятий по технике безопасности.

Запрещается выполнять сварочные работы на сосудах, находящихся под давлением.

8.2 Правила безопасности при эксплуатации электросварочного оборудования

Напряжение холостого хода сварочных генераторов не должно превышать 80-90, а трансформаторов - 70-75 В.

Длина проводов между питающей сетью и передвижным сварочным агрегатом не должна превышать 10 м.

При работе в стесненных условиях или в замкнутых помещениях сварочная установка должна иметь блокировку, обеспечивающую автоматическое отключение сварочной цепи или понижение напряжения при обрыве дуги до 12 В с выдержкой не более 0,5 с.

Корпуса сварочных агрегатов, каркасы распределительных щитов и шкафов подлежат заземлению медным проводом сечением 6 мм2 или железным сечением 12 мм2. В качестве заземлителя можно использовать трубу диаметром 37-50 мм (или полосу металла толщиной более 4 мм и сечением 48-50 мм2), длиной 1-2 м, закопав ее в землю и присоединив к ней и заземляемому корпусу заземляющий проводник. Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 10 Ом при суммарной мощности источников сварочного тока 100 кВА. Заземление выполняют до включения установки в электросеть. Запрещается использовать контур заземления в качестве обратного провода.

Маховики, кнопки, рукоятки, в том числе ручки электрододержателей, выполняют из токонепроводящего материала или надежно изолируют от частей, находящихся под напряжением. Необходимо заземление зажима вторичной обмотки трансформатора, к которому присоединяют обратный провод. Температура нагрева отдельных частей сварочного агрегата не должна превышать 75 °С.

Запрещается производить какой-либо ремонт сварочных установок, находящихся под напряжением.

5. Привести схемы обработки поверхностей 1, 2, 3 детали.

Для каждой схемы указать название станка, инструмента и зажимных приспособлений. Привести эскизы инструментов для обработки поверхности 2 и приспособления для закрепления заготовки при обработке поверхности 1.

Так как деталь является телом вращения, то поверхности 1 и 2 обрабатываются на токарном станке.

Выбираем станок 16К20Ф3. Буквенно-цифирный индекс станка 16К20Ф3 обозначает следующее: цифра 1 - это токарный станок; цифра 6 - обозначает токарно-винторезный станок, буква К - поколение станка, цифра 20 - высота центров (200 мм). Наличие «Ф3» в конце индекса говорит о наличии ЧПУ - числового программного управления.

Станок предназначен для токарной обработки в автоматическом режиме наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения со ступенчатым и криволинейным профилем различной сложности по заранее составленной управляющей программе. Обработка происходит в один или несколько проходов в замкнутом автоматическом цикле. Установка заготовок осуществляется в патроне, а длинных - в центрах. Область применения станка: мелкосерийное и серийное производство.

Рисунок 7 - Станок 16К20Ф3



Таблица

Технические характеристики	Параметры
Диаметр обработки над станиной, мм	500
Диаметр обработки над суппортом, мм	200
Наибольшая длина обработки, 6-позиционная головка, мм	900
Наибольшая длина обработки, 8-позиционная головка, мм	750
Наибольшая длина обработки, 12-позиционная головка, мм	850
Наибольшая длина обработки в центрах, мм	1000
Диаметр цилиндрического отверстия в шпинделе, мм	55
Наибольший поперечный ход суппорта, мм	210
Наибольший продольный ход суппорта, мм	905
Максимальная рекомендуемая скорость продольной рабочей подачи, мм	2000
Максимальная рекомендуемая скорость поперечной рабочей подачи, мм	1000
Количество управляемых координат, шт.	2
Количество одновременно управляемых координат, шт.	2
Дискретность задания перемещения, мм	0,001
Пределы частот вращения шпинделя, мин-1	20 - 2500
Скорость быстрых перемещений суппорта - поперечного, мм/мин	2 400
Максимальная скорость быстрых продольных перемещений, мм/мин	15000
Максимальная скорость быстрых поперечных перемещений, мм/мин	7500
Количество позиций инструментальной головки	8
Мощность электродвигателя главного движения, кВт	11
Класс точности по ГОСТ 8-82	П
Габаритные размеры станка (Д х Ш х В), мм	3700 Ч 2260 Ч 1650
Масса станка, кг	4000



Рисунок 8 - Схема резания торцевой поверхности 1

L - обрабатываемая поверхность, l - обработанная поверхность, t - плоскость резания.

Для осуществления процесса резания при токарной обработке необходимо иметь два одновременно действующих рабочих движения, одно из которых вращательное, а второе - поступательное. Вращение обрабатываемой заготовки называется главным движением - движением резания. Поступательное перемещение инструмента называют движением подачи

Торцы и уступы обрабатывают подрезными, проходными отогнутыми или проходными упорными резцами.

С учетом материала детали - спец. чугун СЧ 20 применяем резец подрезнойой по ГОСТ 18897-73 из быстрорежущей стали ВК8; Н=25мм; В=16мм; r =1мм. Геометрические параметры режущей части гс =12…180; б0 = 8…120; л0=-4…+40; ц=300.

Подрезной резец предназначен для обработки наружных торцовых поверхностей. При подрезании торца движение подачи резца осуществляется перпендикулярно к оси обрабатываемой заготовки. Подрезной резец позволяет обрабатывать различные торцовые и другие поверхности с продольным и поперечным движениями подачи.

Для крепления детали используем самоцентрирующийся 3-х кулачковый патрон. самоцентрирующийся 3-х кулачковый токарные патроны из стали и чугуна предназначены для установки на универсальные токарные, револьверные, внутришлифовальные станки, делительные головки и различные приспособления.

Рисунок 9 - Самоцентрирующийся 3-х кулачковый токарный патрон

Поверхность 2 выполняется так же на токарном станке 16К20Ф3. В качестве приспособления применяется самоцентрирующийся 3-х кулачковый токарный патрон. В качестве режущего инструмента расточной резец.



Рисунок 10 - Схема резания поверхности 2

Заданную глубину отверстия обеспечивают в процессе растачивания измерением линейкой, штанген-глубиномером, шаблоном или настройкой при помощи лимбапродольной подачи. Для облегчения обработки на резце наносят риску,соответствующую заданной глубине отверстия.

Точность диаметра растачиваемого отверстия обеспечивается так же, как и при наружном точении: пробными проходами с замером штангенциркулем, настройкой по лимбу поперечной подачи, по линейке поперечных салазок суппорта, при помощи индикатора, по поперечному упору.



Рисунок 11 - Эскиз расточного резца

Обработку поверхности 3 выполняем путем сверления на сверлильном станке.

Сверлильный станок с ЧПУ модели 2Р135Ф2-1

- Наибольший условный диаметр сверления в стали 35

- Рабочая поверхность стола 400x710

- Число скоростей шпинделя 12

- Частота вращения шпинделя, мин-1 45-2000

- Число подач шпинделя (револьверной головки) 18

- Подача шпинделя, мм/мин 10- 500

- Мощность, кВт 3,7

На сверлильном станке с ЧПУ базой служит торец детали и центральное отверстие. Деталь устанавливается на оправке и закрепляется специальным приспособлением.

Для обработки отверстий на сверлильном станке с ЧПУ применяются следующие режущие инструменты:

- сверло спиральное Ш5мм с коническим хвостовиком ГОСТ 886-77,

- L = 132мм, 1= 87мм Р6М5;

Рисунок 12 - Схема резания поверхности 3.



Список литературы

1 Анисимов, Н.Ф. Проектирование литых деталей. - Москва: Машиностроение, 1967. - 272 с.

2 Справочник по чугунному литью. / Под общей редакцией Н.Г. Гиршовича. - Москва: Машиностроение, 1978. - 760 с.

3 ГОСТ 7505-89. Поковки стальные штампованные.

4. Ковка и штамповка. Справочник. В 4 т. Машиностроение, 1986. Т 1

5. Ковка и штамповка. Справочник. В 4 т. Машиностроение, 1986. Т 2

6. В.С. Виноградов «Оборудование и технология дуговой, автоматической и механизированной сварки» - Москва 2000 г.

7. В.И. Маслов «Сварочные работы» - Москва 2000 г.

8. В.Б. Фоминых, А.В. Яковлев «Электросварка» - Москва: Высшая школа 1974 г.

9. В.Б. Фоминых, А.В. Яковлев «Оборудование и технология дуговой, автоматической и механизированной сварки» - Москва 1974 г.