Описание технологического процесса изготовления подкрановой балки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

На сегодняшний день сварочное производство занимает своё значительное место в машиностроении, строительстве и прочих трудовых сферах, которые включают в себя огромный объём работ и производство массивных конструкций. Благодаря сварочному производству, стало возможным существенное облегчение деталей.

Сварка является технологическим процессом, широко применяемая практически во всех отраслях народного хозяйства.

Основным видом сварки является дуговая сварка. Сварка - экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.

Сварные конструкции характеризуются многими показателями и характеристиками, которые дают представление об их технических, технологических, эксплуатационных и экономических достоинствах и недостатков. Развитие машиностроительной отрасли предусматривает постоянное увеличение объема производства сварных конструкций, значительную часть которых составляют сварные балочные конструкции.

В современных условиях к технологическим и эксплуатационным характеристикам балочных конструкций предъявляются высокие требования, поэтому производство этих изделий должно осуществляться с использованием наиболее передовых и эффективных технологий. В том числе, должны применяться современные технологии сварки, позволяющие обеспечить надежное и прочное соединение деталей из стали различных марок. Металлические конструкции кранов -- мосты и рамы тележек, являясь наиболее металлоемкими частями крана, решающим образом влияют на его массу. При необходимых прочностных характеристиках металлоконструкции должны быть технологичными, иметь невысокую стоимость, минимальную наветренную поверхность, удовлетворять эстетическим требованиям, а внешние поверхности конструкций должны быть гладкими для снижения возможности образования коррозии и удешевления окраски.

Принципиально новым в краностроении является изготовление блочных металлоконструкций, что ускоряет сборку и снижает трудоемкость работ при монтаже крана и приближает процесс изготовления металлоконструкций к поточному производству.

Цель работы: описание технологического процесса изготовления подкрановой балки.

Для выполнения заданной цели поставлены следующие задачи:

- изучить литературу, необходимую для выполнения данной работы;

- дать оценку современного состояния решаемой проблемы, основные и исходные данные для разработки письменной экзаменационной работы;

- представить анализ сварной конструкции, подлежащей к изготовлению;

- разработать требования, предъявляемые к сварной конструкции: материал, его обработка, виды сварочных материалов, способы контроля изделия, его сварных швов и испытание конструкции;

- разработать технологический процесс с расчетами режимов ручной дуговой сварки плавящимся электродом;

- представить расчет расхода материалов и расчета норм времени на сварочные работы;

- разработать мероприятия по технике безопасности при выполнении сварочных работ с соблюдением правил электробезопасности, пожарной безопасности и промсанитарии.



1. Основная часть

1.1 Назначение и конструктивные особенности изделия

Наибольшее распространение имеет однобалочная конструкция мостового крана, обладающая высокой усталостной прочностью, наименьшей общей высотой моста и возможностью применения на концевых балках выкатных колес; эта конструкция также легка в изготовлении. Главные балки выполняют из трех пространственных листовых плоскостей. Вне зависимости от конструкции главных балок моста крана концевые балки имеют, как правило, коробчатое поперечное сечение. Соединение главных балок моста с концевыми осуществляют сваркой.

Балки - конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб. Балки двутаврового сечения используют, когда нагрузка приложена в вертикальной плоскости, и применяют при изготовлении кранов. Двутавр - это металлическая балка (изделие), имеющее Н-образное сечение. Такая форма металлического бруса наиболее выгодна: с одной стороны, снижается подверженность изгибу, с другой - уменьшается вес металлоконструкции. Изготовляется стальная балка из низколегированной углеродистой стали). Двутавр подкрановой балки с ребрами жесткости изображен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Сварная подкрановая балка



Основным видом подъемно-транспортного оборудования, обслуживающего технологический процесс, являются мостовые опорные и подвесные краны.

Подкрановые конструкции обеспечивают передвижение кранов, воспринимают и передают на каркас здания крановые нагрузки. Кроме того, являясь элементами каркаса, подкрановые конструкции обеспечивают горизонтальную развязку колонн из плоскости рамы, передачу на вертикальные связи между колоннами продольных усилий от торможения кранов, ветровых нагрузок на торцы здания, сейсмических и других воздействий.

В отдельных случаях подкрановые конструкции воспринимают также нагрузки от опирающихся на них строительных и технологических конструкций (стропильные фермы, стойки фахверка, технологические и ремонтные площадки, промышленные коммуникации).

Подкрановые конструкции под мостовые опорные краны состоят из подкрановых балок или ферм, воспринимающих вертикальные нагрузки от кранов; тормозных балок (ферм), воспринимающих поперечные горизонтальные воздействия; узлов крепления подкрановых конструкций, передающих крановые воздействия на колонны; крановых рельсов с элементами их крепления; связей, обеспечивающих жесткость и неизменяемость подкрановых конструкций и упоров.

Основные несущие элементы подкрановых конструкций - подкрановые балки могут иметь различную конструктивную форму. Наиболее часто применяют сплошные подкрановые балки как разрезные, так и неразрезные.

Стальная подкрановая балка сплошного сечения представляет собой сварной или прокатный двутавр, имеющий пояса одинаковой ширины или более широкий верхний пояс. Двутавры с одинаковыми по ширине поясами в плоскости верхнего пояса, усиленные тормозными балками, применяют в основном в зданиях, имеющих мостовые краны грузоподъемностью 500 кН.



1.2 Выбор материала и сортамента сталей элементов сварной конструкции

Виды нестандартных балок: перфорированная балка (облегченная балка с «окнами» в стенке с сохранением всех механических параметров); балка переменного сечения (балка с изменением высоты стенки вдоль длины); разнополочная балка (балка с различной шириной полок); усиленная балка (балка, усиленная ребрами жесткости); крановая и подкрановая балки.

При изготовлении сварной балки используется лист марки стали Ст3пс Ст3сп Ст3сп5 09Г2С 09Г2С-12 10-15ХСНД.

Характеристика выбранного материала по химическому составу механическим и технологическим свойствам.

Остаточные напряжения в конструкции балки могут быть очень велики в последующем применении крана могут вызвать серьезные проблемы, вплоть до внезапного разрушения крана. Выявить эти напряжения на стадии производства крана и на готовом изделии практически невозможно. Такая ситуация может возникнуть и у известных и опытных производителей кранов по элементарным причинам «кривые руки» либо бракованный металл. Коробчатое сечение позволяет отказаться от применения раскосов дающих горизонтальную жесткость пролетному строению, что немало важно при больших пролетах крана. Немало важен для некоторых производств и внешний вид крана, который лучше при такой конструкции. Номенклатура материала применяемого для изготовления крана унифицирована и применяется в широком спектре грузоподъемности и пролета крана. Лист необходимый для изготовления, это более дешевый прокат на настоящий момент по сравнению с сортовым прокатом. Сортовой прокат, а особенно балки 24М, 30М, 36М, 45М не всегда есть в наличии на металлобазах, в случае если требуется сталь 09Г2С применяемая в изделиях с рабочей температурой окружающей среды от -40 да +40. Сечение типа короб более универсален, чем двутавр и позволяет оптимально расходовать материал, уменьшая или увеличивая толщину в нулевой зоне и на периферийных участках в зоне максимальных напряжений.

Характеристика свариваемости стали.

Для выбора материала сварной конструкции в первую очередь руководствуются такой характеристикой металла, как свариваемость. Под свариваемостью материалов понимается комплексная технологическая характеристика металла или сплава, которая отражает их реакцию на процесс сварки и показывает пригодность данного материала для получения надежного сварного соединения.

Свариваемость определяется в первую очередь механическими испытаниями сварных швов на разрыв, изгиб, ударную вязкость и, кроме того, способностью материалов без образования трещин и значительного изменения свойств выдерживать быстрый нагрев до температуры плавления, значительное тепловое расширение, быстрое охлаждение и усадку при этом. Например, сталь должна обладать запасом вязкости при местных нагревах и высоких напряжениях и не быть склонной к хрупкому разрушению без проведения термической обработки.

В некоторых случаях для определения свариваемости проводят специальные испытания сварных соединений в условиях, соответствующих реальным условиям их эксплуатации.

Помимо сварных образцов испытывают и несварные образцы основного металла, применяя термическую обработку, чтобы воспроизвести изменение свойств материала аналогично происходящему во время нагревания при сварке. Испытание материалов на свариваемость необходимо при разработке.

Свариваемость стали может быть определена также по содержанию химических элементов (С, Mo, V, Ni, Cr, Mn), влияющих на ее механические свойства. В этом случае пользуются эмпирической формулой, определяющей эквивалент углерода Сэкв:



Сэкв = C + Mn/20 + Ni/15 + (Cr + Mo + V)/10,

где Mn, Ni, Cr, Mo, V, С -- содержание элементов в стали в весовых процентах по данным химического анализа.

Для ручной дуговой, автоматической и полуавтоматической сварки эквивалент углерода не должен превышать 0,45%. При этом соотношении не обнаружено склонности стали к образованию горячих трещин.

Если Сэкв более 0,45%, то для предотвращения образования трещин и закалочных структур применяют предварительный и сопутствующий подогрев и последующую термическую обработку. При сварке металлов малых толщин допускается предельное содержание Сэкв 0,55% без применения термической обработки.

Свариваемость стали ухудшают примеси серы и фосфора, содержание которых свыше 0,035 и 0,04% соответственно повышает склонность к образованию трещин.

По свариваемости стали подразделяют на: хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо свариваемые (Приложение А).

Сплав марки стали Ст3сп содержит: углерода - 0,9-1%, кремния - 0,05-0,17%, марганца - 0,4-0,65%, никеля, хрома - до 0,3% , серы и фосфора - до 0,05 и 0,04% соответственно.

Сэкв = 0,9 + 0,5/20 + 0,3/15 + (0,3 + 0,05)/10 =0,23

Из уравнения видно, что сталь хорошо сваривается и не дает трещин, не требует предварительного нагрева.

Для изготовления типовых и стандартных сварных конструкций чаще всего используются стали различных марок. Сталь марки Ст3сп - малоуглеродистая конструкция обыкновенного качества, (поставляется с гарантируемыми химическими и механическими свойствами), хорошо сваривается без ограничений, не дает закалочных структур.

Чаще всего прокат из данной марки стали используется для разнообразных строительных конструкций благодаря высокой механической прочности, что позволяет использовать более тонкие элементы, чем при использовании других сталей. Высокая механическая устойчивость к деформациям позволяет с успехом применять листовой прокат данной марки стали.

В работе для изготовления балки применяется сталь марки Ст3сп низкоуглеродистая, относится к группе хорошо свариваемых. Углерода в ней до 0,25 % , марганца 0,5% , кремния 0,35%.

1.3 Выбор и обоснование подготовительных операций

Технологический процесс заготовок деталей из проката может включать следующие операции: правку, разметку, резку, обработку кромок и очистку под сварку.

Правка осуществляется за счет создания местной пластической деформации и, как правило, производится в холодном состоянии. Для устранения волнистости листов и полос толщиной от 0,5 до 50мм широко используют многовалковые машины с числом валков больше пяти. Листы толщиной более 40 - 50мм обычно правят под прессом. Правка достигается в результате многократного изгиба при пропускании листов между верхним и нижним рядами валков, расположенных в шахматном порядке. Тонкие листы толщиной менее 0,5мм правят растяжением с помощью приспособлений на прессах или на специальных растяжных машинах.

Правку мелко- и среднесортного и профильного проката производят на роликовых машинах работающих по той же схеме, что и листоправильные. Для изготовления решетки правка металла не осуществлялась, так как использовался новый профильный прокат.

Очистка. В месте сварки деталей изделия кромки тщательно зачищают железной щеткой от грязи, масла, ржавчины которые приводят к образованию дефектов.

От состояния поверхности свариваемых кромок значительной мере зависит качество сварных швов.

Перед сваркой проверяют тщательность очистки стыкуемых кромок и прилегающих к ним поверхностей на ширину не менее 20 мм от окалины, ржавчины, краски, масла и зачистки этих участков до блеска.

Для выполнения работы использовался следующий вспомогательный инструмент (рис. 2)

в)

Рисунок 2 - Вспомогательный инструмент: зубило (а), металлическая щётка (б), молоток (в)

Индивидуальная разметка трудоемка. Наметка более производительна, однако изготовление специальных наметочных шаблонов не всегда экономически целесообразна.

Использование приспособлений для мерной разметки проката обеспечивает экономию времени. Слесарная операция заключается в нанесении на поверхность заготовки углублений (кернов) и линий (рисок), определяющих контуры изготовляемой детали или места, подлежащие обработке. По рискам с заготовки при обработке удаляют припуск. Разметку осуществляют главным образом в индивидуальном и мелкосерийном производствах. При разметке арматурного прутка был использован разметочный материал и измерительный инструмент: чертилка, керн, металлическая линейка, рулетка и штангенциркуль.

Резка, разделка кромок. Резкой металлов называют отделение частей (заготовок) от сортового, листового или литого металла.

Для поперечной резки фасонного проката применяют пресс-ножницы с фасонными ножами, гильотины (рис. 3) или дисковые пилы. В некоторых случаях применяют резку гладким диском.

Рисунок 3 - Гидравлическая гильотина по металлу

Сборка под сварку - это технологическая операция, обеспечивающая подлежащие сварке деталям необходимое взаимное расположение с закреплением их специальными приспособлениями. Виды сборки: последовательная, на прихватках и поузловая.

На сборку изделия тратится около 30% рабочего времени от общей трудоемкости изготовления изделия.

Трудоемкость сборки детали под сварку зависит от ряда условий: серийности производства, типа изделий и другое. Для уменьшения времени сборки, а также для повышения ее прочности применяются различные приспособления.

Приспособления могут быть предназначены только для сборки деталей под сварку или для сварки уже собранных деталей. Применяются и комбинированные сборочно-сварочные приспособления.

Сборка. В процессе изготовления сварных конструкций должны быть обеспечены заданные технологическим процессом взаимное положение соединяемых деталей и условия, наиболее благоприятные для образования качественного соединения. Это достигается применением технологических приспособлений и оснастки. Для точной сборки деталей под сварку нужно использовать измерительные инструменты и всевозможные зажимы, угольники, струбцины (рис. 4).

Рисунок 4 - Угловая струбцина

В процессе сборочных работ необходимо выполнять прихватки. Сварочные прихватки представляют собой неполноценные короткие швы с поперечным сечением до 1/3 сечения полного шва.

Процесс последовательного соединения и скрепления сборочных деталей между собой прихватками для образования отправочного элемента называют сборкой.

Сборка сварочной конструкции - это одна из главных операций при изготовлении изделия. Собранные детали конструкции сначала прихватывают, а потом сваривают. В некоторых случаях сборочные операции чередуются со сварочными.

Прихватки придают изделию жесткость и препятствуют перемещению деталей, что может привести к трещинам в прихватках при их охлаждении.

Сборка балки должна быть достаточно точной, особое внимание уделяется симметрии расположения и взаимной перпендикулярности полки и стенки. Сборка на стеллаже с помощью простейших приспособлений является трудоемкой и может применяться только в единичном производстве. Использование станов для сборки двутавровых балок позволяет повысить производительность сборочных операций в несколько раз.

С помощью стана достигается симметрия расположения стенки относительно полок балки, обеспечивается взаимная перпендикулярность полки и стенки балки (рис. 5).

Рисунок 5 - Сборка балок двутаврового сечения: а -- подтяжка выпуклой части стенки балки к кондуктору; 6 фиксация торцов собираемого двутавра; 1 -- швеллер сборочно го кондуктора, 2 -- проектное положение стенки, 3 -- клип. 4 временный уголок, 5 -- стенка с выпуклостью, 6 -- временные планки

Эффект использования сборочного стана обеспечивается быстродействием и надежностью механизма позиционирования элементов. Закрепление и освобождение элементов балки по всей длине с помощью винтов занимает много времени. Значительно производительнее и удобнее в работе приспособления, оснащенные гидравлическими прижимными механизмами.

Сборка двутавровой балки осуществляется в 2 этапа: сборка профиля T-образной формы, затем балка кантуется на 180° и собирается двутавр.



2. Специальная часть

2.1 Выбор и обоснование способа сварки

Проектирование технологии сварки заключается в выборе способа сварки, сварочных материалов, определении параметров режима и условий сварки, а также дополнительных технологических мероприятий, обеспечивающих требуемое качество сварного изделия и необходимые технико-экономические производственные показатели.

При выборе способа сварки учитывались следующие факторы:

свойства свариваемого металла;

толщина свариваемого металла;

экономическую эффективность.

Балку можно изготовить при помощи ручной дуговой сварки или сваркой в среде углекислого газа на полуавтомате и автомате.

Ручная электродуговая сварка в настоящее время остается одним из самых распространенных способов сварки. Это объясняется возможностью сварки в различных пространственных положениях и в местах, недоступной для механизированных способов сварки, также простотой и мобильностью применяемого оборудования. Однако ручная дуговая сварка характеризуется малой производительностью. Качество сварки в большой степени зависит от практических навыков сварщика.

Сварка порошковой проволокой сочетает в себе преимущества ручной дуговой сварки - простоту, мобильность, и механизированной сварки в углекислом газе - большую производительность и высокое качество сварных соединений.

Порошковая проволока - это непрерывный электрод, состоящий из металлической оболочки и порошкового сердечника - шихты. Порошковые проволоки позволяют применять сварочный ток большой плотности, этим достигается высокая производительность расплавления. При сварке порошковой проволокой плотность тока может достигать 170-200 А/мм2. Введение в сердечник порошковой проволоки значительного количества хрома, никеля, молибдена и других элементов обеспечивает такой химический состав наплавленного металла, который чрезвычайно трудно получить обычным металлургическим путем. Одной из основных проблем при сварке порошковой проволокой является обеспечение защиты зоны сварки от взаимодействия с воздухом.

Из-за высокой температуры дуги металл ванны и капель расплавляющейся оболочки нагревается до температур 2000-2500ОС, при которых жидкое железо активно окисляется кислородом воздуха и соединяется с азотом, если зону сварки не защитить от воздействия воздуха. В результате выделения газов при кристаллизации металла сварочной ванны возникает пористость.

Минимальная толщина свариваемого металла при сварке порошковой проволокой 3 мм. В данном случае толщина металла 1 мм, поэтому способ сварки порошковой проволокой не подходит.

в) Аргонодуговая сварка - это аргонная сварка алюминия, магниевых и титановых сплавов, стальных труб, сосудов высокого давления, теплообменников, сварки тонких листов из нержавеющей стали. Так как этот вид сварки применим для мелких деталей, аргонная сварка применяется в электронной промышленности. В качестве защитного сварочного газа наиболее часто используется аргон. Аргонодуговая сварка может быть без подачи присадочной проволоки (для сварки тонкого металла), так и с подачей, вручную или автоматической. Аргон один из дорогих газов, поэтому брать его для сварки бака из нержавеющей стали не выгодно.

Особенностью полуавтоматической сварки в среде углекислого газа является высокая степень концентрации тепловыделения, обеспечивающая минимальную зону структурных превращений и относительно небольшую деформацию изделия. При этом способе сварки обеспечивается высокоэффективная защита расплавленного металла, высокая производительность процесса, возможность наблюдения за формированием шва. Также преимуществом полуавтоматической сварки является отсутствие периодической замены электродов и операций по удалению шлака. Этим способом соединяют различные металлы и сплавы, в различных пространственных положениях.

Для изготовления балки более целесообразным является сварка на полуавтоматической машине в среде углекислого газа, поэтому расчет параметров режима сварки будет рассчитываться для полуавтоматической сварки.

Расчет сварочного тока, А, производится по формуле:

, Iсв=3,14 * 0,82 * 110 / 4 = 55 А

где - диаметр электродной проволоки, мм; а - плотность тока в Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, рассчитывается по формуле

Vпр= 4 * 8,5 * 55 / 3,14 * 0,82 * 7,8 = 119,1

где - коэффициент расплавления проволоки, г/А .?ч; - сварочный ток, А; - диаметр электродной проволоки, мм; j - плотность металла проволоки (для стали j = 7,8 г/см3)

Значение определяется по формуле:

бp = 3,0 + 0,08 * 55 / 0,8 = 8,5



Скорость сварки (наплавки) рассчитывается по формуле:

, VСВ = 7,65 * 55 / 100 * 0,3 * 7,8 = 2

где - коэффициент наплавки, г/А·ч,

, бн = 8,5 * (1 - 0,1) = 7,65 г/А·ч

где - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО2 = 0,1…0,15; - площадь поперечного сечения одного валика, см2. При наплавке в СО2 принимается равной 0,3…0,7 см2; - плотность металла проволоки, г/см3 (для стали = 7,8 г/см3).

2.2 Выбор сварочного оборудования для изготовления конструкции

В соответствии с установленным технологическим процессом производят выбор сварочного оборудования. Основными условиями выбора служат:

-техническая характеристика сварочного оборудования, отвечающая принятой технологии;

-наименьшие габариты и вес;

-наибольший КПД и наименьшее потребление электроэнергии.

Основным условием при выборе сварочного оборудования является тип производства.

Так, при единичном и мелкосерийном производстве из экономических соображений необходимо более дешевое сварочное оборудование - сварочные трансформаторы, выпрямители или сварочные полуавтоматы, отдавая предпочтение оборудованию, работающему в среде защитных газов с источником питания - выпрямителями.

Производство двутавровой балки осуществляется с использованием современного оборудования, которое позволяет обеспечивать надежное и прочное соединение деталей из низкоуглеродистой стали. Изготовление двутавровой балки в промышленных масштабах производят на сварочных автоматах и полуавтоматах. Примером сварочного полуавтомата является аппарат РИКОН ПДГ-402 (Приложение Б), который предназначен для дуговой сварки металлоконструкций, выполненных из легированных и низкоуглеродистых сталей, сварочной проволокой в среде СО2.

Он имеет две ступени индуктивности и три режима работы: сварка точками, короткие швы и длинные швы. Данная модель применяется в производстве металлоконструкций из профиля и листа. Сварочный выпрямитель РИКОН ПДГ-402 оснащен защитой от перегрева, выпрямительным блоком «SCOMES», выдвижной площадкой под баллон и плавной регулировкой напряжения на дуге. При его использовании легко можно подобрать силу сварочного тока.

Подающий механизм имеет следующие особенности: встроенный блок управления трехфазным полуавтоматом; 4-х роликовый привод подачи проволоки с зубчатым зацеплением и двигателем Tbi; тормозное устройство Tbi, которое предотвращает самораскручивания сварочной проволоки.

Блок управления служит для цифровой индикации параметров на дисплее, защиты двигателя от перегрузок, автоматического управление циклом сварки, отключения аппарата при перегреве с подачей звукового сигнала, сварки, установки времени продувки газом зоны сварки и времени растяжки дуги, ручного включения продувки газа и подачи проволоки при наладке, динамического разгона и торможения двигателя при включении и выключении, ручной установки скорости подачи проволоки и ее стабилизации.

Технические характеристики сварочного полуавтомата РИКОН ПДГ-402

Напряжение: 380 В 50 Гц

Сварочный ток min: 50 А

Сварочный ток max: 400 А

Max мощность: 18 кВт

Напряжение холостого хода: информация отсутствует

Номинальный сварочный ток (ПВ, 60 %): 400 А

Род сварочного тока: постоянный

Диапазон регулировки напряжения на дуге: 16-42 В

Питание подогревателя газа: ~ 36 В

Габаритные размеры: 1040х490х730 мм

Вес: 119 кг

Технические характеристики подающего механизма

Напряжение: информация отсутствует

Max. мощность: 65 Вт

Скорость подачи проволоки: 1-15 м/мин

Диаметр проволоки: 0,8-1,6 мм

Регулировка времени «Газ до сварки и после сварки», 0,1-5,0 сек.

Регулировка времени «Растяжка дуги»: 0,1-5,0 с

Регулировка времени сварки точками: 0,2-9,9 с

Масса проволоки на кассете: 18 кг

Принцип полуавтоматической сварки в защитных газах (Приложение Б) определяет основные функции оборудования:

- подвод к дуге электрической энергии и её регулирование;

- перемещение горелки со скоростью сварки и её регулирование;

- подача электродной проволоки в зону сварки и регулирование её скорости;

- подача защитного газа в зону сварки и регулирование его расхода;

- установка вылета электродной проволоки и корректирующие перемещения горелки;

- возбуждение дуги и заварка кратера.

При пуске сварочного аппарата схема управления должна обеспечивать такую последовательность включения частей и механизмов оборудования:

1) подачу защитного газа, предварительную продувку системы подачи газа;

2) включение источника питания дуги ;

3) подачу электродной проволоки;

4) возбуждение дуги;

5) перемещение аппарата со скоростью сварки :

При окончании сварки последовательность выключения механизмов должна обеспечивать заварку кратера и защиту остывающего шва.

Выпрямитель сварочный ВД-313 предназначен для ручной дуговой сварки покрытыми электродами изделий из стали постоянным током от сети трехфазного переменного тока. Он состоит из сварочного трансформатора с подвижной первичной катушкой, выпрямительного кремниевого блока с вентилятором, пусковой и защитной аппаратуры. При параллельном соединении обмоток в электрическую цепь получают диапазон больших токов (Приложение 3). Первичная обмотка подвижна, с помощью ее ведется регулирования силы тока. Сварочный ток плавно регулируется с помощью механического перемещения магнитного шунта горизонтального исполнения. Градуировка тока дуги выпрямителя сварочного ВД-313 выполнена на внешней поверхности шунта. Оригинальный механизм шунтового регулирования резко уменьшает время, необходимое на смену режима сварки.

Производство двутавровой балки осуществляется с использованием современного оборудования, которое позволяет обеспечивать надежное и прочное соединение деталей из низкоуглеродистой стали. Изготовление двутавровой балки производилось на сварочном выпрямителе ВД-313.

Выпрямитель сварочный ВД-313 отличается простотой, надежностью конструкции, низким весом, мобильностью и по сварочным свойствам не уступает известному сварочному выпрямителю ВД-306.

Выпрямитель сварочный ВД-313 имеет следующие основные технические решения:

плавная регулировка сварочного тока;

отказ от подвижных обмоток;

принудительное охлаждение.

Характеристика сварочного выпрямителя ВД-313 (рис. 6) представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики выпрямителя сварочного ВД-313

Напряжение питания, В, 50Гц	3х380
Номинальный сварочный ток, А	300
Диапазон регулирования сварочного тока, А	60-350
Наименование параметра	Значение
Потребляемая мощность, кВА, не более	21
Продолжительность включения (ПВ), % При продолжительности цикла сварки 10 мин.	60
Диаметр электрода	2,0-6,0
Напряжение холостого хода, В	72
Габаритные размеры ДхШхВ, мм	710х440х580
Масса, кг	100

Рисунок 6 - Выпрямитель сварочный ВД-313

Ручная электродуговая сварка в настоящее время остается одним из самых распространенных способов сварки. Это объясняется возможностью сварки в различных пространственных положениях и в местах, недоступной для механизированных способов сварки, также простотой и мобильностью применяемого оборудования.

2.3 Выбор сварочных материалов

Сварочным материалом ручной дуговой сварки является - электрод. Электрод - это стержень, с нанесенной на него специальной обмазкой, включенный последовательно в сварочную цепь для подвода тока к дуге, поддержания горения дуги и расплавления свариваемых кромок. В процессе сварки рутиловое покрытие обеспечивает устойчивое горение дуги, хорошее формирование шва, а также минимальное разбрызгивание металла.

Электродами с рутиловым покрытием можно сваривать изделия во всех пространственных положениях как переменным, так и постоянным током. Металл, наплавленный электродами с рутиловым покрытием, содержит до 0,12% - С (углерода); 0,4 - 0,7% - Мn (марганца); 0,3% - Si (кремния); 0,03% - S (серы) и 0,03% - Р (фосфора) .

Электроды с рутиловым покрытием легко поджигаются, в том числе и повторно. Эти электроды идеальны для прихваток, коротких и корневых швов. Сварка электродами с рутиловым покрытием отличается от сварки электродами с другим покрытием небольшим тепловложением, именно это позволяет считать этот вид электрода выгодным при заварке широких зазоров, особенно на монтаже, а также сваривать листы с коррозией и с довольно большим загрязнением поверхности. Поэтому целесообразно использовать этот электрод для сварки самых различных видов изделий из стали. Электрод отличается весьма высокими производственными свойствами. Достаточно большое по размеру покрытие гарантирует уменьшенное, если сравнивать с другими видами электродов, разбрызгивание. Также он применяется при сварке сталей повышенной прочности.

Для сварки низкоуглеродистых сталей применяются электроды марок: ОЗС - 3; ОЗС - 4; МР - 3, ОК-46 стержень этих электродов изготовлен из проволоки марки СВ - 08А. В состав покрытия входит: 30 - 50% двуокиси титана, полевой шпат, ферромарганец, жидкое стекло.

Эти электроды дают наименьшей процент разбрызгивания металла, пригодны для сварки на постоянном и переменном токе, не вредны для организма человека, поэтому широко используется в промышленности.

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

В качестве материала стержня применяется сварочная стальная проволока Св08 и Св08А.



2.4 Порядок сварки изделия

Двутавровая балка составляется из трех длинных листовых элементов (двух поясов - полок и стенки). Основными швами в балках являются стыковые швы поясов и угловые швы, соединяющие пояса со стенкой.
При изготовлении сварных балок в цехах целесообразно сначала сварить стыки поясов и стенки, так как стыковые швы являются наиболее ответственными, поэтому для уменьшения остаточных напряжений варить их следует при отсутствии закреплений в свариваемых листах.

При сборке пояса или стенки необходимо, чтобы продольные оси стыкуемых листов легли по одной прямой линии, смещение стыкуемых кромок из плоскости листов не выходило за пределы допустимых отклонений и чтобы зазор был выдержан согласно чертежу.

Правильное положение осей стыкуемых листов проверяют обычно длинной линейкой, приложенной к оси или к боковым кромкам листов. Смещение кромок устраняют обычно клином, а требуемый зазор устанавливают при помощи болтовой стяжки или сборочной планки. Собранный стык сваривается полуавтоматом или автоматом под флюсом.

Сваренные пояса и стенка поступают на сборку балки. Способ сборки балки зависит от характера и конструкции применяемых приспособлений и запроектированного метода сварки поясных швов. Балку собирают из трех ее основных элементов (поясов и стенки), сваривают поясные швы полуавтоматом или вручную. Сборку сварных балок выполняют при помощи хомутов и прихваток или в специальном кондукторе.

При сборке балки с помощью хомутов на стеллаже или горизонтальной плите укладывают нижний пояс. На середине пояса параллельно его оси наносят две риски, расстояние между которыми равно толщине вертикальной стенки. По рискам на расстоянии 1--1.5 м друг от друга устанавливают и прикрепляют струбцинами или прихватками сборочные уголки, между которыми устанавливается вертикальная стенка. В местах, где вертикальная стенка значительно искривлена, для совмещения ее с рисками на поясе можно пользоваться скобой и клиньями.

Для уничтожения зазора между вертикальной стенкой и поясом пользуются хомутом. Затем накладывают верхний пояс, проверяют правильность положения стенки и верхнего пояса, зажимают собранную балку хомутами и ставят прихватки. Потом освобождают собранную балку от хомутов и подают на автоматическую сварку.

Наилучший провар поясных швов получается при автоматической сварке «в лодочку».Если поясные швы собираемой балки будут выполняться вручную, то описанный порядок сборки балки следует изменить. В этом случае после установки вертикальной стенки на нижний пояс ставят ребра жесткости, прихватывают их, а потом устанавливают верхний пояс и зажимают собранную балку хомутами. Дальше собранная балка идет на ручную или полуавтоматическую сварку поясных швов и приварку ребер жесткости. При горизонтальном положении стенки сварку ведут от середины балки к ее концам. При серийном и массовом производстве сборку балок производят в кондукторах, конструкции которых позволяют значительно уменьшить трудоемкость рабочих операций по укладке и закреплению поясов и стенки балок в требуемом положении.

Для повышения механизации трудоемких сборочно-сварочных операций и увеличения производительности применяют для изготовления балок специализированные кондукторы - кантователи. Сборка в специализированных кодукторах - кантователях не требует постановки прихваток, так как собранные элементы надежно удерживаются в требуемом положении быстродействующими фиксирующими и закрепляющими устройствами. В настоящее время строят механизированные поточные линии для массового изготовления сварных двутавровых балок с предварительным растяжением вертикальной стенки во избежание ее выпучивания от действия остаточных напряжений сжатия.

Выполнение швов в нижнем положении - это положение наиболее удобно для сварки так как капли электродного металла легко переходят в сварочную ванну под действием собственного веса и расплавленный металл не вытекает из нее. Сварка двутавра осуществляется автоматизированными сварочными установками. Приемы и последовательность наложения швов могут быть различными. Выполнение швов «в лодочку» (на стапелях под углом 45°) обеспечивает лучшие условия формирования шва и глубины проплавления стенки, зато поворачивать изделие приходится после сварки каждого шва. Для этого используют позиционеры - кантователи. Основные швы по своим размерам значительно превосходят сборочные швы, поэтому последние полностью переплавляется.

Конструкция «балка» представляет собой объёмную пространственную конструкцию, предназначенную для объединения отдельных деталей и механизмов в единый агрегат. Одной из главных требований, предъявляемых к балкам,- жесткость конструкции. Сварной шов - это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла. Швы классифицируют по следующим признакам:

1) По типу сварного соединения:

а) Стыковые - обозначаются буквой: С.

б) Угловые - обозначаются буковой: У.

в) Тавровые - обозначаются буквой Т.

г) Нахлесточное - обозначаются буквой: Н.

2) По положению в пространстве: а) в нижнем положении, б) вертикальное положение, в) горизонтальное положение, г) Потолочное положение, д) Кольцевой шов.

3) По протяженности: а) сплошной, б) прерывистый (цепной в шахматном порядке).

4) По заполнению сечения: а) однослойный однопроходный; б) многослойный, в) многослойный многопроходный; г) двухсторонний.

Согласно чертежу «балка» выполняется сварными швами:

Тавровое соединение, односторонний без скоса и со скосом одной кромки, кромок катет шва 4мм.

Во время производства сварной двутавровой балки непременно возникает нарушение "геометрии" ее полок - "грибовидность", которая появляется в результате нагрева металла. Сваренная балка подается на стан для правки полок двутавровой балки и проходит через систему роликов, используя при этом свойства упругости металла.

сталь сварочный оборудование дефект



3. Контроль сварочных соединений

3.1 Виды возможных дефектов и способы их устранения

Дефекты в сварных соединениях могут быть вызваны плохим качеством сварных материалов, неточной сборкой и подготовкой стыков под сварку, нарушением технологии сварки, низкой квалификацией сварщика и другими причинами (приложение Г). Задача контроля качества соединений - выявление возможных причин появления брака и его предупреждения.

Работы по контролю качества сварочных работ проводят в 2 этапа:

- Контроль в процессе сборки и сварки (пооперационный).

- Контроль качества готовых сварных соединений.

В процессе изготовления (пооперационной контроль) проверяют качество подготовки кромок и сборки, Режимы сварки, порядок выполнении швов, внешний вид шва, его геометрические размеры, за исправностью сварочной аппаратуры.

Последнее контрольная операция - проверка качества сварки в готовом изделии: внешний осмотр и измерения сварных соединений, испытания на плотность, контроль ультразвуком, магнитные методы контроля.

Контроль качества основного металла. Качество основного металла должно соответствовать требованиям сертификата, который посылают заводы - поставщики вместе с партией металла необходимо произвести наружный осмотр установить механические свойства и химический состав металла.

При наружном осмотре проверяют отсутствие на металле окалины, ржавчины, трещин и прочих дефектов.

Предварительная проверка металла с целью обнаружения дефектов поверхности - необходимое и обязательная операция, благодаря которой можно предупредить применение некачественного металла при сварке изделия.

Контроль сборки: собранному контролируют: зазор между кромками, притупление и угол раскрытия для стыковых соединений: ширину нахлестки и зазор между местами для нахлесточных соединений.

Контроль технологического процесса сварки: перед тем как преступить к сварке, сварщик знакомится с технологическими картами, в которых указаны последовательность операций, диаметр и марка применяемых электродов, режимы сварки и требуемые размеры сварных швов. Не соблюдения порядка наложение швов может вызвать значительную деформацию.

Контроль отклонения линейных размеров балок и их деталей от номинальных, отклонения формы и расположения поверхностей деталей от проектных, а также шероховатости механически обработанной поверхности следует производить универсальными методами и средствами.

Контроль качества швов сварных соединений и размеров их сечений должен производиться в соответствии со СНиП III-18-75.

3.2 Методика выполнения контроля

Контроль качества сварочных работ и сварных соединений проводят в два этапа: в процессе монтажа и сварки законченных сварных соединений.

В процессе монтажа и сварки проверяют:

-качество сварочных материалов;

-правильность сборки (зазоры и контрольные размеры конструкции);

-чистоту свариваемых кромок;

-соблюдение очередности наложения швов, предусмотренной технологической картой;

-качество шва в процессе его наложения.

Работы по контролю качества сварочных работ проводят в три этапа:

- Предварительный контроль, проводимый до начала работ;

- Контроль в процессе сборки и сварки (пооперационный);

- Контроль качества готовых сварных соединений.

Контроль наружных дефектов в сварных швах и околошовной зоны осуществляют путем внешнего осмотра (визуального или с применением лупы) и измерения их геометрических размеров. Визуальному осмотру с проведением необходимых измерений подлежат 100% сварных швов.

Классификация методов контроля (ГОСТ 3242-79). Методы контроля сварных соединений разделяют на две основные группы: неразрушающий контроль (НК) и разрушающий контроль (РК).

Неразрушающий контроль (НК) (ГОСТ 18353-79):

1. Визуально-оптический метод (ГОСТ 23479-79, ДСТУ ISO 17637-2003).

2. Дефектоскопия течеисканием (ГОСТ 3285-77).

Разрушающий контроль (РК) (ГОСТ 6996-66):

1. Механические испытания.

2. Коррозионные испытания.

Визуально-оптический метод контроля. Визуальный метод контроля является старейшим и продолжает играть важнейшую роль. Контроль сварного соединения начинается с внешнего осмотра шва - суть визуального контроля. Визуальный контроль предельно прост и доступен; позволяет получить до 50% информации о качестве соединения и о ходе технологического процесса, но зависит от квалификации и ответственности проверяющего.

Внешний осмотр производился невооруженным глазом, и при помощи технического приспособления (обзорная лупа). Осмотру подлежит все изделие и его сварные соединения для выявления в них всевозможных дефектов. При формировании швов на поверхности могут выявляться неравномерности высоты и ширины швов, чрезмерная чешуйчатость, наплывы, подрезы, чрезмерное усиление или ослабление швов, незаваренные кратеры, прожоги, шлаковые включения, осевые смещения.

Испытание керосином применяют в тех случаях, когда имеется доступ к конструкции изоляции с обеих сторон. Для испытания швы с одной стороны окрашивают меловым раствором, а с другой опрыскивают керосином из керосинореза под давлением 0,1--0,2 МПа. Испытания проводят дважды с перерывом в 12 часов.

Прочность сварных швов определяют механическими испытаниями на растяжение и изгиб (ГОСТ 6996--66) .

для проведения контроля качества сварной конструкции необходимо:

Проверить качество сварки внешним осмотром;

Проверить размеры измерительной линейкой и угольником;

Замерить катеты швов штангенциркулем или другим измерительным инструментом (приложение В).



4. Экономическая часть

Экономическая целесообразность технологического процесса изготовления подкрановой балки определялась в данной письменной работе с помощью расчета нормы затраченного времени, расходов сварочных материалов.

4.1 Расчет нормы времени на сварку изделия

В условиях единичного производства сварных конструкций норма времени определяется с учетом подготовительно-заключительного времени и называется штучно - калькуляционной - tшт.к.:

t шт.к.= t опер.+ t п.з.,

где t опер. - оперативное время, мин

,

где t в.н. - вспомогательное неперекрываемое время, мин;

t осн.. - основное время образования сварного шва путём наплавления электродного металла, при полуавтоматической сварке определяется по формуле:

,

где l - длина шва, l = 500*2+320·4+250*5= 3530 мм = 353 см;

г - плотность наплавленного металла, для стали г = 7,8 г/см3;

I - сварочный ток, I = 60 А;

бн - коэффициент наплавки, для проволоки 08Г2С

бн = 7,65 г/А·ч;

F - площадь поперечного сечения наплавляемого метала шва, см2.

Площадь поперечного сечения определяется как сумма площадей элементарных геометрических фигур, на которые разбивается сечение сварного шва.

При выполнении угловых швов сечение шва выглядит как прямоугольный равнобедренный треугольник с катетом, длина которого равна толщине металла.

F = b2 / 2 = 12 / 2 = 1/2 = 0,5 мм2 = 0,05 см2

Отсюда = (60 · 0,05 · 353 · 7,8) / (55 · 7,65) = 20 мин

Вспомогательное неперекрываемое время определяется по формуле:

,

где - время на переходы, мин.

Во время сварки двутавровой балки выполнялось шесть переходов. Время, затрачиваемое на один свободный переход, равно 1 мин, значит

= 6 · 1мин = 6 мин

- время на смену электродной проволоки, мин. Время установку на установку катушки с электродной проволокой составляет 1,5 мин, следовательно = 1 мин

- время на установку, повороты и снятие конструкции, мин. Время на установку, повороты и снятие конструкции в нижнем положении составляет 0,5 мин на один поворот. При сварке конструкция поворачивалась 4 раза, значит = 0,5·4 = 2мин - время на зачистку, мин. Время на зачистку одного метра шва составляет 1 мин, отсюда = 1·3,53= 3,53 мин

- время на осмотр и измерение, мин. Время на осмотр и измерение одного метра сварного шва равно 3 мин, то = 3·3,53=10,59 мин

Учитывая выше приведенное, получилось, что

= 6+1+1+3

,53+10,59=22,12 мин

Полученные данные для основного и вспомогательного времени можно подставить в формулу для определения оперативного времени:

=20+22,12 =42,12 мин

t п.з. - подготовительно-заключительное время, мин

В единичном производстве подготовительно-заключительное время довольно велико и колеблется в широком интервале. Фактическое его значение определяется с учетом имеющихся нормативов и равен:

tп.з. = 120 мин

Все выше рассчитанные данные подставляются в формулу для расчета штучно-калькуляционного времени изготовления сборки и сварки двутавровой балки



t шт.к = t опер.+ t п.з..= 42,12 + 120= 52,12 мин = 7,4 ч

4.2 Расчет расхода сварочных материалов

Расчет электродов, кг, для ручной дуговой сварки определяется по формуле:

GM = GH·KЭ,

где KЭ - коэффициент, учитывающий потери электродов на огарки, угар и разбрызгивание металла.

Согласно нормативам, для стыкового шва металла толщиной 2 мм масса металла, наплавленного на 1 м шва при ручной сварке (GH) 0,34 кг, а коэффициент KЭ для электродов марки ОЗС-3 равен- 1,7.

GH - масса наплавленного металла, г

Расчёт количества наплавленного металла, расхода сварочных материалов.

Масса наплавленного металла, г, для ручной дуговой сварки рассчитывается по формуле:

где l - длина шва, мм; с - плотность наплавленного металла (для стали с=7,8 г/см3)

Следовательно, расход электрода:

GM = 0,33* 1,7 = 0,561 кг=560г



5. Охрана труда

5.1 Электробезопасность и пожарная безопасность

Электробезопасность. Поражение электрическим током происходит при соприкосновении человека с токоведущими частями оборудования. Сопротивление человеческого организма в зависимости от его состояния утомляемость, влажность кожи, состояния здоровья ) меняется в широких приделах от 1000 до 20000 Ом. Напряжение холостого хода источников питания дуги достигает 90В, а сжатой дуги - 200В в соответствии с законом Ома при неблагоприятном состоянии сварщика через него может пройти ток, близкий к предельному: I = r

Для предупреждения возможного поражения электрическим током при выполнении электросварочных работ необходимо соблюдать основные правила:

Корпуса оборудования и аппаратуры, к которым подведен электрический ток, должны быть заземлены;

Все электрические провода, идущие от распределительных щитков на рабочие места, должны быть надежно изолированы и защищены от механических повреждений;

Запрещается использовать контур заземления, металлоконструкции зданий, а также трубы водяной и отопительной систем в качестве обратного провода сварочной цепи;

При выполнении сварочных работ внутри замкнутых сосудов (котлов, емкостей, резервуаров, и т.п.) следует применять деревянные щиты, резиновые коврики, перчатки, галоши. Сварку необходимо проводить с подручным, находящимися вне сосуда. Следует помнить, что для осветительных целей внутри сосудов, а также в сырых помещениях применяют электрический ток напряжением не выше 12В, а в сухих помещениях - не выше 36В, в сосудах без вентиляции сварщик должен работать не более 30 минут с перерывами для отдыха на свежем воздухе.

Монтаж, ремонт электрооборудования и наблюдение за ним должны выполнять электромонтеры.

Сварщикам категорически запрещается исправлять силовые электрические цепи. При поражении электрическим током необходимо выключить ток первичной цепи освободить от его воздействия пострадавшего, обеспечить к нему доступ свежего воздуха, вызвать врача, а при необходимости до прихода врача сделать искусственное дыхание.

Пожарная безопасность

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

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 ветошью, бумагой, отходами дерева.

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

- запрещается выполнять сварку аппаратов, находящихся под электрическим напряжением, и сосудов находящихся под давлением.

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

Нужно постоянно иметь и следить за исправным состоянием противопожарных средств --- огнетушителей, ящиков с песком, лопат, ведер, пожарных рукавов и тому подобное, а также содержать в исправности пожарную сигнализацию.

После окончания сварочных работ необходимо выключить сварочный аппарат, а также убедиться в отсутствии горящих предметов. Средствами пожаротушениями являются вода, пена, газы, пар, порошковые составы и другие

...