Использование сварочных технологий при изготовлении ограждения

Таблица 1.9 - Химический состав сварочной проволоки Св-08Г2С по ГОСТ2246-70

В качестве защитного газа применяю активный газ - двуокись углерода, поставляемая по ГОСТ 8050-85. Это бесцветный газ с едва ощутимым запахом. Выбираю 1 сорт углекислоты с содержанием СО₂ не менее 99,5%, содержание водяных паров не более 0,184%

2.6 Расчет режимов сварки по всем видам, которые есть в проекте

Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, форм, качества. При всех дуговых способах сварки такими характеристиками являются следующие параметры: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва, род тока и полярность. При механизированной сварке добавляется еще один параметр, скорость подачи сварочной проволоки, а при сварке в защитных газах - удельный расход защитного газа.

Параметры режима сварки влияют на форму шва, а значит и его размеры. Это влияние проявляется в следующем: с увеличением силы сварочного тока усиливается давление столба дуги на поверхность жидкого металла, дуга больше погружается в основной металл. В результате этого глубина провора и доля участия основного металла в металле шва увеличивается.

Что же касается напряжения на дуге, то чем больше длина дуги, тем больше напряжение.

Увеличение напряжения дуги приводит к увеличению ее подвижности, в результате чего значительно возрастает ширина шва, а глубина проплавления практически во встречающихся пределах изменения напряжения дуги остается почти постоянной.

Увеличение скорости сварки приводит к сильному отклонению столба дуги в сторону противоположную перемещению, вследствие чего из-под дуги вытесняется больше жидкого металла. На форму и размеры шва влияют не только основные параметры режима сварки, но и такие технологические факторы, как род и полярность тока, наклон электрода и изделия влияет на вылет электрода, конструктивная форма соединения и величина зазора.

2.6.1 Расчет режимов ручной дуговой сварки (прихватки)

Для заданной толщины металла 3-5мм, выбираем диаметр электрода 3 мм. При диаметре электрода 3 мм и основном покрытии электрода выбираем из таблицы і = 13-18,5А/мм²

Рассчитываем силу сварочного тока

І_св =3,14*3²*13 /4= 92А

Напряжение на дуге не регламентируется, а принимается в пределах:

U_д = 20-36В,

Скорость сварки определяется из соотношения:

Vсв = б_н* I_св/(г*100*F_н)

Vсв =8,9*92/(7,8*100*0,27)=3,89м/ч

Расчет режимов сварки среде углекислого газа

В зависимости от толщины металла 3-5 мм, выбираем диаметр электродной проволоки 1,4мм

Вылет электродной проволоки определяем по формуле

l_эл =10*d_эл

l_эл =10*1,4=14мм

Рассчитываем сварочный ток

І_св =3,14*1,4²*120 /4=184,6А

Рассчитываем напряжение на дуге

U_д = 15+50*10^-3*І_св/v d_эл = 15+50*10^-3*184,6/v1,4=23В

Определяем скорость подачи электродной проволоки по формуле

Vсв = 4б_н* I_св/(0,9*рd_эл²*с)

где 0,9 - коэффициент, учитывающий потери на угар и разбрызгивание.

Vсв =4*13*184,6/(0,9*3,14*1,96*7,85)=220м/ч

Коэффициент наплавки определяем по формуле

б_н=0,9*б_р= 2,7+0,07*(І_св/d_эл)

б_н =2,7+0,07*(184,6/1,4)=12г/А*ч

Определяю скорость сварки:

Для Н1 Fн = k²/2+b*s = 3²/2+0.5*4 = 6,5 мм²

Vсв = 12*184,6/(6,5*7,85)=43,4 м/ч

Для Т1 Fн = k²/2+b*s = 3²/2+0,5*4 = 6,5 мм²

Vсв = 12*184,6/(6,5*7,85) = 43,4 м/ч

2.7 Выбор сварочного оборудования

Выбор сварочного оборудования производим исходя из способа сварки, рассчитанных режимов и параметров сварки.

Для изготовления конструкции «ограждение ОГ-9» выбираем следующее сварочное оборудование:

- полуавтомат для сварки в защитных газах ПДГ-302 (таблица 1.10)

- сварочный выпрямитель ВДУ-304 (таблица 1.11)

- сварочный выпрямитель ВД-131 (таблица 1.12)

Полуавтомат для сварки в защитных газах ПДГ-302 обладает рядом положительных свойств: надежностью в работе, простотой обслуживания, возможностью работы во всех пространственных положениях, возможностью наблюдения за дугой, сравнительно не высокой стоимостью. Этот полуавтомат предназначен для сварки в защитных газах.

Таблица 1.10 - Технические характеристики ПДГ-302

Сварочные выпрямители имеют ряд преимуществ перед генераторами: широкие пределы регулирования сварочного тока, высокие динамические свойства, повышенные технико-экономические показатели, высокий КПД; они надежны в эксплуатации, просты в обслуживании и ремонте, работают бесшумно.

Рисунок 1.6 - Полуавтомат ПДГ-302

Рисунок 1.7 - ВыпрямительВДУ-304

Таблица 1.11 Техническая характеристика выпрямителя ВДУ-304

Для ручной дуговой прихватки выбираю компактный, передвижной выпрямитель ВД-131фирмы «Selma» г. Симферополь.

.

Рисунок 1.8 - Выпрямитель ВД-131

Таблица 1.12 -Техническая характеристика выпрямителя ВД-131

2.8 Выбор вспомогательного технологического приспособления

К вспомогательному механическому оборудованию относится:

– транспортное оборудование (кран),

– двухстоечный контователь КД-5

– поворотная колонна, ПК-1

– оборудование для зачистки швов

Кран предназначен для перемещения деталей с большим весом на расстояние до 20м.

Техническая характеристика кран балки К-5 представлена в таблице 1.13.

Рисунок 1.9 - Внешний вид кран балки К-5

Таблица 1.13 - Техническая характеристика кран балки К-5.

Для установки сварочного полуавтомата выбираем поворотную колону типа ПК-1, реконструированную для установки полуавтоматов. Она не занимает рабочего места и увеличивает радиус обслуживания полуавтомата до пяти метров.

Рис1.10 - Поворотная колонна ПК-1.

Таблица 1.14 - Техническая характеристика стационарной поворотной колонны ПК-1

сварка ограждение электрод металл

Для установки изделия в удобное положение для сварки выбираю двухстоечный кантователь КД-5, который состоит из передней приводной колонны и задней неприводной колонны. Изделие закрепляется на поворотной раме. Кантователь оборудован устройством для подвода сжатого воздуха к крепежным приспособлениям, что дает возможность применить пневматические прижимы для крепления изделия. Кроме поворота изделия осуществляется также его подъем. Техническая характеристика кантователя КД-5 приведена в таблице 1.15.

Рисунок 1.11 - Двухстоечный кантователь КД-5

Таблица 1.15 -Техническая характеристика сварочного кантователя КД-5

Для зачистки сварных швов выбираю пневматическую шлифовальную машину с наждачным кругом ПМ-1.

Рисунок 1.12 - Пневматическая шлифовальная машина с наждачным кругом ПМ-1

Таблица 1.16 - Технические данные шлифовальной машины с наждачным кругом ПМ-1

2.9 Способы предупреждения возникновения сварочных напряжений и деформаций для конкретных узлов

В процессе изготовления сварочных конструкций в них возникают сварочные напряжения и деформации. Сварочные напряжения, превышающие предел текучести металла, вызывает его пластическую деформацию.

При разработке технологии и осуществлении сварки ограждения использую следующие мероприятия по предупреждению напряжений и деформаций:

1. Применяю рациональную последовательность сварочно-сборочных операций. Конструкцию ограждения расчленяю на отдельные узлы, которые могут быть по отдельности легко выправлены, а затем сварены между собой.

2. Использую соответствующую оснастку и приспособления для сборки и закрепления свариваемых элементов.

В проекте применяю комплекс конструктивных мероприятий, способствующих уменьшению напряжений и деформаций, предусматривающих сокращение количества швов, их длины и катета:

– расположение швов в местах удобных для их выполнения;

– уменьшение по возможности угла скоса кромок;

– изготовление и монтаж изделия отдельными узлами.

Для уменьшения деформаций предлагаю применить:

– применять жесткие закрепления конструкций перед сваркой;

– использовать обратный выгиб деталей перед сваркой;

– начинать сварку с меньших толщин металла или катетов шва;

– временно прихватывать между собой детали для создания большей жесткости при сварке;

– правильно подобрать режим;

– обращать особое внимание на качество подготовки под сварку и сварных швов, предусмотренных ГОСТом.

Качество сварки определяет надежность и долговечность сварных конструкций. В дипломном проекте предлагаю использовать три фазы контроля качества:

1. Контроль исходных материалов перед сборкой;

В дипломном проекте для контроля качества сварных швов предлагаю использовать:

1. Внешний осмотр всех швов;

2. Ультразвуковой контроль основных швов.

Внешний осмотр выполняют невооруженным глазом с применением измерительных приборов:

1. Шаблонов;

2. Металлических линеек;

3. Штангельциркуля.

С помощью ультразвукового контроля определяют внутренние дефекты сварных швов.

Рисунок 1.13 - Ультразвуковой дефектоскоп

Техническая характеристика дефектоскопа ДУК-66М представлена в таблице 1.20.

Таблица 1.20 -Техническая характеристика дефектоскопа ДУК-66М

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

3.1 Расчет количества наплавленного металлу, расхода сварочных материалов и электроэнергии

Расчёт расхода сварочных материалов рассчитываем по формулам:

Н_э = G_э * L_ш, кг

гдеН_э - норма расхода покрытых электродов или сварочной проволоки на сварное изделие, кг;

G_э - удельная норма расхода электродов или сварочной проволоки на 1 м шва данного типоразмера, кг/см;

L_ш - длина шва, м.

G_э = К_р * m_{н ,} кг/м

где К_р - коэффициент расхода, учитывающий неизбежные потери электрода или сварочной проволоки;

m_н - расчетная масса наплавленного металла, кг/м.

m_н = г* F_н *10^-3 или m_н = г Ч F_н / 1000

где г - плотность наплавленного металла, г/см³;

F_н - площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, мм².

где Q_э - расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла, кВтч/кг;

U_д - напряжение на дуге в В;

б_н - коэффициент наплавки;

з - коэффициент полезного действия сварочной установки;

к_и - коэффициент, учитывающий время горения дуги (работы сварочного оборудования), в общем времени сварки

Н_э - норма расход сварочных материалов на сварку изделия, кг

Н_г = Q_г Ч L_ш + Q_доп

где Н_г - норма расхода защитного газа, л;

Q_г - удельная норма расхода защитного газа на 1 м шва данного размера, л;

L_ш - длина сварного шва, м;

Q_доп - дополнительный расход газа на подготовительно-заключительные операции; подготовку газовых коммуникаций, настройку режимов сварки и т.д., л

Рассчитываем площадь поперечного сечения шва для каждого вида соедмнения

Н1 Fн = k²/2+b*s = 3²/2+0.5*4 = 6,5 мм²

Т1 F_н = k²/2+b*s = 3²/2+0,5*4 = 6,5 мм²

Рассчитываем массу наплавленного металла для каждого вида соединения

Н1m_н = 7,8*6,5/1000 = 0,05 кг/м

Т1m_н = 7,8*6,5/1000 = 0,05 кг/м

Расчет расхода сварочной проволоки на полуавтоматическую сварку в среде СО₂

Н1Gэ = 1,05*0,05 = 0,0525 кг/м , Кр =1,05

Нэ = 0,0525*2 = 0,105 кг, L_ш = 2 м

Т1Gэ = 0,05*1,05 = 0,0525 кг/м, Кр =1,05

Нэ = 0,0525*0,64 = 0,0336 кг, L_ш = 0,64 м

Общий расход проволоки для сварки:

Н_{э.общ сварки} = 0,138 кг

Расчет расхода сварочных электродов на прихватку

Н1 Gэ = 0,05*1,2 = 0,06 кг/м, Кр = 1,2

Нэ = Gэ * Lпр = 0,06*0,84 = 0,051 кг, Lпр = 0,84 м

Т1 Gэ = 1,2 * 0,05 = 0,06 кг/м, Кр = 1,2

Нэ = Gэ * Lпр = 0,06*0,48 = 0,029 кг, Lпр = 0,48 м

Н_{э.общ сварки} = 0,8 кг

Расчет расхода защитного газа:

Н1 S = 4 мм, V_св = 43,4 м/ч, L_ш = 2 м, Q_г = 24 л, Q_доп = 0,7л

H_г = 24*2+0,7 = 48,7 л

Т1 S = 4 мм, V_св = 43,4 м/ч, L_ш = 0,64 м, Q_г = 24 л, Q_доп = 0,7 л

H_г = 24*0,64+0,7 = 16,06 л

Н_{г.общ сварки} =64,76л.

Расчет расхода электроэнергии:

(кВт)

Расход энергии для прихваток:

U_д = 20 В, Н_э = 0,08 кг, б_н = 8 г/А*ч, Ю = 0,7, К_и = 0,7

Q_э = 20*0,08/8*0,7*0,7 = 0,4 кВт

Расход энергии для сварки:

U_д = 36 В, Н_э = 0,138 кг, б_н = 12 г/А*ч, Ю = 0,7, К_и = 0,7

Q_э = 36*0,138/12*0,7*0,7 = 0,84 кВт

Общий расход электроэнергии:

Q_{э общ} = 1,24 кВт

Таблица 1.17 - Таблица расходов сварочных материалов

3.2 Анализ технологичности

Под технологичностью конструкции понимают такие ее формы, размеры и материалы, которые обеспечивают высокие эксплуатационные качества конструкции при экономичном ее изготовлении. Технологичность конструкций обеспечивается на всех стадиях проектирования и изготовления. Показателями технологичности являются косвенные признаки:

- возможность применения совершенных методов заготовки деталей;

- рациональная форма подготовки кромок;

- возможность применения поузловой сборки и сварки деталей;

- возможность применения автоматизированных и робототизированных способов сварки;

- комплексная механизация и автоматизация сборочно-сварочных процессов;

- снижение металлоемкости, энергоемкости и с/с конструкции;

- снижение деформации отдельных узлов и всего изделия, способы их уменьшения;

- возможность применения современных методов контроля качества сварных соединений.

Прямой признак технологичности - доля наплавленного металла в общей массе конструкции. Расчет технологичности выполняется по формуле:

где m_н - показатель доли наплавленного металла в общей массе сварной металлоконструкции; Qн - масса наплавленного металла, кг = 0,08+0,138=0,218 кг; Qк - масса сварной металлоконструкции = 38,68 кг.

Массу наплавленного металла на 1м шва беру на чертеже, которая рассчитана по удельным нормативам. Также этот показатель можно определить по формуле:

, кг

где Fн - площадь поперечного сечения шва;

г - удельный вес свариваемого материала, (г/см³), для стали г = 7,85 г/см³

Таблица 1.18 - Таблица технологичности

Определяем технологичность:

Q_н = 0,138+0,08=0,218 (кг),

Q_к = 38,68 (кг),

m_n = (0,218/38,68)*100% = 0,56 % < 2 %

Т.к. доля наплавленного металла в общей массе сварной металлоконструкции составила менее 2%, данная конструкция является технологичной.

3.3 Расчет норм времени сборочно-сварочных операций

Нормирование технологического процесса осуществляется согласно схемы сборки, спецификации изделия и стандарта способа сварки.

Операция 1. Перемещение всех деталей из заготовительного участка к сборочно-сварочному приспособлению. Перемещение деталей мостовым краном на расстояние до 20 метров.

Т_пер = 1,7 мин

Операция 2. Зачистка кромок перед сборкой. Ширина зачистки 30 мм. Зачистка производится ручной шлифовальной машиной.

Н1: L_ш = 2 м,

Т1: L_ш = 0,64 м,

Т_зач = 0,55*2 = 1,1 мин

Т_зач = 2,014 мин

Т_{зач общ} = 3,114 мин

Операция 3. Сборка позиций 3, 2, 6, 7, в узел У1. Сборка конструкций из листового и профильного металла. Средний вес детали до 3 кг, количество 10 шт. карта 16, с. 59

Т_сб = 0,45*60 = 27 мин

Операция 4. Перемещение узла У1 к месту сварки в сварочное приспособление, карта 30 с. 124.

Т_пер = 1,7 мин

Операция 5. Полуавтоматическая сварка узла У1 в среде защитных газов, таблица 37 с. 75

Вид соединения Н1: L_ш = 2 м, S = 4 мм, d_пр = 1,6 мм

Т_{св п/авт} = 2,97*2 = 5,94 мин

Операция 6. Перемещение узла У1 к месту сборки, карта 30 с. 124.

Т_пер = 1,7 мин

Операция 7. Сборка 2-х узлов У1 с п. 5,4,1 в изделие. Сборка металлоконструкции из профильного и листового металла. Средний вес до 5 кг, количество 6 шт.

Т_сб = 0,44*60 = 26,4 мин

Операция 8. Поворот изделия в процессе сборки краном, карта 29 с. 123.

Т_пер = 2,8 мин

Операция 9. Перемещение изделия к месту сварки, карта 30 с. 124.

Т_пер = 1,7 мин

Операция 10. Сварка изделия. Вид соединения Т1, таблица 37 с. 75

L_ш = 0,64 м, S = 4 мм, d_пр = 1,6 мм

Т_св = 3,85 мин

Операция 11. Зачистка всех швов после полуавтоматической сварки, карта 57 с. 152.

Н1: L_ш = 2 м T_зач = 0,71*2 = 1,42 мин

Т1: L_ш = 0,64 м T_зач = 0,86 мин

T _{общ. зач} = 2,28 мин

Операция 12. Перемещение изделия краном на место складирования, карта 39 с. 124

Т_пер = 1,7 мин

Определяем основное время:

Т_{осн сборки} = 27+26,4 = 53,4 мин

Т_{осн сварки} = 5,94+3,85 =9,79мин

Определяем вспомогательное время:

Т_{всп сборки} = 1,7+3,114+1,7+2,8 =9 ,314 мин

Т_{всп сварки} = 1,7+1,7+2,28+1,7 = 7,38 мин

Таблица 1.19 - Нормы времени сборочно-сварочных операций

Время на подготовительно-заключительные операции при сборке составляет 3% от оперативного времени (при сборке), а время на обслуживание, надобности, отдых уже включено в штучно-калькуляционное.

Тп.з. = Топ. - 3%.

Время на подготовительно-заключительные операции при п/автоматической сварке составляет 4% от оперативного времени (при п/автом. сварке).

Время на обслуживание, отдых и естественные надобности при а/автом. сварке составляет 21% от оперативного времени.

Тобс. св. = Топ. х 21%

По нормированию сборочно-сварочных операций составляем технологическую карту сборки и сварки, для приложения ее к проекту.

4. ОХРАНА ТРУДА

4.1 Охрана труда при выполнении сборочно-сварочных работ

В коллективном договоре ТОВ «Донбасдомнаремонт» предусматривается конкретная работа в области охраны труда. Проведение текущих мероприятий по охране труда отражается в соглашении по охране труда, которое является официальным приложением, составной частью коллективного договора. В соглашении разработаны мероприятия по охране труда по заводу, цехам, участкам, устанавливаются сроки проведения каждого мероприятия, указываются ответственные за их проведения лица.

К организационным мерам безопасности относятся:

- допуск к проведению работ с повышенной опасностью и вредными условиями труда;

- обеспечение режима труда и отдыха рабочих, льгот по охране труда;

- обучение по охране труда и контроль соблюдения работниками требований по охране труда;

- пропаганда охраны труда на участке

Главной задачей, направленной на обеспечение здоровых и безопасных условий труда на предприятии, является подготовка человека к трудовой деятельности, выявление его пригодности к избранной профессии. К сварочным работам допускаются лица достигшие 18 лет, прошедшие медкомиссию, прошедшие инструктаж и получившие оценку не ниже «4»

Инструктаж и обучение правилам безопасных приемов и методов работы занимают важное место в комплексе мероприятий по охране труда. Различают несколько видов инструктажа: вводный, первичный, повторный, внеплановый, целевой (оформляются в специальном журнале).

Согласно ст.7 Закона Украины «Об охране труда» работники, которые заняты на работах с тяжелыми и вредными условиями труда, к которым относятся и сварщики, бесплатно обеспечиваются лечебно-профилактическим питанием, молоком или равноценными пищевыми продуктами, газированной подсоленной водой, имеют право на оплачиваемые перерывы санитарно-оздоровительного назначения, сокращение длительности рабочего времени, дополнительный отпуск, льготную пенсию, оплату труда в увеличенном размере.

Технические меры и средства должны обеспечивать безопасность оборудования и технологических процессов, которые внедряются в производство (электробезопасность, защита от излучения электрической дуги, разбрызгивание расплавленного металла и шлака, действия вредных веществ и другие), средства обеспечения здоровых условий труда в соответствии с санитарными нормами (вентиляция, освещение и другие):

- выбор технологии сварки и родственных процессов;

- выбор сварочного оборудования;

- выбор сварочных материалов;

- выбор режимов сварки.

Средства коллективной защиты предназначенные для одновременной защиты двух и более работающих и исключающих воздействие на них опасного производственного фактора, обусловленный движением или перемещением материального тела: ограждающие средства (корпуса, сетки, щитки, экраны и т. п.), предохранительные средства (блокировочные и ограничительные), тормозные устройства, устройства автоматического контроля и сигнализации, устройства дистанционного управления .

Средства индивидуальной защиты выдаются рабочим индивидуально. Они обеспечивают защиту органов человека от воздействия вредных и опасных производственных факторов. Их применяют в тех случаях, когда безопасность работ не может быть обеспечена конструкцией оборудования, организацией производственных процессов, архитектурно-планировочными решениями и средствами коллективной защиты. Индивидуальными средствами защиты сварщика обеспечивают за счет работодателя. К СИЗ относятся сухая и целая спецодежду (куртка, штаны, перчатки, головной убор) из плотной ткани и специальная закрытая обувь. На одежде не должно быть жировых пятен. Куртка одевается поверх брюк и застегивается на все пуговицы. Брюки одеваются поверх ботинок, рукавицы заправляются в рукава. Для защиты лица и глаз от действия лучистой энергии дуги, а также от брызг расплавленного металла, сварщики обеспечиваются щитками и масками со специальными светофильтрами.

Как правило, процессы сварки, наплавки, резки, напыления, пайка металлов и другие родственные процессы сопровождаются рядом вредных и опасных производственных последствий.

К вредным производственным факторам относят: повышенную запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны; ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения сварочной дуги, инфракрасное излучения сварочной ванны и сварных изделий; электромагнитные поля; ионизирующее излучение; шум; ультразвук; статическая нагрузка на руку.

При сварке в зону дыхания работающих могут попадать сварочные аэрозоли (ПО), в составе которых присутствуют окислы различных металлов (марганца, хрома, никеля, меди, титана, алюминия, железа, вольфрама и т.д.) и другие соединения, а также токсичные газы (оксид углерода, оксиды азота, озон, фтористый водород, тетрафтористий кремний и др.); Количество, состав и токсичность сварочных аэрозолей зависят от химического состава сварочных материалов и вида технологического процесса.

Интенсивность излучения сварочной дуги в оптическом диапазоне и его спектр зависят от мощности дуги, применяемых материалов, защитных и плазмосоздающих газов. Из-за отсутствия защиты возможные повреждения органов зрения (электрофтальмия, катаракта и т. д.) и ожоги кожного покрова. Негативное влияние на здоровье может осуществлять инфракрасное излучение предварительно подогретых изделий, нагревательных устройств (нарушение терморегуляции, тепловые удары).

При ручной и полуавтоматической сварке происходит статическая нагрузка на руки, которая может вызвать заболевание нервно-мышечного аппарата плечевого пояса.

К опасным производственным факторам относят: влияние электрического тока, искры и брызги, выброс расплавленного металла и шлака; возможность взрыва баллонов и систем, находящихся под давлением; движущиеся механизмы и изделия.