Разработка сварки деталей из алюминиевых сплавов

Содержание

Содержание

Введение

1. Состояние вопроса

1.1 Классификация деталей на основе алюминия

1.2 Свариваемость алюминиевых сплавов

1.3 Характеристика сплава для изготовления крышки редуктора

1.4 Характерные дефекты для корпусных деталей

1.5 Анализ способов ремонтной сварки

2. Разработка технологического процесса сварки

2.1 Подготовительная операция

2.2 Ремонтная операция

2.3 Контрольная операция

3. Безопасность и экологичность проекта

3.1 Описание рабочего места

3.2 Опасные и вредные производственные факторы

3.3 Мероприятия по разработке безопасных условий труда

3.4 Обеспечение электробезопасности

3.5 Обеспечение пожарной безопасности

3.6 Инженерный расчет заземления

3.7 Экологическая экспертиза разрабатываемого объекта

3.8 Безопасность объекта при аварийных ситуациях

4. Экономическое обоснование проекта

4.1 Расчет нормы времени на восстановление детали

4.2 Расчет фонда времени работы оборудования

4.3 Расчет технологической себестоимости сравниваемых вариантов

4.4 Цеховая себестоимость

4.5 Заводская себестоимость

4.6 Полная себестоимость

4.7 Расчет капитальных затрат для осуществления технологического процесса

4.8 Расчет экономической эффективности

Вывод

Список использованной литературы

Аннотация

В данном дипломном проекте была разработана технология восстановления крышки редуктора из сплава АЛ9 трехфазной дугой, проработаны вопросы безопасности и экологичности проекта и был произведен расчет экономической эффективности.

Введение

Алюминий — самый распространенный цветной металл как по содержанию в земной коре, так и по объему производства и масштабам применения. Сплавы алюминия по объему применения занимают второе место после железа. Это обусловлено малой массой и хорошими механическими свойствами сплавов алюминия.

Алюминий и его сплавы приобретают все более широкое применение в промышленности и строительстве. Алюминиевые сплавы — доминирующий конструкционный материал в авиастроении. Их широко используют в конструкциях ракет и искусственных спутников Земли. Из них изготавливают обшивку для автобусов, троллейбусов, корпуса пассажирских и грузовых вагонов для сыпучих материалов. Большие преимущества дает применение алюминия в скоростных поездах. Перспективно использование алюминиевых сплавов в автомобилестроении, так как оно позволяет экономить горючее. Выгодно применять алюминий также в узлах грузовых, строительных машин. Хотя алюминиевые сплавы в 4—6 раз дороже стали, а изготовление деталей из них обходится на 20—30 % дороже стальных, применение 1 кг алюминия позволяет уменьшить массу машины на 2,25 кг.

Из-за удорожания техники и запасных частей к ней и резкого снижения покупательной способности этих товаров, восстановление изношенных деталей является самым доступным способом поддержания парка машин в работоспособном состоянии. В экономически развитых странах на рынке запасных частей восстановленные детали преобладают, они в 1,5...2,5 раза дешевле новых, а по ресурсу, как правило, не уступают им.

Проблема восстановления изделий из алюминиевых сплавов приобретает все большую актуальность Поэтому актуальной задачей является разработка ресурсосберегающих и относительно дешевых технологий изготовления новой и ремонта вышедшей из строя техники.

Целью дипломного проекта является снижение себестоимости и повышение качества и производительности процесса восстановления путем разработки высокоэффективной ремонтной сварки деталей из алюминиевых сплавов.

1. Состояние вопроса.

Классификация деталей на основе алюминия

В настоящее время для машиностроения очень много деталей отливают из алюминиевых сплавов. В основном таковыми являются корпусные детали автомобиля. К корпусным деталям относят: крышки газораспределительного механизма, поршня; крышки клапанов; головки блока цилиндров двигателя; блоки двигателя; крышки распределительных шестерен; корпусы масляного и водяного насоса; картеры – сцепления, коробки передач, раздаточной коробки, рулевого механизма; радиаторы охлаждения двигателя, топливные баки и др.

Подробнее, в этой дипломной работе мы постараемся осуществить восстановление крышки редуктора отбора мощности, входящего в навесное грунторезное оборудование БГМ 10 .

Крышка редуктора, в процессе работы защищает вращающиеся части узла от механических повреждений. При эксплуатации деталь подвергается воздействию динамических и ударных нагрузок с внешней среды (удары частичек грунта, камней и т.д.). В результате на рабочей поверхности крышки возникают различные сколы, выкашивания и трещины. В связи с этим возникает необходимость ремонтировать крышки, используя высокоэффективные и ресурсосберегающие способы ремонтной сварки.

1.2. Свариваемость алюминиевых сплавов и их особенности

Алюминий и его сплавы играют важную роль в современной промышленности. Это обусловлено тем, что большинство промышленных сплавов алюминия обладает рядом уникальных свойств: сочетание высоких механических свойств (высокая удельная прочность) и физических свойств (малая плотность, высокая электропроводность, высокая теплопроводность, которая в 3—3,5 раза выше, чем у стали).

Основными областями применения алюминиевых сплавов являются транспорт (авиационная промышленность, кораблестроение, вагоностроение), строительство (металлоконструкции общего назначения) и упаковочная промышленность. Из них изготавливают емкости для химической и пищевой промышленности, корпуса ракет и судов, поршни, редукторы и крышки, самолеты, вагоны, посуду и многое другое. [12] Для алюминия и его сплавов используют все виды сварки плавлением.

Сплавы алюминия ориентировочно подразделяются на несколько групп: 1) алюминий; 2) двойные сплавы Al—Mn, Al—Mg и Al—Cu с примесью магния и марганца; 3) тройные сплавы Al—Mg—Si; 4) тройные сплавы Al—Zn—Mg с примесью Cu; 5) сложного легирования и 6) литейные сплавы. Свойства и технологическая свариваемость этих сплавов различна. [6]

Под свариваемостью понимают совокупность свойств, определяющих возможность получения сварных соединений определенного качества при данном способе сварки. Чем легче получаются качественные соединения, тем выше свариваемость сплава. Многогранное понятие «свариваемость» включает склонность сплавов к образованию трещин, пористости, механические свойства сварных соединений, коррозионную стойкость и пр. При сварке плавлением свариваемость зависит от химического состава сплава и его структуры, которая создается в результате металлургического передела слитка. Среди физико-химических характеристик металла наибольшее влияние на свариваемость оказывают наличие окисной пленки, химический состав, теплопроводность, температура плавления, плотность. [11]

Большое влияние на свариваемость металла оказывают примеси. [4] В качестве основных легирующих элементов для алюминия используют магний, марганец, медь, кремний, цинк, реже — литий, никель, титан, цирконий, бериллий. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием твердые растворы ограниченной растворимости, а также промежуточные фазы с алюминием и между собой (например,

Mg2Si, CuAl2). [13]

Основными примесями технического алюминия являются железо, кремний и медь. В твердом алюминии железо растворяется незначительно. Оно может присутствовать в алюминии в виде самостоятельной фазы FeAl3. Железо — вредная примесь в алюминии и в большинстве его сплавов. Оно снижает коррозионную стойкость алюминия, резко уменьшает пластичность и электрическую проводимость, но несколько повышает прочность. В некоторых алюминиевых сплавах железо в сочетании с никелем является полезной примесью. Кремний — обычная примесь в алюминии. В ряде алюминиевых сплавов кремний специально добавляется вместе с медью, магнием, цинком, марганцем и другими элементами. Образующиеся при этом соединения (СuА12, Mg2Si, CuMgAl2 и др.) эффективно упрочняют алюминиевые сплавы. Кремний оказывает на свойства алюминия такое же влияние, как и железо. Аналогично на алюминий действует и медь, которая также ограниченно в нем растворяется. С серой, фосфором и углеродом алюминий взаимодействует лишь при высокой температуре. [13]

Марганец и хром повышают коррозионную стойкость и усиливают эффект старения сплава, кроме того, марганец устраняет вредное влияние железа. [13] Добавка к алюминию таких легирующих элементов, как кремний, медь, магний, марганец, ванадий, титан, повышает прочностные свойства и несколько снижает пластические свойства сплава. Легирование алюминия небольшими добавками элементов, удельный вес которых значительно больше удельного веса алюминия, в несколько раз увеличивает прочностные свойства сплава, почти не увеличивая его удельного веса, что весьма важно при создании прочных и легких судовых конструкций. [4]

Чем меньше примесей в алюминиевом сплаве, тем, как правило, выше его пластичность. [11]

К числу важнейших факторов, определяющих свариваемость алюминиевых сплавов и выбор оптимальных условий сварки, относится их активность при взаимодействии с газами атмосферы. При сварке плавлением необходимо учитывать способность металла поглощать газы как в твердом состоянии при высоких температурах, так и в жидком при значительных перегревах. [13]

Для взаимодействия алюминия с кислородом при повышенной температуре характерно образование тугоплавкой оксидной пленки А12О3, температура плавления которой 2054°С, т.е. значительно выше температуры плавления алюминия. Существование системы жидкий оксид — жидкий алюминий в условиях сварки маловероятно. Алюминий легко окисляется на воздухе и при нормальной температуре. [13] Эта пленка имеет прочность до 200 МПа и плотность 3,6 г/см3, она тяжелее алюминия. При нагреве металл под пленкой расплавляется раньше ее. Разламываясь при сварке на нерасплавившиеся куски, пленка тонет в сварочной ванне, образуя включения в металле шва. [12] Окисная пленка алюминия препятствует возбуждению дуги и правильному формированию сварочного шва, снижает механические свойства металла. [4] Поэтому при сварке надо раздроблять и измельчать окисную пленку.

В твердом алюминии азот не растворяется, но при температуре около 900°С, т.е. при перегреве жидкого алюминия на 200—250 °С, образует c ним устойчивое тугоплавкое химическое соединение AlN. Нитрид алюминия может находиться на поверхности металла в виде тонкой пленки или присутствовать в расплаве в виде твердых включений, так как его температура плавления составляет 2427°С. [13] Нитриды ухудшают свойства металла; по этой причине азот не может быть использован в качестве защитного газа при дуговой сварке алюминия и его сплавов. [12]

Главной причиной появления пор в алюминии и его сплавах принято считать ограниченную растворимость водорода в твердом металле и большую растворимость его в жидком состоянии (рис. 1.1). Источником водорода при дуговой сварке является влага, пары которой под действием высокой температуры дуги диссоциируют, образуя атомарный (Н) водород, который поглощается металлом адсорбцией, диффузией и растворением. В настоящее время считается общепринятой точка зрения, высказанная еще К. Фуссом, что если газы не образуют твердого раствора с металлом, то при медленном охлаждении происходит их выделение, а при быстром газы остаются в сплаве и застывают вместе с ним. Оставшиеся при кристаллизации шва поры оказывают существенное влияние на последующую работоспособность сварного соединения. По мнению многих исследователей, поры независимо от их размеров являются вредными. Значительное влияние оказывают поры и раковины на коррозионную стойкость сварного соединения. Каждая пора и зона вокруг нее являются коррозионными очагами, от которых распространяется разрушение металла. Необходимо добиваться (различными путями), чтобы количество и качество пор в металле шва приближалось к количеству и качеству пор в основном металле. [6] Поэтому перед сваркой необходимо тщательно готовить все сварочные материалы и поверхность свариваемых деталей, не допуская попадания влаги — главного поставщика водорода в зону сварки. Влага, разлагаясь, может также увеличить окисление металла в сварочной ванне. При сварке желательно понижать скорость охлаждения жидкого металла, чтобы больше выделяющегося из металла водорода успело выйти на поверхность сварочной ванны. Для этого металл перед сваркой можно подогревать до температуры 150…300°С. Однако нагрев может снизить механические свойства сварного соединения. Для борьбы с пористостью в зоне сварки можно создавать окислительную атмосферу, добавляя, например, в аргон до 1,5 % кислорода. [12]

Теплопроводность характеризует скорость отвода теплоты от источника нагрева. Теплопроводность алюминия и его сплавов в 3—3,5 раза выше, чем стали. Легирующие и сопутствующие примеси снижают теплопроводность металла. При плавлении основного металла этот показатель оказывается часто более важным, чем температура плавления. Температура плавления чистейшего алюминия 660°С, т.е. в 2 раза ниже температуры плавления стали. Температура плавления сплавов еще ниже. Однако, несмотря на более низкую температуру плавления, для получения сварного шва на алюминии из-за больших потерь теплоты в толщу свариваемого металла требуется вложение такого же количества теплоты, как и для стали (или больше). Особенно это проявляется при малых скоростях процесса. Поэтому для сварки алюминия требуются мощные источники теплоты, позволяющие на малом участке выделять большие количества энергии (концентрированные источники нагрева). [11]

Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов определяется наличием на поверхности изделий плотной окисной пленки. Алюминий совершенно нетоксичен, чем определяется широкое применение его в пищевой промышленности. Он весьма стоек в окислительных средах. В связи с этим его используют в сосудах для транспортировки и получения азотной кислоты и т.п. Как правило, чем меньше примесей в техническом металле, тем выше его коррозионная стойкость. Алюминий и его сплавы совершенно непригодны для работы в щелочной среде. [11]

Коэффициент линейного расширения алюминия в два раза выше, чем у железа. Значит, при сварке алюминиевых сплавов деформации и коробления деталей будут больше, чем на сталях. Расплавленный алюминий обладает большой жидкотекучестью, что затрудняет формирование шва при сварке со сквозным проплавлением кромок: легко образуются прожоги, неравномерно формируется проплав. [12]

Важнейшим показателем свариваемости алюминиевых сплавов является способность не образовывать при сварке «горячих трещин». Сплавы, крайне чувствительные к горячему трещинообразованию, считаются несвариваемыми. Применение их в сварных конструкциях не рекомендуется.

Сплавы, не упрочняемые термической обработкой, имеют низкий уровень легирования. Механическая их прочность относительно невысока, но они хорошо свариваются и являются коррозионностойкими. Это сплавы системы алюминий-марганец (Амц, АмцС), алюминий-магний (от Амг1 до Амг6, Д12 и др.); к ним же можно отнести и технический алюминий (А99, А5). Заготовки из этих сплавов выпускаются в отожженном и холоднодеформированном (нагартованном) состоянии.

Сварка алюминия, а также сплава Амц, содержащих менее 0,2% кремния и 0,2 % железа, представляет большие трудности вследствие склонности металла шва к образованию трещин. Предупреждение образования трещин достигается выбором химического состава сварочной проволоки. [4]

Алюминиево-магниевые сплавы Амг, подвергающиеся сварке, содержат магний в количестве до 7%. С увеличением содержания магния свариваемость ухудшается (за исключением сплава Амг6), в то же время в сплавах с содержанием магния до 3% увеличивается опасность трещинообразования, но металл шва получается более плотным. [6]

Сплавы, упрочняемые термической обработкой (закалка с последующим старением), имеют обычно более высокую степень легирования. Прочность их выше, но они хуже свариваются (некоторые совсем не свариваются) и часто имеют низкую коррозионную стойкость. Это сплавы алюминий-магний-кремний (авиали — АД31, АД33, АД35, АВч и АВ), алюминий-медь (большинство относятся к дюралюминам — Д1, Д16, АК41, 1201), алюминий-цинк (с добавками других элементов — 1911, 1915, 1925, 1950).

Авиали свариваются хорошо, однако с использованием присадочного материала; сваривать их сплавлением кромок не рекомендуется.

Дуралюмины относятся к несвариваемым сплавам. Единственный свариваемый алюминиево-медный сплав (сплав 1201) и его зарубежные аналоги. Сплав алюминия с медью — дуралюмин — из-за низких коррозионных свойств и плохой свариваемости не нашел широкого применения в судостроении. [4]

Тройные сплавы алюминия с цинком и магнием свариваются хорошо только в том случае, если содержание этих легируемых элементов в сумме не превышает 7 – 7,5%. К свариваемым относится отечественный сплав 1915 и его зарубежные аналоги.

Применительно к литейным сплавам сварка применяется только в ремонтных целях, а также для исправления дефектов литья. Сложность сварки различна и зависит от марки сплава. Хорошо свариваются сплавы системы Al—Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АК7 (АЛ98) и др.), удовлетворительно некоторые марки системы Al—Si—Cu (АЛ5,АК5М7 (АЛ10В), АК7М2 (АЛ14В) и др.) и плохо остальные марки. Во всех этих сплавах примесь железа в среднем около 1%. [6] Литейные сплавы в значительных количествах содержат кремний, медь, цинк. Суммарное содержание легирующих элементов составляет 10—15 % и более. [11]

Из всех литейных сплавов наибольшее распространение получили сплавы алюминия с кремнием (силумины). Благодаря малому интервалу кристаллизации и незначительной усадке силумин при сварке не дает трещин. Опасность трещинообразования у сплавов с кремнием увеличивается по мере увеличения объемной усадки при затвердевании жидкой ванны. [6]

К числу основных особенностей сварки алюминия и его сплавов любым методом относятся: необходимость удаления окисной пленки с поверхности свариваемых изделий, тщательная подготовка под сварку, предварительный подогрев и др. В работе [15] приведены основные трудности сварки алюминия и его сплавов.

Трудность сварки алюминия и его сплавов заключается в следующем:

1. Высокие теплоемкость, теплопроводность, скрытая теплота плавления требуют более высокого и концентрированного тепловложения, чем при сварке стали. Так, при дуговой сварке алюминия необходим ток в 1,2…1,5 раз больше, чем при сварке стали, несмотря на более низкую температуру плавления алюминия.

2. Алюминий легко окисляется в твердом и расплавленном состоянии. Плотная тугоплавкая окисная пленка Al2O3 (Тпл = 2050 °С) препятствует сплавлению сварочной ванны с основным металлом и образует в металле шва неметаллические включения. Перед сваркой следует удалять окисную пленку с поверхности основного и присадочного металла механическим путем или травлением. В процессе сварки окисную пленку удаляют за счет катодного распыления, за счет применения флюсов и покрытий электродов, растворяющих или разрушающих ее переводом в летучее соединение.

3. Низкая прочность алюминия при высоких температурах (рис.1.2, а) и высокая жидкотекучесть способствуют «проваливанию» сварочной ванны. Для предотвращения провалов и прожогов обычно применяют подкладки из графита или стали.

4. Высокая растворимость газов в расплавленном состоянии способствует образованию пор при кристаллизации. Основной причиной появления пор в алюминиевых швах является наличие водорода (рис.1.2, б). Водород, растворенный в жидком металле, при затвердевании должен выделиться из него в количестве 90 … 95 % своего объема, но этому препятствует окисная пленка и низкий коэффициент диффузии водорода в алюминии. Поры преимущественно располагаются внутри шва вблизи границы сплавления и у поверхности шва. Борьба с газовой пористостью — первостепенная задача технологов. Для предотвращения пористости удаляют окисную пленку, влагу и жировые загрязнения с поверхности свариваемых материалов, осушают инертные газы, при сварке используют подогрев и механическое воздействие на жидкий металл сварочной ванны (ультразвуковые колебания, магнитное перемешивание).

5. Алюминиевые сплавы с большим эффективным интервалом кристаллизации склонны к образованию горячих трещин. Металл шва склонен к образованию трещин в связи с грубой столбчатой структурой, выделением по границам зерен легкоплавких эвтектик, развитием значительных внутренних деформаций и напряжений из-за высокой литейной усадки. На сплавах повышенной прочности (например, легированных цинком и магнием) возможно появление холодных трещин, вызванных действием остаточных напряжений и выпадением интерметаллидов.

6. Значительная усадка металла шва и высокий коэффициент линейного расширения приводят к большим остаточным деформациям и короблению конструкции. Для уменьшения коробления рекомендуют использовать жесткие приспособления, изготовленные из материалов с низкой теплопроводностью.

7. При дуговой сварке неплавящимся вольфрамовым электродом возможно загрязнение сварного шва вольфрамовыми включениями. При сварке используют электроды из чистого вольфрама ЭВЧ, из вольфрама с оксидом лантана (ЭВЛ) или оксидом иттрия (ЭВИ1) по ГОСТ 2394980.

8. При сварке нагартованных или термически упрочненных алюминиевых сплавов снижается прочность сварного соединения по сравнению с прочностью основного металла.

Технология сварки (вид сварки, сварочные материалы, техника сварки) выбирается в зависимости от основного показателя свариваемости (или сочетаний нескольких показателей) для каждого конкретного материала. [9]

1.3. Характеристика сплава для изготовления крышки редуктора.

АЛ9 — алюминиевый литейный сплав. Он относится к сплавам системы AlSi, или силуминам, которые являются наиболее распространенными литейными алюминиевыми сплавами. АЛ9 — специальный силумин, так как помимо кремния содержит в небольшом количестве другие легирующие компоненты (Mg, Cu, Mn и др.).

Химический состав сплава в соответствие с ГОСТ 268575 представлен в таблице 1.1. [3]

Для повышения механических свойств на 15—20% необходимо в сплав АЛ9 вводить иттрий в пределах 0,08—0,20%, при этом содержание примеси железа в сплаве не должно превышать 0,30%.

Сплав АК7ч (АЛ9), который не подвергают ни модифицированию перед литьем, ни искусственному старению (отливки только закаливают), довольно широко применяют благодаря сочетанию удовлетворительной прочности, высокой пластичности и хороших литейных свойств. [8]

1.4 Характерные дефекты для корпусных деталей.

В процессе эксплуатации корпусные детали подвергаются химическому, тепловому и коррозионному воздействию газов и охлаждающей жидкости, механическим нагрузкам от переменного давления газов, динамическим нагрузкам, вибрации, контактным нагрузкам, влиянию абразивной среды и т.д. Для данного класса деталей основными видами износа являются коррозионномеханический и молекулярномеханический, которые характеризуются следующими явлениями: молекулярным схватыванием, переносом материала, разрушением возникающих связей, вырыванием частиц и образованием продуктов химического взаимодействия металла с агрессивными элементами среды.

При эксплуатации машин в корпусных деталях возможно появление следующих характерных дефектов:

- механические повреждения - повреждения баз; трещины стенках и плоскостях разъемов, поверхностях под подшипники и на опорных поверхностях; забоины установочных, привалочных или стыковых поверхностей; обломы и пробоины частей картера; обломы шпилек; забитость или срыв резьбы; выпадение заглушек;

- нарушение геометрических размеров, формы и взаимного расположения поверхностей - износ посадочных и рабочих поверхностей, резьбы; кавитационный износ отверстий, через которые проходит охлаждающая жидкость; несоосность, неперпендикулярность, нецилиндричность и некруглость отверстий; коробление или деформация обработанных установочных, привалочных или стыковых поверхностей.

1.5. Анализ способов ремонтной сварки.

Выбор того или иного способа ремонтной сварки определяется конкретной целью — восстановлением первоначальных размеров изношенной крышки редуктора.

При выборе оптимального способа сварки следует учитывать ряд требований: качество шва, его внешний вид, производительность и другие экономические стороны процесса, его универсальность, деформацию изделия, местные условия. [11]

Для алюминия и его сплавов используют все виды сварки плавлением. Наибольшее применение нашли автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка неплавящимся и плавящимся электродом в среде инертных защитных газов, автоматическая дуговая сварка с использованием флюса (открытой или закрытой дугой), электрошлаковая сварка, ручная дуговая сварка плавящимся электродом, электронно-лучевая сварка. [15]

На основании анализа литературных данных можно сделать вывод, что для ремонтных работ лучше применять дуговую сварку.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами (рис. 1.3) выполняется для изделий из технического алюминия, алюминиево-марганцевых и алюминиево-магниевых (с содержанием магния до 5 %) сплавов, силуминов при толщине металла более 4 мм. Можно сваривать металл толщиной до 20 мм без разделки кромок, но рекомендуется производить разделку с толщин 10 мм. [15] Сварка производится постоянным током обратной полярности. Для ручной сварки алюминия необходим подогрев (для металла средних толщин — до 250300°С, для больших толщин — до 400 °С), который позволяет получать требуемое проплавление при умеренных сварочных токах. При сварке крупногабаритных конструкций часто используют предварительный подогрев лишь отдельных участков. Состав прутка и обмазки выбирается в зависимости от состава свариваемого металла, требований, предъявляемых к швам, условий стабильного горения дуги и т.д. В процессе сварки расплавленное покрытие в виде шлака всплывает над жидким металлом сварочной ванны, защищая ее от воздуха. При взаимодействии металла шва со шлаком протекают обменные реакции, в результате которых элементы обмазки могут переходить в шов, а вредные примеси удаляться из шва. На этих металлургических процессах основано рафинирование, легирование и модифицирование металла шва. При ручной сварке покрытыми электродами защита сварочной ванны от взаимодействия с газами атмосферы осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия. [13]

Стержень электрода изготовляют из проволок состава, близкого к составу основного металла. Покрытия электродов имеют значительное электрическое сопротивление. При обрывах дуги кратер и конец электрода покрываются пленкой шлака, препятствующей ее повторному зажиганию. Поэтому сварку рекомендуют выполнять на высоких скоростях, без колебаний конца электрода, непрерывно в пределах одного электрода. При выполнении многослойных швов перед наложением каждого слоя требуется тщательная зачистка от шлака и окислов. Получаемые сварные соединения обладают удовлетворительными механическими свойствами. Существенный недостаток ручной дуговой сварки покрытым электродом — малая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от практических навыков сварщика. [15]

Способ ручной дуговой сварки покрытым электродом применяют с каждым годом все меньше, так как сварные соединения имеют низкие коррозионные свойства, особенно в контакте с агрессивными средами, и менее стабильные механические свойства, чем при сварке с использованием инертных газов. [11]

Сварка в инертных газах — наиболее распространенный способ сварки, применяющийся для изготовления сварных конструкций из алюминиевых сплавов ответственного назначения. Сварка выполняется неплавящимся вольфрамовым электродом (механизированная и ручная) и плавящимся электродом (полуавтоматическая и автоматическая). [13] В качестве защитного газа для сварки алюминия и его сплавов применяют аргон и гелий. Азот для этой цели не годится, так как он образует химические соединения с алюминием. Гелий при сварке используют редко ввиду его дефицитности и большой стоимости, поэтому наиболее распространено применение аргона. [4]

Сварку в защитных газах отличают следующие преимущества:

• высокая производительность (в 2—3 раза выше обычной дуговой сварки);

• возможность сварки в любых пространственных положениях, хорошая защита зоны сварки от кислорода и азота атмосферы, отсутствие необходимости очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке;

• малая зона термического влияния;

• относительно малые деформации изделий;

• возможность наблюдения за процессом формирования шва;

• доступность механизации и автоматизации.

Недостатками этого способа сварки являются необходимость принятия мер, предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки, применение газовой аппаратуры, а в некоторых случаях и применение относительно дорогих защитных газов. [9]

Сварка плавящимся электродом

Сварка плавящимся электродом — экономичный способ сварки алюминия и его сплавов толщиной более 4 мм. Надежное разрушение пленки оксидов при таком способе автоматической и полуавтоматической сварки в аргоне достигается лишь при питании дуги постоянным током обратной полярности. Механизм удаления оксидной пленки в этом случае заключается в разрушении и распылении ее тяжелыми положительными ионами, бомбардирующими катод (используется так называемый эффект катодного распыления). [13] При использовании постоянного тока прямой полярности количество расплавляемого электродного металла увеличивается на 25…30%, но резко снижается стабильность дуги и повышаются потери металла на разбрызгивание. Применение переменного тока невозможно из-за нестабильного горения дуги. При сварке плавящимся электродом шов образуется за счет проплавления основного металла и расплавления дополнительного металла — электродной проволоки (рис. 1.4). Поэтому форма и размеры шва помимо прочего (скорости сварки, пространственного положения электрода и изделия и др.) зависят также от характера расплавления и переноса электродного металла в сварочную ванну. [15]

Недостаток способа сварки алюминия плавящимся электродом — некоторое снижение по сравнению со сваркой неплавящимся электродом показателей механических свойств. Уменьшение прочности шва объясняется тем, что электродный металл, проходя через дуговой промежуток, перегревается в большей степени, чем присадочная проволока при сварке неплавящимся электродом. [13] При сварке плавящимся электродом вместе с электродной проволокой в шов заносятся находящийся на ней водород и окисная пленка, поэтому качество шва получается хуже, чем при сварке неплавящимся электродом, где поверхность присадочной проволоки может быть меньше. [12]

К преимуществам этого способа сварки относятся хорошее перемешивание сварочной ванны и в связи с этим лучшее очищение шва от оксидных включений, а также высокая производительность. За один проход можно сварить металл толщиной 16 мм, а за два прохода — толщиной до 30 мм. [13] Экономическая целесообразность применения сварки плавящимся электродом возрастает с увеличением толщины металла, глубокое проплавление которого обеспечивает процессу высокую производительность. [11]

Сварка неплавящимся электродом

Сварка неплавящимся электродом целесообразна для алюминия и его сплавов толщиной до 12 мм. Ручную сварку вольфрамовым электродом металла толщиной до 10 мм выполняют без предварительного подогрева; при толщине более 10 мм требуется предварительный подогрев кромок газовым пламенем до температуры 200—250 °С. [4]

Электрическая дуга горит между изделием и неплавящимся вольфрамовым электродом. Присадочный металл вводят в сварочную ванну по необходимости независимо от сварочного тока (рис. 1.5). [11]

Сварку алюминия и его сплавов выполняют на переменном токе и постоянном токе (только обратной полярности). В случае применения прямой полярности дуга горит сравнительно спокойно, но ванна покрывается окисной пленкой, которая препятствует плавлению металла. При горении дуги на обратной полярности происходит разрушение окисной пленки вследствие так называемого катодного распыления, благодаря чему ванна расплавленного металла имеет чистую зеркальную поверхность. Следует учитывать, что при сварке постоянным током на обратной полярности интенсивно сгорает вольфрамовый электрод. Из-за ограниченности допустимой силы тока сварку вольфрамовым электродом алюминия и его сплавов на постоянном токе почти не производят. Для этой цели, как правило, используют переменный ток. [4]

При аргонодуговой сварке на переменном токе приходится сталкиваться с одним затруднением — возникновением в цепи постоянной составляющей. Это явление при сварке алюминиевых сплавов приводит к загрязнению сварочной ванны, плохому сплавлению свариваемых кромок и ухудшению формирования шва. Поэтому при аргонодуговой сварке на переменном токе снижают или совсем устраняют составляющую постоянного тока путем последовательного включения в сварочную цепь конденсаторной батареи активного сопротивления (иногда шунтируемого полупроводниковым вентилем). [13]

При выполнении швов на алюминии вручную неплавящимся электродом особые требования предъявляются к технике сварки. Угол между присадочной проволокой и электродом должен составлять около 90° (рис. 1.6). Присадка подается короткими возвратно-поступательными движениями. Недопустимы поперечные колебания вольфрамового электрода. Длина дуги обычно не превышает 1,5—2,5 мм, а расстояние от выступающего конца вольфрамового электрода до нижнего среза наконечника горелки при стыковых соединениях — 1 —1,5 мм, при тавровых (угловых) — 4—8 мм. Для уменьшения опасности окисления размеры сварочной ванны должны быть минимальными. Сварку металла толщиной до 10 мм обычно ведут так называемым «левым» способом, который позволяет снизить перегрев свариваемого металла. [13]

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом наиболее универсальна и оперативна, т.е. сварка возможна в различных пространственных положениях и стесненных условиях. [11]

Однако при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом уже при толщине кромок более 2...3 мм требуется несколько проходов, а при толщине более 10 мм требуется разделка кромок.

Сварка трехфазной дугой неплавящимся

электродом в среде аргона

Чтобы повысить производительность процесса, необходим более концентрированный источник теплоты. В качестве такого источника используют трехфазную дугу, которая представляет собой факел из поочередно горящих трех дуг: независимой дуги между двумя вольфрамовыми электродами и двух зависимых дуг, горящих между каждым из электродов и свариваемым изделием (рис. 1.7). [12]

Большая проплавляющая способность трехфазной дуги позволяет сваривать за один проход без разделки кромок на подкладке из коррозионностойкой стали алюминиевые детали толщиной до 30 мм. При этом резко уменьшается пористость металла шва, так как сварка производится без присадочного металла, за счет поверхности которого обычно увеличивается количество водорода, поступающего в зону плавления.

При сварке трехфазной дугой металла большой толщины, когда проплавляющая способность должна быть максимальной, необходимо, чтобы сила тока в изделии была больше, чем в электродах. И наоборот, когда требуется минимальная проплавляющая способность дуги, например при наплавке, сила тока в изделии может быть установлена меньше силы тока в электродах. Кроме того, регулировать глубину проплавления основного металла можно за счет расположения электродов относительно оси шва. Последовательное их расположение вызывает увеличение глубины проплавления и уменьшение ширины шва, а поперечное — глубину проплавления уменьшает, а ширину шва увеличивает. Источником питания трехфазной дуги могут служить два однофазных трансформатора, соединенных открытым треугольником, или специальный трехфазный сварочный трансформатор. [12]

Трехфазная сварка с применением

регулирования тепловложения

Наиболее подходящим и эффективным способом для ремонта крышки редуктора является трехфазная аргонодуговая сварка с применением регулирования тепловложения. Этот способ позволяет повысить производительность процесса сварки по сравнению с обычной аргонодуговой сваркой. В отличие от выше описанного способа трехфазной сварки к средней фазе источника питания подключается не изделие, а присадочная проволока (рис. 1.8). Такая схема подключения позволяет в широких пределах регулировать тепловой режим процесса сварки, так как часть сварочного тока, протекающего через изделие, перераспределяется на сварочную проволоку, т.е. дуга горит и на изделие и на присадку. В результате разогревается присадочный материал и в большей степени осуществляется его очистка от окисной пленки за счет механизма катодного распыления.

Используя трехфазную дугу с контролируемым тепловложением, можно сваривать изделия со стенкой толщиной до 1 мм, автоматически регулируя тепловложение в изделие и не допуская прожогов. Предложенный способ можно реализовать как при ручной, так и автоматической сварке любых доступных поверхностей. Автоматическое регулирование тепловложения при сварке дает уменьшение уровня остаточных деформаций примерно в два раза и увеличивает количество наплавленного металла в 2 раза по сравнению с традиционными методами наплавки.

Технология ремонтной сварки трехфазной дугой имеет некоторое отличие от обычной аргонодуговой неплавящимся электродом. Если возбуждение однофазной дуги производится на детали над дефектом или вблизи его, то трехфазная дуга возбуждается чаще всего вне детали касанием угля электродами горелки или разрядом осциллятора. Постепенное подведение трехфазного факела к дефектному месту на детали позволяет выбирать наиболее рациональную схему заварки и начать разогрев намеченного участка, не нарушая формы поверхности отливки около дефекта. В процессе заварки важно обеспечить необходимый тепловой режим сварочной ванны во избежание чрезмерных проплавов, подрезов. Обычно температуру ванны регулируют подачей присадочного материала и перемещениями дуги на менее разогретые участки. При трехфазной дуге регулировать тепловложение возможно увеличением длины дуги без риска ее обрыва. Это позволяет прокладывать швы через различные впадины, ребра, выступы, не прерывая процесса. Это особенно важно при ремонте отливок сложной конфигурации, когда различные ребра и приливы резко изменяют тепловую ситуацию около сварочной ванны. [14]

Заварку дефекта трехфазной дугой можно производить без какой бы то ни было его подготовки, за исключением засверловки концов трещин. Швы, выполненные трехфазной дугой, имеют меньшую ширину и более гладкую поверхность, не требующую, как правило, последующей обработки по сравнению со швами, выполненными другими способами дуговой сварки. [14]

Наилучшее формирование шва достигается при сварке неплавящимся электродом. К указанному процессу приближается сварка плавящимся электродом, особенно автоматическая. Значительно худший шов дает дуговая сварка покрытыми электродами. В ряде случаев поверхность таких швов приходится выравнивать механическим путем. Деформация изделий, наибольшая при ручной аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, несколько меньше при ручной сварке покрытыми электродами. Местный предварительный подогрев в большинстве случаев увеличивает остаточные деформации. Наименьшую деформацию обеспечивают однопроходная сварка плавящимся электродом.

Пористость и механические свойства металла шва зависят от способа, режима и техники сварки, которые определяют погонную энергию и степень защиты жидкой ванны от воздуха, влаги, загрязнений. Насыщенность газами практически наименьшая при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом. Это положительно сказывается на механических свойствах. При сварке плавящимся электродом пустот в шве больше, чем при сварке неплавящимся, так как поры не только зарождаются в ванне, но и развиваются из парогазовых пузырьков, поступающих с каплями электродного металла.

Наиболее прочные и пластичные соединения получаются при сварке неплавящимся электродом переменным током в аргоне. Незначительно уступают им соединения, выполненные плавящимся электродом в аргоне; наименьшую прочность и пластичность имеют соединения, полученные покрытыми электродами.

Многопроходные (в том числе подварочные) швы обладают, как правило, более низкими механическими свойствами, чем однопроходные, за исключением швов очень больших сечений, кристаллизация которых при однопроходной сварке протекает замедленно.

Выбор способа сварки во многих случаях зависит от толщины металла и типа соединения, листы из алюминия толщиной менее 3 мм трудно сваривать встык плавящимся электродом из-за необходимости подачи в дугу тонкой мягкой электродной проволоки.

В настоящее время однопроходную двустороннюю сварку плавящимся электродом в аргоне применяют для металла толщиной до 16 мм. Максимальная толщина листов, свариваемых за один проход однофазной дугой неплавящимся электродом, составляет 8—15 мм, а трехфазной — 20—30 мм. В случае необходимости сваривать плавящимся электродом металл большей толщины прибегают к многослойным швам с разделкой кромок. Наименьшая толщина металла, свариваемого встык неплавящимся электродом, составляет 1 мм. При меньших толщинах применяют отбортовку кромок.

Ручная сварка оправдывает себя только при разовом или мелкосерийном выпуске изделий, поскольку для этого нецелесообразно приобретать специальное оборудование. В серийном и особенно массовом производстве механизация сварки полностью себя оправдывает. Для металла толщиной 10—20 мм затраты наименьшие на автоматическую сварку плавящимся электродом в аргоне. К этому способу приближаются автоматическая неплавящимся электродом и полуавтоматическая плавящимся электродом в аргоне. Наименее экономичны ручные способы сварки. Себестоимость ручной аргонодуговой сварки самая высокая. При уменьшении толщины металла возрастают преимущества сварки неплавящимся электродом. Наоборот, при увеличении толщины возрастают экономические преимущества использования плавящегося электрода. [11]

Анализ способов сварки, применяемых при ремонте алюминиевого литья, показал, что трехфазная дуга наиболее полно отвечает требованиям, предъявляемым к источнику тепла при заварке дефектов литья. Тепловая мощность трехфазной дуги может изменяться от 500 до 5500 Вт при более высокой концентрации тепла, чем у однофазной дуги. Катодное распыление окиси алюминия при трехфазной дуге более интенсивно, чем при эквивалентных о мощности однофазных дугах переменного тока. Кроме того, трехфазная дуга не угасает при удалении горелки от поверхности изделия. В этот момент горит маломощная межэлектродная дуга, которая освещает зону ремонта, облегчает возбуждение зависимых дуг и в некоторых случаях обеспечивает локальный подогрев. Это обеспечивает ей широкую технологическую универсальность. [14]

Все изложенные преимущества предлагаемого способа позволят повысить качество и производительность процесса ремонтной сварки изношенной крышки редуктора.

Чтобы использовать трехфазную технологию сварки для нашего случая, в дипломном проекте решались следующие задачи:

1. Разработка технологии восстановления крышки редуктора из сплава АЛ9, трехфазной дугой.

2. Выбор оборудования и расчет режимов для реализации предлагаемой технологии.

3. Безопасность и экологичность проекта.

4. Экономический расчет по предлагаемой технологии.

Разработка технологического процесса сварки

2.1. Подготовительная операция

При сварке алюминия и его сплавов решающее значение имеет чистота поверхности свариваемых кромок и присадочного металла, поэтому перед сваркой требуется очень тщательная очистка металла от консервационного покрытия, жиров, влаги, окисной пленки алюминия и других загрязнений. [4]

Основное препятствие для сварки алюминия и его сплавов — окисные пленки. Они покрывают поверхность соединяемых кромок и проволоки. Температура плавления окиси алюминия 2050 °С. Попавшие в металл пленки окиси алюминия снижают его прочность и другие эксплуатационные характеристики. В естественных условиях производства и хранения алюминий покрывается слоем окиси, предохраняющим его от коррозии. На воздухе зачищенная поверхность сразу же покрывается новым слоем окиси, толщина которого восстанавливается практически в течение нескольких дней, надежно защищая металл от дальнейшего окисления. Естественная защитная пленка имеет значительную толщину и ее удаление в процессе сварки весьма затруднительно. Поэтому поверхность соединяемых деталей и проволоки очищают от слоя окиси непосредственно перед сваркой и создают на ней искусственный слой окиси, который сохраняется достаточно тонким в течение 8—16 ч. Полученный тонкий слой окиси алюминия сравнительно легко удаляется электрической дугой во время сварки. [11]

Свариваемые детали обычно обезжиривают в 10%ном водном растворе щелочи NaOH, нагретом до температуры 60—70 °С. В результате взаимодействия со щелочью окисная пленка стравливается с поверхности в течение 2—3 мин. После этого остатки щелочи и продукты реакции смываются с поверхности деталей холодной водой. Для удаления влаги с поверхности изделия производят сушку сжатым воздухом.

Особенно тщательно производят очистку проволоки, так как наличие окислов и загрязнений на ее поверхности оказывает большее влияние на качество шва, чем наличие окислов на основном металле. Причем, чем меньше диаметр проволоки, тем больше влияние окисной пленки и загрязнений. Поверхность проволоки очищают только химическим способом. Сварочную проволоку желательно погружать в растворы не в бухтах, а протягивать последовательно через все растворы, подавая непосредственно на рубочный станок. [4]

Для очистки поверхности алюминиевой сварочной проволоки рекомендуется следующая ее обработка: травление в 10%ном растворе щелочи NaOH в течение 5—10 мин при Т = 60 - 70 °С, промывка в холодной воде, сушка сжатым воздухом.

Окончательную очистку свариваемых кромок на ширине 15—25 мм производят непосредственно перед сваркой металлической щеткой. Желательно пользоваться щетками из нержавеющей стали (диаметр проволоки не более 0,15 мм). Наждачные круги или бумагу применять не рекомендуется, так как они быстро забиваются стружкой, оставляющей на поверхности металла большие царапины. В царапины забиваются мелкие частицы камня и бумаги, что при сварке может привести к образованию пор. Очищенные стальной щеткой кромки тщательно вытираются сухой чистой ветошью для удаления порошкообразных веществ. Подготовленные таким образом кромки пригодны к сварке в течение 5—6 часов. По истечении указанного срока кромки зачищают повторно. [4]

Заварка (ремонт) трещин без соответствующей подготовки может вызвать их мгновенное распространение даже при незначительных нагрузках и снижении температуры. Перед разделкой необходимо тщательно осмотреть трещину, точно определить ее концы (границы трещины хорошо проявляются при нагреве их газовой горелкой до температуры 100150°С), затем засверлить сверлом диаметром 5 мм. Сверление выполнять так, чтобы центр отверстия совпадал с концом трещины или был на 3-5 мм дальше трещины. Разделку трещин и выборку металла производить подрубкой зубилом. Несквозные трещины необходимо разделывать на глубину, превышающую глубину их залегания не менее чем на 3 мм.

2.2. Ремонтная операция

Ремонт крышки редуктора включает в себя следующие операции: установка детали на сварочный стол; установка параметров режимов сварки; обезжиривание зоны сварки (ацетоном) и непосредственно заварка дефекта.

Сварочные материалы

В качестве неплавящихся электродов для аргонодуговой сварки используют вольфрамовые электроды. Лучшие результаты при сварке дает применение электродов не из чистого вольфрама, а электродов с активирующими добавками. Добавка в вольфрам при изготовлении электродов 1,5…2 % оксида лантана повышает их стойкость и допускает применение повышенных на 15 % сварочных токов (рис. 2.1). Характеристика электродов ЭВЛ приведена в таблице 2.1.

Наличие в литейных сплавах повышенных количеств кремния, меди, магния вызывает необходимость сварки их высоколегированными проволоками. Для сварки сплава АЛ9 обычно используют проволоку СвАК5. [11] Химический состав проволоки приведен в таблице 2.2.

Для защиты расплавленного металла сварочной ванны и проволоки при сварке алюминия и его сплавов применяют аргон высшего сорта по ГОСТ 10157—79 (табл. 2.3). Аргон поставляется в баллонах под давлением 15 МПа, в каждом баллоне находится 6,2 м3 газообразного аргона. Баллон для хранения аргона окрашен в серый цвет, надпись зеленого цвета.

Сварочное оборудование

Применяемые для ремонтной сварки и наплавки изделий из легких сплавов источники питания дуги (УДАР300, ТИР-300 и др.) отличаются узкими технологическими возможностями и не обеспечивают регулирование параметров режима в процессе сварки. В связи с этим было необходимо разработать комплект универсального оборудования, надежного и прочного по конструкции, с достаточно высокой тепловой мощностью и устойчивостью сварочной дуги, обеспечивающего возможность плавно и в большом диапазоне регулировать сварочный ток, заваривать кратеры, работать в режиме сварки и подогрева и имеющего дистанционное управление источника питания. Кроме того, при работе на данном оборудовании должны быть обеспечены удобство и простота настройки и управления параметрами сварки, а также соблюдение эргономических требований и технике безопасности.

В институте разработана серия источников питания, обеспечивающих стабильных трехфазный процесс. Один из них — источник УДГТ315 — использовали в качестве базы при разработке комплекта универсального оборудования. Данный источник имеет крутопадающую внешнюю вольт-амперную характеристику, которая задается сварочным трансформатором с увеличенным потоком рассеяния. Сварочный ток регулируют в диапазоне 135—550 А путем изменения расстояния между первичными и вторичными обмотками. Подавление постоянной составляющей осуществляют с помощью конденсаторной батареи, включенной в цепь изделия.

Для расширения технологических возможностей установку дополнительно укомплектовали тиристорным регулятором тока VD1—VD2 (рис. 2.2), включенным в сварочную цепь изделия. Схема управления обеспечивает плавное отпирание и закрытие тиристоров за регулируемый промежуток времени и позволяет изменять сварочный ток от нуля до номинального. Направление регулирования задается с пульта управления и при необходимости может быть изменено в любой момент процесса.

Для удобства управления и простоты настройки источника питания ИП и заварки определенного типа дефектов в комплект сварочного поста включены два дистанционных пульта управления — ручной (РПУ) и ножной (НПУ).

Первый позволяет настраивать источник питания перед сваркой: устанавливать номинальное значение сварочного тока, включать и отключать источник питания, контролировать величину с помощью цифровой индикации.

Второй представляет собой устройство с двумя педалями и служит для управления источником при сварке. Он позволяет зажигать и гасить дугу, регулировать сварочный ток и переключать источник питания в режим подогрева (т.е. отключать среднюю фазу). Необходимость ножного пульта управления обусловлена тем, что ремонтную сварку, как правило, осуществляют вручную, когда оператор держит горелку и присадочный пруток, а видимость ограничена защитной маской.

Инструментом для заварки дефектов служит разработанная в институте сварочная двухэлектродная горелка РГТ6 для сварки (током до 350 А) в любом пространственном положении с подсветкой и местным подогревом дефектного участка. При этом обеспечивается надежная защита сварочной ванны от воздействия воздуха.

Разработанный комплект оборудования для ремонтной сварки изделий из легких сплавов, состоящий из источника питания, двух пультов управления и сварочной горелки, обладает широкими технологическими возможностями, универсален, прост в управлении. [5]

Характеристика установки УДГТ315 приведена в таблице 2.4.

Присадочная проволока подается вручную. Для крепления проволоки, подвода к ней сварочного тока и манипулирования проволокой служит электрододержатель. Электрододержатель должен быть легким (не более 0,5 кг) и удобным, иметь надежную изоляцию, не нагреваться при работе, обеспечивать быстрое и надежное закрепление проволоки. Будем использовать пассатижный электрододержатель типа ЭД31 (рис. 2.3). [16] Сварочный провод, подводящий ток к электрододержателю, должен обладать достаточно высокой гибкостью для облегчения манипуляции с проволокой. Характеристики электрододержателя ЭД31 даны в таблице 2.5.

Крышку редуктора устанавливают на сварочный стол и закрепляют с помощью прижимных устройств.

Параметры режимов сварки

Подбор параметров режимом ремонтной трехфазной сварки с применением регулирование тепловложения, приведенные в таблице 2.6, подбирали по литературе [11].

Заварка дефекта

Для того чтобы заварить дефект нужно произвести следующие действия:

• замкнуть присадочную проволоку на деталь;

• развести сварочную ванну;

• переместить присадочную проволоку в сварочную ванну;

• наплавить валик.

Для регулировки количества наплавленного металла необходимо чередовать переключение в процессе сварки присадочной проволоки между сварочной горелкой и изделием (рис.2.4).

2.3. Контрольная операция

Дефекты сварки, снижающие качество конструкций, должны быть обнаружены и устранены. Для этого необходимо проводить контроль качества готовых изделий. Внешний осмотр — наиболее дешевый, оперативный и достаточно информативный метод контроля.

Внешним осмотром могут быть обнаружены видимые дефекты — прожоги, непровары, подрезы, трещины, поверхностные поры, вольфрамовые включения, кратеры, цвета побежалости, усиление швов и тому подобные дефекты. [13]

На готовых изделиях осмотру подвергается сварной шов и зона прилегающего основного металла на расстоянии не менее 20 мм от шва после очистки от шлака, брызг и загрязнений. О качестве шва свидетельствует постоянство его геометрических размеров, внешнего вида, равномерность чешуйчатости шва, а также цвет поверхности изделия. [12] Не допускается какое бы то ни было уменьшение фактического размера шва по сравнению с заданным (номинальным) размером. [16]

Подготовленные сварные соединения осматривают невооруженным глазом или с использованием лупы 4...10кратного увеличения. Размеры сварных швов контролируют измерительным инструментом или специальными шаблонами. [13] Кроме универсального мерительного инструмента для контроля размеров шва часто применяются шаблоны (рис. 2.5). Осмотр швов, не доступных для прямого наблюдения, проводится с помощью оптических приборов - эндоскопов. Обычно применяются медицинские бронхоскопы, перископы или гибкие жгуты - волоконная оптика. [12]

На возможность выявления дефектов влияет освещенность, индивидуальные свойства зрения, яркость, цвет, угловые размеры и резкость контура дефекта, а также контраст между дефектом и поверхностью изделия. [12]

Для обнаружения внутренних дефектов используем ультразвуковой метод контроля. Для этого необходимо смазать поверхность детали техническим маслом и установить на него преобразователь дефектоскопа УД212. Перемещая преобразователь от торца к середине детали получаем на экране сигналы. По ним в определяем типы дефектов и класс их дефектности. Режимы дефектоскопа задаются в зависимости толщины детали.

Безопасность и экологичность проекта

3.1. Описание рабочего места, оборудования и выполняемых технологических операций

Правильная организация рабочего места сварщика способствует не только повышению производительности труда и качества сварки, но и обеспечению безопасных условий работы, снижению травматизма и несчастных случаев. [10]

Сварку небольших изделий (размером менее 1 м) следует производить в отдельных кабинах на металлических столах. Размеры кабины должны быть не менее 2×2 м2. Стены кабины делают высотой 1,8—2 м. Для лучшей вентиляции между полом и нижним обрезом стенки оставляют просвет 150—200 мм. В качестве материала для стен кабины можно использовать тонкое железо, а также фанеру, брезент, пропитанные огнестойким составом, или другие огнестойкие материалы. Каркас кабины делают из металлических труб или уголковой стали. Дверной проем кабины обычно закрывают брезентовым занавесом, укрепленным на кольцах. [10]

Для окраски стен кабины рекомендуется применять цинковые белила, желтый крон, титановые белила, которые хорошо поглощают ультрафиолетовые лучи. Окраска сварочных кабин в темные цвета не рекомендуется, так как при этом ухудшается общая освещенность места сварки. [10]

Проходы между отдельным оборудованием, а также проходы с каждой стороны стеллажа или стола для выполнения ручных сварочных работ должны быть не менее 1 м. Расстояние между стеной или колонной и сварочным оборудованием должно составлять не менее 1 м.

На сварочном участке должен находиться шкаф для хранения баллонов с аргоном, обязательно огнетушитель.

Описание выполняемых технологических операций и используемого оборудования приведено в таблице 3.1.1.

3.2. Опасные и вредные производственные факторы

Опасный фактор – это воздействие на человека, которое в определенных условиях приводит к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья.

Вредный фактор – это воздействие на человека, которое в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению работоспособности.

В процессе ремонтной сварки крышки редуктора на рабочего действуют следующие опасные и вредные производственные факторы:

• вредные вещества;

• ультрафиолетовое излучение;

• инфракрасное излучение;

• видимое излучение;

• электрический ток;

• шум;

• брызги и искры расплавленного металла;

• системы под давлением.

Микроклимат

Метеорологические условия, или микроклимат, в лабораторных условиях определяется следующими параметрами:

1. температура воздуха t (ºC) ;

2. относительная влажность φ (%);

3. скорость движения воздуха на рабочем месте υ (м/с).

Требуемый микроклимат сварочного цеха представлен в табл. 3.2.1.

Шум

Шум наносит большой ущерб, вредно действует на организм человека, тем самым, снижая производительность труда. Шумом является всякий нежелательный для человека звук. Шум появляется при работе динамически неуравновешенных агрегатов и инструмента. Уровни шума в сварочных цехах должны быть в пределах, регламентируемых «Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий» (СН 245—71). [10]

Освещение

Свет является одним из важнейших условий существования человека, т. к. влияет на состояние его организма. Правильно организованное освещение стимулирует процессы нервной деятельности и повышает работоспособность. При недостаточном освещении человек работает менее продуктивно, быстро устает, растет вероятность ошибочных действий, что может привести к травматизму.

Гигиенические требования к производственному освещению, основанные на психологических особенностях восприятия света и его влияния на организм человека могут быть сведены к следующим:

• спектральный состав света, создаваемого искусственными источниками, должен приближаться к солнечному свету;

• уровень освещенности должен быть достаточными соответствовать гигиеническим нормам;

• должна быть обеспечена равномерность и устойчивость уровня освещенности на рабочем месте;

• освещение не должно создавать блеткости на рабочем месте. [2]

Опасность отравления

Сварочные работы сопровождаются загрязнением воздушной среды рабочей зоны сварочным аэрозолем, в состав которого входят оксиды различных металлов и газы, оказывающие вредное воздействие на организм человека. [16]

Сварка неплавящимся электродом в среде аргона из всех способов электродуговой сварки является наиболее благоприятным с гигиенической точки зрения. Содержание пыли в зоне сварки, как при ручном, так и при механизированном способе не выходит за пределы 2—2,5 мг/м3; концентрации окислов марганца в 10 раз ниже предельно допустимого уровня. Окислы азота и окись углерода не обнаруживаются даже в пробах, отобранных вблизи сварочной дуги. Концентрация пыли при сварке лантанированными (вольфрамовый стержень с 1,5%ной присадкой лантана) электродами еще ниже. Лантан относится к группе редкоземельных элементов и не вызывает стойких необратимых изменений при поступлении в организм. Валовое выделение пыли при пользовании лантанированными электродами для сварки алюминия и алюминиевых сплавов не превышает по усредненным данным 1,15—1,94 г/ч при непрерывной сварке. Концентрация пыли в зоне дыхания сварщика значительно ниже допустимого предела. [10]

При сварке неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона основной вредностью является озон.

Озон — газ, образующийся в местах электрических разрядов, под действием ультрафиолетовых лучей, при электродуговой сварке в среде защитных инертных газов. Предельно допустимая концентрация озона в рабочей зоне не должна превышать 0,1 мг/м3. Превышение допустимой концентрации оказывает вредное действие на органы дыхания. Наиболее характерные признаки отравления — сухость во рту, загрудные боли, кашель, жжение в желудке. Токсичность озона значительно повышается при наличии в воздухе оксидов азота: их совместное действие на организм во много раз сильнее, чем порознь. [16]

Отравление выделяющимися токсичными пылью и газами возникает только тогда, когда их количество в зоне дыхания сварщика превысит предельно допустимую концентрацию (ПДК), приведенную в таблице 3.2.2. [13]

Отравление применяемыми для сварки защитными газами возникает вследствие вытеснения ими кислорода, содержание которого в воздухе рабочего помещения сварщика станет менее 19 % (по объему). Такое отравление может произойти при работе в замкнутых, плохо вентилируемых помещениях. Аргон, как тяжелый газ, скапливается в нижней части замкнутых помещений. Это следует учитывать при установке отсосов для местной и общеобменной вентиляции. [13]

Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности ГОСТ 12.1.00776.

Примечания: 1. По степени воздействия на организм человека вредные вещества делят на четыре класса: 1-й — чрезвычайно опасные, 2-й — высокоопасные, 3-й — умеренно опасные, 4-й — малоопасные. 2. Указаны преимущественные агрегатные состояния веществ в производственных условиях: А — аэрозоли, П — пары или газы.

Опасность поражения глаз и ожоги

Сварка открытой электрической дугой сопровождаются выделением мощной лучистой и тепловой энергии. Такая энергия способна вызвать поражение глаз и ожоги незащищенных частей тела. Яркость незащищенной электрической дуги превышает 16 000 стильб. Нормальное зрение человека способно безболезненно воспринимать яркость не более одного стильба. Вредное действие оказывают не только видимые световые лучи, но и невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Они вызывают воспаление слизистой оболочки глаз, если действуют в течение 10...30 сек. на расстоянии до 1 м от источника излучения, а более 30 сек. — в радиусе до 5 м. Результат действия лучистой энергии — резкая боль в глазах, светобоязнь, электроофтальмия. [16]

Электроофтальмия начинается после небольшого скрытого периода продолжительностью несколько часов. Затем появляется резь и боль в глазах, ощущение инородного тела, светобоязнь, слезотечение, головная боль, сопровождающаяся бессонницей. Эти явления обусловлены воздействием ультрафиолетовых лучей на слизистую оболочку глаз. Иногда процесс захватывает и роговую оболочку глаз. Частое повторение заболевания электроофтальмией приводит к снижению чувствительности роговицы, хроническому конъюнктивиту, повышенной утомляемости глаз. Электроофтальмия чаще наблюдается у подсобных рабочих, чем у сварщиков. Инфракрасная радиация вследствие теплового воздействия может вызвать помутнение хрусталика. Такие случаи профессиональных заболеваний у сварщиков машиностроительных заводов не обнаружены. [10]

На незащищенных частях тела лучистая и тепловая энергия вызывает покраснение и ожоги различной степени. Степень ожога зависит от расстояния от источника излучения до незащищенных частей тела. [16]

Ожоги могут быть от разлетающихся брызг расплавленного металла и шлака. Особенно интенсивное разбрызгивание может быть при сварке и наплавке электрической дугой переменного тока. [16]

Опасность поражения электрическим током

При касании телом незащищенных токоведущих частей сварочных трансформаторов, выпрямителей, преобразователей, электропроводов и другого оборудования под напряжением возможно поражение электрическим током. Безопасным для человека является электроток менее 1 мА. С возрастанием силы тока опасность поражения резко увеличивается (табл. 3.2.3).

Весьма существенный фактор, определяющий ток, проходящей через тело, — его сопротивление. Главный элемент, обладающий значительным сопротивлением протеканию электрического тока, — кожный покров человека. Сопротивление кожного покрова резко падает при его увлажнении, увеличении площади контакта с токоведущими частями, при наличии ранений в зоне контакта и т.д.

Опасность тяжелого исхода возрастает, если действию электрического тока подвергаются лица, страдающие болезнями сердца, органов внутренней секреции, нервной системы, туберкулезом, повышенной потливостью, а также лица в нетрезвом состоянии.

Опасность взрыва

Инертные газы доставляются к месту сварки в металлических баллонах, взрыв которых может быть связан только с нарушением правил безопасности при их хранении и транспортировке. Все баллоны, предназначенные для газопламенных работ и транспортировки инертных газов, должны иметь отличительную окраску и надписи. Остаточное давление газа в баллонах должно быть не менее 0,049 МПа (0,5 кгс/см2). [13]

3.3. Мероприятия по разработке безопасных условий труда

Все сварочные и другие огневые работы должны выполняться в соответствии с требованиями «Правил безопасности при работе с инструментом и приспособлениями».

К электросварочным работам допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие специальную подготовку и проверку теоретических знаний, практических навыков, знаний инструкций по технике безопасности и правил пожарной безопасности и имеющие «Удостоверение сварщика». Электросварщики должны иметь группу по электробезопасности не ниже II. Все сварщики должны ежегодно проходить проверку знаний инструкции по охране труда. [16]

Сварочные цеха и участки должны иметь отопление, для того чтобы температура в рабочей зоне помещений в зимний период была не ниже +16° С. Предельная температура, при которой разрешается производство работ на открытом воздухе, составляет от 20 до 30° С. При температуре от 20 до 25° С рабочим должна предоставляться возможность обогрева в непосредственной близости от рабочего места в течение 10 мин через каждый час. При температуре от 25 до 30° С рабочий день сокращается на 1 ч (кроме работ, вызванных стихийным бедствием или аварией). [1]

Освещение в производственных зданиях и на открытых площадках может осуществляться естественным и искусственным светом. При недостаточном естественном освещении используют совмещенное освещение, когда в светлое время суток применяются лампы искусственного освещения. Естественное освещение может осуществляться через окна в боковых стенах (боковое), через верхние световые проемы (аэрационные фонари) или одновременно через фонари и окна (комбинированное). [2]

Местная приточная вентиляция осуществляется устройством воздушных душей (поток воздуха определенных параметров, направленный на человека). Местная вытяжная вентиляция выполняется, как правило, в виде вытяжных шкафов. [2]

Средства индивидуальной защиты

Для защиты органов дыхания при небольших концентрациях газов в зоне дыхания можно применять противопылевые респираторы ШБ1, «Лепесток», «Астра2». Ткань этих респираторов отличается хорошими пылезадерживающими свойствами, обладает малой массой (ШБ1 весит 10 г) и небольшим сопротивлением дыханию (3—3,5 мм вод. ст.).

Для защиты глаз сварщиков от ослепляющей видимой части спектра излучения, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей в очках, щитках и масках должны применяться защитные светофильтры по ГОСТ 12.4.12083.

Для защиты головы электросварщиков следует обеспечивать защитными касками из токонепроводящих материалов.

Для защиты органов слуха от шума рекомендуется пользоваться индивидуальными средствами защиты по ГОСТ 12.1.02980.

Электросварщикам должны выдаваться защитные костюмы, рукавицы, спецобувь. Спецодежда должна быть прочной, огнестойкой, легкой, воздухопроницаемой, неэлектропроводной, с малой усадкой. При повышенной опасности поражения электрическим током сварщикам должны выдаваться диэлектрические перчатки, галоши и коврики.

Правила техники безопасности при сварке

в среде защитных газов [1]:

1. Токоведущие части осциллятора должны быть защищены кожухом

из диэлектрического материала.

2. Если кожух осциллятора металлический, его необходимо заземлять.

Кожух должен быть снабжен крышкой, сблокированной так, чтобы при

ее открывании происходило автоматическое отключение осциллятора от

питающей сети.

3. В случае искрения между корпусом газоэлектрической горелки и

свариваемой деталью или сварочным столом сварка должна быть прекращена до устранения неисправности горелки (очистка сопла, замена изолирующей шайбы и др.).

4. Трубки для газа и водяного охлаждения электросварочных автоматов должны быть цельными и не пропускать воду и газ в местах соединения трубок штуцером.

5. В газоэлектрических горелках, работающих с водяным охлаждением,

выход воды должен быть виден. В случае прекращения подачи воды

электросварку следует немедленно остановить.

6. Горелки для сварки в среде защитных газов не должны иметь от

крытых токоведущих частей, а их рукоятки должны быть покрыты диэлектрическим и теплоизоляционным материалом и снабжены щитком для

защиты рук сварщика от ожогов.

7. Напряжение подогревателя газа, идущего из баллона в редуктор,

не должно превышать 36 В переменного тока и 48 В постоянного тока.

8. Стационарные автоматические установки для сварки в среде защитных, газов, должны иметь газоотсасывающие устройства.

9. Аргон хранят и транспортируют в баллонах под избыточным давлением 150 атм. Обращаться с баллонами при их транспортировке, хранении и эксплуатации следует в соответствии с Правилами Госгортехнадзора.

3.4. Обеспечение электробезопасности

Во избежание поражения электрическим током необходимо соблюдать следующий ряд требований и условий:

1. Корпусы электрических машин и трансформаторов, рабочий стол сварщика и все металлические нетоковедущие части устройства должны быть надежно заземлены. Для присоединения заземляющего провода на электросварочном оборудовании должен быть предусмотрен болт диаметром 5…8 мм, расположенный в доступном месте, а возле болта — надпись «Земля». Заземление выполняют медным проводом сечением не менее 6 мм2 или железным прутом сечением не менее 12 мм2.

2. Подключение и отключение электросварочных аппаратов, наблюдение за их исправным состоянием и ремонт должны осуществлять электромонтеры. Производить эти операции сварщикам запрещается.

3. Провода от электросварочных аппаратов к электрододержателю должны быть надежно изолированы и защищены от механических повреждений и действия высокой температуры. При работе необходимо следить за состоянием изоляции проводов и поврежденные места немедленно исправлять.

4. Рукоятка электрододержателя должна быть изготовлена из токонепроводящего и огнестойкого материала.

5. Присоединение провода к электрододержателю должно быть надежно и изолировано.

6. В передвижных сварочных установках обратный провод должен быть изолирован. Это требование не распространяется на те случаи, когда само свариваемое изделие является обратным проводом.

7. Исправлять электрическую цепь можно только при выключенном рубильнике.

8. Сварочные аппараты на время их передвижения необходимо отключать от питающей сети.

9. Сварочные аппараты, содержащие накопительные конденсаторы, должны иметь устройства для автоматической разрядки при доступе к ним.

10. После окончания работы или при временной отлучке с рабочего места сварщик обязан отключить оборудование от сети.

В случае поражения электрическим током необходимо до прибытия врача оказать пострадавшему первую помощь: а) не касаясь пострадавшего, выключить ток первичной цепи, или отсоединить пострадавшего от напряжения, приняв меры, чтобы самому не попасть под напряжение; б) если пострадавший не подает признаков жизни, приступить к производству искусственного дыхания, обеспечив доступ свежего, чистого воздуха. Искусственное дыхание производится до прибытия медицинской помощи. [1]

3.5. Обеспечение пожарной безопасности

Требования по пожарной безопасности должны соответствовать

ППБ 0193, СНиП 0188, ГОСТ 12.1.00491, ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования.»

Причинами пожара при сварочных работах могут быть искры и капли расплавленного металла и шлака, неосторожное обращение с пламенем горелки при наличии горючих материалов вблизи рабочего места сварщика. Опасность пожара особенно следует учитывать на строительно-монтажных площадках и при ремонтных работах в помещениях, не приспособленных для сварки.

Для предупреждения пожаров необходимо соблюдать следующие противопожарные меры:

• нельзя хранить вблизи от места сварки огнеопасные или легковоспламеняющиеся материалы, а также производить сварочные работы в помещениях, загрязненных промасленной ветошью, бумагой, древесными отходами и т.п.;

• запрещается пользоваться одеждой и рукавицами со следами масел, жиров, бензина, керосина и других горючих жидкостей;

• нельзя выполнять сварку и резку свежевыкрашенных масляными красками конструкций до полного их высыхания;

• запрещается выполнять сварку аппаратов, находящихся под электрическим напряжением, и сосудов, находящихся под давлением;

• нельзя проводить без специальной подготовки сварку и резку емкостей из-под жидкого топлива;

• при выполнении в помещениях временных сварочных работ деревянные полы, настилы и помосты должны быть защищены от воспламенения листами асбеста или: железа;

• нужно постоянно иметь противопожарные средства — огнетушители, ящики с песком, лопаты, ведра, пожарные рукава и т. п. — и следить за их исправным состоянием, а также содержать в исправности пожарную сигнализацию;

• после окончания сварочных работ необходимо выключить сварочный аппарат, а также убедиться в отсутствии горящих или тлеющих предметов.

Средства пожаротушения — вода, пена, газы, пар, порошковые составы и др. Для подачи воды в установки пожаротушения используют специальные водопроводы. Пена представляет собой концентрированную эмульсию диоксида углерода в водном растворе минеральных солей, содержащих пенообразующее вещество. При тушении пожара газами и паром используют диоксид углерода, азот, дымовые газы и др.

Запрещается применять воду и пенные огнетушители при тушении керосина, бензина, нефти, горящих электрических проводов. В этих случаях следует пользоваться песком, углекислотными или сухими огнетушителями. [16]

3.6. Инженерный расчет заземления

Цель расчета — определение количества и размеров заземлителей.

Исходные данные:

• напряжение заземляемой установки 380 В;

• наибольшее допустимое значение сопротивления заземлителя RД=4 Ом;

• тип заземляющего устройства — выносное с расположением заземляющих элементов линию;

• заземлитель — труба длиной 3 м, диаметром 50 мм;

• соединительный стержень диаметром 10 мм;

• тип грунта — чернозем;

• удельное сопротивление грунта ρ=30 Ом·м.

1. Сопротивление растеканию тока с одного заземлителя R1:

3. Для связи вертикальных электродов применим горизонтальные стальные стержни. Длина соединительного электрода при расположении заземлителей вряд определяется по формуле:

3.7. Экологическая экспертиза разрабатываемого объекта

В соответствии с Конституцией РФ принимаются меры для охраны и рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения чистоты воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды. Эти мероприятия группируют по разделам: охрана и использование водных ресурсов, охрана воздушного бассейна, охрана и рациональное использование земель, охрана и использование минеральных ресурсов.

Охрана и использование водных ресурсов предусматривают мероприятия по возведению сооружений для забора воды из водоемов, очистки сточных вод, созданию систем оборотного водоснабжения с целью уменьшения безвозвратных потерь воды и др.В сварочном производстве на многих предприятиях применяют систему оборотного водоснабжения. Воду, используемую для охлаждения сварочного оборудования, многократно используют после ее естественного охлаждения.

Охрана воздушного бассейна предусматривает мероприятия по обезвреживанию вредных для человека и окружающей среды веществ, выбрасываемых с отходящими газами: сооружение очистных установок в виде мокрых и сухих пылеуловителей для химической и электрической очистки газов, а также для улавливания ценных веществ, утилизации отходов и др.

Деятельность предприятия не должна нарушать нормальных условий работы других предприятий и организаций, ухудшать бытовые условия населения. С этой целью предусматриваются также меры борьбы с производственными шумами, вибрациями, воздействиями электрических и магнитных полей. Шум, создаваемый сварочным оборудованием, должен быть минимальным.

Источники питания сварочной дуги, а также ряд электрических устройств, применяемых в сварочных автоматах и полуавтоматах, создают помехи радио- и телеприему. С целью устранения этого явления во всех типах сварочного оборудования, создающего такие помехи, устанавливают помехозащитные устройства. [16]

3.8. Безопасность объекта при аварийных и чрезвычайных ситуациях

При сварочных работах в среде аргона, наиболее пожаро– и взрывоопасным объектом является шкаф с баллонами, содержащими аргон. Хранение и эксплуатация баллонов должна удовлетворять технике безопасности. При нарушении техники безопасности возможен взрыв и пожар.

При пожаре необходимо ликвидировать очаг возгорания, эвакуировать людей и, если есть пострадавшие, оказать медицинскую помощь. Как правило, возникновение пожара в здании сопровождается выделением большого количества дыма, затемняющего помещение и затрудняющего условия эвакуации и тушения пожара. Кроме того, дым обладает удушающими свойствами и особенно опасен.

Поэтому во избежание аварийных и чрезвычайных ситуаций рабочим необходимо ежегодно проходить проверку знаний инструкции по охране труда.

Экономическое обоснование проекта

Введение

В экономическом разделе дипломного проекта определяют затраты на материалы, электроэнергию, заработную плату, составляют калькуляцию себестоимости единицы изделия (по базовому и проектному вариантам), рассчитывают годовой экономический эффект от внедрения разрабатываемого проекта в производство. Также в этом разделе рассчитывают процент снижения себестоимости восстанавливаемого изделия (крышки редуктора) и снижение трудоемкости работ.

В качестве базового варианта примем распространённый метод восстановления — аргонодуговую сварку неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки. Этот способ имеет значительные недостатки, влияющие на свариваемость наплавляемого слоя с основным металлом, также приводящие к разупрочнению основного металла в зоне ремонта и короблению детали, получение удовлетворительного качества сварки затруднительно и требует значительных энергетических и материальных затрат.

Для устранения всех этих недостатков в тольяттинском государственном университете был разработан способ и оборудование для ремонтной сварки изделий из алюминиевых сплавов трёхфазной дугой с подключением присадочной проволоки в среднюю фазу.

4.1. Расчёт нормы времени на восстановление детали

4.3. Расчет технологической себестоимости сравниваемых вариантов

4.3.1 Затраты на основные и вспомогательные материалы и полуфабрикаты:

4.4. Цеховая себестоимость

4.5. Заводская себестоимость

4.6. Полная себестоимость

4.7. Расчет капитальных затрат для осуществления технологического процесса

4.8. Расчет экономической эффективности

4.8.1. Показатель снижения трудоемкости:

Вывод

В ходе решения задач дипломного проекта была разработана технология восстановления крышки редуктора, было выбрано оборудование, разработаны мероприятия по созданию безопасных условий труда рабочих.

За счёт снижения трудоёмкости на 15,38 % при внедрении проектной технологии аргонодуговой наплавки трёхфазной дугой с контролируемым тепловложением себестоимость наплавки снижается на 16,2 %. Условно-годовая экономия предполагается в размере 130000 рублей. Для внедрения этой технологии требуются дополнительные капитальные вложения в размере 24630 рублей, которые окупятся за 0,1 года. Годовой экономический эффект с учетом дополнительных капитальных вложений составит 121900 рублей. Следовательно, разработанная технология экономически эффективна и может быть применена в ремонтных работах.

Доклад

Алюминий – самый распространенный цветной металл по объему производства и масштабам применения. Алюминиевые сплавы приобретают все более широкое применение в промышленности и строительстве.

Из за дороговизны алюминиевых деталей, восстановление изношенных деталей является самым доступным способом поддержания машины в работоспособном состоянии. По этому актуальной задачей является разработка относительно дешевых технологий ремонта вышедшей из строя техники.

Целью дипломного проекта является снижение себестоимости и повышение качества процесса восстановления деталей из алюминиевых сплавов.

Из алюминиевых сплавов изготавливают очень много деталей машин из класса «корпусных». Например: крышки газораспределительного механизма, поршня; головки блока цилиндров двигателя, блоки двигателя; корпуса водяного и масляного насосов, топливные баки, крышки редуктора и др.

Именно крышку редуктора в этой дипломной работе мы рассмотрим подробнее и постараемся осуществить ее восстановление.

Крышка редуктора отбора мощности грунторезной машины БГМ10, в процессе работы защищает вращающиеся части узла от механических повреждений. Деталь подвергается воздействию динамических и ударных нагрузок (камней). В результате, на рабочей поверхности крышки возникают сколы, трещины, выкашивания. В связи с этим возникает необходимость ремонта.

Большинство из перечисленных деталей, также как и крышка редуктора, состоят из алюминиевого литейного сплава АЛ9. это силумин (система SiAl), но помимо кремния содержит такие легирующие элементы как Mg, Cu, Mn. АЛ9: Si=68%, Mg=0,2-0,4%

Этот сплав широко применяют благодаря удовлетворительной прочности, высокой пластичности, хороших литейных свойств.

Из всех рассмотренных способов восстановления, наиболее подходящим и эффективным для ремонта крышки редуктора является трехфазная аргонодуговая сварка с применением регулирования тепловложения.

Трехфазная дуга представляет собой факел из поочередно горящих трех дуг: между двумя электродами и между каждым электродом и деталью. В нашем способе к средней фазе питания подключается не изделие, а присадочная проволока. Так как дуга горит и на изделие и на присадку → часть тока, протекающего через изделие, перераспределяется на присадочную проволоку → можно регулировать тепловой режим процесса сварки. В результате разогревается присадочный материал → осуществляется его чистка от оксидной пленки за счет катодного распыления.

+

- регулируемое тепловложение → не допускает прожогов

- уменьшение остаточных деформаций

- швы имеют меньшую ширину и более гладкую поверхность → не требуется последующая обработка

- не гаснет дуга при удалении горелки от изделия, так как горит дуга межэлектродная → она освещает зону ремонта и облегчает возбуждение зависимых дуг.

Все изложенные преимущества способа позволят повысить качество и производительность процесса ремонтной сварки крышки редуктора.

Итак, перед непосредственным ремонтом детали, ее нужно подготовить.

- сначала деталь обезжиривают в 10%м растворе щелочи NaOH → для стравления окисной пленки

- остатки щелочи смываются водой

- для удаления влаги производят сушку

- очистку свариваемых кромок производят металлической щеткой → удалить порошкообразные вещества. (т.о. кромки пригодны к сварке 5-6 часов → заново)

- осмотреть трещину, определить ее концы, засверлить (чтобы центр отверстия совпадал с концом трещины) – во избежание распространения трещин.

Ремонт крышки включает в себя следующие операции:

- установка детали на сварочный стол

- установка параметров и режимов сварки

- обезжиривание зоны сварки ацетоном

- непосредственная заварка дефекта (проволока СвАК5: осн Al, Si=4,56%, Fe=0,6%, Zn+Sn=0,1%, Cu=0,2%)

Дефекты сварки, снижающие качество конструкций должны быть обнаружены и устранены. Для этого необходимо проводить контроль качества готовых изделий.

С помощью внешнего осмотра можно обнаружить видимые дефекты – прожоги, непровары, поверхностные поры, трещины.

Для обнаружения внутренних дефектов используем ультразвуковой метод контроля. С его помощью можно обнаружить поры, пустоты, микротрещины, кратеры. (f=2,5МГц; α=40º)

В ходе работы дипломного проекта был произведен анализ вредных факторов, внесены предложения по улучшению условий работы и рассмотрены вопросы пожарной безопасности.

Так же был произведен расчет экономической эффективности и выявлено, что при восстановлении крышки редуктора предлагаемым способом себестоимость снижается на 16%, а условно годовая экономия предполагается в размере 13000. дополнительные капиталовложения окупятся за 0,1 года.

Следовательно, разработанная технология экономически эффективна и может быть применена в ремонтных работах.

Список использованной литературы

Верховенко Л.В., Тукин А. К. Справочник сварщика. — Мн., «Высшая школа», 1977. — 366 с.

Горина Л.Н. Обеспечение безопасных условий труда на производстве. — Учебное пособие. — Тольятти: ТолПИ, 2000. — 68 с.

ГОСТ 268575 — Сплавы алюминиевые литейные: Марки, технические требования и методы испытаний. — М.: Издательство стандартов, 1980.

Дживага И.И. Электродуговая сварка цветных металлов и сплавов. — Л.: Судпромгиз, 1961. — 139 с.

Ельцов В. В., Карелин В. И., Кондрашов С. В. Комплект универсального оборудования для ремонтной сварки изделий из легких сплавов. — Сварочное производство, 1984. — №9. — с. 3536.

Клячкин Я.Л. Сварка цветных металлов и их сплавов. — М.: Машиностроение, 1964. — 335 с.

Кудинова Г.Э. Методическое руководство лабораторной работе для студентов 3-го курса спец. 1206. — Тольятти : ТГУ, 2005. — 8с.

Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. Учебник для вузов / Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: «МИСИС», 2001. — 416 с.

Николаев А.А. Электрогазосварщик: Учебное пособие для профессионально-технических училищ. — Ростов н/Д: издательство «Феникс», 2000. — 320 с.

Охрана труда при сварке в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1978. — 144с.

Рабкин Д.М., Игнатьев В.Г., Довбищенко И.В. Дуговая сварка алюминия и его сплавов.— М.: Машиностроение, 1982. — 95 с.

Сварка и резка материалов: Учеб. пособие / М.Д. Баннов, Ю.В. Казаков, М.Г. Козулин и др.; Под ред. Ю.В. Казакова. — М.: Издательский центр «Академия», 2000. — 400 с.

Справочник по сварке цветных металлов / Гуревич С.М.; Отв. ред. Замков В.Н. — 2-е изд., перераб. и доп. — Киев: Наук. Думка, 1990. — 512 с.

Столбов В. И., Печенкина В. А., Масаков В. В. Заварка дефектов алюминиевого литья трехфазной дугой. — Сварочное производство, 1978. — №10. — с. 1920.

Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов. — 2-е изд. испр. и доп. / А.И. Акулов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков и др. / Под ред. А.И. Акулова. — М.: Машиностроение, 2003. — 560 с.

Чернышов Г.Г. Сварочное дело: Сварка и резка металлов: Учебник для нач. проф. Образования / Г.Г. Чернышов.— 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 496 с.