Проект технологии изготовления ригели металлоконструкции

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Определение типа производства

1.1 Определение режима работы сборочно-сварочного цеха

1.2 Расчет фонда времени работы оборудования и рабочих

1.3 Характеристика заданной сварной конструкции

1.4 Обоснование выбора марки стали

1.5 Анализ технологичности конструкции

1.6 Технические условия на исходный материал, сварочный материал, сборку и сварку

2. Технологический раздел

2.1 Выбор метода получения заготовок

2.2 Выбор способа сборки

2.3 Выбор способа сварки

2.4 Последовательность сборочно-сварочных операций

2.5 Выбор сварочных материалов

2.6 Выбор рода тока и полярности

2.7 Выбор режимов сварки

2.8 Выбор сборочно-сварочного приспособления

2.9 Выбор сварочного оборудования

2.10 Выбор метода контроля

2.11 Мероприятия по устранению деформаций и напряжений при сварке

3. Организационный раздел

3.1 Определение норм времени на сборочно-сварочные работы

3.2 Организация рабочего места

4. Расчетный раздел

4.1 Определение расхода проката на изделие и годовую программу

4.2 Определение расходов сварочных материалов на изделие и годовую программу

4.3.1 Определение погонной энергии

4.3.2 Определение длины сварочной ванны и времени её существования

4.3.3. Определение температуры в зоне температурного влияния электрической дуги

4.3.4 Определение глубины проплавления и величины зоны термического влияния электрической дуги

4.3.5 Определение расхода электрической энергии на изделие и на годовую программу

5. Техника безопасности при выполнении сварочных работ

5.1 Электробезопасность

5.2 Пожаробезопасность

Список литературы



Введение

В дипломном проекте представлен проект технологии изготовления ригели металлоконструкции. В проекте произведен расчет фонда времени работы оборудования и рабочих, выбор метода получения заготовок, выбор способа сборки и сварки, выбор сварочных материалов. Определены нормы времени на сборочно-сварочные работы.

сварочный ригель материал ток



1. Определение типа производства

Мелкосерийное производство. Годовая программа выпуска N = 150 шт.

1.1 Определение режима работы сборочно-сварочного цеха

Режим работы сборочно-сварочного цеха прерывный

1.2 Расчет фонда времени работы оборудования и рабочих

Для оборудования плановыми потерями рабочего времени являются нахождение оборудования в ремонте, профилактическом осмотре, наладке предусмотренных правилами технической эксплуатации. Обычно эти работы планируются в размере 2 - 5 % от фонда времени работы оборудования.

Фонд времени работы оборудования Фоб рассчитывается по формуле

где Фоб - фонд времени работы оборудования, ч/год;

Фраб - фонд времени работы рабочих, ч/год;

n - количество смен, n = 1

Фонд времени работы рабочих Фраб рассчитывается по формуле

где Фраб - фонд времени работы рабочих, ч/год;

N - количество дней в году, N = 365;

n - количество нерабочих дней в году, n = 115



1.3 Характеристика заданной сварной конструкции

Конструкция ригели состоит из стального швеллера и стального уголка (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Ригель



Ригель используется в строительстве металлических сооружений, выполняя функцию опорной балки перекрытия. Конструкция сваривается электродами для ручной дуговой сварки, проволоку-электрод покрывают специальными обмазками с целью защиты ванны расплавленного металла от поглощения кислорода и азота из воздуха. Содержание кислорода в металле шва свыше 0,2 % и азота свыше 0,15 % резко снижает пластические свойства металла шва: относительное удлинение, угол загиба, ударную вязкость. Поглощение азота и кислорода расплавленным металлом в процессе сварки происходит как при переходе капель металла с электрода в ванну, так и в самой ванне и продолжается до затвердевания металла. Кислород, обладающий большой химической активностью, вступает с железом в соединения: FeO, Fe3О4 и Fe2O3. На рисунке 2 представлены типы сварных соединений.

а - сварное соединение У2;

б - сварное соединение Н3

Рисунок - Сварные соединения.



1.4 Обоснование выбора марки стали

Для опорных балок перекрытия используют конструкционную сталь обыкновенного качества марки Ст3. Конструкционная углеродистая сталь марки Ст3 имеет хорошую свариваемость. Ст3 не флокеночувствительна и не склонна к отпускной хрупкости. Химический состав стали приведен в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Химический состав Ст3.

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0,14 - 0,22	0,05 - 0,17	0,4 - 0,65	до 0,3	до 0,05	до 0,04	до 0,3	до 0,3	до 0,08

1.5 Анализ технологичности конструкции

Технологичность конструкции определяется требованиями к сварным соединениям, способам сварки и расположением соединений. При конструировании свариваемых деталей необходимо предусмотреть и обеспечить надежность сварки и доступ к свариваемому месту (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Способы сварки.

Перечень показателей технологичности конструкции:

- трудоемкость изготовления изделия t, tизг = 2 ч;

- технологическая себестоимость изделия r, r = 115 руб;

- трудоемкость монтажа tм = 0,5 ч;

- коэффициент применяемости материала kпр, kпр = 100 %;

- коэффициент сборности kсб, kсб = 100 %.

1.6 Технические условия на исходный материал, сварочный материал, сборку и сварку

Ст3 сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС и КТС. Для толщины свыше 36 мм рекомендуется подогрев и обязательная последующая термообработка. К отпускной хрупкости не склонна.

Для сварки стали марки Ст3 применяют электроды с кислым покрытием из оксидов железа, марганца и кремния. Тип электрода Э38. Марка электрода ОЗС-41. Диаметр электрода 3 мм.

Применяемые сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать доступность к местам установки деталей, к рукояткам фиксирующих и зажимных устройств, а также к местам прихваток и сварки. Эти приспособления должны быть также достаточно прочными и жесткими, обеспечивать точное закрепление деталей в нужном положении и препятствовать их деформированию в процессе сварки.

Кроме этого, сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать порядок сборки и сварки:

- наименьшее число поворотов при наложении прихваток и сварных швов; - свободный доступ для проверки размеров изделий и их легкий съем после изготовления;

- безопасность сборочно-сварочных работ.

Любая сборочная операция не должна затруднять выполнение следующей операции. Поступающие на сборку детали должны быть тщательно проверены. Проверке подлежат все геометрические размеры детали и подготовленная форма кромок под сварку.

Сборка сварных конструкций, как правило, осуществляется либо по разметке, либо при помощи шаблонов, упоров, фиксаторов или специальных приспособлений -- кондукторов, облегчающих сборочные операции. Подготовку и сборку изделий под сварку выполняют с соблюдением следующих основных обязательных правил:

- притупление кромок и зазоры между ними должны быть равномерными по всей длине;

- кромки элементов, подлежащих сварке, и прилегающие к ним места шириной 25--30 мм от торца кромки;

- прихватку следует выполнять качественными электродами через интервал не более 500 мм при длине одной прихватки 50--80 мм;

- для обеспечения нормального и качественного формирования шва нужно в начале и в конце изделия прихватывать планки.

При подготовке деталей под сварку поступающий металл подвергается: правке, разметке, наметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.

Правка металла выполняется либо на станках, либо вручную. Листовой и полосовый металл правят на различных листоправильных вальцах.

Ручная правка металла, как правило, производится на чугунных или стальных правильных плитах ударами кувалды или при помощи ручного винтового пресса. Угловая сталь правится на правильных вальцах (прессах). Двутавры и швеллеры правятся на приводных или ручных правильных прессах.

Разметка и наметка--это такие операции, которые определяют конфигурацию будущей детали. Механическая резка применяется для прямолинейного реза листов. Иногда механическая резка применяется для криволинейного реза листов посредством использования для этой цели роликовых ножниц с дисковыми ножами. Углеродистые стали разрезаются газокислородной и плазменно-дуговой резкой. По механизации эти способы могут быть ручными и механизированными. Для легированных сталей, цветных металлов может применяться газофлюсовая или плазменно-дуговая резка.

Форма подготовки кромок металла под сварку зависит от его толщины. Основной металл и присадочный материал перед сваркой должны быть тщательно очищены от ржавчины, масла, влаги, окалины и различного рода загрязнений приводит к образованию в сварных швах пор, трещин, шлаковых включений, что приводит к снижению прочности и плотности сварного соединения.



2. Технологический раздел

2.1 Выбор метода получения заготовок

Ригель изготавливается из швеллера и уголка (рисунок 3).

а - швеллер;

б - уголок;

Рисунок 3 - Детали ригели

Швеллер и уголок режется газокислородной резкой определенной длины. Затем детали монтируются и свариваются. Деталь поз. 3 изготавливается механической резкой (рисунок 4).

Рисунок 4 - Ригель в сборе

2.2 Выбор способа сборки

Сборка ригели осуществляется на посту ручной дуговой сварки (рисунок 4)

а - электрическая схема

б - монтажная схема

Рисунок 5 - Принципиальные электрические и монтажные схемы поста для ручной дуговой сварки.

Для сборки швеллер ставится на боковую сторону и крепится фиксаторами к посту. На швеллере наносится разметка для установки уголка. К краям швеллера на прихватки крепится деталь поз. 3 (рисунок 4). На разметку ставится уголок и крепится на прихватки размером 50 мм.

2.3 Выбор способа сварки

Швы сваривают от начала к концу шва в одном направлении (рисунок 6). Во время сварки электросварщик сообщает концу электрода движение в трех направлениях.

Первое движение - поступательное, по направлению оси электрода для поддержания необходимой длины дуги lд, которая должна быть lд = (0,5 ч 1,1)dэ, где dэ - диаметр электрода, мм.

Длина дуги оказывает большое влияние на качество сварного шва и его форму. Длинной дуге соответствует интенсивное окисление и азотирование расплавленного металла и повышенное его разбрызгивание. При сварке электродами фтористо-кальциевого типа увеличение длины дуги приводит к пористости металла шва.

Второе движение -- вдоль оси валика, для образования сварного шва. Скорость движения электрода зависит от величины тока, диаметра электрода, типа и пространственного положения шва. Правильно выбранная скорость перемещения электрода вдоль оси шва обеспечивает требуемую форму и качество сварного шва. При большой скорости перемещения электрода основной металл не успевает проплавиться, вследствие чего образуется недостаточная глубина проплавлення -- непровар. Недостаточная скорость перемещения электрода приводит к перегреву и прожогу (сквозное проплавление) металла, а также снижает качество и производительность сварки. Правильно выбранная скорость продольного движения электрода вдоль оси шва позволяет получить его ширину на 2--3 мм больше, чем диаметр электрода.

Сварной шов, образованный в результате первого и второго движений электрода, называют ниточным. Его применяют при сварке металла небольшой толщины, при наплавочных работах и при подварке подрезов.

Третье движение -- колебание концом электрода поперек шва, для образования уширенного валика, который применяется чаще, чем ниточный. Для образования уширенного валика электроду сообщают поперечные колебательные движения, чаще всего с постоянной частотой и амплитудой, совмещенные с поступательным движением электрода вдоль оси шва и оси электрода. Поперечные колебательные движения электрода разнообразны и определяются формой, размерами, положениями шва в пространстве и навыком сварщика.

В процессе колебания электрода середину пути проходят быстро, задерживая электрод по краям. Такое изменение скорости колебания электрода обеспечивает лучший провар по краям. Одинаковая ширина валика достигается одинаковыми поперечными колебаниями. Ширина валика при сварке не должна быть более 2--3 диаметров электрода.

Обычно сварку выполняют вертикально расположенным электродом или при его наклоне относительно шва, углом вперед или назад. При сварке углом вперед или назад обеспечивается более полный провар и меньшая ширина шва. Углом назад сваривают нахлесточные, угловые и тавровые соединения, а высококвалифицированные сварщики сваривают и стыковые соединения.

Рисунок 6 - Способ сварки

2.4 Последовательность сборочно-сварочных операций

Сборка ригели осуществляется на посту ручной дуговой сварки. Для сборки швеллер ставится на боковую сторону и крепится фиксаторами к посту. На швеллере наносится разметка для установки уголка. К краям швеллера на прихватки крепится деталь поз. 3 (рисунок 4). На разметку ставится уголок и крепится на прихватки размером 50 мм. Сварку деталей выполняют вертикально расположенным электродом.

2.5 Выбор сварочных материалов

Для сварки стали марки Ст3 применяют электроды с кислым покрытием из оксидов железа, марганца и кремния. Тип электрода Э38. Марка электрода ОЗС-41. Химический состав наплавленного металла (таблица 1).

Таблица 1 - Химический состав наплавленного металла.

C	Mn	Si	S	P
0,1	0,30	0,08	0,025	0,035

Длина электрода 350 мм. Диаметр электрода 3 мм.

2.6 Выбор рода тока и полярности

Ориентировочную величину сварочного тока подбирают из расчета 40 - 60 А на 1 мм диаметра стержня электрода, который подбирают по толщине свариваемого металла и пространственному положению шва. Увеличение сварочного тока вызывает при неизменной скорости рост глубины проплавления (провара). Род и полярность тока также влияют на форму и размеры шва. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара на 40 - 50 % больше, чем при сварке постоянным током прямой полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на аноде и катоде. При сварке переменным током глубина провара на 15 - 20 % меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности. При сварке постоянным током шов получается с меньшим количеством брызг металла, поскольку нет перехода через нуль и смены полярности тока. В аппаратах для электросварки постоянным током применяются выпрямители.

Сварка производится постоянным током прямой полярности

Рисунок 7 - Полярность сварки

2.7 Выбор режимов сварки

Параметры режима сварки: скорость сварки, сила тока, диаметр электрода. Параметры процесса сварки в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры процесса сварки

Тип соединения	Толщина свариваемого металла, мм	Диаметр электрода, мм	Угол наклона электрода	Сила сварочного тока, А	Скорость сварки, м/ч
У2	4	3	45°	120	1,5
Н3	6	3	45°	120	1,5

2.8 Выбор сборочно-сварочного приспособления.

Для крепления швеллера к рабочему столу используется фиксатор (рисунок 7).

Рисунок 7 - Фиксатор швеллера к рабочему столу.

2.9 Выбор сварочного оборудования

Постоянный ток перед переменным имеет то преимущество, что дуга горит стабильнее, а следовательно, процесс сварки вести легче, особенно на малых токах.

Питание сварочных постов постоянным током осуществляют от преобразователей и выпрямителей.

На рисунке 8 показана принципиальная электрическая схема и общий вид поста для ручной дуговой сварки постоянным током. От сети 1 переменный ток напряжением 220 или 380 В через рубильник 2 и предохранители 3 подается к источнику питания состоящему из асинхронного электродвигателя и сварочного генератора, соединенных между собой общим валом 4, где ток трансформируется до напряжения 25 - 75 В, необходимого для возбуждения дуги, и по сварочным проводам 5 через зажим 6 и электрододержатель 7 подводится к изделию 8.

а - электрическая схема;

б - монтажная схема;

Рисунок 8 - Пост для ручной дуговой сварки

2.10 Выбор метода контроля

Дефектами сварных соединений принято называть отклонения от норм, предусмотренных ГОСТами, техническими условиями и чертежами проектов. В них предусматриваются: геометрические размеры сварных швов (высота и ширина), сплошность, герметичность, механическая прочность, пластичность, химический состав и структурные составляющие металла шва.

Дефекты сварных швов и соединений по природе их образования и по расположению весьма разнообразны. По природе образования можно выделить следующие основные группы дефектов:

а) образующиеся в результате нарушения технологии сборки (смещение свариваемых кромок, осей труб, несоответствие зазора между свариваемыми деталями);

б) имевшиеся в металле свариваемых деталей (трещины, расслоения, закаты и плены), на свариваемых кромках или вблизи шва;

в) вызываемые плохой свариваемостью основного металла (склонность к образованию холодных и горячих трещин в основном соединении);

г) образующиеся в результате несоответствия химического состава и технологических свойств присадочных материалов;

д) образующиеся из-за нарушения технологического процесса сварки или термической обработки (несоответствие структурных составляющих, подрезы, поры, непровары, прожоги, шлаковые включения, ослабленные швы);

е) возникающие во время сварки или при охлаждении конструкции из-за несоответствия зажимных приспособлений, кондукторов и прочей оснастки;

По характеру залегания дефекты в сварных соединениях можно разделить на внешние и внутренние.

Внешние дефекты - это несоответствие геометрических размеров шва (излишнее или недостаточное усилие, неравномерность ширины шва), чрезмерная чешуйчатость, незаплавленные кратеры, подрезы, поры, шлаковые включения и трещины, выходящие на поверхность

Внутренние дефекты - это непровары между свариваемыми кромками деталей, непровары в корне шва, флокены, пережог металла, внутренние трещины, газовые поры и шлаковые включения, не выходящие на поверхность, структурные составляющие, несоответствующие материалам свариваемых изделий.

По величине дефекты подразделяют на макроскопические, которые хорошо видны невооруженным глазом или рассматриваются под лупой с увеличением до 10 - 20 раз, и микроскопические, рассматриваемые под микроскопом с увеличением от 50 до 1500 раз.

Неудовлетворительное формирование шва характеризуется крупной чешуйчатостью, неравномерной шириной и высотой шва, наличием наплывов и прожогов, а также не заваренных кратеров.

Подрезы - это углубления (канавки) в месте перехода основного металла к металлу сварного шва (рисунок 10, а). Подрезы устраняются наплавкой тонких (ниточных) швов электродами малых диаметров.

Прожоги (рисунок 10, б) образуются в результате большой величины сварочного тока, из-за малого притупления кромок свариваемого изделия, большого зазора между свариваемыми кромками, а также при неравномерной скорости сварки. Прожоги являются недопустимыми дефектами и подлежат исправлению

Непровары - это несплавление между отдельными валиками, основным и наплавленным металлом и не заполнение металлом расчетного сечения шва (рисунок 10, в). При V-образной разделке кромок могут быть не проварены в корне стыковых швов, а при Х-образной разделке -- в центре шва. Непровары могут быть также в стыковых и тавровых швах и могут стать причиной разрушения конструкции в результате повышенных концентраций напряжений и уменьшения площади поперечного сечения металла шва.

Трещины (рисунок 10, г) являются наиболее опасными дефектами. Возникновение трещин связано с химическим составом основного и наплавленного металла, а также со скоростью охлаждения сварного соединения и с жесткостью свариваемого контура.

Трещины, образовавшиеся в процессе сварки, называются горячими, а после охлаждения металла - холодными. Трещины снижают статическую, динамическую и вибрационную прочность конструкции. В результате динамических нагрузок трещины быстро развиваются (увеличиваются в размере) и приводят к разрушению конструкции. На образование трещин влияет температура окружающей среды (чем ниже температура окружающей среды, тем больше вероятность образования трещин).

Рисунок 10 - Дефекты сварных соединений.

Газовые поры (рисунок 10, д) образуются в шве вследствие перенасыщения расплавленного металла сварочной ванны газами. Поры могут быть внутренними, не выходящими на поверхность сварного шва, и наружными, выходящими на поверхность шва. Они могут быть одиночными, групповыми либо располагаться цепочкой. Появление пор в сварном изделии снижает механические свойства наплавленного металла (ударную вязкость, угол загиба, предел прочности) и нарушает герметичность изделия.

Неметаллические включения представляют собой загрязнение металла. Это чаще всего шлаки, не успевшие всплыть на поверхность металла в процессе кристаллизации. Неметаллические включения приводят к понижению прочности.

Чтобы обеспечить высокое качество и надежность сварных соединений, необходимо выполнить предварительный контроль, пооперационный контроль, контроль готовых сварных соединений.

Внешний осмотр и замер размеров швов. Внешний осмотр может быть выполнен невооруженным глазом и с помощью увеличительного стекла. Перед внешним осмотром сварные швы должны быть тщательно очищены от шлака, а если необходимо, то и протравлены. Осматривать детали следует

как после прихваток, так и после наложения каждого валика. Размеры швов замеряют специальными шаблонами и измерительными приборами непосредственно после сварки. Осматривать необходимо все без исключения сварные соединения. Внешний осмотр и измерение сварных соединений осуществляют в условиях достаточной освещенности объекта контроля.

2.11 Мероприятия по устранению деформаций и напряжений при сварке

Для устранения деформаций и напряжений при сварке выполняются следующие мероприятия:

- Применять для сварных конструкций такие марки основного металла и электродов, которые не склонны к закалке при остывании на воздухе и дают достаточно пластичный (нехрупкий) металл шва.

- Подвергать механической или термической правке изделия.

- Подвергать термической обработке изделия после сварки.

- Чтобы уменьшить скорость охлаждения после сварки и разность температур между нагретыми и холодными частями изделий, при сварке закаливающихся сталей или металла больших толщин, а также сварке при низких окружающих температурах следует применять предварительный или сопутствующий подогрев изделия в целом или околошовной зоны. Температура подогрева определяется свойствами металла и составляет: для стали 500--600°. Низкотемпературный подогрев до 100 - 200° применяется в случае сварки стали при низких окружающих температурах.



3. Организационный раздел

3.1 Определение норм времени на сборочно-сварочные работы

Норма времени на сборочно-сварочные работы - это время, установленное на изготовление единицы продукции или выполнение определённого объёма работы одним или группой рабочих соответствующей квалификации в определённых организационно-технических условиях. Норма времени исчисляется в человеко-часах или человеко-минутах. Норма времени определяет время, необходимое для выполнения работы в данных организационно-технических условиях при наиболее полном использовании рабочего времени и оборудования.

Норма времени состоит из суммы нормы времени одного изделия и нормы времени подготовительных работ (затрат времени на подготовку и работы, связанные с её завершением). Норма времени рассчитывается по формуле

где Тн -- норма времени, час;

Тш -- норма штучного времени, час;

Тпз -- норма подготовительно-заключительного времени на партию изделий, час;

n -- количество изделий в партии, шт.



3.2 Организация рабочего места

Рабочее место - это звено производственного процесса, обслуживаемое одним или несколькими рабочими, предназначенное для выполнения одной или нескольких производственных операций, оснащённое соответствующим оборудованием и технологической оснасткой.

Размещение источников питания сварочных постов в зависимости от характера выполняемых работ может быть централизованным (групповым) и индивидуальным. Групповое размещение сварочного оборудования в отдельных помещениях делают на расстоянии 30 - 40 м от сварочного поста. Источники питания устанавливают на минимальном расстоянии от рабочего места электросварщика.

На рисунке 10 показан сварочный пост оборудованный местным отсосом.

1 - воздуховод вытяжной вентиляции,

- шибер;

- стул;

- стол;

- брезентовый занавес;

Рисунок 10 - Сварочный пост



4. Расчетный раздел

4.1 Определение расхода проката на изделие и годовую программу

Количество материала необходимого для изготовления конструкций рассчитывается по формулам

гдеLш123 - длина швеллера для конструкций РЦ - 1, РЦ - 2, РЦ - 3, м;

n - количество конструкций, шт;

lш123 - длина швеллера конструкций РЦ - 1, РЦ - 2, РЦ - 3, м;

lпш - длина припуска на швеллере для реза, м;

Lу123 - длина уголка для конструкций РЦ - 1, РЦ - 2, РЦ - 3, м;

lу123 - длинна уголка конструкций РЦ - 1, РЦ - 2, РЦ - 3, м;

lпу - длинна припуска на уголке для реза, м;

Sс - площадь материала стояк, м2;

sc - площадь материала стойки, м2;

4.2 Определение расходов сварочных материалов на изделие и годовую программу

Для сварки стали марки Ст3 применяют электроды с кислым покрытием из оксидов железа, марганца и кремния. Тип электрода Э38. Марка электрода ОЗС-41. Химический состав наплавленного металла (таблица 1).

Таблица 1 - Химический состав наплавленного металла.

C	Mn	Si	S	P
0,1	0,30	0,08	0,025	0,035

Длина электрода 350 мм. Диаметр электрода 3 мм.

Количество сварочного материала на изделие m, рассчитывается по формуле

где m - количество сварочного материала на изделие, г;

I - сила сварочного тока, I = 120 А;

T - время сварки, T = 1,5 ч;

k - коэффициент наплавки, k = 9 г/А·ч.

Количество сварочного материала на годовую программу M, рассчитывается по формуле



где М - количество сварочного материала на годовую программу, г;

n - количество изделий, n = 150;

m - количество сварочного материала на изделие, m = 1620 г.

4.3.1 Определение погонной энергии

Погонная энергия - это энергия, затраченная на единицу длины сварного шва.

Погонная энергия Q рассчитывается по формуле

где Q - погонная энергия, Дж/м;

q - мощность, Дж/с;

?св - скорость сварки, м/с

Эффективная тепловая мощность q рассчитывается по формуле

где q - мощность, Дж/с;

K - коэффициент мощности, K = 1;

I - сила тока сварки, I = 120 А;

U - напряжение дуги, В;

T - эффективный КПД процесса нагрева металла дугой, Т = 0,5

4.3.2 Определение длины сварочной ванны и времени существования

Объем расплавленного металла, образующийся при сварке плавлением под воздействием источника тепла, называют сварочной ванной (рисунок 11).

Рисунок 11 - Параметры формы сварочной ванны

Образование сварочной ванны является важнейшим этапом получения соединения при сварке плавлением. От формы и размеров сварочной ванны зависят форма и размеры сварных швов.

Форму и размеры сварочной ванны определяют границами изотермической поверхности объемного теплового поля, соответствующее температуре плавления металла Тпл. Однако такой подход является несколько идеализированным, поскольку формирование объема расплавленного металла учитывает лишь эффект распространения теплоты в глубь металла за счет теплопроводности. В реальных условиях сварки сварочная ванна формируется под действием целого ряда сил, действующих в ней, в первую очередь силы тяжести жидкого металла, поверхностного натяжения его и давления самого источника нагрева. Дуга, обеспечивающая местный нагрев и расплавление кромок соединяемых элементов оказывает нарасплавленный металл давление, за счет которого он вытесняется из передней части ванны, т. е. из области с наибольшей интенсивностью нагрева в ее хвостовую часть. Это ведет к уменьшению толщины жидкой прослойки под дугой и создает условия для углубления ванны. В результате изменяются очертания зоны расплавления. Давление на расплавленный металл определяется разностью его уровней h в ванне. Изменение условий сварки, в свою очередь, существенно отражается на формировании сварочной ванны, соотношении ее геометрических размеров. Так, увеличение эффективной тепловой мощности, сосредоточенности источника, увеличение давления дуги ведут к увеличению глубины проплавления и уменьшению ширины. При этом ванна удлиняется. Важным фактором, влияющим на геометрические параметры является пространственное расположение выполняемых швов.

Длина сварочной ванны определяется границами изотермы температуры плавления металла и выражается формулой

где L - длина сварочной ванны, мм;

з - к. п. д. сварки;

I - сила сварочного тока, А;

U - напряжение, В;

Тпл - температура плавления, °К;

л - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)

Время существования сварочной ванны зависит от длинны сварочной ванны и температуры плавления материала. Время существования сварочной ванны равно 0,5 сек.

4.3.3 Определение температуры в зоне температурного влияния электрической дуги

Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 5000 до 12000 °К и зависит от состава газовой среды дуги, материала, диаметра электрода и плотности тока. Температура капель в сварочной зоне равна 2150 - 2350 °С, газа - 2900 °С, в то время как температура металла в сварочной ванне равна в среднем 1750 °С, а газа в месте соприкосновения с ванной - 2300 °С. Температура металла ванны под дугой значительно выше, чем в средней ее части, а по мере удаления от дуги снижается до температуры кристаллизации металла.

4.3.4 Определение глубины проплавления и величины зоны термического влияния электрической дуги

Глубина проплавления и величина зоны термического влияния зависит от силы сварочного тока, напряжения, и толщины свариваемых деталей (рисунок 12).

Рисунок 12 - Зависимость глубины проплавления от силы тока

Глубина проплавления равна 1,5 мм.

Сварные соединения, выполненные сваркой плавлением, можно разделить на несколько зон, отличающихся макро- и микроструктурой, химическим составом, механическими свойствами и другими признаками; сварной шов, зону оплавления, зону термического влияния и основной металл (рисунок 13). Характерные признаки зон связаны с фазовыми и структурными превращениями, которые претерпевают при сварке металл в каждой зоне.

Рисунок 13 - Зоны сварного соединения

Сварной шов характеризуется литой макроструктурой металла. Ему присуща первичная микроструктура кристаллизации, тип которой зависит от состава шва и условий фазового перехода из жидкого состояния в твердое

Зона термического влияния (ЗТВ) -- участок основного металла, примыкающий к сварному, в пределах которого вследствие теплового

воздействия сварочного источника нагрева протекают фазовые и структурные превращения в твердом металле. В результате этого ЗТВ имеет отличные от основного металла величину зерна и вторичную микроструктуру. Часто выделяют околошовный участок ЗТВ или околошовную зону (ОШЗ). Она располагается непосредственно у сварного шва и включает несколько рядов крупных зерен. Металл шва, имеющий литую макроструктуру, и ЗТВ в основном металле, имеющая макроструктуру проката или рекристаллизованную макроструктуру литой или кованой заготовки, разделяются друг от друга поверхностью сплавления. На поверхности шлифов, вырезанных из сварного соединения и подвергнутых травлению реактивами, она при небольших увеличениях наблюдается как линия или граница сплавления.

Зона сплавления (ЗС) - это зона сварного соединения, где происходит сплавление наплавленного и основного металла. В нее входит узкий участок шва, расположенный у линии сплавления, а также оплавленный участок ОШЗ. Первый участок образуется вследствие недостаточно эффективного переноса, расплавленного основного металла в центральные части сварочной ванны. Здесь имеет место перемешивание наплавленного и основного металлов в соизмеримых долях. На оплавленном участке ОШЗ возможно появление между оплавленными зернами жидких прослоек, имеющих аналогичный состав. В случае применения разнородных наплавленного и основного металлов (например, аустенитного и перлитного) ЗС отчетливо наблюдается в виде переходной прослойки. Она имеет часто существенно отличающиеся от металла шва и ЗТВ химический состав, вторичную микроструктуру и свойства. Распределение элементов по ширине ЗС имеет сложный характер, который определяется процессами перемешивания направленного и основного металла, диффузионного перераспределения элементов между твердой и жидкой фазами и в твердой фазе на этапе охлаждения.

Основной металл располагается, за пределами ЗТВ и не претерпевает изменений при сварке. Может влиять на превращения в ЗТВ в зависимости от его макро- и микроструктуры, определяемых способом первичной обработки металла (прокат, литье, ковка, деформирование в холодном состоянии) и последующей термообработкой (отжиг, нормализация, закалка с отпуском, закалка со старением и т. п.).

4.3.5 Определение расхода электрической энергии на изделие и на годовую программу

Количество электрической энергии на изготовление одного изделия W1 рассчитывается по формуле

где P - количество электрической энергии на изготовление одного изделия, Вт·ч;

I - сила тока, А;

U - напряжение, В;

t - время сварки, ч

Количество электрической энергии на изготовление серии W рассчитывается по формуле

где W - количество электрической энергии на изготовление серии, Вт·ч;

n - количество изделий в серии, шт;



5. Техника безопасности при выполнении сварочных работ

5.1 Электробезопасность

Для обеспечения условий, предупреждающих поражение электрическим током, необходимо корпуса сварочных преобразователей, трансформаторов и выпрямителей надежно заземлить.

Перед началом работы следует проверить исправность изоляции сварочных проводов электрододержателя и надежность всех контактных соединений вторичной цепи. Сварку следует выполнять только в исправной и сухой спецодежде и обуви, которая не имеет металлических гвоздей.

Необходимо всегда помнить, что прикасаться голыми руками опасно; сварочные провода нужно надежно изолировать от повреждений.

Целесообразно регулярно проверять исправность сварочных машин, обращая особое внимание на отсутствие напряжения на деталях сварочной машины, не проводящих ток. При перерывах в работе сварочную машину нужно отключать от сети. Устройства для электрических переключений на сварочном агрегате должны быть защищены кожухами. Целесообразно при сварочных работах предусматривать защиту изоляции сварочного провода от повреждений и периодически проверять исправность изоляции первичной и вторичной обмоток агрегатов. При выполнении сварочных работ внутри замкнутых сосудов (котлов, емкостей, резервуаров и т. п.) применяют деревянные щиты, резиновые коврики, галоши и перчатки, а также производят сварку с подручным, который должен находиться вне сосуда. Многочисленные исследования показывают, что ток выше 0,1 А опасен для жизни человека. Для спасения человека, попавшего под напряжение, в первую очередь его изолируют от токоведущих частей или проводов.

Это выполняется либо выключением тока, либо заземлением провода.

При оказании помощи пострадавшему необходимо быть в резиновых перчатках и надежно изолированным от земли (встать на сухую доску, резину, надеть калоши н т. д.). Брать пострадавшего следует только за сухую одежду. Если нельзя оттащить пострадавшего от токоведущих частей или заземлить провод, следует с большой осторожностью поочередно, не касаясь других проводов, удалить провод. Пострадавшему необходимо оказать первую помощь - сделать искусственное дыхание, для этого следует расстегнуть ему воротник, ослабить ремень и пояс брюк. При более тяжелом повреждении нужно немедленно вызвать врача.

5.2 Пожаробезопасность

Для устранения причин, способствующих возникновению пожаров, необходимо выполнять следующие противопожарные мероприятия:

а) нельзя хранить в рабочем помещении или рабочей зоне легковоспламеняющиеся или огнеопасные материалы;

б) необходимо защищать деревянные настилы от воспламенения листовым железом или асбестом;

в) каждый сварочный пост должен иметь огнетушитель, бачок или ведро с водой, а также ящик с песком и лопатой;

г) после окончания сварочных работ следует проверять рабочее помещение и зону, где производились сварочные работы, и не оставлять открытого пламени и тлеющих предметов.



Список использованных источников

Волченко В. Н. Сварка и свариваемые материалы. Справочное издание. М., 1991. - 526

Фоминых В. П. Электросварка. Учебник для проф-техн училищ. М., «Высш.школа», 1976. - 526

Размещено на www.allbest.

...