Технология изготовления сварной конструкции

2

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Дуговая сварка занимает ведущее место в сварочном производстве. Повышение качества и производительности при изготовлении сварных конструкций достигается как путем совершенствования и разработки новых технологий, так и в результате роста уровня механизации и автоматизации сварочных работ.

Большие перспективы в развитии сварочного производства открывает автоматизация процесса сварки. В решении задачи автоматизации необходим комплексный подход к проблеме. Это означает, что подлинный прогресс сварочного производства возможен только в том случае, если при использовании автоматики будет решен весь комплекс задач по автоматизации основных, заготовительных, транспортных, сварочных и отделочных операций.

Автоматизация процесса сварки означает полный перевод сварочного оборудования на автоматический режим работы, внедрение в производство устройств, действующих частично или полностью без участия человека.

Актуальными задачами сварочного производства являются:

разработка и развитие новых технологий и способов сварки;

внедрение прогрессивных технологических процессов с целью замены ручного труда;

внедрение прогрессивных высокопроизводительных процессов сварки при создании автоматизированных и механизированных линий по изготовлению конструкций;

1. Общая часть

1.1 Описание изделия

Пешеходные галереи используются пешеходами для прохода через них. Такого рода галереи могут быть построены практически в любом месте.



2ю Специальная часть

2.1 Выбор и обоснование основного металла

Выбор основного металла производится по механическим свойствам основного металла, соответствующим данному типу сварной конструкции.

Марка: Ст3сп - она же Ст3 или Ст.3 ! поскольку в случае если тип стали (сп - спокойная, пс- полуспокойная, кп - кипящая) не пишется после Ст3, то под сталью Ст3 понимается именно Ст3сп

Класс: Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества

Использование в промышленности: несущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах.

C	0,14 - 0,22
Si	0,15 - 0,3
Mn	0,4 - 0,65
Ni	до 0,3
S	до 0,05
P	до 0,04
Cr	до 0,3
N	до 0,008
Cu	до 0,3
As	до 0,08
Fe	~97

Химический состав в % стали Ст3сп.



Общие сведения

Заменитель
сталь ВСт3пс
Вид поставки
Сотовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 535-79, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 19771-74, ГОСТ 19772-74, ГОСТ 8278-83, ГОСТ 8281-80, ГОСТ 8282-83, ГОСТ 8283-77, ГОСТ 380-71, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8239-72. Лист толстый ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 19903-74. Лента ГОСТ 503-81, ГОСТ 6009-74. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70, ГОСТ 535-79. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 8734-75, ГОСТ 10706-76, ГОСТ 10705-80.
Назначение
Несущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат(5-й категории) для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках: при толщине проката до 25мм в интервале температур от -40 до +425°С; при толщине проката свыше 25мм - от -20 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.12-0.30
Медь (Cu), не более	0.30
Мышьяк (As), не более	0.08
Марганец (Mn)	0.40-0.65
Никель (Ni), не более	0.30
Фосфор (P), не более	0.04
Хром (Cr), не более	0.30
Сера (S), не более	0.05

Механические свойства

Механические свойства проката

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	?0,2, МПа	?B, МПа	?5, %	?4, %
Прокат горячекатаный	<20	245	370-480	26
Прокат горячекатаный	20-40	235	370-480	25
Прокат горячекатаный	40-100	225	370-480	23
Прокат горячекатаный	>100	205	370-480	23
Листы горячекатаные	<2,0		370-480		20
Листы горячекатаные	2,0-3,9		370-480		22
Листы холоднокатаные	<2,0		370-480		22
Листы холоднокатаные	2,0-3,9		370-480		24

Технологические свойства

Температура ковки
Начала 1300, конца 750. Охлаждение на воздухе.
Свариваемость
Сваривается без ограничений; способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС, КТС. Для толщины более 36 мм рекомендуется подогрев и последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием
В горячекатаном состоянии при НВ 124 ?B = 400МПа, K? тв.спл. = 1,8 и K? б.ст. = 1,6
Склонность к отпускной способности
Не склонна
Флокеночувствительность
Не чувствительна

Температура критических точек

Критическая точка	°С
Ac1	735
Ac3	850
Ar3	835
Ar1	680

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Состояние поставки, термообработка	+20	после мехстарения	-20
Лист поперечным сечением 5-9 мм	78	39	39
Лист поперечным сечением 10-25 мм	68	29	29
Лист поперечным сечением 26-40 мм	49
Широкая полоса продольным сечением 5-9 мм	98	49	49
Широкая полоса продольным сечением 10-25 мм	78	29	29
Широкая полоса продольным сечением 26-40 мм	68
Сортовой и фасонный прокат продольным сечением 5-9 мм	108	49	49
Сортовой и фасонный прокат продольным сечением 10-25 мм	98	29	29
Сортовой и фасонный прокат продольным сечением 26-40 мм	88

Предел выносливости

?-1, МПа	n	?B, МПа	Термообработка, состояние стали
191	1E+7		Лист толщиной 40 мм в горячекатаном состоянии. Образец гладкий.
93	1E+7		Образцы диаметром 10 мм с надрезом
213	2E+5	440

Физические свойства

Температура испытания, °С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	194	192	187	183	178	167	159	146	120	99
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)		55	54	50	45	39	34	30
Температура испытания, °С	20- 100	20- 200	20- 300	20- 400	20- 500	20- 600	20- 700	20- 800	20- 900	20- 1000

Зарубежные аналоги марки стали Ст3сп
США	A284Gr.D, A57036, A573Gr.58, A611Gr.C, GradeC, K01804, K02001, K02301, K02502, K02601, K02701, K02702, M1017
Германия	1.0038, 1.0116, DC03, Fe360B, Fe360D1, RSt37-2, RSt37-3, S235J0, S235J2G3, S235JR, S235JRG2, St37-2, St37-3, St37-3G
Япония	SS330, SS34, SS400
Франция	E24-2, E24-2NE, E24-3, E24-4, S235J0, S235J2G3, S235J2G4, S235JRG2
Англия	1449-2723CR, 1449-3723CR, 3723HR, 40B, 40C, 40D, 4360-40B, 4360-40D, 4449-250, 722M24, Fe360BFU, Fe360D1FF, HFS3, HFS4, HFW3, HFW4, S235J2G3, S235JR, S235JRG2
Евросоюз	Fe37-3FN, Fe37-3FU, Fe37B1FN, Fe37B1FU, Fe37B3FN, Fe37B3FU, S235, S235J0, S235J2G3, S235JR, S235JRG2
Италия	Fe360B, Fe360BFN, Fe360C, Fe360CFN, Fe360D, Fe360DFF, Fe37-2, S235J0, S235J2G3, S235J2G4, S235JRG2
Бельгия	FE360BFN, FE360BFU, FED1FF
Испания	AE235BFN, AE235BFU, AE235D, Fe360BFN, Fe360BFU, Fe360D1FF, S235J2G3, S235JRG2
Китай	Q235, Q235A, Q235A-B, Q235A-Z, Q235B, Q235B-Z, Q235C
Швеция	1312, 1313
Болгария	BSt3ps, BSt3sp, Ew-08AA, S235J2G3, S235JRG2, WSt3ps, WSt3sp
Венгрия	Fe235BFN, Fe235D, S235J2G3, S235JRG2

Твердость материала: HB 10 -1 = 131 МПа

Свариваемость материала: без ограничений

Флокеночувствительность: не чувствительна

Склонность к отпускной хрупкости: не склонна

2.2 Выбор и обоснование технологических процессов

Проведя анализ существующей заводской технологии, предлагается применить следующую последовательность заготовительных, сборочных и сварочных операций.

2.2.1 Заготовительные операции:

****

2.2.2 Сборочно-сварочные операции

Особенностью данного технологического процесса является совмещение нескольких операций. В данном технологическом процессе совмещаются следующие операции: резка и подготовка кромок, сборка-сварка.

Нарезка деталей с одновременной подготовкой кромок ускоряет весь технологический процесс и не требует применения дополнительного заготовительного оборудования. Резка ведется на портальной машине термической резки. Применение в качестве термического источника газового пламени понижает удельную стоимость изготавливаемых деталей. Для ускорения процесса роспуска цельного листа на отдельные детали резку ведем тремя газовыми резаками.

2.3 Расчеты режимов сварки

Сварное соединение установленное ГОСТом 14771-76-С12, выполняется со скосом одной кромки, с с двусторонним проваром шва.

Расчеты режимов автоматической сварки под флюсом.

Принимаем диаметр проволоки dэ= 4мм.

Определяем сварочный ток:

Jcв=рdэ2jэ/4=3,14 4240/4=502А;

Напряжение дуги:

Uд=20+(510-2 Jcв/dэ0,5) 1=33В;

Определяется скорость сварки Vсв по формуле:

Vсв=A/Jсв=20 103/502=40м/ч

Площадь поперечного сечения Fн определяется на основании выражения:

,

где г=7,8 г/см3 - плотность стали;

мм

Количество проходов выбирается из условий заполнения разделки в зависимости от разности между общей площадью поперечного сечения наплавленного металла Fно и площадью первого прохода Fн, при этом необходимо учитывать, что максимальное сечение одного прохода обычно не превышает 100 мм2 при автоматической сварке под флюсов.

Рассчитаем общую площадь Fно:

;

где S=25 мм - толщина свариваемых деталей

с - величина притупления, с=4 мм;

б - угол разделки кромок, б=60є;

q - высота усиления;

е - ширина валика.

мм2

Режимы для механизированной сварке в СО2:

Определяем сварочный ток:

Jcв=рdэ2jэ/4=3,14 4250/4=628А;

Напряжение дуги:

Uд=20+(510-2 Jcв/dэ0,5) 1 =33В;

Определяется скорость сварки Vсв по формуле:

Vсв=A/Jсв=12 103/350=34м/ч;

Параметры режима и размеры шва, выполненного с другой стороны, рассчитываются так же, и величины те же.

2.3 Выбор и обоснование сварочных материалов

2.3.1 Сварочная проволока

При автоматической сварке под слоем флюса и механизированной сварке в среде углекислого газа применяется сварочная проволока, которая изготавливается по ГОСТ 2246-89 «Проволока стальная сварочная». (таблица 3). Стандарт регламентирует только химический состав, и размеры проволоки, так как механические свойства металла шва зависят от многих других факторов (доля участия основного металла, режимы сварки, марка флюса и т.д.).

Таблица 3 - Состав низкоуглеродистых сварочных проволок (ГОСТ 2246 - 70), %

Марка проволоки	С	Mn	Si	Cr	Ni	S	P
Св - 08А	0,10	0,35 - 0,60	0,03	0,15	0,30	0,04	0,04
Св - 08ГА	0,10	0,80 - 1,10	0,06	0,10	0,25	0,025	0,03
Св - 08Г2С	0,50 - 0,11	1,80 - 2,10	0,70 - 0,95	0,20	0,25	0,025	0,03

Для предупреждения повышения эквивалентного содержания углерода в металле шва необходимо применять сварочную проволоку с пониженным содержанием углерода, по сравнению с основным металлом, чтобы снизить вероятность появления закалочных структур. Проволоки, легированные кремнием и марганцем, применяют для сварки конструкционных сталей в окислительных защитных газах.

Исходя из выше изложенного, для автоматической сварки под флюсом стали 09Г2С, используется проволока Св - 08ГА.

Для полуавтоматической сварки в среде защитных газов применяем сварочную проволоку марки Св - 08Г2С. Проволока Св - 08Г2С содержит большее содержание элементов - раскислителей по сравнению с другими рассмотренными сварочными проволоками, а именно кремния и марганца, способствующих удалению избыточного кислорода из металла шва.

2.3.2 Сварочные флюсы

Флюсы играют важную роль в процессе сварки сталей. Они физически защищает металл в зоне плавления от влияния атмосферы, легирует и рафинирует металл шва, осуществляет стабилизацию дуги.

Для сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей получили наибольшее распространение высококремнистых марганцевых флюсы.

Положительным свойством высококремнистых марганцевых флюсов является высокая стойкость сварных швов против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено малым переходом серы из флюсов данного типа в металл шва и сравнительно сильным выгоранием углерода из металла сварочной ванны. Кроме того, положительно влияет более низкое по сравнению с содержанием в марганцовистой проволоке содержание углерода в низкоуглеродистой сварочной проволоке, используемой в сочетании с высококремнистыми марганцевыми флюсами.

При сварке под высококремнистыми марганцевыми флюсами пористость сварных швов меньше, чем при сварке под высококремнистыми безмарганцевыми флюсами.

Для сварки конструкции применяется, достаточно распространённый в производстве, высококремнистый марганцевый флюс АН - 348 - А.

Химический состав флюса представлен в таблице 4

Таблица 4 - Состав сварочного плавленого флюса, % по массе

Марка флюса	SiO2	MnO	CaO	MgO	Al2O3	CaF2	Fe2O3	S	P
АН-348-А	41 - 44	34 - 38	? 6.5	5 - 7.5	? 4.5	4 - 5.5	2	0.15	0.12

При автоматической сварке происходит выгорание марганца и кремния из металла шва, что может привести к разупрочнению шва. Недостаток кремния компенсируется через флюс с высоким содержанием оксидов кремния и марганца.

Флюс АН-348А обладает хорошими сварочно - технологичными свойствами. Устойчивость дуги высокая, разрывная длина дуги до 13 мм, формирование шва вполне удовлетворительное, склонность к образованию пор и трещин - низкая, отделимость шлаковой корки хорошая, и удовлетворительная при сварке корневых швов в разделке.

2.4 Выбор сварочного оборудования

2.4.1 Заготовительное оборудование

Листоправильная машина

Листовой прокат требует правки в том случае, если возникла деформация при погрузке, разгрузке или транспортировании. Правка осуществляется путем создания местной пластической деформации, как правило, производится в холодном состоянии.



Таблица 5 - Технические характеристики листоправильной машины П3010

Параметры	Значения
Размер выпрямляемого листа, мм: - максимальная ширина - максимальная толщина	2500 30
Шаг валков, мм	95
Скорость правки, м/с	0,17
Ход валков, мм - вверх - вниз	130 30
Мощность электродвигателя, кВт	250
Подъем и опускание верхних валков, мм	22
Подъем направляющих валков, мм	35
Габаритные размеры, мм	11828Ч4905Ч6368
Масса, т	218,2

Резка металла

Портальная машина для термической газокислородной резки представляет собой портал, перемещающийся по рельсовому пути. На портале установлены суппорты. В суппортах закрепляется один резак для вырезки деталей со скосом кромок. Резаковые суппорты имеют автоматическое устройство, обеспечивающее поддержание заданного расстояния между резаком и поверхностью металла и дистанционное зажигание резаков.

Основные технические данные машины приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Основные технические данные машины «Кристалл-3.2»

Параметр	Значение
Напряжение питания	3Ф, 380 В, 50 Гц
Скорость перемещения, м/мин	0-18
Регулировка скорости движения	плавная
Количество резаков	3
Точность при прочерчивании ГОСТ 5614-74	Выше 1 класса точности
Точность позиционирования, мм	+/- 0,15
Точность при обходе острых углов, мм	+/- 0,2
Формат управляющей программы	Код ISO, формат кадра ESSI
Величина вертикального хода (электропривод), мм	300
Габаритные размеры, мм	17000х3000х1800
Масса, т	1,56

Рисунок 2- Аппарат для термической газокислородной резки «Кристалл-3.2»

Кромкострогальный станок

При изготовлении деталей сварных конструкций металлорежущие станки применяют для сверления отверстий, обработки кромок и поверхностей.

Обработка кромок производится кромкострогательным станком 7808 (табл. 7).

сварка оборудование соединение металл

Таблица 7 - Техническая характеристика кромкострогательного станка 7808

Параметры	Значения
Наибольшие размеры обрабатываемой детали, мм	8000Ч2000Ч200
Ход каретки, мм	1500 - 8450
Наибольшее перемещение суппортов в направлении, мм: - вертикальном - горизонтальном	280 200
Скорость рабочего хода каретки, м/мин	4 - 40
Подача суппортов на один рабочий ход каретки, мм	0.5 - 6
Мощность электродвигателя главного движения, кВт	25
Габаритные размеры, мм	14150Ч4500Ч3350
Масса, т	41

Рисунок 3- Кромкострогательный станок 7808

Фрезерный станок

Для отреза технологического припуска, т.е. фрезеровки Н-образного сечения боковой балки, применяется торце - фрезерный станок модели 6991 С1. Технические характеристики станка приведены в таблице 10.

Таблица 10 - Технические характеристики станка 6991 С1

Параметры	Значения
Наибольший размер обрабатываемого торца, мм	2300Ч3800
Предельная длина обрабатываемой детали, мм	3000Ч20000
Диаметр фрезы, мм	320
Скорость резки, м/мин, для сталей: Ст3 09Г2С	180 180 - 200
Глубина резки, мм	4 - 6
Подача, об/мин, для сталей: Ст3 09Г2С	160 160 - 200



2.4.2 Сборочное оборудование

Если рассматривать боковую балку, как сварной двутавр, то боковая балка состоит из трёх основных листовых элементов: стенки и двух полок. Сборка балки должна обеспечить симметрию и взаимную перпендикулярность полок и стенки, прижатие их друг к другу и закрепление прихватками. При использовании сборочных кондукторов это достигается соответствующим расположением баз и прижимов по всей длине балки с последующей постановкой прихваток.

Сборочное устройство с самоходным порталом наиболее предпочтительнее для производства боковой балки. Вертикальными прижимами лист вертикальной стенки прижимается к раме установки, горизонтальными прижимами к кромке вертикальной стенки прижимаются пояса, и в собранном сечении ставят прихватки. Затем прижимы выключаются, портал перемещают на 500 - 700 мм, и операция повторяется.

Для удобства прихватки, а прихватка ведётся полуавтоматом в среде углекислого газа, на сборочном кондукторе, используются поворотные, регулируемые консоли, которые располагаются рядом со сборочным устройством.

Регулируемые консоли или колонны для сварочного полуавтомата необходимы для увеличения зоны сварки и удобства работы [8].

2.4.3 Сварочное оборудование

2.4.3.1 Основное сварочное оборудование

Сварочный автомат

Для стыковых соединений, при изготовлении полок и стенки применяется сварочный автомат АДФ-1002, который в процессе работы передвигается по изделию.

Сварочный автомат АДФ-1002 предназначен для сварки переменным и постоянным током под слоем флюса.

Технические характеристики АДФ -1002 представлены в таблице 11.

Таблица 11 - Технические характеристики АДФ - 1002

Параметры	Значение
Номинальное напряжение питающей сети частотой 50 Гц, В	380
Номинальный сварочный ток при ПВ 100%, А	1 000
Пределы регулирования сварочного тока, А	200 - 1000
Диаметры стальной электродной проволоки, мм	3 - 5
Номинальная мощность электродвигателя, кВт	0,55
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч	50 - 400
Дискретность ступенчатой регулировки скорости подачи электродной проволоки, м/ч	4
Скорость сварки, м/ч	14 - 128
Предельный угол наклона сварочной головки в плоскости, перпендикулярной шву, град.	45
Емкость барабана для проволоки, кг	15
Емкость бункера для флюса, дм3	6,5
Габаритные размеры трактора, мм: длина ширина высота	735 365 550
Масса трактора без проволоки и флюса, кг, не более	50
Габаритные размеры блока управления, мм: длина ширина высота	410 180 350
Масса блока управления, кг, не более	25

Особенности трактора:

мощность двигателя (550 Вт),

улучшена изоляция корпуса от токоведущих частей, гарантирующая электробезопасность оператора,

датчик наличия сварочного тока исключает включение двигателя без включения сварочного источника питания.

ужесточена конструкция передних штанг, исключающая их прогиб при движении трактора без одного колеса,

подсветка приборов контроля тока и напряжения для работы в темное время суток или в плохо освещённых местах,

механизм корректировки положения электрода обеспечивает его оптимальные наклон и смещение относительно шва,

наличие правильного устройства для электродной проволоки.

Рисунок 5 - Сварочный трактор АДФ - 1002

Подвесная сварочная головка

Для сварки крупных изделий, таких, как, балки преимущественно в производстве используются подвесные сварочные головки.

A2 S Mini Master представляет собой автоматическую сварочную систему, в конструкцию которой заложены требования малой массы, компактность и универсальность применения.

Подвесная головка A2 S Mini Master фирмы ESAB (рисунок 6) предназначена для высокопроизводительной сварки под флюсом.

Рисунок 6 - Сварочная головка A2 S Mini Master

Новый образец головки комплектуется такими приспособлениями как система позиционирования, система слежения по стыку, система подачи флюса и т.д. Применение электронного блока управления (рисунок 7) помогает максимально упростить работу сварщика, обеспечивающий высокий уровень сварочного процесса.

Рисунок 7 - Блок управления А2 РЕН

Таблица 12 - Технические характеристики сварочной головки A2 S Mini Master

Параметры	Значение
Максимальный ток (ПВ 100%), А	800
Диаметр проволоки, мм	1,6 - 4
Скорость подачи, м/мин	2 - 9
Габаритные размеры, мм	880Ч400Ч592
Масса, кг	47

Полуавтомат сварочный

Для механизированной сварки, применяем полуавтомат марки ПДГ-508М

Данный полуавтомат отличается простотой и высокой надежностью. В совокупности с невысокой ценой и высокой ремонтной простотой данный полуавтомат наилучшим образом подходит для небольших производств.

Полуавтомат предназначен для дуговой механизированной сварки и наплавки сплошной проволокой в среде защитных газов соединений из низкоуглеродистых и конструкционных сталей.

Таблица 13 - Технические характеристики сварочного полуавтомата ПДГ - 508М

Параметры	Значение
Напряжение сети, В	380
Допустимая нагрузка, при ПВ 60%	500
Пределы регулирования тока, А	60 - 5 00
Напряжение холостого хода, В	12
Диаметр проволоки, мм	1,2 - 2,0
Масса, кг	24
Скорость регулирования подачи сварочной проволоки, м/ч	12 - 120
Габаритные размеры, мм	470Ч365Ч383

2.4.3.2 Источники питания

Источник питания самоходного автомата

Выпрямитель типа ВДУ-1201 - стационарный, предназначен для сварки в среде защитных газов и под флюсом с зависимой и не зависимой от напряжения дуги скоростью подачи электродной проволоки.

Рисунок 8 - Выпрямитель сварочный ВДУ - 1201



Таблица 14 - Технические характеристики сварочного выпрямителя ВДУ - 1201

Параметры	Значения
Климатическое исполнение, категория размещения	У3, Т3
Нижняя температура окружающей среды для исполнения У,0С	- 30
Режим работы ПВ,%	Продолжительный
Номинальный сварочный ток, А	1250
Пределы регулирования сварочного тока, А: жесткие падающие	300 - 1250 300 - 1250
Пределы регулирования рабочего напряжения, В: жесткие падающие	24 - 66 26 - 60
Напряжение холостого хода, В не более	100
Первична мощность, кВА	120
Напряжение сети, В	380
КПД,% не менее	83
Габаритные размеры, мм	1400Ч850Ч1250
Масса, кг не более	850

Источник питания сварочной головки

Для питания автомата используем оборудование фирмы ESAB линии Arc Power LAF. Сварочные источники LAF имеют отличные сварочные характеристики во всем диапазоне токов и напряжений. Источники обеспечивают стабильное горение дуги, как на малых, так и на высоких токах. Также хороши характеристики первичного зажигания и повторного зажигания дуги. Плавное регулирование напряжения дуги позволяет четко управлять сварочными параметрами.

Рисунок 9 - Сварочные выпрямители серии ESAB - DC - Arc Power LAF

Таблица 15 - Технические характеристики источника питания ESAB - DC - Arc Power LAF 1000

Параметры	Значения
Напряжение сети, В/Гц	400/50-60
Максимальный сварочный ток при ПВ 100%, А	800/44
Диапазон регулирования, А/В	40/22 - 1000/45
Напряжение холостого хода, В	52
КПД при макс. Токе	0,84
Класс защиты	IP 23
Габариты ДЧШЧВ, мм	645Ч552Ч1090
Масса, кг	330

Все источники питания, как для самоходного сварочного автомата, так и для сварочной головки, выбираются в соответствии с режимами автоматической сварки и техническими характеристиками источников питания.

Источник питания полуавтоматической сварки

Сварочные выпрямитель ВДУ-506 - это универсальный тиристорный выпрямители с жесткими и падающими внешними характеристиками. Он предназначен для сварки в среде защитных газов и под флюсом, может применяться для ручной дуговой сварки штучными электродами. Выпрямитель обеспечивает плавное регулирование рабочего напряжения и тока в одном диапазоне.

Таблица 16 - Технические характеристики выпрямителя ВДУ - 506

Параметры	Значения
Номинальный сварочный ток, А	500
Режим работы, ПВ,%	60
Напряжение холостого хода, В, не более	80
Номинальное рабочее напряжение, В, при работе на характеристиках: жестких/падающих	50/46
Пределы регулирования сварочного тока, А, при работе на характеристиках: жестких/ падающих	60 -500/50 -500
Пределы регулирования рабочего напряжения, В, при работе на характеристиках: жестких / падающих	18 -50/22 - 46
Первичная мощность, кВА, не более	10
КПД, %, не менее	82
Габаритные размеры, мм	790Ч670Ч880
Масса, кг, не более	300

2.5 Контроль качества сварных соединений

Производят визуально измерительный контроль 100% длины всех сварных швов. Размеры сварных швов должны соответствовать ГОСТ 14771-76, ГОСТ 8713-79. Швы должны иметь гладкую или равномерно чешуйчатую поверхность (высота или глубина впадин не должна превышать 1мм).

Швы не должны иметь недопустимых внешних дефектов: трещин любых видов и размеров, несплавлений, наплывов, грубой чешуйчатости, наружных пор, прожогов и свищей.

Тщательный контроль деталей и готовых изделий проводят на всех стадиях производства сварных конструкций. В таблице 20 показаны факторы, влияющие на качество сварных конструкций. Они делятся на технологические и конструктивно-эксплутационные.

Таблица 20 - Факторы, влияющие на качество сварных конструкций [7]

Технологические	Конструктивно-эксплутационные
1. Сварочные материалы	1. Основной металл
2. Оборудование	2. Конструкция соединения
3. Подготовка и сборка	3. Условия эксплуатации
4. Процесс сварки	4. Методы и система контроля
5. Оператор	5. Нормы по качеству

Основным методом контроля сварных швов резервуаров, емкостей и других изделий такого типа является контроль герметичности.

Испытаниям на плотность подвергают емкости для горючего, масла, воды, трубопроводы, газогельдеры, паровые котлы и другие. Существует несколько методов контроля плотности сварных швов. Методы испытаний на непроницаемость и герметичность регламентированы ГОСТ 3285-77. Нормы и правила гидравлических и воздушных испытаний машин, механизмов, паровых котлов, сосудов и аппаратов судов указаны в ГОСТ 22161-76.

Пневматическое испытание. При пневматическом испытании сжатый газ или пар подают в испытываемый сосуд. Другая сторона сосуда при этом покрывается мыльной эмульсией. Дефекты швов находят по появлению пузырей.

При пневматических испытаниях необходимо строго соблюдать технику безопасности. На подводящей магистрали должны быть запорные краны и предохранительные клапаны. Кроме рабочего манометра при испытаниях предусматривают контрольный манометр. При испытании под давлением не допускается обстукивание сварных швов и исправление дефектов.

2.5.2 Выбор и обоснование методов контроля качества и соответствующего оборудования

Производят визуально измерительный контроль 100% длины всех сварных швов. Размеры сварных швов должны соответствовать ГОСТ 7512.Для выявления дефектов типа нарушения однородности и сплошности в сварных соединениях используется ультразвуковой дефектоскоп УД-2-70. Он имеет возможность измерения глубины залегания и координаты дефектов, измерения отношения амплитуд сигналов от дефектов.

Таблица 17 - Технические характеристики УД - 2 - 70

Параметры	Значения
Диапазон толщин, мм	2 - 5000
Рабочие частоты, МГц	1,25; 1,8; 2,5; 5,0; 10,0
Диапазон регулировки усиления, дБ	0 - 100
Шаг регулировки усиления, дБ	0,5; 1,0
Диапазон установки скорости УЗК, м/с	1000 - 8000
Глубина регулировки ВРЧ, дБ	60
Отсечка	линейная 0 - 50% высоты экрана
Диапазон рабочих температур, °С	- 20 до +50
Габариты не более, мм	245Ч145Ч75
Масса с аккумулятором, не более, кг	3

Рисунок 10 - Ультразвуковой дефектоскоп УД-2-70

2.6 Автоматизация регулирования глубины проплавления при изготовлении балок

Качество сварного соединения обусловливается его механическими и коррозионными свойствами, зависящими от геометрических размеров и формы сварного шва. Стабилизация геометрических размеров шва способствует повышению качества сварного соединения. Но не во всех случаях это условие можно считать единственным критерием качества. Например, при сварке материалов, склонных к закаливанию или к образованию горячих или холодных трещин, важным фактором является, также поддержание заданного термического цикла в процессе сварки, обеспечивающего необходимую скорость охлаждения металла. Только при этом условии можно получить требуемую структуру сварного шва и околошовной зоны.

Заданные термический цикл и геометрические размеры шва, пожалуй, можно считать обобщенным критерием качества. Закон изменения их зависит от погонной энергии дуги:



q/Vсв=0,24Uд/ Vсв?зэ,

где зэ - КПД, характеризующий отношение теплоты, введенной в шов, к общей теплоте, выделенной сварочной дугой.

В свою очередь, закон регулирования q/VCB зависит от типа действующих возмущений на объект источник питания --дуга-- сварочная ванна. Оценку влияния различных возмущений на качество сварного соединения в таких системах можно оперативно провести по методике для автоматов общего назначения. Методика позволяет связать отклонения параметров шва с вызвавшими их возмущениями через коэффициенты качества регулирования. Например, отклонения глубины проплавления Дh2 и ширины шва Дb, если известны возмущения по напряжению сети ДUc и длине дуги Дlд, а также соответствующие коэффициенты качества krc, kшд, можно определить по формуле:

Дh2= krc? ДUc; Дb= kшд? ДUc.

Необходимо располагать таблицами или графиками, характеризующими зависимость коэффициентов качества от режимов сварки. Варьируя параметрами режима, можно выбрать такое их сочетание, при котором какое-либо возмущение вызовет отклонение, например, глубины проплавления, не превышающее допустимого. Ценность методики состоит в том, что она при конкретных возмущениях позволяет оценить эффективность применения тех или иных дуговых автоматов.

Более сложный закон изменения q/VCB для получения качественного сварного соединения требуется при технологических и конструктивных возмущениях, действующих непосредственно на сварочную ванну (шов). Влияние этих возмущений на качество сварного соединения не может быть компенсировано с помощью систем автоматической стабилизации параметров режима сварки.

Их влияние условно может быть оценено эквивалентным изменением коэффициента зэ, характеризующим изменение условия тепловложения в свариваемый материал.

Измерение конструктивных и технологических возмущений связано со значительными трудностями из-за их относительной рассредоточенности и удаленности от стыка. Частичное устранение влияния конструктивных возмущений можно обеспечить путем измерения и записи их с помощью специального датчика в период холостого прохода стыка и затем корректировки в процессе сварки параметров режима по записанной программе. Однако из-за тепловой деформации детали в процессе сварки такая программа часто малоэффективна. Поэтому наиболее приемлемым способом является введение в систему регулирования обратной связи по некоторому обобщенному параметру, на который в процессе сварки влияют как конструктивные, так и технологические возмещения. В качестве такого параметра можно принять температуру металла сварочной ванны или околошовной зоны. Температуру можно регулировать изменением погонной энергии в системе источник питания -- дуга -- сварочная ванна. Задача регулирования при этом сводится к стабилизации подвижного температурного поля. С точки зрения теории автоматического регулирования температурное поле как объект регулирования описывается апериодическим звеном. Постоянная времени этого звена определяется параметрами свариваемого материала (теплоемкость, теплопроводность и т. д.). Температуру можно измерить лишь на некотором расстоянии от сварочной дуги, что обусловливает появление погрешностей измерения относительно реальной температуры под дугой и запаздывание в передаче сигнала управления.

Для измерения температуры целесообразно применение бесконтактных датчиков, действие которых основано на измерении интенсивности излучения с поверхности металла. Использование контактных датчиков (например, скользящей термопары, одной ветвью которой является стержень или ролик, катящийся по поверхности металла, а другой -- свариваемый металл) приводит к большим погрешностям из-за инерционности датчика и отсутствия постоянного контакта между ним и металлом.

Применение бесконтактных датчиков позволяет приблизить точку измерения температуры (площадку визирования датчика) к сварочной дуге.

Однако имеются ограничения на приближение площадки визирования к сварочной дуге, так как полезный сигнал «забивается» помехами, вызванными прямым или отраженным излучением дуги. Иногда удобен вариант размещения площадки визирования датчика с обратной стороны шва, при этом необходимо обеспечить защиту датчика от пыли, повреждения расплавленным металлом, температурного воздействия окружающей атмосферы. Необходимо также проектировать устройства, упрощающие операцию визирования датчика на точку измерения температуры.

Все датчики содержат защитный кожух, фокусирующую и передающую оптику. В некоторых конструкциях кожух датчиков дополнительно охлаждается либо только водой, либо струей газа и водой вместе. Газ в процессе сварки используется также для защиты обратной стороны шва. Струя газа, не влияя на спектр лучистого потока, предохраняет входной зрачок датчика от запыленности.

Конструкции, (представленные на рисунке 11) дает, оператору визуально наблюдать за процессом формирования обратной стороны шва с помощью окуляра. Датчик содержит в себе простой надежный светофильтр в виде миллиметрового слоя проточной воды, позволяющий выделить сигнал в видимой области спектра.

Рисунок 11- Конструкции оптических датчиков проплавления стыка: а -- с оптическим светофильтром без вспомогательного охлаждения; 6 -- с водяным светофильтром и охлаждением; в -- без светофильтра с водяным и газовым охлаждением.

Известен также способ определения размеров сварочной ванны со стороны дуги (рис. 12). Модулированным источником света (МИС) освещают поверхность сварочной ванны шириной В. Поскольку поверхность свариваемой детали отражает свет значительно слабее, чем жидкая ванна, то энергия отраженного светового сигнала зависит от размера ванны. Отраженный от сварочной ванны световой поток фиксируется фотоприемником ФП.

Рисунок 12 - Оптический способ определения размеров сварочной ванны.

При плазменной сварке известен способ регулирования проплавления по контролю с обратной стороны изделия параметров факела ионизированных газов (рис. 13). Параметры факела измеряют либо с помощью фотоэлемента ФЭ (рис. 13, а), либо по разности потенциалов между свариваемым изделием 1 и искусственно вводимой под деталь контактной подложкой 2 (рис. 13, б).

Рисунок 13 - Способы контроля проплавления при плазменно-дуговой сварке.

Экспериментально установлена линейная зависимость между шириной обратного валика и измеряемыми параметрами факела.

При наличии информации о качестве проплавления для построения системы регулирования в каждом конкретном случае необходимо еще правильно выбрать регулирующие воздействия. В простейшем случае это может быть один параметр, например ток (в непрерывном и импульсном режимах), скорость сварки, амплитуда поперечных колебаний электрода, а также параметры магнитной системы при управлении дугой магнитным полем, скорость подачи электродной проволоки и т. д. В более сложных случаях требуется комбинированное управление (ток -- скорость сварки, скорость подачи электрода -- длина вылета, ток -- амплитуда поперечных колебаний и т. д.).

При выборе регулирующего воздействия (воздействий) необходимо всесторонне проанализировать влияние его на качество сварного соединения -- форму шва, структуру металла, зону термического влияния и т. д. Иногда для эффективного регулирования требуется не только правильно выбрать регулирующее воздействие и подобрать остальные параметры режима сварки, и применять дополнительные технологические приемы, расширяющие возможности способа сварки. К ним можно отнести: повышение пространственной устойчивости дуги (например, наложением на нее коротких по длительности импульсов или магнитного поля), управление кристаллизацией металла шва с помощью электромагнитного перемещения (ЭМП), удержание металла сварочной ванны с помощью магнитного поля, управление пространственным положением дуги относительно линии стыка с помощью механических и электромагнитных устройств.

Особое внимание при создании автоматического-оборудования заслуживают способы сварки с периодически изменяющимся током. Основные из этих способов: импульсно-дуговая сварка со свободной и проникающей дугой; импульсно-дуговая сварка плавящимся и неплавящимся электродами; сварка модулированным током. Сварка на постоянном токе в импульсном режиме помимо повышения проплавляющей способности дуги позволяет уменьшить сварочные деформации вследствие малого времени существования сварочной ванны и малой зоны нагрева, обеспечить сходство химического состава металла шва с составом основного металла, уменьшить вероятность прожогов. Режим в этом случае регулируется изменением скважности импульсов, т. е. изменением отношения:t имп/tимп+tпаузы.

Сварка модулированным током обеспечивает изготовление тонколистовых конструкций и высококачественное формирование вертикальных и потолочных швов. При модулированном токе сварки проплавляющая способность дуги меньше зависит от изменения ее длины, уменьшается расход энергии на 15--20 %, на эту же величину увеличивается производительность процесса, обеспечивается легкое управление дозировкой энергии, вводимой в дугу.

Рассмотрим некоторые типовые системы автоматического регулирования проплавления, построенные на основе описанных выше решений.

Система автоматического регулирования проплавления с воздействием на питающую систему, представлена на рисунке 14. В качестве датчика проплавления может быть использован один из рассмотренных выше фотоэлектрических датчиков. Чувствительными элементами в них могут быть фотосопротивления, фотодиоды, фотоумножители, фототриоды. На практике хорошо себя зарекомендовали фотодиоды типа ФД германиевого и кремниевого исполнения. Они более температуростабильны.

Рисунок 14 - Система автоматического регулирования проплавления стыка с воздействием на питающую систему через тиристорный регулятор.

С фотодатчика ФЭ сигнал Uф, пропорциональный проплавлению, после сравнения с уставкой Us, выраб...