Технология сварки двутавровой балки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Национальный технический университет Украины

Киевский политехнический институт

Кафедра сварочного производства

Курсовая работа

по дисциплине "Сварка плавлением"

Тема: "Технология сварки двутавровой балки"

Выполнил:

студент 3-го курса

Бондаренко Д. С.

Проверил:

Зворыкин К. О.

Киев-2005

Исходные данные

плавление сварка балка технологический

Сварное изделие:

Материал:

Согласно бланку задания на курсовую работу изделие изготовлено из Стали 09Г2С.

Тип производства:

Согласно бланку задания на курсовую работу изделие изготавливается серийно, т. е. смотря на габариты изделия серийное производство можно считать около 1000 штук.

Содержание

1. Вступление

2. Конструкторско-технологический анализ изделия

3. Оценка свариваемости основного металла

4. Выбор способа сварки

5. Выбор сварочных материалов

6. Выбор стандартной или разработка не стандартной подготовки кромок

7. Расчёт режимов сварки

8. Техника сварки

9. Выбор сварочного оборудования общего или специального назначения

10. Расчёт технологической себестоимости сварки по всем выбранным технологиям

11. Принятие решения

Выводы по работе

Список использованной литературы

Вступление

Целью данной курсовой работы является ознакомление студента с разработкой технологии сварки плавлением, получение студентом навыков выполнения данной работы.

Задачей данной курсовой работы является разработка технологии сварки данного в задании изделия, то есть для разработки правильной и корректной технологии нужно выполнить следующие пункты задания:

Произвести конструкторско-технологический анализ изделия при этом уделяя особое внимание расположению и доступности швов. Грамотно рассчитать свариваемость основного металла, чтобы правильно выбрать способ сварки. Выбрать два способа сварки, учитывая тип производства. Выбрать сварочные материалы, учитывая специфику материала и их дефицитность. Выбрать тип подготовки кромок из ГОСТов, учитывая особенности конструкции. Произвести расчёт режимов сварки. Оговорить технику сварки, для того чтобы сварщики имели представление о том как будет выполняться тех. процесс. Выбрать сварочное оборудование, учитывая его стоимость и дефицитность. Произвести расчет технологической себестоимости сварки по всем выбранным технологиям, чтобы можно было сравнить эконом. эффект. Принять решение о том какая из технологий является более корректной в данном случае.

1. Конструкторско-технологический анализ изделия

Назначение, конструкция и условие эксплуатации:

Корончатая балка может служить опорой для разного рода конструкций, балка это конструкция работающая на изгиб. Масса приблизительно составляет около 2 тонн. Следовательно, балка представляет собой крупно - габаритное изделие, что следует учитывать при организации сварных работ. Условия эксплуатации: работа при температурах от -10 до 20-25єС, в условиях умеренного климата .

Сварные соединения:

Балка имеет три сварных шва. Все соединения являются тавровыми.

Протяженность швов: 1и2 - 2100 мм, 3 - 1360 мм. Доступность всех швов без ограничений, при условии возможности кантовки изделия. Конфигурация соединений является прямолинейной. Толщина материала: 1 - 10/18 мм, 2 - 18/10 мм, 3 - 8/10мм.

Организация сварочных работ:

Общая схема сварки и сборки задана конструкцией вала. Предлагается проводить сварку всех соединений в заводских условиях.

2. Оценка свариваемости основного металла

Из марочника сталей находим механические свойства и химический состав стали 09Г2С.

Общие сведения

Заменитель
стали: 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С.
Вид поставки
сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 8240-72. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 5520-79, ГОСТ 5521-76, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-74. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.
Назначение
различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от -70 до +425 ¦С.

Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.5-0.8
Медь (Cu), не более	0.30
Мышьяк (As), не более	0.08
Марганец (Mn)	1.3-1.7
Никель (Ni), не более	0.30
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr), не более	0.30
Азот (N), не более	0.008
Сера (S), не более	0.040

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	d4, %
Сортовой и фасонный прокат	<10	345	490	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	10-20	325	470	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	20-32	305	460	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	32-60	285	450	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	60-80	275	440	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	80-160	265	430	21
Листы после закалки, отпуска (образцы поперечные)	10-32	365	490	19
Листы после закалки, отпуска (образцы поперечные)	32-60	315	450	21
Листы горячекатаные	2-3,9		490		17

Технологические свойства

Температура ковки
Начала 1250, конца 850.
Свариваемость
сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.
Обрабатываемость резанием
В нормализованном, отпущенном состоянии при sB = 520 МПа Ku тв.спл. = 1,6, Ku б.ст. = 1,0.
Склонность к отпускной способности
не склонна
Флокеночувствительность
не чувствительна

Рассчитаем склонность к образованию горячих трещин:

HCS= C(S+P+0.04Si+0.01Ni)/(3Mn+Cr+Mo+V)=

0.09(0.04+0.035+0.04*0.8+0.01*0.3)/(1.3*3+0.3+0)=0.024

Так как HCS<0.004 металл не склонен к образованию горячих трещин.

Рассчитаем склонность к образованию холодных трещин:

Cэкв=C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni + Cu)/15=

0.09+1.7/6+(0.3+0)/5+(0.3+0.3)/15=0.47

Так как Cэкв<0.4…0.45 металл несколько склонен к образованию холодных трещин.

Можно сделать логический вывод, что металл обладает хорошей свариваемостью.

3. Выбор способа сварки

Выбор способа сварки зависит от многих факторов, заполним таблицу 1 в соответствии с приведенными ниже рисунками.



Рисунок 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.

Таблица 1. Выбор способа сварки.

Факторы

Способы

РДЗ

АП

ИП

АФ

Ш

Г

ИН

П

ЭЛ

Л

Материал

+

++

+

++

++

+

(+)

(+)

(+)

(+)

Толщина -10/18 и 10/8 мм

-

++

+

++

-

-

-

-

+

+

Положение шва

+

++

++

++

-

++

++

+

+

+

« - » - не рекомендуется,

« + » - рекомендуется ограниченно,

« (+) » - рекомендуется,

« ++ » - рекомендуется предпочтительно.

Выходя из таблиц выбираем АП и АФ.

4. Выбор сварочных материалов

Выбор сварочного флюса:

Для сварки Стали 09Г2С рекомендуется использовать активный высокомарганцевый сварочный флюс. Такой сварочный флюс АН - 348А, предназначенный для механизированной и автоматизированной сварки и наплавки широкой номенклатуры углеродистых и низколегированных сталей.

Сварочно-технологические свойства: стойкость дуги - хорошая; разрывная длина дуги до 13мм; формировка шва - удовлетворительная; склонность металла шва к образованию пор и трещин - удовлетворительная; отрыв шлаковой корки - удовлетворительный.

Таблица 3. Химический состав сварочного флюса.

Флюс	SiO2	MnO	TiO2	Al2O3	CaO	MgO	CaF2	FeO
АН-348А	43	36	-	4	6	6	5	-

Данные по применению: род и значение допустимого тока - ~,= 1000 А; допустимая скорость сварки - 120 м/ч; температура сушки - 400єС ( около 2ч).

Выбор газовой защиты:

Для сварки Стали 09Г2С рекомендуется использовать газовую смесь К-2 (Pureshield P3): это наиболее универсальная из всех смесей для углеродисто-конструкционных сталей. Состоит из 82% аргона и 18% двуокиси углерода. Подходит практически для всех типов материалов.

Перечень исходных газов, используемых для получения газовых смесей.
№ п/п	Наименование газа	Сорт (марка)	НТД
1	Кислород газообразный технический	второй	ГОСТ 5583-78
2	Азот газообразный	особой чистоты, второй сорт	ГОСТ 9293-74
3	Двуокись углерода	высший, первый	ГОСТ 8050-85
4	Аргон чистый		ТУ 6-5761810-01-92

Преимущество защитных газовых смесей.

· небольшое разбрызгивание металла;

· превосходная глубина проплавления;

· незначительность деформации (искривления) металла при сварке;

· меньшее потребление сварочной проволоки;

· высокая степень скорости сварки;

· наибольшая эффективность с точки зрения уменьшения общих затрат на сварку.

Не большая разница в цене аргона и углекислоты даёт ощутимые технологические преимущества в качестве сварного шва.

Выбор сварочной проволоки:

Для сварки Стали 09Г2С рекомендуется использовать сварочную проволоку для способов сварки АП и АФ близкую по хим. составу к основному металлу и содержащую меньшее количество углерода. Такой проволокой являются СВ -08Г2С высокое легирование проволоки кремнием и марганцем будет являться залогом раскисления сварочной ванны при АП и дополнительное легирование шва для обеспечения равнопрочности при сварке АФ.

ПРОВОЛОКА СТАЛЬНАЯ СВАРОЧНАЯ (ГОСТ 2246-70).

По виду поверхности проволока производится неомедненой и омедненой. Медное покрытие - 6 мкм. Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, забоин, окалины, ржавчины, масла и др. загрязнений. Допускаются отдельные риски, царапины, местная рябизна, вмятины глубиной не более предельного отклонения по диаметру.

Таблица 2. Химический состав сварочной проволоки.

	C	Mn	Si max	P max	S max	Cr max	Ni max	Cu max
Св-08Г2С	0.03	1.80 - 2.10	0.7 - 0.95	0.03	0.025	0.20	0.25	0.20

Применение.

Механизированная сварка в защитных газах конструкций ответственного и общего назначения

5. Выбор стандартной или разработка не стандартной подготовки кромок

В ГОСТах - 14771-76, 8713 - 79, для таврового соединения находим следующие стандартные подготовки кромок:

Газ.

Из следующего списка для АП выбираем разработку кромок Т1, потому как она удовлетворяет технико - экономическим требованиям, которые поставило перед нами задание. Выберем интересующие нас размеры:

b=0+1,5 mm ,К=11 mm.

Для АФ выбираем разработку кромок Т1, потому как она удовлетворяет технико - экономическим требованиям, которые поставило перед нами задание. Выберем интересующие нас размеры:

Флюс.

Выберем интересующие нас размеры:

b=0+1,5 mm , К=11 mm.

6. Расчёт режимов сварки

Расчет режима дуговой сварки под флюсом по площади наплавленного металла. Расчет ведем по площади наплавленного металла:

Fн=(80…100) мм2=100 мм2- площадь шва при сварке под флюсом,

Уточняем площадь шва:

F =F1+F2=0.7*К*v2*g+0.5*К2 =0.7*11*1.41*2+0.5*121=82.3мм2,

- площадь наплавленного металла.

Найдем диаметр электродной проволоки:

d=Кд * Fз=(0.036…0.16)*82.3=3…13.2 мм,

где Кд - коэф. учитывающий положение шва.

Принимаем d= 5 мм.

Скорость сварки:

Vc= 110*(d/F)=110*5/82.3=6.7 мм/с (24 м/ч),

Скорости попали в диапазон рекомендованных 4…16 мм/с.

Скорость подачи эл. проволоки:

Vп=(4* Vc*F)/(п* d 2)= 4*6.7*82.3/(3.14*52) =28 мм/с (101 м/ч),

Сварочный ток:

Рассчитываем по формуле

Iс(~)= d((v450*d* Vп+5185)-72)=945 А,

Сварочный ток не выходит из рекомендованных значений 1150 А.

Напряжение сварки: Рассчитываем по формуле:

Ucк=22+ 0.02* Iс=41 В.

Вылет электрода:

lв=(8...12)*d=50+-10 мм.

Расчет режима дуговой сварки в активных газах.

Принимаем К=11 мм. Расчет ведем по площади наплавленного металла:

F=(55…65)=60 мм2, - площадь шва при сварке в активных газах,

Уточняем площадь шва:

F =F1+F2=0.7*К*v2*g+0.5*К2 =0.7*11*1.41*2+0.5*121=82.3мм2,

- площадь наплавленного металла.

Сварка осуществляется в три прохода на одинаковых режимах.

Fш=F/3=82.3/3=27.4 мм2

Найдем диаметр электродной проволоки:

d=Кд * Fш 0.625=(0.15…0.26)*27.40.625=1.2…2.2 мм,

где Кд - коэф. учитывающий положение шва.

Принимаем d=2 мм.

Скорость сварки:

Vc= (8.9*d2 +50.6*d1.5 )/Fш= (8.9*22 +50.6*21.5)/27.4=6.5 мм/с (23.5 м/ч).

Скорости попали в диапазон рекомендованных 4…10 мм/с.

Скорость подачи эл. проволоки:

Vп=(4* Vc*Fш)/(п*d2*(1-шр))= 4*6.5*27.4/(3.14*22*(1-0.1))=63 мм/с (227 м/ч),

где шр - коэф. разбрызгивания шр=0.9 .

Сварочный ток: Рассчитываем по формуле

Iс(+)= d ((v1450*d*Vп+145150)-382)=380 А,

Сварочный ток не выходит из рекомендованных значений 60…510 А.

Напряжение сварки:

Рассчитываем по формуле

Uc=14 + 0.05* Iс=33 В,

Расход защитного газа:

gс= 3.3*10-3* Iс0.75=3.3*10-3*3800.75=0.28 л/с(17 л/мин).

Все рассчитанные значения примем во внимание при выборе оборудования.

7. Техника сварки

Балка ставится в кондуктор-кантователь и последовательно выполняются швы 1 и 2 по всей длине балки. Балка вынимается из кондуктор-кантователя и ставится плиту, швом 3 привариваются ребра.

8.Выбор сварочного оборудования общего или специального назначения

Выбираем установку для сварки в среде защитных газов:

Характеристика аппарата А-1197:

Напряжение сети: 220, 380В.

Номинальный сварочный ток: 500А.

Электродная проволока: 0.8-2 сплошная, 1-2,5 порошковая мм.

Скорость подачи: 90-900 м/ч.

Тип ИП: ВДУ -504.

Габариты: 550*360*200 мм.

Масса: 23 кг.

Выбираем установку для сварки под флюсом и источник питания к ней:

Наиболее распространенным и широко используемым аппаратами для сварки под флюсом является А -1416, он удовлетворяют всем энергетическим и технологическим параметрам сварки.

Характеристика аппарата А-1416:

Напряжение сети: 380В.

Номинальный сварочный ток: 2000А.

Электродная проволока: 2-5 мм.

Скорость подачи: 50-509 м/ч.

Скорость сварки: 12-120 м/ч.

Тип ИП: ТДФ -1601.

Габариты: 1660*870*1160 мм.

Масса: 320 кг.

9. Расчёт технологической себестоимости сварки по всем выбранным технологиям

Рассчитаем технологическую себестоимость дуговой сварки в активных газах:

Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п,

Зс.м- затраты на сварочные материалы;

Зт.э- затраты на техническую электроэнергию;

Зс.о- затраты на сварочное оборудование;

Зз.п-затраты на зарплату рабочих.

Рассчитаем основное время сварки:

tc.o= Lшо*(n пк/Vс.к+ n пз/Vс.к)= 1*(3/23.5+0)=0.13 ч,

Затраты на сварочные материалы:

Найдем массу наплавленного метала:

Мэп=Крп(1+шр)*р*n*F*Vп*t=

=3*1.02*(1+0.1)*7.8*10-3*22*3.14/4*227*0.13*100=0.25 кг,

Зс.э=Мэп*Цэп=0.25*6=1.5 гривен,

где - Цэп -цена за 1 кг электродной проволоки.

Затраты на газ:

Qзг=gк* tc =17**0.13=2.21 л,

Зс.г=Qзг *Цэг=2.21*0.2=0.4 гривен,

где - Цэг -цена за 1 литр газа.

Затраты на техническую электроэнергию:

Wт.э =(Uc*Ic*tcо)/?u + Px*( tco /Ку -tco)=(33*380*0.13*3)*10-3/0.8 + 0.3(0.13/0.4-0.13)= 4.17 кВт,

где - Px мощность холостого хода источника питания, ?u- КПД источника питания,

Ку - коэф. использования сварочного оборудования зависящий от способа сварки и типа производства (Ку =0.55…0.75).

Зт.э= Wт.э *Цээ=4.17*0.5=2.1 гривен,

где - Цээ -цена за 1 кВт электроэнергии.

Затраты на сварочное оборудование:

Зс.о= (Кр +На)/Фд * tcо/Ку *Цс.о=(0.175+0.3)/1840 * 0.13/0.6*5000=0.3

где - Цээ -цена за оборудование, Кр - коэф. затрат на ремонт (Кр =0.15…0.2),

На - норма амортизационных отчислений(На =0.24…0.34), Фд - действительный годовой фонд работы оборудования.

Затраты на зарплату рабочих:

Зз.п=Кд* tcо*Чтс/Ку=1.2*5*0.13/0.6=1.3 гр,

где - Чтс - часовая тарификация, Кд - коэф. доплат (Кр =1.1…1.3).

Рассчитаем технологическую себестоимость дуговой сварки в активных газах:

Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п=1.5+0.4+2.1+0.3+1.3=5.6 гр.

Рассчитаем технологическую сварки под флюсом:

Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п,

Зс.м- затраты на сварочные материалы;

Зт.э- затраты на техническую электроэнергию;

Зс.о- затраты на сварочное оборудование;

Зз.п-затраты на зарплату рабочих.

Рассчитаем основное время сварки:

tc.o= Lшо*(n пк/Vс.к+ n пз/Vс.к)= 1*(1/24+0)=0.042 ч,

Затраты на сварочные материалы:

Найдем массу наплавленного метала:

Мэп=Крп(1+шр)*р*n*F*Vп*t=

=1*1.02*(1+0)*7.8*10-3*52*3.14/4*101*0.042*100=0.21 кг,

Зс.э=Мэп*Цэп=0.21*6=1.3 гривен,

где - Цэп -цена за 1 кг электродной проволоки.

Затраты на флюс:

Мф = К*Мэп =1.2*0.21=0.25 кг,

Зс.ф=Мф *Цф=0.25*6=1.5 гривен,

где - Цф -цена за 1 кг флюса.

Зс.м=Зс.э + Зс.ф =1.3+1.5=2.8 гривен

- затраты на сварочные материалы;

Затраты на техническую электроэнергию:

Wт.э =(Uc*Ic*tcо)/?u + Px*( tco /Ку -tco)=

=(41*945*0.042)*10-3/0.8 + 0.3(0.042/0.6-0.042)=2.2 кВт,

где - Px мощность холостого хода источника питания, ?u- КПД источника питания,

Ку - коэф. использования сварочного оборудования зависящий от способа сварки и типа производства (Ку =0.55…0.75).

Зт.э= Wт.э *Цээ=2.2*0.5=1.1 гривен,

где - Цээ -цена за 1 кВт электроэнергии.

Затраты на зарплату рабочих:

Зз.п=Кд* tcо*Чтс/Ку=1.2*0.042*5/0.6=0.4 гр,

где - Чтс - часовая тарификация, Кд - коэф. доплат (Кр =1.1…1.3).

Затраты на сварочное оборудование:

Зс.о= (Кр +На)/Фд * tcо/Ку *Цс.о=

=(0.175+0.3)/1840*0.042/0.4*30000=0.6 гр,

где - Цээ -цена за оборудование, Кр - коэф. затрат на ремонт (Кр =0.15…0.2),

На - норма амортизационных отчислений(На =0.24…0.34), Фд - действительный годовой фонд работы оборудования.

Рассчитаем технологическую себестоимость сварки:

Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п=2.8+1.1+0.4+0.6=4.9 гр.

10. Принятие решения

Сделав расчет технологической себестоимости каждого способа сварки можно однозначно склонить выбор способа сварки в сторону сварки в активных газах. Не большая разница в цене одного метра шва, зато время подготовки под сварку и зачистки после сварки даст больший экономический эффект, чем при сварке под флюсом.

Итак, остановим свой выбор на сварке в активных газах.

Выводы

В данной курсовой работе мы ознакомились с разработкой технологии сварки плавлением. Выполнили поставленные задачи данной курсовой работы:

Произвели конструкторско - технологический анализ изделия и выяснили, что вид шва - тавровый, конфигурация швов - прямолинейные, доступность швов - без ограничений;

Рассчитали свариваемость основного металла и получили, что металл к холодным трещенам - не склонен, к горячим трещенам - несколько склонен;

Выбрали два способа сварки, это АФ и АП;

Выбрали сварочные материалы, это флюс АН - 348А, проволока СВ - 08Г2С, газовую смесь К-2;

Выбрали тип подготовки кромок из ГОСТов, для АФ - Т1, АП - Т1 ;

Произвели расчёт режимов сварки и полученные данные занесли в тех. карту;

Оговорили технику сварки, для того чтобы сварщики имели представление о том как будет выполняться тех. процесс;

Выбрали сварочное оборудование, для АФ - А-1416, АП - А-1197;

Произвели расчет технологической себестоимости сварки по выбранным технологиям, и получили максимальный эконом. эффект при следующем способе: АП;

Приняли решение о том что АП является более корректной в данном случае технологией.

Список использованной литературы

1. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Технология и оборудование сварки плавлением» / Сост. И. Ф. Коринець. - К.: КПИ, 1988 - 76с.

2. Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Сварка плавлением» / Сост. И. Ф. Коринець, В. П. Бойко. - К.: КПИ, 1990 - 76с.

3. Аппаратура для механизированной дуговой и электрошлаковой сварки и наплавки / А. И. Чвертко, В. Е. Патон, М. Г. Бельфор, Г. М. Гологовский. - К.: Наукова думка, 1978. - 200с.

4. Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2-х томах. /

Б. Н. Конищев, С. А. Курланов, Н. Н. Потапов и др.; Под общей ред.

Н. Н. Потапова. - М.; Машиностроение, 1989.

5. Сварка в машиностроении: Справочник: В 4-х томах. /Под ред. Н. А. Ольшанского. - М.; Машиностроение, 1978.

6. Сварка в машиностроении: Справочник: В 4-х томах. /Под ред. А. И. Акулова. - М.; Машиностроение, 1979.

7. Прайс листы отечественных производителей сварочных материалов и оборудования.

8. Корінець І.Ф. Конспект лекцій з дисципліни “Зварювання плавленням”

9. Глобальна інформаційна мережа Інтернет.

10. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением./ Под ред. Б.Е. Патона. -М.: Машиностроение, 1974.-767с.

11. Акулов А.И., Бельчук А.К., Демянцевич В.П., Технология и оборудование плавлением. Учебник.-М.: Машиностроение, 1977.-432с.

12. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением./ Под ред. Б.Е. Патона. -М.: Машиностроение, 1974.-767с.

13. Сварка в машиностроении : Справочник в 4-х т./ Т.2. Под редакцией А.И. Акулова. -М.:Машиностроение, 1978. -567с.

14. 4.Гуревич С.М. Справочник по сварке цветных металлов. -Киев: Наук. Думка,1990. -512с.

15. Клячкин Я.Л. Сварка цветных металлов и их сплавов. -М.: Машиностроение, 1967. -336с.

16. Биковський О.Г., Піньковский І.В. Довідник зварника. -Київ:Техніка, 2002. -336с.

Размещено на Allbest.ru

...