Технологический процесс сварки фермы

Установка наплавочная2.dwg

КП.ТСП.М041.2016.07.02.00.00
Технические характеристики
Номинальный сварочный ток 500 А
Напряжение на дуге 12-40 В
Напряжение питающей сети 3
Диаметр электродной проволоки 1
Скорость подачи проволоки 50-400 мч
Скорость перемещения 12-120 мч
Габаритные размеры 915
Неуказанные предельные отклонения
* Размеры для справок

ФЕРМА.dwg

пояснительная записка моя.docx

Сварка — прогрессивный технологический процесс получения неразъемных соединений деталей позволяющий создавать конструкции с высокими эксплуатационными характеристиками. Достоинства сварных соединений способствуют широкому применению их в конструкциях разного назначения.
Использование сварки позволяет экономить материалы и время при производстве конструкций. При этом открываются большие возможности механизации и автоматизации производства создаются предпосылки для повышения производительности улучшаются условия труда рабочих.
С развитием научно-технического прогресса расширяется возможность сварки деталей разных толщин материалов а в связи с этим и набор применяемых видов и способов сварки. В настоящее время сваривают детали толщиной от нескольких микрометров (в микроэлектронике) до десятков сантиметров и даже метров (в тяжелом машиностроении). Наряду с конструкционными углеродистыми и низколегированными сталями все чаще приходится сваривать специальные стали легкие сплавы и сплавы на основе титана молибдена циркония и других металлов а также разнородных материалов. От прогрессивности применяемых сварочных процессов и качества выполнения этих работ во многом зависят качество и надежность готовых конструкций и эффективность производства в целом. Одно из наиболее развивающихся направлений в сварочном производстве — широкое использование механизированной и автоматической дуговой сварки. Эти вопросы решаются механизацией и автоматизацией как самих сварочных процессов (т. е. переходом от ручного труда сварщика к механизированному) так и комплексной механизацией и автоматизацией охватывающими все виды работ связанные с изготовлением сварных конструкций (заготовительные сборочные и др.) и созданием поточных и автоматических производственных линий. Важное значение при этом отводится созданию специального сварочного оборудования и средств оснащения технологических процессов.
В условиях непрерывного усложнения конструкций неуклонного роста объема сварочных работ большую роль играет правильное проведение технологической подготовки производства в значительной степени определяющей его трудоемкость и сроки освоения экономические показатели использование средств механизации и автоматизации. Наибольший эффект технологической подготовки достигается при комплексном решении вопросов технологической отработки самих конструкций разработки технологических процессов и их оснащения на всех этапах производства.
В данном курсовом проекте будет разработана технология изготовления задней фермы. Она является связующим звеном основной рамы автомашина предназначенной для перевозки грузов цилиндрической формы. 1. Современное состояние технологии
В настоящее время имеется много разновидностей сварки в защитных газах которые получили широкое распространение в нашей стране и за рубежом.
Сварка в углекислом газе является основным и наиболее распространенным способом сварки плавлением на машиностроительных предприятиях. Она экономична обеспечивает достаточно высокое качество швов особенно при сварке низкоуглеродистых сталей требует более низкой квалификации сварщика. Наиболее распространена сварка полуавтоматами применяется так же широко автоматическая сварка в среде углекислого газа.
Сварка в среде защитных газов применяется как для соединения различных сталей (низкоуглеродистые среднеуглеродистые низколегированные и легированные конструкционные) так и цветных металлов и таких активных как титан цирконий тантал и другие металлы.
Она отличается относительной простотой процесса сварки возможностью сварки швов находящихся в различных пространственных положениях что позволяет механизировать сварку в различных пространственных положениях в том числе сварку неповоротных стыков труб.
Механизированной дуговой сваркой выполняются любые сварные соединения: стыковые угловые тавровые нахлёсточные и др. В углекислом газе и в смесях газов можно сваривать стали толщиной 08-120 мм но обычно в СО2 сваривают стали толщиной до 40 мм. Защита смесью газов улучшает технологические и металлургические характеристики процесса сварки позволяет экономить дорогие газы.
В сварочном производстве осуществляется комплексная механизация и автоматизация производственных процессов и внедрения высокоэффективных технологий.
Выбранная сварка является – автоматической сваркой плавлением в защитном газе. Далее рассмотрим основные вопросы теории сварки в СО2.
Сущность способа сварки в защитном газе состоит в том что дуга горит в струе защитного газа оттесняющего воздух из зоны сварки и защищающего расплавленный металл от воздействия газов содержащихся в атмосфере.
Сварка в защитных газах возможна плавящимся и неплавящимся электродом. По степени механизации различают автоматическую механизированную и ручную сварку. Сварку в углекислом газе широко применяют для соединения заготовок из конструкционных углеродистых сталей. Защитный газ обычно поставляют в баллонах вместимостью 40 л под давлением 6 – 7 МПа. Сварку в углекислом газе выполняют плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности («плюс» на электроде). Переменный ток не применяют из-за низкой устойчивости процесса. Для повышения устойчивости процесса необходима высокая плотность тока. В связи с этим используют электродную проволоку небольшого диаметра (05-3 мм). Напряжение на дуге обычно составляет 20-30 В скорость сварки 20-80 мч расход защитного газа 6-25 лмин.
Важным параметром режима сварки является вылет электрода – расстояние от токоподводящего мундштука горелки до торца электрода. При малом вылете затруднено наблюдение за процессом и происходит частое подгорание мундштука набрызгивание сопла. При слишком большом вылете ухудшается устойчивость дуги наблюдается плохое формирование шва.
Теплотой дуги электродный и основной металл в зоне сварки локально нагревается до жидкого состояния. Капли расплавленного металла с торца электродной проволоки попадают в сварочную ванну. В ней металл капель перемешивается и растворяется с расплавленным основным металлом. Жидкий металл сварочной ванны подвергается металлургической обработке т. е. раскисляется и легируется. При передвижении дуги вдоль свариваемых кромок перемещается и сварочная ванна. В ее хвостовой части металл охлаждается кристаллизуется и в результате образуется сварное соединение. (рис.1).
Рисунок 1 – Схема сварки в среде углекислого газа:
– электродная проволока; 2 – сопло; 3 – токоподводящий наконечник; 4 – газ; 5 – дуга; 6 – затвердевший шлак; 7 – шов; 8 – сварочная ванна;
В углекислом газе и в его смесях с кислородом сваривают низко- и среднеуглеродистые стали низколегированные и некоторые легированные конструкционные стали.
Если толщина свариваемого металла превышает глубину проплавления свариваемые кромки предварительно обрабатываются а затем выполняется многопроходная сварка т.е. накладывается несколько швов.
Режим сварки выбирается по справочным данным в зависимости от толщины и состава металла типа сварного соединения положения шва в пространстве.
Сварка в защитных газах включает в себя группу способов сварки для которых защита расплавленного металла от атмосферы осуществляется путем подачи в зону горения дуги через сварочную горелку газа вытесняющего из этой зоны воздух. Способы сварки в защитных газах отличаются друг от друга родом применяемого газа а также схемами процесса. Наиболее распространены две схемы — сварка плавящимся и сварка неплавящимся электродом. В качестве защитного могут использоваться активные газы — СО2 и смесь СО2 + О2 инертные газы Аг Не а также смеси инертных и активных газов Аг + СО2; Аг + СО2 + О2; Аг + О2. Сварка плавящимся электродом осуществляется во всех перечисленных защитных средах сварка неплавящимся электродом производится только в инертных газах. Это объясняется быстрым окислением и низкой стойкостью неплавящегося электрода в активных газах.
Важным параметром режима сварки является вылет электрода – расстояние от токоподводящего мундштука горелки до торца электрода. При малом вылете затруднено наблюдение за процессом и происходит частое подгорание мундштука забрызгивание сопла. При слишком большом вылете ухудшается устойчивость дуги наблюдается плохое формирование шва.
Технологический процесс дуговой сварки состоит из следующих операций:
обработка свариваемых кромок;
очистка поверхностей свариваемых заготовок;
очистка швов и рядом расположенных поверхностей от закристаллизовавшихся брызг;
контроль качества сварной конструкции.
Окисление сварочной ванны ухудшает механические свойства шва и в первую очередь его пластичность. Для предотвращения этого процесса в сварочную ванну вводят элементы-раскислители хорошо взаимодействующие с кислородом. Обычно это марганец и кремний. Раскислители выводят в шлак избыток кислорода и на участках сварочной ванны имеющих пониженную температуру восстанавливают железо из оксидов:
FeO + Si = 2Fe + SiO2
Введение раскислителей в сварочную ванну обычно осуществляется через проволоку. Поэтому при сварке в углекислом газе используется сварочная проволока легированная марганцем и кремнием. При сварке низкоуглеродистых сталей это обычно проволока марки Св08Г2С содержащая 008 % С; 2 % Мn и 1 % Si.
Однако несмотря на введение раскислителей характеристики пластичности шва получаются несколько ниже чем при сварке под флюсом или ручной сварке электродами с основным покрытием. Поэтому сварку в углекислом газе не рекомендуют использовать для ответственных конструкций работающих при низких температурах в условиях переменных и ударных нагрузок.
Свои особенности имеет и перенос электродного металла при сварке в СО2 что связано со специфическими свойствами углекислого газа — высокой теплопроводностью в области температур сварочной дуги и большими затратами теплоты на диссоциацию многоатомного газа СО2. Это приводит к интенсивному отбору тепла с поверхности дуги и ее сжатию. Вследствие сжатия равнодействующая сила приложенная к капле электродного металла направлена вверх препятствует переносу капель в сварочную ванну .При этом создаются условия для ее роста и асимметричного расположения по отношению к оси электрода что часто приводит к выносу капли из зоны дуги.
На рисунке 2 приведена зависимость потерь на разбрызгивание от силы сварочного тока для разных диаметров сварочной проволоки. Для каждого диаметра проволоки существует область токов при которых разбрызгивание максимально. Эта область соответствует крупнокапельному переносу. При малых токах когда перенос происходит короткими замыканиями разбрызгивание ниже. Ниже разбрызгивание и при больших токах для которых характерен меньший размер капель.
Рисунок 2 – Зависимость потерь на разбрызгивание от силы сварочного тока (обратная полярность) при различных диаметрах проволоки (проволока Св08Г2С)
Повышенное разбрызгивание является недостатком сварки в углекислом газе так как требует дополнительных затрат на зачистку свариваемого металла и сопла горелки полуавтомата. Причем брызги при сварке в углекислом газе сильнее привариваются к металлу чем при сварке покрытыми электродами поскольку практически не покрыты шлаковой пленкой.
Улучшить процесс переноса электродного металла и уменьшить разбрызгивание позволяет введение в сварочную проволоку щелочных и щелочноземельных металлов (цезия рубидия и др.) а также использование импульсных и программируемых источников питания позволяющих управлять отрывом капель.
Одним из способов снижения разбрызгивания и уменьшения приваривания брызг к основному металлу является добавка к углекислому газу кислорода. Кислород уменьшает силу поверхностного натяжения жидкого металла которая удерживает каплю на конце проволоки. Это приводит к лучшему отрыву капель и переходу к более мелкокапельному переносу. Улучшается формирование шва. Несколько увеличивается производительность сварки в результате выделения дополнительного тепла при окислительных реакциях. Окисленные капли хуже привариваются при падении на свариваемый металл.
Однако сварка в смеси СО2 + О2 имеет и недостатки связанные с ухудшением механических свойств вследствие интенсивного выгорания Мn и Si и повышенного окисления сварочной ванны. Несколько уменьшить отрицательное влияние кислорода на механические свойства позволяет сварка с повышенным вылетом электродной проволоки. Это уменьшает температуру капель и окисление расплавленного металла. Для сварки в смеси СО2 + О2 рекомендуется использовать проволоку дополнительно легированную цирконием – Св08Г2СЦ.
Параметрами режима сварки в углекислом газе являются род полярность и величина сварочного тока диаметр электродной проволоки напряжение дуги скорость сварки и подачи проволоки и расход газа. Сварка производится постоянным током прямой и обратной полярности а также переменным током с осциллятором. В качестве источников тока применяются стандартные и специально переоборудованные агрегаты с жесткой или возрастающей характеристикой. Сварка на повышенных режимах (большой ток и напряжение) способствует стабилизации дуги уменьшению разбрызгивания металла увеличению глубины проплавления кромок и производительности процесса. Газоэлектрические горелки имеют водяное охлаждение (токи до 300 а) и воздушное (токи до 200 а). На рис.3 а показана схема горелки для сварки в углекислом газе с водяным охлаждением.
Рис. 3. Схемы: а — горелки для сварки в углекислом газе; 1 — токопроводящая трубка; 2 — изоляционная шайба; 3 — сменный наконечник; 4 — каналы охлаждающей воды; 5 — сменное газовое сопло; б — положение горелки при автоматической сварке угловых швов: в — положения и перемещения горелки при полуавтоматической сварке угловых швов; г — сечения трубчатых электродов: 1 — металлическая оболочка; 2 — порошковая набивка.
Сварка в углекислом газе выполняется во всех пространственных положениях. При полуавтоматической и автоматической сварке требуется выдерживать определенный вылет электрода. Сварка стыковых швов автоматами выполняется в нижнем положении при вертикальном положении электрода а сварка угловых швов производится как показано на рис. 3 б. Полуавтоматическая сварка стыковых швов выполняется с наклоном электрода «углом назад» или «углом вперед» а сварка углов швов — по схеме показанной на рис. 3 в.
Диаметр электродной проволоки зависит от толщины свариваемого металла. При механизированной сварке наиболее часто используются проволоки диаметром dэ = 12 и 16 мм. Для тонкого металла ( 2 мм) применяются проволоки диаметром dэ - 08 и 10 мм. Для автоматической сварки могут применяться проволоки dэ - 20; 30; 40 мм.
Силу сварочного тока устанавливают в зависимости от диаметра проволоки и требуемой глубины проплавления. Регулировку силы тока осуществляют путем изменения скорости подачи проволоки и напряжения на дуге. Стабильный процесс сварки с хорошими технологическими свойствами можно получить только при оптимальном соотношении этих трех параметров. Зависимости силы сварочного тока от скорости подачи электродной проволоки приведены на рисунке 4.
Рисунок 4 – Зависимость силы сварочного тока от скорости подачи электродной проволоки
Сила тока – основной параметр определяющий глубину проплавления металла. В общем случае глубина проплавления при сварке в СО2 больше чем при ручной что объясняется большим давлением дуги на сварочную ванну. Это приводит к более интенсивному вытеснению расплавленного металла из-под дуги и улучшению теплопередачи от дуги к не расплавившихся кромкам. С увеличением напряжения увеличиваются общая длина дуги и ширина шва уменьшается высота валика усиления.
Сварка в СО2 практически всегда выполняется на постоянном токе обратной полярности. На прямой полярности процесс сварки неустойчивый и его осуществление возможно только проволоками легированными щелочными и щелочноземельными металлами. Переменный ток для сварки в СО2не используется.
Рисунок 5 – Влияние скорости сварки на качество газовой защиты. а - нормальная скорость б - повышенная скорость в - излишне большая скорость
Сварку вертикальных швов ведут сверху вниз если толщина металла не превышает 6 мм. Скорость сварки при этом в 2-25 раза выше чем при сварке снизу вверх. Сварку ведут углом назад направляя дугу на переднюю часть сварочной ванны что обеспечивает хорошее проплавление кромок и исключает прожоги (рисунок 6). В некоторых случаях для улучшения формирования шва используют сложную технику колебания горелки (рисунок 6). Металл толщиной до 3 мм сваривают без колебательных движений. Сварку горизонтальных швов на вертикальной плоскости выполняют наклонной горелкой (рисунок 6д).
Сварка в СО2 в потолочном положении наиболее сложна однако в целом проще чем ручная рисунок 6. Напряжение на дуге устанавливается минимальным горелка располагается углом назад рекомендуется также увеличить расход защитного газа что улучшает поддержание сварочной ванны.
Рисунок 6 – Техника сварки вертикальных и потолочных швов СО2: а – сверху вниз; б в – снизу вверх; г – траектории колебания горелки; д – сварка горизонтальных швов на вертикальной плоскости; е – сварка потолочных швов.
Состав структура и свойства основного и присадочного материала
1. Основной материал
В качестве основного металла для изготовления варочного аппарата используем сталь – Сталь 09Г2С химический состав которой представлен в таблице 3.1.
Таблица 3.1-Химический состав стали 09Г2С
Механические свойства стали представлены в таблице 2
Таблица 3.2-Механические свойства при Т=20oС материала 09Г2С
Механические свойства
Механические свойства:
в - Предел кратковременной прочности [МПа]
T- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации) [МПа]
- Относительное удлинение при разрыве [ % ]
- Относительное сужение [ % ]
KCU - Ударная вязкость [ кДж м2]
HB - Твердость по Бринеллю
2. Присадочный материал
Для сварки нашей конструкционной низколегированной стали применим электродную проволоку сплошного сечения Св-08Г2С.
Таблица 3.3 – Химический состав сварочной проволоки Св-08Г2С
Сопротивление разрыву временное – от 500 (МПа).
Текучесть предельная – 400 (МПа).
Удлинение (относительное) – от 18%.
Вязкость (ударная) – от 50 Джсм2 (при t0 = 20 0С).
Сварочная проволока СВ-08Г2С -предназначена для механизированной сварки в углекислотном газе газовых смесях и под флюсом низкоуглеродистых и низколегированных сталей.
Основные преимущества от плотного контакта между проволокой и медным токопроводящим наконечником является устойчивое горение дуги в широком диапазоне режимов сварки. От капельного до струйного переноса электродного металла в сварочную ванну. При использовании сварочного оборудования любого класса сложности (от простых до импульсных и инверторных источников питания) минимальное разбрызгивание электродного металла будет проходить при сварке в защитных газах. Низкий расход медных наконечников. Повышение уровня механизации сварочных работ. Хорошее повторное зажигание дуги (специально для роботизированной сварки).
Омедненная сварочная проволока разработана для тех потребителей которые ценят чистый и надежный сварной шов. Высококачественная омедненная сварочная проволока для дуговой сварки в газовой среде используется для сварки углеродистых и низколегированных сталей: конструкционной стали стали для сосудов под высоким давлением и судостроительной стали.
Благодаря прекрасным показателям удлинения и современной производственной технологии проволока может быть вытянута в течение одного производственного цикла до своего окончательного диаметра. Производственно-технические инновации обеспечивают достижение наименьшего разброса проволоки по диаметру гладкую поверхность и стабильную круглую форму. Прекрасные характеристики сварочной проволоки позволяют не только сэкономить рабочее время но и сократить затраты на сварочное оборудование - замена изнашивающихся деталей требуется гораздо реже нежели в случае применения сварочной проволоки более низкого качества. Порядная намотка и правильная геометрия проволоки позволяет существенно увеличить срок службы дорогостоящих сварочных полуавтоматов.
Технологический процесс
Горячие трещины чаще всего возникают при ослаблении деформационной способности металла из-за появления в структуре легкоплавких хрупких эвтектик дефектов кристаллического строения внутренних и внешних напряжений.
Вероятность появления при сварке или наплавке горячих трещин можно определить по показателю Уилкинсона (H.C.S):
Условием появления горячих трещин является Н.С.S. > 2.
Холодные трещины чаще всего возникают из-за закаливаемости стали при быстром охлаждении и насыщении металла шва и зоны термического влияния водородом. Они как правило зарождаются по истечении некоторого времени после сварки и наплавки и развиваются в течение нескольких часов или даже суток.
Для оценки склонности металла к появлению холодных трещин чаще всего используется углеродный эквивалент:
где С Сr Mn – содержание соответствующего химического элемента %
S – толщина свариваемого металла мм.
Если Сэ 08 сварку можно выполнять без предварительного подогрева основного металла. Если же Сэ> 08 возможно возникновение трещин в зоне термического влияния необходим подогрев. Рассчитаем углеродный эквивалент для Стали 20ХГР определив нужен ли подогрев по формуле 1.
Следовательно Сэ = 058 08 то сварку выполним без предварительного подогрева основного металла.
Основными параметрами режима сварки в СО2 являются: диаметр электродной проволоки – dэ; сила сварочного тока – Iсв; напряжение на дуге – Uд; скорость сварки – Vсв; скорость подачи сварочной проволоки – Vпп; вылет электродной проволоки – L; расход защитного газа – Qг .
Сила сварочного тока рассчитывается по формуле 2:
плотность тока Амм2;
поперечного сечения металлического стержня электрода мм2.
Плотность тока может быть в интервале 100 – 300 Амм2. Принимаем j = 100 Амм2. Сварку в углекислом газе выполняют электродными проволоками диаметрами 05 – 25 мм.
Так как свариваем детали толщиной 4-10 мм то принимаем электродную проволоку диаметром 2 мм. Значение Sэ можно рассчитать по формуле 3:
Подставив значение Sэ в формулу 2 получим:
Напряжение дуги может быть рассчитано по формуле 4:
Принимаем Uд = 31 В.
Скорость подачи электродной проволоки рассчитывается по формуле 5:
плотность металла электродной проволоки 78 гсм3;
коэффициент расплавления который определяется по формуле 6.
Зная коэффициент расплавления рассчитаем скорость подачи электродной проволоки:
Принимаем скорость подачи проволоки Vпп = 200 мч.
Скорость сварки рассчитывается по формуле 7:
площадь поперечного сечения шва см2;
плотность наплавленного металла н =7 – 72 гсм2 принимаем 7 гсм2;
коэффициент наплавки.
Коэффициент наплавки определим по формуле 8:
коэффициент потерь на угар и разбрызгивание %.
При сварке в углекислом газе он может составлять 8 – 15 %. Принимаем значение = 15 % тогда по формуле 8 получим:
Вылет электрода L`при сварке в СО2 устанавливается в интервале 10 – 25мм. Принимаем L` = 15 мм .
Расход углекислого газа зависит от мощности вылета электрода воздушных потоков в помещении где выполняется сварка. Его устанавливают в диапазоне 18 – 20 лмин. Принимаем Qг = 20 лмин.
В результате расчёта основных параметров режима сварки получили:
Их можно принять постоянными для сварки всех деталей. Но скорость сварки рассчитывается для каждой свариваемой детали. Так как скорость сварки зависит от площади поперечного сечения шва Sн а она различна для каждой пары свариваемых деталей по причине их неодинаковой толщины.
Площадь сечения шва находится как сумма элементарных геометрических фигур из которых он состоит.
При сварке под флюсом сварной шов имеет следующий вид:
h – высота шва; с – высота усиления; в – ширина шва; α – угол раскрытия.
При сварке в СО2 α = 60-900. Принимаем α = 600 тогда = α2 = 300.
Площадь шва можно найти как сумму площадей треугольника и сегмента. Они равны Sтр =h2·tg ; Sсег = 015Sтр.
Sн = Sтр + Sсег = h2·tg + 015Sтр;
Sн= Sтр+0.15 Sн=1.15 Sтр;
Длина шва L необходимая для расчёта массы наплавленного металла наплавленный металл рассчитывается по формуле 9.
Для каждого сварного соединения рассчитаем необходимые параметры по ранее описанным формулам и результаты приведем с таблице в п.4.
1 Технологическая инструкция
Технологические операции
Параметры сварочного процесса
Изображение места сварки
Сварить основание кронштейна 3 (4 шт.) со щекой кронштейна 2 (8 шт.).
1. Прихватить торцевую поверхность щеки кронштейна 2 к основанию кронштейна 3 швами длиной 20 мм на периферийных участках.
2. После прихватки очистить шов от шлака для дальнейшей сварки. Обварить деталь 12 на катет = 8. Тип шва – Т1.
3 Повторить операцию с остальными дублированными деталями.
Сварить конструкцию полученную в пункте 1 и щеку 7 (2 шт.)
1. Прихватить конструкцию из п.1 на плоскости щеки 7 в указанных местах с длиной шва 20 мм.
3. После прихватки зачистить шов от шлака для дальнейшей сварки.
4 Обварить по контуру.
5. Повторить операцию со второй (левой) щекой.
Vпп=200мч Vсв=1412мч
Сварить конструкцию полученную в п.1 и косынку 9.
1. Прихватить конструкцию из п.1 на плоскость косынки 9 в указанных местах с длиной шва 20 мм.
2. После прихватки зачистить шов от шлака для дальнейшей сварки.
3. Обварить по не замкнутой линии на катет 8.
Сварить конструкцию выполненную в п.2 с нижним угольником 1.
1. Прихватить конструкцию по концам как показано на рисунке с длинной шва 20 мм.
3. Обварить по катету 5.
4. Повторить операцию с другой стороны.
Vпп=200 мч Sн=01 см2;
Сварить угольник верхний 4 с косынкой средней 10.
1 Прихватить угольник 4 к косынке средней 10 согласно нумерации рисунка длинной швов 20 мм.
3. Обварить по не замкнутой линии на катет 5.
Сварить конструкцию из п.5 с планкой 6 (2 шт.).
1. Прихватить конструкцию из п.5 с планкой 6 в местах обозначенных на рисунке. Длина шва 20 мм.
3. Обварить по незамкнутому контуру на катет 8.
Сварить сборную конструкцию (п. 4 6) и деталь из п.3.
1. Прихватить конструкции. Выполнять короткими швами длиной 20 мм.
2. После прихватки очистить шов от шлака для дальнейшей сварки.
3. Сварить конструкции с катетом 5.
Сварить конструкцию полученную в п.7 и стойку 8(6 шт.).
1. Прихватить стойку швом 20 мм к верхнему и нижнему угольнику.
4. Повторить операцию для остальных стояк.
Сварить конструкцию из п.8 и раскос 5 (2 шт.) в двух местах.
1. Прихватить раскос к косынке средней 10 а затем к задней поверхности косынки 9. Прихватку выполнять с торцевой стороны раскоса длиной 20 мм.
4. Повторить операцию для остальных раскосов.
Контроль качества сварных соединений.
Средства технологического оснащения.
Автомат типа АДГ-5О2 (рис.1) предназначен для дуговой сварки стальной электродной проволокой на постоянном токе в среде углекислого газа малоуглеродистых сталей толщиной 1 мм и более (рис.7).
Конструкция автомата разработана на базе унифицированных узлов. Ее особенностью является отсутствие промежуточного шкафа управления. Автомат состоит из сварочного трактора и источника питания сварочной дуги - выпрямителя типа ВДУ-504-1 с навесным или встроенным блоком управления.
Сварочный трактор представляет собой самоходную каретку со смонтированными на ней сварочной головкой пультом управления и барабаном для электродной проволоки. В конструкции трактора предусмотрены нижеследующие установочные перемещения механизмов:
а) прямолинейное перемещение поперек шва;
б) поворот сварочной головки вместе с пультом управления и барабаном с проволокой вокруг вертикальной оси на угол 90° в одну и другую сторону для осуществления сварки вне колеи колес;
в) поворот сварочной головки в плоскости перпендикулярной шву на угол 45° в каждую сторону от вертикали (при сварке «углом вперед» и «углом назад» вне колеи колес);
г) поворот головки вперед вдоль шва на угол до 45° (при сварке угловых соединений).
На пульте управления установлены вольтметр для измерения напряжения дуги амперметр для определения сварочного тока и прибор для определения скорости сварки.
Под приборами соответственно расположены рукоятки потенциометров для регулирования напряжения сварочного тока и скорости сварки. В нижнем ряду на панели пульта расположены сигнальная лампа кнопка и переключатель управления сварочным трактором.
Каретка трактора приводится в движение электродвигателем постоянного тока передающим вращение на ось ходовых колес через двухступенчатый червячный редуктор. Одна пара колес соединена со второй цепью поэтому все колеса являются ведущими что обеспечивает надежное перемещение каретки. Сцепление и расцепление колес с приводом может быть осуществлено зубчатыми полумуфтами при помощи рукоятки на корпусе трактора.
Центральная колонна с пультом управления и сварочной головкой может перемещаться поперек каретки с помощью винтов вращением маховичка установленного на боковой поверхности корпуса трактора.
Технические характеристики:
Номинальный сварочный ток – 500А
Напряжение на дуге – 240В
Напряжение питающей сети – 3380В
Диаметр электродной проволоки – 10-30 мм
Скорость подачи проволоки – 50-400 мч
Скорость перемещения – 12-120 мч
Габаритные размеры – 915x375x855 мм
Рисунок 7 – автомата для сварки в среде защитного газа АДГ-502
Вспомогательное приспособление
В качестве вспомогательных приспособлений выбираем:
плиты ГОСТ 17883-72 обозначение 0850-2003 масса 592.0 кг размеры 120х2000х1200;
Плиты решают проблему сборки и сварки всевозможных деталей какими бы сложными по своей конфигурации они ни были. Сборочные плиты позволяют с высокой точностью позиционировать детали относительно друг друга при сборке. Сборочные плиты создают все условия для необходимой доработки прямо в процессе сварочных работ.
опоры прямоугольные ГОСТ 17867-72 обозначение 0850-2450
1 Возможные дефекты изделия
Основными дефектами сварных соединений являются:
Трещины образуются в результате возникновения напряжений превышающих временное сопротивление (предел прочности) металла. Они повышают концентрацию напряжений. Трещины могут возникать в процессе сварки непосредственно после сварки а также во время эксплуатации сварной конструкции.
Не провары образуются вследствие не заполнения расчётного сечения. Они являются концентраторами напряжений. Возникают при нестабильном режиме сварки если загрязнены свариваемые кромки при плохой обработке кромок деталей перед сваркой на рисунке 10:
Рисунок 10 – Не провар
Подрезы – углубления на поверхности основного металла расположенные вдоль шва. Они уменьшают рабочее сечение швов служат концентраторами напряжений. Причиной их возникновения является сварка на повышенном токе при больших скоростях а также на повышенном напряжении на рисунке 11:
Рисунок 11 – Подрез непрерывный
Прожог – сквозное проплавление основного металла. Образуется при большом местном зазоре замедлении скорости сварки при чрезмерном увеличении
сварочного тока происходящим вследствие неисправности источника тока(рис 12):
Наплывы появляются вследствие стекания расплавленного металла сварочной ванны на нерасплавленный основной металл. Возникает при сварке толстого металла если он не успевает прогреваться. Наплывы могут быть местными или распространяться на всю длину сварного шва рисунок 13:
Поры – полости в шве заполненные газами. Возникают при перенасыщении сварочной ванны оксидом углерода азотом водородом что возможно вследствие высокой скорости сварки удлинения дуги при повышенном напряжении наличия загрязнений на поверхности основного металла наличия примесей (СО N2 Н2) в защитном газе. Поры снижают герметичность и рабочее сечение сварных швов рисунок 14:
Рисунок 14 – Пора газовая
Шлаковые включения возникают при недостаточной жидкотекучести шлака из-за плохой очистки свариваемых кромок от коррозии и загрязнений. Они приводят к концентрации напряжений (рис. 15):
Рисунок 15 – Включения: а – шлаковые; б – твёрдое
Таблица 6. 1. Основные дефекты сварки их причины и способы определения.
Наименование дефектов
Не выдержана форма шва не заварены кратеры
Пережоги (окисление металла)
Поры (свищи газовые пузыри)
Квалификация сварщика (КС)
режимы наплавки (РН)
Длинная дуга сильная окислительная струя
Вода в обмазке или флюсе ржавчина
Тугоплавкие или повышенной вязкости шлаки неравномерное плавление
Повышенное содержание SP и C в металле излишне жесткое закрепление детали
Визуально(В) шаблоны измерительный инструмент
В рентгеновское (РИ)ультразвуковое (УИ) и гаммо-излучение (ГИ) магнитография (МГ)
2 Технология контроля
Несоблюдение технологического процесса сварки и наплавки может вызвать ряд дефектов в сварном шве или наплавленном металле таких как наплывы подрезы прожоги наружные трещины не провары поры и др. Поэтому после сварки детали обязательно подвергают контролю и в первую очередь внешнему осмотру. Размеры швов должны соответствовать размерам указанным на чертеже.
Ультразвуковой метод контроля основан на способности ультразвуковых колебаний распространятся в металле и отражаться от границ раздела сред. Используется два метода: теневой и отражения.
Магнитно-графический метод контроля заключается в фиксации на магнитной ленте полей рассеивания возникающих на дефектных участках шва при его намагничивании с последующим воспроизведением этих полей с помощью магнитно-графической аппаратуры. Можно намагничивать с помощью импульсного магнитного устройства протяженный участок шва (600 700 мм) или весь периметр сварного шва.
При люминесцентной дефектоскопии готовится смесь (керосин бензин смазочное масло и порошок дефектоля) наносится смесь на поверхность детали смесь проникает в трещины и остается там с поверхности детали смесь удаляется деталь облучается ультрафиолетовыми лучами дефект высвечивается зелено-золотистым цветом т. к. в трещинах остается смесь .
При цветной дефектоскопии деталь аналогично обрабатывается специальным составом краски далее наносится на проверяемую поверхность аэрозоль белой нитроэмали при сушке которой адсорбируется краска из трещины над дефектом появляются соответствующие разводы яркой краски.
Степень информативности для определения различных внутренних дефектов различными методами показана в табл. 6.3.
Таблица 6.2. Выявляемость дефектов в % от их общего количества различными методами :
Поверхностные трещины
Цветная дефектоскопия
В соответствии с техническими требованиями выбираем наиболее приемлемый вид диагностики: магнитно-графический.
3. Описание и технические характеристики приборов
Процесс контроля состоит из двух основных операций: намагничивания изделий специальными устройствами при котором поля дефектов записываются на магнитную ленту; воспроизведения или считывания записи с ленты осуществляемого магнитографическим дефектоскопом. Магнитографический метод контроля можно применять для проверки сплошности стыковых швов.
Чувствительность магнитографического контроля зависит от размеров формы глубины и ориентации дефектов геометрии поверхности параметров считывающей головки дефектоскопа и типа магнитной ленты. Магнитографией наиболее уверенно выявляются плоскостные дефекты (трещины непровары несплавления) а также протяженные дефекты в виде цепочек шлака преимущественно ориентированные поперек направления магнитного потока. Практикой установлено что этим методом уверенно обнаруживаются внутренние плоскостные дефекты когда их вертикальный размер составляет 8-10% от толщины сварного шва.
Контролю подвергают швы с равномерным усилением и нормальной чешуйчатостью без видимых наружных дефектов: трещин наплывов подрезов пор недопустимых смещений и т. п. Перед контролем швы и прилегающие зоны очищают от грязи остатков шлака и металлических брызг.
Применяют двухслойные магнитные ленты типа МК-1 и МК-2 состоящие из целлюлозной или другой эластичной основы и магнитного слоя. Ленту магнитным слоем накладывают на контролируемый шов и плотно прижимают к нему резиновым поясом. Затем шов подвергают намагничиванию с одновременной записью полей рассеяния на ленту. Ленту снимают со шва наматывают на кассету и доставляют к месту где находится воспроизводящая аппаратура.
Намагничивающие устройства — это электромагниты. Швы намагничиваются постоянным магнитным полем направленным поперек шва.
Воспроизведение магнитной записи осуществляется магнитографическим дефектоскопом основным элементом которого является воспроизводящая магнитная головка. Последняя преобразует зафиксированные на ленте магнитные сигналы. Индикация сигналов осуществляется при помощи электроннолучевых трубок. Для определения величины дефектов магнитографические дефектоскопы настраивают по эталонным лентам записанным на контрольных образцах сварных соединений.
Рисунок 6.1 – Схема воспроизводящего устройства магнитографического дефектоскопа.
– лентопротяжный механизм; 2 – ферромагнитная лента; 3 – магнитная головка; 4 – электронный усилитель; 5 – электроннолучевая трубка.
Характер дефектов определяют по видеоиндикатору. Форма изображения на экране соответствует форме дефекта а степень почернения характеризует его глубину. Трещины характеризуются наличием извилистых темных линий с большой контрастностью непровары — прямых линий шлаковые включения — темных пятен и т. д.
Рисунок 6.2 - Схема магнитографического контроля стыков
- ферромагнитная пленка; 2 - электромагнит; 3 - источник постоянного тока; 4 - трещина в контролируемом стыке.
Импульсы: 5 - трещины 6 – не провара 7 - сетки из пор.
Применяют магнитографические дефектоскопы типов МД-9 МД-11 МДУ-1 МГК-1 и др
Экономическая эффективность технологии
Для определения экономического эффекта от внедрения новой технологии и средств технологического оснащения необходимо знать себестоимость продукции (работ) производимой с их применением.
Себестоимость продукции – это часть затрат общественного труда выраженная в денежной форме на её производство и реализацию складывающихся из затрат прошлого труда овеществлённого в используемых на предприятии средствах производства в части затрат живого труда.
При изготовлении сварной конструкции или выполнении сварки затрачиваются средства на основные и сварочные материалы энергию оплату труда на возмещение стоимости содержание и эксплуатацию средств технологического оснащения на подготовку и освоение новых конструкций и технологий. Себестоимость отражает такие показатели эффективности производства как производительность труда экономия ресурсов качество продукции использование основных фондов и т. п. На основе анализа себестоимости при различных вариантах технических решений устанавливают оптимальные для внедрения в заданных условиях сварные конструкции а также технологии и средства технологического оснащения.
В экономическом анализе сварочного производства используют три вида себестоимости продукции (сварной конструкции): цеховую производственную и полную. Эти себестоимости слагаются из следующих статей затрат (руб.):
где См – затраты на сварочные материалы руб;
Сз – заработная плата руб;
Сэ – затрата на электроэнергию и другие виды энергии для технологических целей руб;
Са – амортизационные отчисления по оборудованию руб;
Затраты на электродную проволоку при автоматической дуговой сварке рассчитывается по формуле:
гдеmн – масса наплавленного металла кг;
k1 – коэффициент расхода электродной проволоки 125;
Цэл – цена за 1 кг электродной проволоки 40000 руб;
k2 – коэффициент учитывающий транспортно-заготовительные расходы на приобретение материалов 105
Масса наплавленного металла при сварке:
где Sш – площадь поперечного сечения шва. Определяемая как сумма площадей элементарных геометрических фигур составляющих сечение шва см2;
ρш – плотность наплавленного металла гс3.
Суммарная масса наплавленного металла по всем швам:
Затраты на углекислый газ:
время горения дуги. t0 =033 мин;
расход газа лмин. Qv =20 лмин;
ЦСО2 – цена за 1кг двуокиси углерода. СО2=20000руб
Заработная плата (руб.) сварщиков:
часовая тарифная ставка руб. r=275000рубч;
коэффициент учитывающий доплаты к тарифной заработной плате и отчисления на социальное страхование kз =07;
коэффициент основного времени. k0 =05;
Амортизационные отчисления по оборудованию:
стоимость единицы оборудования С0=46531800руб;
норма годовых амортизационных отчислений по оборудованию %. А0 =10%;
действительный годовой фонд работы оборудования ч. ФД =1820 ч;
коэффициент загрузки оборудования kз =08.
Затраты на электроэнергию:
расход технологической электроэнергии кВт.ч
цена 1кВт.ч электроэнергии руб. ЦЭ =2619 руб.
В итоге получим следующую себестоимость:
Охрана труда и экология
1 Техника безопасности
Выполнение сварочных работ связано с использованием электрических устройств горючих и взрывоопасных газов излучающих электрических дуг и плазмы с интенсивным расплавлением испарением и брызгообразованием металла и т. д. Это требует мер безопасности и защиты работающих от производственного травматизма.При электросварочных работах возможны следующие виды производственного травматизма: поражение электрическим током; поражение зрения и открытой поверхности кожи лучами электрической дуги; ожоги от капель металла и шлака; отравление организма вредными газами пылью и испарениями выделяющимися при сварке; ушибы ранения и поражения от взрывов баллонов сжатого газа и при сварке сосудов из-под горючих веществ.
Для обеспечения условий предупреждающих указанные виды травматизма следует выполнять следующие мероприятия:
Во избежание поражения электрическим током необходимо соблюдать следующие условия. Корпуса источников питания дуги сварочного вспомогательного оборудования и свариваемые изделия должны быть надежно заземлены. Заземление осуществляют медным проводом один конец которого закрепляют к корпусу источника питания дуги к специальному болту с надписью «Земля»; второй конец присоединяют к заземляющей шине или к металлическому штырю вбитому в землю.
Заземление передвижных источников питания производится до их включения в силовую сеть а снятие заземления — только после отключения от силовой сети.
При наружных работах сварочное оборудование должно находиться под навесом в палатке или в будке для предохранения от дождя и снега. При невозможности соблюдения таких условий сварочные работы не производят а сварочную аппаратуру укрывают от воздействия влаги.
Присоединять и отсоединять от сети электросварочное оборудование а также наблюдать за их исправным состоянием в процессе эксплуатации обязан электротехнический персонал. Сварщикам запрещается выполнять эти работы.
Все сварочные провода должны иметь исправную изоляцию соответствовать применяемым токам. Применение проводов: ветхой и растрепанной изоляцией во избежание несчастного случая категорически запрещается.
При сварке швов резервуаров котлов труб и других закрытых и сложных конструкций необходимо пользоваться резиновым ковриком шлемом и галошами. Для освещения следует пользоваться переносной лампой напряжением 12 В.
Для защиты зрения и кожи лица от световых и невидимых лучей дуги электросварщики и их подручные должны закрывать лицо щитком маской или шлемом в смотровые отверстия которых вставлено специальное стекло — светофильтр. Светофильтр выбирают в зависимости от сварочного тока и вида сварочных работ.
Для защиты окружающих лиц от воздействия излучений в стационарных цехах устанавливают закрытые сварочные кабины а при строительных и монтажных работах применяются переносные щиты или ширмы.
В процессе сварки и при уборке и обивке шлака капли расплавленного металла и шлака могут попасть в складки одежды карманы ботинки прожечь одежду и причинить ожоги. Во избежание ожогов сварщик должен работать в спецодежде из брезента или плотного сукна в рукавицах и головном уборе. Куртку не следует заправлять в брюки. Карманы должны быть плотно закрыты клапанами. Брюки надо носить поверх обуви. При сварке потолочных горизонтальных и вертикальных швов необходимо надевать брезентовые нарукавники и плотно завязывать их поверх рукавов у кистей рук. Зачищать швы от шлака и флюса следует лишь после их полного остывания и обязательно в очках с простыми стеклами.
2 Производственная санитария
В сварочном производстве примерами вредных факторов являются вредные примеси в воздухе ионизирующие лазерные и другие вредные излучения шум электромагнитные поля и т. д. К производственной санитарии относятся гигиена труда и санитарная техника. Особенное загрязнение воздуха вызывает сварка электродами с качественными покрытиями. Состав пыли и газов определяется содержанием покрытия и составом свариваемого и электродного (или присадочного) металла. При автоматической сварке количество газов и пыли значительно меньше чем при ручной сварке.
Удаление вредных газов и пыли из зоны сварки а также подача чистого воздуха осуществляется местной и общей вентиляцией. При оборудовании сварочных кабин обязательно предусматривается местная вытяжная вентиляция с верхним боковым или нижним отсосом удаляющая газы и пыль непосредственно из зоны сварки. Общая вентиляция должна быть приточно-вытяжной производящей отсос загрязненного воздуха из рабочих помещений и подачу свежего. В зимнее время воздух подогревают до температуры 20 22°С с помощью специального нагревателя-калорифера.
При сварке в закрытых резервуарах и замкнутых конструкциях необходимо обеспечить подачу свежего воздуха под небольшим давлением по шлангу непосредственно в зону дыхания сварщика. Объем подаваемого свежего воздуха должен быть не менее 30 м3м. Без вентиляции сварка в закрытых резервуарах и конструкциях не разрешается.
Вентиляционные устройства должны обеспечить воздухообмен при ручной электродуговой сварке электродами с качественными покрытиями 4000 6000м3 на 1 кг расхода электродов; при автоматической сварке под флюсом — около 200м3 на 1кг расплавляемой проволоки; при сварке в углекислом газе — до 1000м3 на 1кг расплавляемой проволоки.
В процессе выполнения курсового проекта была спроектирована технология изготовления металлоконструкции задней фермы. Для изготовления металлоконструкции был подобран материал Сталь09Г2С. Далее изучив конструкцию изделия был выбран автоматический способ сварки в защитном газе. Были рассчитаны режимы сварки и разработан технологический процесс изготовления детали. По режимам сварки подобрано сварочное оборудование и рассмотрены его основные характеристики.
Были рассмотрены основные дефекты возможные при изготовлении данного изделия. Для оценки качества сварного соединения был рассмотрен способ контроля сварных швов и выбрано оборудование для контроля.
Также была проведена оценка экономической эффективности технологии.
В курсовом проекте рассмотрены вопросы техники безопасности производственной санитарии и экологии свойственных данному способу сварки.
Федин А. П. Сварочное производство: Учебн. пособие для вузов. – 2-е изд.
перераб. и доп. – Мн.: Высш. шк. 1992. – 303 с.: ил.
Думов С. И. Технология электрической сварки плавлением – Учебник для
машиностроительных техникумов. – 3-е изд. перераб. и допол. – Л.:
Машиностроение. Ленингр. отд-ние 1987. – 461 с.: ил.
Потапьевский А. Г. Сварка в защитных газах: М. 1960. – 100с.
Куликов В. П. Технология и оборудование сварки плавлением и
термической резки: Учеб. пособие В. П. Куликов. – Мн.: Экоперспектива
Федин А. П. Сварка наплавка и резка материалов. Минск “Вышейш.
школа” 1972. – 272 с. – ил.
Верховенко Л. В. Тукин А. К. Справочник сварщика. – 2-е изд. перераб. и
доп. – Мн.: Выш. шк. 1990. – 480 с.: ил.
Думов С. И. Оборудование и технология дуговой сварки (руководство для
курсового проектирования). М. – Л. изд. Машиностроение 1965 140 с. с