Разработка технологического процесса изготовления сварной конструкции – сварная двутавровая балка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Мурманской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Мурманской области

«Мурманский индустриальный колледж»

Специальность: 22.02.06 Сварочное производство

Квалификация: техник

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Разработка технологического процесса изготовления сварной конструкции - сварная двутавровая балка

Студент:

Бурдейный Максим Григорьевич

Курс: III

Группа № 301.1

Руководитель КР:

Пашеева Т.Ю.,

г. Мурманск, 2019 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ

1.1 Характеристика сварной конструкции

1.2 Обоснование выбора материала для изготовления сварной конструкции

1.2.1 Характеристика основного металла по механическим свойствам

1.2.2 Характеристика основного металла по свариваемости

1.3 Технические условия на изготовление сварной конструкции

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ

2.1 Выбор и обоснование выбора способа сварки

2.2 Выбор и обоснование выбора сварочного оборудования

2.3 Выбор и обоснование выбора сварочных материалов

2.4 Определение параметров сварных швов и режимов сварки

2.5 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении заготовительных операций

2.6 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении сборочных операций

2.7 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении сварочных операций

2.8 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении отделочных операций

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ (чертеж, спецификация)

сварная конструкция технологический



Введение

Сварка-изобретение конца прошлого века, принадлежащее нашим соотечественникам Н.Н. Бенардосу и Н. Г. Славянину.

Сварка является одним из ведущих технологических процессов обработки металлов.

Определены основные направления развития сварочного производства:

Замена клепаных, литых, кованных конструкций более экономическими сварными. Высокие эксплуатационные характеристики сварных изделий - результат рациональных конструктивных решений и совершенства технологических процессов сборки и сварки.

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями, при их общем или местном нагреве, или совместным действием того и другого. Сварные соединения в процессе эксплуатации должны быть по возможности равнопрочными с основным металлом конструкции при всех видах нагрузок (статических, ударных, вибрационных) и любых температурах. Требуемые механические свойства в сварных соединениях достигаются: соответствующим выбором основного металла и конструктивной формой соединений; применением рациональных методов и режимов сварки; термической и механической обработкой конструкции после сварки.

Цель курсовой работы - разработка технологического процесса изготовления сварной конструкции - двутавровая балка.

1 Оценка технологичности конструкции

1.1 Характеристика сварной конструкции

Двутавры - основной балочный профиль - имеют наибольшее разнообразие по типам, которые соответствуют определенным областям применения.

Балки двутавровые обыкновенные (ГОСТ 8239-89), имеют уклон внутренних граней полок и обозначаются номером, соответствующим их высоте в см. В сортамент входят профили от № 10 до № 60.

Стенки у крупных двутавров имеют минимальную толщину и по условиям устойчивости достигают 1/55 высоты двутавра. Чем тоньше стенка, тем выгоднее сечение балки при работе ее на изгиб. Однако по условиям технологии прокатки у большинства двутавров стенки получаются значительно толще, чем это требуется по условию их устойчивости. Благодаря сосредоточению материала в полках двутавры имеют большую жесткость относительно оси x, но небольшая ширина полок делает их малоустойчивыми относительно оси y.

Двутавры применяются в изгибаемых элементах (балках), а также в ветвях решетчатых колонн и различных опор, где для их устойчивости применяются составные сечения.

Балки двутавровые широкополочные (ГОСТ 26020-81) имеют параллельные грани. Широкополочные двутавры прокатываются трех типов: нормальные двутавры (Б), широкополочные двутавры (Ш), колонные двутавры (К). Высота балочных профилей (Б) достигает 1000 мм, (Ш) - 700 мм и (К) - 400 мм при отношении ширины полок к высоте от (при малых высотах) до (при больших высотах). Колонные профили (К) имеют отношение ширины полок к высоте, близкое 1:1, что придает им устойчивость относительно оси y.

Рисунок 1 - Виды двутавров

Конструктивные преимущества (параллельность граней полок и мощность сечений) позволяют применять широкополочные двутавры в виде самостоятельного элемента (балки, колонны, стержни тяжелых ферм), не требующего почти никакой обработки, что снижает трудоемкость изготовления конструкций в 2-3 раза.

Из широкополочных двутавров путем разрезки стенки в продольном направлении получают тавровые профили (БТ), (ШТ) и (КТ) удобные для применения в решетчатых конструкциях. По мере расширения производства широкополочных двутавров применение обыкновенных двутавров сокращается.

На малых производствах сборка и сварка балок может осуществляться вручную, из-за чего их продукция зачастую очень дорогая.

Преимущества использования сварных балок. При возведении зданий и сооружений используется большое количество металлоконструкций, в том числе сварные двутавры. По сравнению с металлопрокатными сварные двутавры имеют большое количество преимуществ:

· Металлопрокатные имеют ограничение по размеру, когда сварная балка таких ограничений не имеет;

· Высокое качество получаемого изделия;

· Отсутствие вредных отходов производства;

· Металлические конструкции, получаемые методом сварки, изготавливаются из различных марок стали. Например в местах, где напряжение минимально можно использовать углеродистую сталь, а в местах, которые в последствии будут подвержены высоким нагрузкам - наоборот легированную высокопрочную. Благодаря такой технологии цена может быть снижена, когда прокатный стан осуществляет прокат только одной марки стали;

· Существует также возможность получения сварной балки переменного сечения, благодаря чему могут быть осуществлены любые архитектурные идеи;

· Также за счет гармоничного и правильного подбора сечения вес может быть снижен примерно на 10 %;

· Балки могут быть выполнены на заказ с заранее заданной длиной.

Рисунок 2 - Сварной составной двутавр

Область применения двутавровой балки простирается от тяжелого машиностроения и вагоностроения до сооружения мостов, подвесных путей, колонн и строительства промышленных помещений, занимающих большие территории. Масштабы построек подразумевают колоссальные нагрузки на опоры, несущие конструкции и основания.

1.2 Обоснование выбора материала для изготовления сварной конструкции

Правильный выбор материала для изготовления сварной конструкции - один из важнейших вопросов проектирования и технологической обработки, оказывает большое влияние как на эксплуатационные качества деталей, так и на их вес и экономичность изготовления.

Материал двутавровой балки должен иметь комплекс свойств, которые гарантируют высокие прочностные характеристики сварных соединений при применении простых технологических процессов сварки с наименьшими затратами на изготовление. Наиболее распространенным материалом для сварных конструкций являются низкоуглеродистые стали марок Ст3, Ст4, Ст5 по ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Они дешевые, хорошо свариваются, достаточно пластичны. Но при этом они имеют один недостаток - низкую прочность, поэтому низкоуглеродистые стали все чаще заменяют на низколегированные, например, 10ХСНД, 15ХСНД и другие, имеющие высокие прочностные показатели. Использование высокопрочных сталей дает возможность снизить вес сварных конструкций.

Свойства материала должны удовлетворять требованиям эксплуатации, обеспечивать необходимую свариваемость, технологическую обрабатываемость и экономическую целесообразность. Исходя из этих критериев сварную конструкцию - двутавровую балку предлагается изготовить из стали 15ХСНД - конструкционной, низколегированной, с содержанием углерода 0,15%; хрома, кремния, никеля и меди менее 1% каждого легирующего элемента (таблица 1).



Таблица 1- Химический состав низколегированной стали марки 15ХСНД

Наименование	Химический элемент	Содержание, в %
Углерод	C	0,12 - 0,18
Кремний	Si	0,4 - 0,7
Марганец	Mn	0,4-0,7
Никель	Ni	0,3-0,6
Сера	S	До 0,4
Фтор	P	До 0,035
Хром	Cr	0,6-0,9
Азот	N	До 0,008
Медь	Cu	0,2-0,4
Мышьяк	As	До 0,8
Железо	Fe	?97

1.2.1 Характеристика основного металла по механическим свойствам

Выбор конструкционных материалов при изготовлении сварной двутавровой балки производится на основе их механических, физико-химических и технологических свойств. Требуемые механические свойства в сварных соединениях двутавра достигаются: соответствующим выбором основного металла и конструктивной формой соединений; применением рациональных методов и режимов сварки; термической и механической обработкой конструкции после сварки. Эти свойства стали определяют такие показатели, как прочность, упругость и пластичность, а также склонность к хрупкому разрушению, которое косвенно оценивается ударной вязкостью (таблица 2).

Таблица 2 -Механические свойства стали марки 15ХСНД

Сортамент	Размер, мм	ув МПа	ут МПа	д5 %	KCU кДж / м2
Лист ГОСТ 19281-2014	До 15 вкл.	390	530	19	290

где у_в - МПа - предел кратковременной прочности;

у_т -МПа - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации);

д₅% - относительное удлинение при разрыве;

KCU , кДж / м^{2 -} - ударная вязкость.

Эксплуатационные требования имеют первостепенное значение, поскольку призваны обеспечить работоспособность сварной двутавровой балки при заданных условиях нагружения. Для оценки работоспособности материала используется комплексная характеристика - конструкционная прочность, включающая показатели прочности, надежности и долговечности.

Прочность характеризует способность материала сопротивляться деформации. Показателями прочности стали являются предел текучести у_ти временное сопротивление разрушению (предел прочности)у_в. Расчет конструкции на прочность производится по предельно допустимым напряжениям[у]с определенным коэффициентом запаса прочности:

,	(1)

Значение коэффициента запаса прочности зависит от многих факторов: вида сплава, условий нагружения, ответственности конструкции и др. Чем выше прочность стали, тем выше допустимые рабочие напряжения и, следовательно, меньше металлоёмкость конструкции.

1.2.2 Характеристика основного металла по свариваемости

Свариваемость - свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки неразъемное соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Свариваемость оценивается степенью соответствия свойств сварного соединения тем же свойствам основного материала и его склонностью к образованию дефектов. На свариваемость стали влияет содержание в ней углерода и легирующих элементов.

Определяем технологическую свариваемость стали марки 15ХСНД по химическому составу, путём определения эквивалента углерода, %:

,	(2)

где С - содержание углерода в стали, %;

Mn - марганца в стали, %;

Ni - никеля в стали, %;

Cr - хрома в стали, %;

Si - кремния в стали, %;

Р - фосфора в стали, %;

Cu - меди в стали, %.

Низколегированная сталь15ХСНД относятся к разряду хорошо свариваемых. Однако наличие в ней легирующих элементов обусловливает возможность появления закалочных структур в зоне термического влияния, что при неблагоприятном сочетании других факторов может вызвать уменьшение стойкости ее против холодных трещин. Легирующие элементы могут снизить также сопротивляемость швов горячим трещинам, усугубить или, напротив, ослабить последствия перегрева и склонность к хрупкому разрушению металла в зоне термического влияния и шве.



1.3 Технические условия на изготовление сварной конструкции

Разработка новых изделий, обладающих новыми технико-экономическими характеристиками, является сложной комплексной задачей, для решения которой необходимо обеспечить при конкретных производственных условиях высокую технологичность изделия.

Технологичной называют такую сварную конструкцию, которая обеспечивает удобство и простоту изготовления любыми видами сварки и при различных режимах; автоматизацию и механизацию максимального числа операций технологического процесса; низкую себестоимость процесса сварки за счет экономии сварочных материалов, повышения производительности и высокого уровня механизации. Под технологичностью изделия понимается совокупность свойств его конструкции, характеризующих возможность оптимизации затрат труда, времени, средств на всех стадиях создания и эксплуатации. Также необходимо, чтобы сварная конструкция отвечала требованиям технической эстетики. Улучшение технологичности конструкции проводится по трем направлениям: экономия металла; снижение трудоемкости изготовления изделия; экономия времени.

Изготовление сварных двутавровых балок - это довольно сложный процесс, который состоит из огромного количества этапов. С самого начала происходит - раскрой метала, то есть, металл раскраивается на полосы необходимой длины и ширины. После этого, чтобы улучшить провар происходит разделка кромок на специальном станке.

Далее происходит сборка. Она должна быть очень точной, все детали должны располагаться строго перпендикулярно друг по отношению к другу, а также необходимо соблюдение симметрии стенок. Сборка может осуществляться вручную, если говорить о небольшом производстве, либо же с помощью автоматизированных машин, как это происходит на массовом производстве.

· Последним этапом является сварка балки. Технология сварки двутавровой балки может быть различна, поэтому на вопрос: «Как правильно сварить двутавровую балку?» существует много ответов. Существуют приемы наложения швов в разной последовательности: Сварка балки с наклоненным электродом. Данным методом может быть осуществлена одновременная сварка двух швов, однако швы получаются неглубокими;

· Метод «лодочки». Если сваривать балку этим способом, то будут обеспечены благоприятные условия для формирования глубокого шва, однако времени этот метод занимает гораздо больше, чем предыдущий

Сам процесс осуществляется при помощью сварочного аппарата, который сваривает детали под высоким давлением, существует некоторое количество вариантов агрегатов для исполнения процесса сварки на производстве. Это могут быть сварочные манипуляторы, отличающиеся высокой степенью автоматизации, самоходные сварочные трактора - самый надежный и простой способ, однако его применение в условиях массового производства нежелательно. ГОСТ 26020-83 регламентирует следующие предельно допустимые отклонения на размеры двутавров.

Таблица 3 - Допуски при высоте балки(все значения в мм)

До 120 включительно	Свыше 120 меньше 380	От 380 меньше 580	От 580 и больше
±2	±3	±4	±5

Для ширины полки в зависимости от величины номинальной высоты профиля h, мм:

· ±2 - для балок высотой меньше 120 включительно

· ±3 - для балок высотой больше 120.

Таблица 4 - Допуски при толщине стенки(все значения в мм)

До 4,4 включительно	Свыше 4,4 до 6,5 вкл.	Свыше 6,5 меньше 16	От 16 меньше 23	От 23 и больше
±0,5	±0,7	±1	±1,5	±2

Таблица 5 - Допуски при толщине полки профиля(все значения в мм)

До 6,3 включительно	Свыше 6,3 меньше 16	Свыше 16 меньше 25	От 25 и больше
±1	±1,5	±2	±2,5

По длине предельно допустимые отклонения стандартом 26020 нормируются только для двутавровой продукции мерной и кратной ей длины, и они следующие,мм

Таблица 6 - Предельные отклонения для профилей с длиной и высотой

Длина до 12000 включительно, высота меньше 790	Длина до 12000 включительно, высота от 790 и больше	Длина свыше 12000, высота любая
+60	+80	+100

Сварные соединения двутавровой балки в процессе эксплуатации должны быть равнопрочными с основным металлом конструкции при всех видах нагрузок (статических, ударных, вибрационных). Требуемые механические свойства достигаются применением рациональных режимов сварки, термической и механической обработкой конструкции после сварки.



2. Разработка технологического процесса изготовления сварной конструкции

2.1 Выбор и обоснование выбора способа сварки двутавровой балки

Выбор наиболее целесообразного способа сварки из числа возможных для заданной сварной конструкции или операции разрабатываемого технологического процесса производится на основе их сравнения с точки зрения экономики. Наиболее целесообразным в большинстве случаев оказывается метод полуавтоматической сварки в углекислом газе, ГОСТ 14771-76 - Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. УП - в углекислом газе и его смеси с кислородом плавящимся электродом.

Прогрессивный способ сварки в защитной среде углекислого газа имеет следующие технические и экономические преимущества перед другими способами сварки:

· производительность сварки в углекислом газе при одинаковых режимах на 25% выше производительности сварки под флюсом и в 3 раза выше производительности ручной дуговой сварки. Количество расплавленного металла при полуавтоматической сварке на обратной полярности в углекислом газе составляют 6-8 кг/час;

· стоимость одного килограмма металла, наплавленного в углекислом газе, на 20% дешевле, чем при сварке под флюсом, в 2 раза дешевле, чем при ручной дуговой сварке качественными электродами;

· хорошая видимость открытой дуги обеспечивает точность наложения швов, что особенно важно при полуавтоматической сварке криволинейных, прерывистых и труднодоступных швов и различных монтажных швов, для которых затруднено применение сварки под флюсом.



2.2 Выбор и обоснование выбора сварочного оборудования

Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в углекислом газе - процесс сварки, при котором подача сварочной проволоки в зону сварки механизирована, а возбуждение дуги и перемещение газосварочной горелки в направлении сварки и её завершения осуществляются сварщиком вручную.

Сварочная горелка обеспечивает подвод электрического тока от источника сварочного тока через контактный наконечник к проволоке, а через сопло подает защитный газ из баллона в зону сварки. Снабжена кнопками выключения-включения полуавтомата в режим «сварка», а в некоторых случаях рукоятками регулирования параметрами режима сварки.

Гибкий шланг в полуавтоматах предназначен для подачи электродной проволоки, сварочного тока, защитного газа, подключения проводов управления. В зависимости от номинального сварочного тока медный кабель имеет сечение 25, 35, 50 и 70 мм2.

Полуавтомат (рисунок 3) включает: кабель питания, главный выключатель, соединитель шланга защитного газа, сварочная горелка и кабель, кабель и зажим заземления. Механизм подачи электродной проволоки обеспечивает поступление ее в сварочную горелку через направляющий кабель с заданной скоростью.

Подающий механизм Kemppi KEMPACT 323R предназначен для полуавтоматической дуговой сварки в тяжелых условиях плавящимся электродом в среде защитных газов сплошной или порошковой проволоками углеродистых и нержавеющих сталей и сплавов, включая алюминиевые, а также самозащитной проволокой. Технические данные полуавтомата приведены в таблице 7.

Рисунок 3 - Схема Kemppi KEMPACT 323R

Таблица 7 - Технические характеристики полуавтомата Kemppi KEMPACT 323R

Наименование параметра	Норма
Номинальный сварочный ток, мин., А	20 - 320
Напряжение холостого хода, В	46
Скорость подачи электродной проволоки, мм/сек	1-20
Количество пар подающих роликов, шт.	4
Мощность при максимальной нагрузке, кВт -порошковая проволока -самозащитная проволока	12 кВт 1,6-2,0
Габаритные размеры (длина х ширина х высота), мм	623x579x1070
Масса, кг, не более	44

Рисунок 4 - Панель управления

Панель управления (рисунок 4) сварочным процессом предназначен для установки и регулирования параметров сварочного цикла, так же обеспечивает: включение полуавтомата в режим «сварка» кнопкой, расположенной на сварочной горелке; плавное регулирование скорости подачи электродной проволоки и сварочного напряжения на источнике питания резисторами, расположенными внутри подающего механизма; включение подачи защитного газа при нажатии кнопки на горелке с ручной регулировкой.

Газовая аппаратура служит для подачи защитного газа в зону сварки газовые редукторы, подогреватели и осушителя газов, расходомеры, смесители газов, электромагнитные газовые клапаны.

2.3 Выбор и обоснование выбора сварочных материалов

Выбор сварочных материалов производится в соответствии с принятым способом сварки, ГОСТ 14771-76. Выбор стальной сварочной проволоки для механизированных способов сварки производится по ГОСТ 2246-70, «Проволока стальная сварочная. Технические условия», который предусматривает выпуск стальной сварочной проволоки для сварки, наплавки диаметром от 0,3 до 12 мм. Проволоку выбирают с учетом: способа сварки; рассчитанных режимов сварки; применяемого сварочного оборудования; требуемых свойств сварных соединений; марки свариваемых сталей.

В зависимости от уровня легирования сварочная проволока по ГОСТ 2246-70 подразделяется на низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную. При сварке в углекислом газе происходит повышенное выгорание углерода, марганца и кремния. При сварке обычной низкоуглеродистой проволокой в первую очередь происходит интенсивное выгорание углерода, в результате чего в шве образуются поры. Поэтому при сварке используются проволоки с повышенным содержанием раскислителей.

Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, раковин, забоин, окалины, ржавчины, масла и других загрязнений.

Для сварки двутавровой бакли из стали 15ХСНД предлагается применить проволоку сплошного сечения марки Св-10Г2. Проволока сварочная марки Св-10Г2 предназначена для электродуговой сварки в среде защитных газов (100% углекислый газ C0₂ или газовая смесь 80% аргон Ar + 20% CО₂) во всех пространственных положениях углеродистых и низколегированных сталей (таблица 8).

Таблица 8 - Марка сварочной проволоки в зависимости от марки стали

Условия сварки	Рекомендуемая проволока
Металлоконструкции из стали 15ХСНД в смеси защитных газов	Св-10Г2



Таблица 9 - Механические свойства металла шва в углекислом газе С1

Предел текучести ут, Н/ммІ	Предел прочности ув, Н/ммІ	Относительное удлинение д, %	Ударная вязкость KCV, Дж/смІ	Ударная вязкость KCU, Дж/смІ
мин. 390	мин. 490	20	34 при -20°С	43 при -60°С

Таблица 10 - Механические свойства металла шва в смеси газов М21

Предел текучести ут, Н/ммІ	Предел прочности ув, Н/ммІ	Относительное удлинение д, %	Ударная вязкость KCV, Дж/смІ	Ударная вязкость KCU, Дж/смІ
мин. 400	мин. 510	22	47 при -20°С	43 при -60°С

Таблица 11 - Химический состав наплавленного металла, %

Углерод	Марганец	Кремний	Никель	Сера	Фосфор
До 0,12	1,5-1,9	До 0,6	До 0,3	До 0,03	До 0,03

Свойства ряда металлов и сплавов значительно ухудшаются при воздействии на них при высоких температурах кислорода, а часто азота и водорода. Одним из способов исключения такого воздействия является сварка в атмосфере защитных газов. Наилучшее качество сварного шва достигается применением среды защитных газов комбинированная защита. Для сварки углеродистых и низколегированных сталей может быть использована углекислота пищевая по ГОСТ 8050-85. Выпускается трех сортов: высший - 99,8% СО₂, 1-й - 99,5% и 2-й - 98,8%. Двуокись углерода 2-го сорта применять не рекомендуется. Для сварки плавящимся электродом углеродистых легированных сталей необходим аргон, содержащий 1…5% О₂ (аргон марки В - для сварки коррозионно-стойких, жаропрочных и окалиностойких сталей), ГОСТ 10157-79 «Аргон газообразный и жидкий. Технические условия».

При сварке двутавровой балки из марки стали 15ХСНД предлагается использовать сварочную смесь, которая обладает рядом преимуществ: повышает стабильность процесса сварки, снижает потери электродного металла на разбрызгивание; уменьшение времени на зачистку швов и околошовной зоны от налипших брызг; уменьшение выгорания легирующих элементов; уменьшение зоны термического влияния.

2.4 Определение параметров сварных швов и режимов сварки

Режим сварки - совокупность параметров процесса, обусловливающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества. При всех дуговых способах сварки такими параметрами являются: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва, род тока и полярность. При механизированных способах сварки добавляют еще один параметр-скорость подачи сварочной проволоки, а при сварке в защитных газах - удельный расход газа, который зависит от положения шва в пространстве, скорости сварки, типа соединения и толщины свариваемого металла.

Стабильный процесс сварки с хорошими техническими характеристиками можно получить только в определенном диапазоне сил тока, который зависит от диаметра и состава электрода и рода защитного газа. Регулируют силу тока изменением скорости подачи электродной проволоки. Сила тока определяет глубину провара и производительность процесса. Весь расчет режимов является ориентировочным и на практике требует уточнения.

Основные параметры режимов механизированных процессов дуговой сварки следующие:

dэ - диаметр электродной проволоки, мм;

lэ - вылет электродной проволоки, мм;

Vп.п - скорость подачи электродной проволоки, м/c ;

Iсв - сила тока, A;

Uд -напряжение дуги, B;

Vсв - скорость сварки, м/c;

удельный расход защитного газа, л/ч.

Полуавтоматическую сварку в смеси защитных газов необходимо выполнять короткой дугой на постоянном токе обратной полярности. Расстояние от сопла горелки до изделия не должно превышать 22 мм. Угловые соединения сваривают с таким же наклоном в направлении сварки и наклоном поперек шва под углом 40-50є к горизонтали, смещая электрод на 1 - 1,15 мм от угла на горизонтальную полку.

Расчет параметров режимов производится в следующем порядке: определятся толщина свариваемого металла по чертежам; в зависимости от толщины свариваемого металла, выбирается диаметр электродной проволоки.

Таблица 12 - Зависимость диаметра электродной проволоки от толщины свариваемого металла

Показатель	Толщина свариваемого металла, мм
	0,6-1,0	1,2-2,0	3,0-4,0	5,0-8,0	9,0-12,0	13,0-18,0
Диаметр электродной проволоки, мм	0,5-0,8	0,8-1,0	1,0-1,2	1,4-1,6	2,0-2,0	2,5-3,0

Определяется площадь наплавки как сумма площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва, ГОСТ14771-76

Рисунок 3 - Конструктивные элементы таврового шва Т6

При определении числа проходов следует учитывать, что сечение первого прохода не должно превышать 30-35 мм² и может быть определено по формуле:

F1 = (6 - 8) · dэл, мм2	(3)

F1= 6 ^.2 = 12 мм²

последующие проходы - по формуле:

Fс = (8 - 12) · dэл, мм2	(4)

Fс= 8 ^.2 = 16 мм²

где F1 - площадь поперечного сечения первого прохода, мм²;

Fс - площадь поперечного сечения последующих проходов, мм²;

dэл - диаметр сварочной проволоки, мм.

Для определения числа проходов и массы наплавленного металла требуется знать площадь сечения швов.

Расчет площади наплавленного металла для Т6:

FH=	(5)

FH= =16,4 мм²

Диаметр электродной проволоки 2,0 мм.

Вылет электрода определяется по формуле, мм:

lэ = 10 · dэ	(6)

lэ = 10 · dэ = 10 · 2 = 20 мм

Сила сварочного тока, А:

Iсв = I св • Fэ	(7)

где i - плотность тока, А/мм (диапазон плотностей сварочного тока от 100 до 200А/мм.), оптимальное значение 100-140А/мм.;

Fэ - площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм.

(8)

Рисунок 11 - Площадь поперечного сечения сварочной проволоки

F= 3,14 • 2²/4 = 3,14мм²

Iсв = i •Fэ = 100 · 3,14 = 314 А

Большое значение плотности тока соответствует меньшим диаметрам электродной проволоки. Устойчивое горение дуги при сварке плавящимся электродом в углекислом газе достигается при плотности тока свыше 100А/мм. Так как определение основного параметра режима сварки основывается на интерполировании широкого диапазона рекомендованных плотностей тока, то Iсв необходимо уточнять по таблице 8.

Таблица 13 - Диапазоны сварочных токов основных процессов сварки проволокой Св-10Г2

Процесс сварки	Диаметр электродной проволоки, мм
	0,5	0,8	1,0	1,2-2,5
Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа (смеси защитных газов)	30-150	150-300	160-450	300-550

Напряжение на дуге принимается в интервале 16-34В.

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч:

	(9)

где Vп.п - скорость подачи проволоки, м/ч;

бр - коэффициент расплавления электродной проволоки, г/Ач;

Iсв - сварочный ток, А;

dэ - диаметр электродной проволоки, мм;

г - плотность металла электродной проволоки г/смі (г=0,0078г/ммі).

Коэффициент расплавления, г/Ач:

бр = [8,3 + 0,22 Icв / dэ] 3,6·10-1,	(10)

б_р = [8,3 + 0,22•314/ 2] 3,6·10-1 = 15,4 г/Ач

Коэффициент наплавки, г/Ач:

бн = бр (1 - ш / 100)	(11)

где ш - потеря электродного металла вследствие окисления, испарения и разбрызгивания, % (ш = 7-15%, принимают обычно ш = 10%).

Потери электродного металла возрастают с увеличением напряжения на дуге:

бн = бр(1 - ш / 100) = 15,4 (1-10/100) = 17,1г/Ач



Скорость сварки, м/ч:

или	(12)

== 5,06 м/ч

где Vсв - скорость сварки, м/ч;

б н - коэффициент наплавки, г/Ач;

Iсв - сварочный ток, А;

Fн - площадь поперечного сечения, ммІ;

- плотность наплавленного металла, г/смі;

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

Параметры режима сварки сведены в таблицу 9.

Таблица 14 - Параметры режима полуавтоматической сварки в среде защитных газов

Тип сварного соединения S, мм	Диаметр электрода, Dэ, мм	Вылет электрода, lэ,мм	Сила сварочного тока Iсв , А	Напряжение на дуге Uд, В	Скорость подачи проволоки Vп.п, м/ч	Скорость сварки, Vсв, м/ч	Удельный расход газа, л/мин
Т9	1,6-2	14-20	120-314	16-34 В	19,7 м/ч	5,06 м/ч	20,8

2.5 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении заготовительных операций

Выбор методов получения заготовки имеет целью установление рациональных способов и последовательности рабочих операций по изготовлению деталей, входящих в заданную сварную конструкцию - двутавровую балку.

После поступления основных материалов в заготовительном отделении цеха металлы подвергаются предварительной обработке. Операциями такой первичной обработки являются: правка материалов, вырезка заготовок, производимая для дальнейших операций по изготовлению деталей.

Перед подачей материала в заготовительный цех целесообразно произвести очистку его от загрязнений и предварительную правку на складе металлов. Дробеструйная камера предназначена для струйной очистки и обработки дробью металлических и неметаллических изделий без риска для оператора, после обработки деталей в дробеструйной камере их поверхность становится очищенной от загрязнений.

Заготовительные операции предусматривают изготовление заготовок и готовых деталей для сварных узлов различными способами. Резка механическая и рубка выполняются на листовых и комбинированных ножницах. Резка заготовок термическим способом осуществляется плазменным способом (плазменная резка.) Пробивку отверстий, гибку деталей и вырубку уступов производят на механических прессах в специальных штампах; гибку -- в штампах или гибочных станках. Зачистку заусенцев, окалины, ржавчины делают в галтовочных барабанах, дробеструйной очисткой, или вручную. В случае необходимости проходят различные виды механической обработки - точение, строгание, сверление, фрезерование, когда это требуется по чертежу.

Правку проката производят в холодном состоянии на листоправильных и сортоправильных вальцах и прессах, в зависимости от сортамента металла, подлежащего обработке. После черновой обработки - правки и в некоторых случаях резки весь прокат, поступающий в заготовительное производство, проходит ряд операций: разметка либо наметка; резка; зачистка; правка, подготовка кромок; очистка; контроль.

Разметка представляет собой нанесение на металл конфигурации изготавливаемых деталей в натуральную величину. Основной целью этой операции служит обеспечение точных, в соответствии с чертежами, размеров вырезаемых из металла деталей. В качестве оборудования используются разметочные плиты и столы. Средствами для разметки служат разного рода мерительные и чертежные инструменты.

Непосредственно после разметки следует рабочая операция резки металла. Резка металла на механических станках отличается большой производительностью наряду с высоким качеством получаемого реза. Для прямолинейной механической резки листового металла наибольшее распространение получили гильотинные ножницы и ножницы для продольной и поперечной резки (пресс - ножницы), которые обрабатывают листовой, полосовой и широкополосный материал толщиной 10-13 мм. Для прямолинейной поперечной резки различных сортаментов профильного металла обычно применяют станки двух типов: пресс - ножницы и ножницы с закрытым зевом.

В целях получения гладких, без заусенцев поверхностей контура деталей, а также для удаления с поверхности кромок окалины и шлаков, кромки зачищают. Эту операцию в большинстве случаев выполняют наждачными кругами. Для этого используют либо шлифовальные машины, либо наждачные станки.

Выпрямление деталей и заготовок из листового либо широкополосного материала, искривленных в процессе вырезки их газовым пламенем или на механических ножницах, производят на листоправильных и сортоправильных вальцах, на прессах или вручную на плите с применением нагрева. Заготовки часто подвергаются правке (рихтовке) на гидравлических прессах или механических.

Отверстия в металле после предварительной разметки или наметки, либо по упору обрабатывают одним из следующих способов: сверлением отверстий на переносных сверлильных станках с магнитной подушкой или с помощью вертикально-сверлильных станков.

PRIMA это революционные гидравлические гильотинные ножницы производства Warcom, конкурирующие с оборудованием лучших мировых производителей. Это самый лучший продукт для самых требовательных клиентов, поскольку в нем используются следующие технические решения: 3-осное ЧПУ для автоматического управления углом наклона, зазором между лезвиями и задним упором, прочная конструкция с держателем верхнего лезвия, приводящим их в движение по всей длине, подъемным устройством заднего упора, плоский стол с шариковой передачей.. Технические характеристики гидравлических гильотинных ножниц PRIMA 30 представлены в таблице 15.

Таблица 15 - Технические характеристики гидравлических гильотинных ножниц PRIMA 30

Длина резки, мм	3050
Шаг между стойками, мм	3150
Глубина зева в стойках, мм	500
Режущая способность R=48 кг/ мм2 Номинальная/максимальная, мм	10-13
Номинальная толщина, мм	10
Номинальный угол, градусов	2°
Регулировка угла резания, градусов	0°30?-3°
Длина хода заднего упора хода, мм	1000
ходов/мин, №	16-28
Мощность главного электродвигателя, КВт	22
Приблизительный вес, кг	18500
Габаритные размеры, мм	3900х2300х2600

Так же нам необходимо подготовить кромки под сварку ГОСТ 14771-76 Т9. Для этого предлагается применить Фаскосниматель ВМ-20 -- ручной кромкорез, который предназначен для обработки кромок труб и листовых заготовок, позволяет снимать фаску в диапазоне от 15 до 60°, ширина фаски -- 0-20°.

Основываясь на наиболее рациональных методах получения заготовок и деталей, входящих в двутавровую балку согласно спецификации, составляется технологический процесс на заготовительные операции (таблица 16).



Таблица 16 - Технологический процесс на выполнение заготовительных операций

Номер операции	Наименование и краткое содержание операции	Оборудование	Приспособления, инструменты, средства индивидуальной защиты
Позиция 1, Полка - 2шт; позиция 2, Стенка - 1шт.
1	Входной контроль деталей (заготовок)		Рулетка Р-10 ГОСТ 7502-89; угольник УП-I-400; штангенциркуль ШЦ-I-250-0, 10-I ГОСТ 166-73
2	Перемещение деталей (заготовок)	Кран КС-500	Стропы 943-06
3	Правка деталей (заготовок)	Машина листоправильная МЛЧ 1725.
4	Разметка		Рулетка Р-10 ГОСТ7502-89; циркуль разметочный 7841-0083х9 ГОСТ 24472-80; кернер 7843-0095; штангенциркуль ШЦ-I-250-0, 10-I ГОСТ 166-73; молоток 7850-0103
5	Механическая резка	Гидравлические гильотинные ножницы PRIMA 30
6	Контроль		Рулетка Р-10 ГОСТ 7502-89; угольник УП-I-400; штангенциркуль ШЦ-I-250-0, 10-I ГОСТ 166-73
7	Сверление	Магнитный сверлильный станок МВА-35
8	Подготовка кромок под сварку в соответствии с ГОСТ 14771-76 Т9	Фаскосниматель ВМ-20
9	Зачистка	Угловая шлифовальная машина Bosch PWS 700-115
10	Контроль		Комплект ВИК, УШС

2.6 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении сборочных операций

Сборочная операция предусматривает сборку и прихватку деталей двутавровой балки перед сваркой. Сборочная операция имеет цель - обеспечить правильное взаимное расположение и закрепление деталей балки.

Сборку двутавра предлагается производить по разметке с применением простейших универсальных приспособлений. Сборка балки двутавровой должна быть достаточно точной, особое внимание уделяется симметрии расположения и взаимной перпендикулярности полки и стенки. Сборка на стеллаже с помощью простейших приспособлений является трудоёмкой и может применяться только в единичном производстве. Использование станов для сборки двутавровых балок позволяет повысить производительность сборочных операций в несколько раз. С помощью стана для сборки двутавровых балок Z15, достигается симметрия расположения стенки относительно полок балки, обеспечивается взаимная перпендикулярность полки и стенки балки. Сборка двутавровой балки осуществляется в 2 этапа: сборка профиля T-образной формы, затем балка кантуется на 180° и собирается двутавр. Эффект использования сборочного стана, обеспечивается быстродействием и надёжностью механизма позиционирования элементов. Закрепление и освобождение элементов балки по всей длине с помощью винтов занимает много времени. Значительно производительнее и удобнее в работе приспособления, оснащенные гидравлическими прижимными механизмами.

Прихватки должны быть длиной не более 20 мм, сечением 0,5 от сечения будущего шва и только в перекрываемых участках шва. Сварочный ток при прихватках должен быть выше сварочного на 20%, чтобы обеспечивался четкий провар при прихватке. Прихватки выполняются «вразброс» -- в целях предупреждения возникновения деформаций и внутренних напряжений. Размеры и расположение прихваток задают не только из условий прочности и жесткости, но и с позиции исключения их вредного влияния на качество выполнения сварных соединений и работоспособность конструкции. Прихватки должны иметь ограниченное поперечное сечение и длину и располагаться в местах, обеспечивающих их полную переварку при укладке основных швов. Собранный узел должен обладать жесткостью и прочностью, необходимыми как для извлечения его из сборочного приспособления и транспортировки к месту сварки, так и для уменьшения деформаций при сварке.

Принципиальный техпроцесс сборки и сварки проектируемого изделия - сварной двутавровой балки представлен в виде таблицы 17.

Таблица 17 - Последовательность сборочно-сварочных операций

Номер операции	Наименование операции, ее краткое содержание	Оборудование	Приспособление, средства защиты по технике безопасности
1	Сборочная. Прихватить детали: - позиция 1, Полка, 2шт; - позиция 2, Стенка, 1шт.	Полуавтомат Kemppi KEMPACT 323R	Угольник УП-I-400; штангенциркуль ШЦ-I-250-0 ГОСТ 166-73
2	Зачистка		Зубило, молоток, щетка по металлу, шлифовальная машинка.
3	Сварка ГОСТ 14771-76 Т9 - позиция 1, Полка, 2шт; - позиция 2, Стенка, 1шт.	Полуавтомат Kemppi KEMPACT 323R
4	Зачистка		Зубило, молоток, щетка по металлу, шлифовальная машинка.
5	Контроль		Угольник УП-I-400; штангенциркуль ШЦ-I-250-0 ГОСТ 166-73, комплект ВИК, Дефектоскоп ультразвуковой УСД-50



2.7 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении сварочных операций

Для сварки предлагается применить полуавтомат Kemppi KEMPACT 323R. предназначен для полуавтоматической дуговой сварки в тяжелых условиях плавящимся электродом в среде защитных газов сплошной или порошковой проволоками углеродистых и нержавеющих сталей и сплавов, включая алюминиевые, а также самозащитной проволокой.

Сварочный пост - рабочее место сварщика, оборудованное всем необходимым для выполнения сварочных работ. Сварочный пост укомплектован источником питания, сборочно-сварочными приспособлениями и инструментом. Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки, возможность полуавтоматической сварки швов, находящихся в различных пространственных положениях, что позволяет механизировать сварку в различных пространственных положениях.

Сварочный пост состоит из электрической и механической частей и газовой магистрали. В электрическую часть поста входят: источник питания, пульт управления и цепь сварочного тока. В механическую часть поста входят: механизм подачи сварочной проволоки, газоэлектрическая горелка и устройства для размещения и закрепления деталей. Газовая магистраль включает баллон с газом, шланги для подачи газа и следующие газовые приборы: подогреватель, осушитель, редуктор, расходомер (ротаметр), газоэлектрический клапан. При сварке в смеси газов пост дооборудуется смесителем. Подогреватели и осушители применяются только при сварке в углекислом газе.



2.8 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении отделочных операций

Отделочные операции: зачистка швов от шлака, брызг расплавленного металла. После постановления прихваток и выполнения сварки всех соединений необходимо выполнить зачистку швов от шлака, для этих целей применяются щетка по металлу, молоток, зубило, комплект КомплектFein KS 10-38 E, шлифовальная машина Bosch PWS 700-115.

Комплект Fein KS 10-38 E предназначен для зачистки угловых сварных швов в труднодоступных местах на металлоконструкциях. Такой набор включает в себя: шлифовальную машинку KS 10-38 E, антивибрационную ручку, диск из нетканного полотна (Ш 150 мм, толщина 3 и 6 мм) и профилировочный брусок для профилировки дисков из нетканого полотна. Шлифовальная машинка мощностью 800 Вт оснащена насадкой, которая поворачивается без помощи дополнительных инструментов, что обеспечивает широкое применение. Скорость вращения составляет 1 350-3 750 оборотов в минуту.

Технические характеристики шлифовальную машинку KS 10-38 E: номинальная потребляемая мощность, Вт800; скорость вращения на холостом ходу, об/мин -1 350-3 750; окружная скорость, м/с29,5; вес, кг - 3,2; ? инструмента, мм - 50.



Заключение

В данной работе произведен выбор способа сварки, основных и сварочных материалов. В технологической части проекта предложен вариант конструктивного решения и технологии изготовления сварной конструкции: цилиндрический резервуар для хранения нефтепродуктов, описаны заготовительные операции, произведен выбор сварочного оборудования для технологического процесса изготовления резервуара, рассмотрены вопросы контроля качества. В расчетной части проекта произведены расчеты режимов сварки.

В работе использовались нормативные документы, ГОСТы, ЕСКД, ЕСТД и другие документы. Во время выполнения курсовой работы изучены действующие нагрузки, расчеты для предотвращения дефектов и для долговечности цилиндрических резервуаров, рассмотрены и предложены технологические процессы сборки и сварки резервуаров.

Разработаны мероприятия, направленные на рационализацию процессов труда и достижения поставленных производственных задач в кратчайшие сроки, при наилучшем использовании производственных ресурсов.

Актуальность темы курсовой работы обусловлена тем, что в условиях экономического кризиса многим предприятиям необходимо изыскивать внутренние резервы для повышения производственной эффективности и своей хозяйственной деятельности. Для чего требуется анализ и улучшение организации сварочного производства при ограниченных финансовых возможностях.

Оптимизация производства в свою очередь может быть достигнута:

- путем сокращения потерь рабочего времени и непроизводительных затрат труда;

- улучшением использования производственных мощностей, закупкой более лучшего оборудования и использования его технических воз

- увеличением запасов товарно-материальных ценностей и сокращением перемещений предметов труда в производстве.

Для повышения эффективности основных производственных процессов были введены процедуры нормирования и предложены мероприятия по модернизации и дооборудованию сборочно-сварочного участка.

Предполагается, что по мере того, как будет выводиться из участка морально устаревшее оборудование и оснащение, вырастет производительность труда и снизится себестоимость производства.

Для сокращения длительности обработки деталей (заготовок) и повышению непрерывности производства, предложены мероприятия по оптимизации очередности запуска в обработку деталей, применение параллельно последовательной обработки, в результате произошло сокращение длительности обработки деталей. Так же были предложены меры по усилению контроля за производственным процессом и внедрению новых, в том числе информационных, технологий.

В результате проведения комплекса мероприятий по оптимизации производственного процесса на сборочно-сварочном участке сократится время выполнения поставленных производственных задач и уменьшится себестоимость заготовительных, сборочных и сварочных операций.



Список использованных источников и литературы

Основные источники

1. ГОСТ 19281-2014 Прокат повышенной прочности. Общие технические условия.

2. ГОСТ 14771 - 76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

3. ГОСТ 30242 - 97. Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначение и определения.

4. ГОСТ 19282-73 - сталь низколегированная толстолистовая и широкополосная и универсальная.

5. ГОСТ 2.102-68. ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов.

6. ГОСТ 3.1102-2011. Единая система технологической документации. Стадии разработки и виды документов. Общие положения.

7. ГОСТ 3.1118-82. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления маршрутных карт.

8. ГОСТ 3.1120-83. Единая система технологической документации. Общие правила отражения и оформления требований безопасности труда в технологической документации.

9. ГОСТ 3.1121-84. Единая система технологической документации. Общие требования к комплектности и оформлению комплектов документов на типовые и групповые технологические процессы (операции).

10. ГОСТ 3.1123-84. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления технологических документов, применяемых при нормировании расхода материалов.

11. ГОСТ 3.1705-81. Единая система технологической документации. Правила записи операций и переходов. Сварка.

12. Овчинников В.В. Расчет и проектирование сварных конструкций: учеб.для СПО /В. В. Овчинников. - 2-е изд., стер. - М.: Академия, 2012 . - 256 с.

13. Овчинников В.В. Оборудование, техника и технология сварки и резки металлов: учеб.для НПО.- М.: КНОРУС, 2010.- 304с.

14. Герасименко А.И. Справочник электрогазосварщика - Ростов н/Д: Феникс, 2009.- 412с.

15. Справочник специалиста сварочного производства: в 2-х т. - 2-е изд. - М.: Бюро промышленного маркетинга, 2009.- 474с.

16. Чернышов Г.Г. Технология электрической сварки плавлением: уч. для СПО.- М.: «Академия», 2009.- 448с.

Интернет-ресурсы

17. Характеристики сталей. Электронный сайт. URL: http://metallicheckiy-portal.ru/

18. Сварка металла. Электронный сайт. URL: http://svarkainfo.ru (дата обращения 10.04.2016г.).



Приложение

(чертеж, спецификация)



Размещено на Allbest.ru