Технологическая подготовка производства сваркой изделия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Проектирование свариваемой конструкции

2. Определение серийности производства

3. Описание материала изделия

4. Анализ свариваемости

5. Разработка технологической схемы и сборки сварки

6. Выбор типа сварки, сварочного материала и оборудования для сварки

7. Расчет режимов сварки

8. Расчет норм времени сварки

9. Выбор формы разделки кромок и технологии сварки

10. Термообработка после сварки

11. Разработка приспособления для сборки и сварки

12. Расчет планировки участка по сварке изделия

13. Основные сведения по технике безопасности технологического процесса

Заключение

Список рекомендуемой литературы

Приложение А (обязательное) Графическая часть



Введение

Сваркой называют технологический процесс получения механически неразъемных соединений, характеризующихся непрерывностью структур - непрерывной структурной связью.

Это технологический процесс, с помощью которого изготавливаются все основные конструкции гидротехнических сооружений, паровых и атомных электростанций, автодорожные, городские и железнодорожные мосты, вагоны, наводные и подводные корабли, строительные металлоконструкции, всевозможные подъемные краны и многие другие изделия.

Если некоторое время тому назад конструкции изготавливались в основном из относительно просто сваривающихся материалов, то в настоящее время, наряду с традиционными, для сварных конструкций применяются материалы с весьма различными физическими характеристиками: коррозионно-стойкие и жаропрочные стали и сплавы, никелевые и медные сплавы с особыми свойствами, лёгкие сплавы на алюминиевой о магниевой основах, титановые сплавы, ниобий, тантал и другие металлы и сплавы.

Многообразие свариваемых конструкций и свойств материалов, используемых для изготовления, заставляют применять различные способы сварки, разнообразные сварочные источники теплоты.

Для сварочного нагрева и формирования сварного соединения используются:

1) энергия, преобразованная в тепловую посредством дугового разряда, электронного луча, квантовых генераторов;

2) джоулевое тепло, выделяемое протекающим током по твёрдому или жидкому проводнику;

3) химическая энергия горения, механическая энергия, энергия ультразвука и других источников.

Все эти способы требуют разработки, производства и правильной эксплуатации разнообразного оборудования, в ряде случаев с применением аппаратуры, точно дозирующей энергию, со сложными схемами, иногда с использованием технической электроники и кибернетики.

Разнообразие способов сварки, отраслей промышленности, в которых её используют, свариваемых материалов, видов конструкций и огромные объём применения позволяют охарактеризовать технологический процесс сварки, как один из важнейших в металлообработке.

Заданием на курсовой проект является технологическая подготовка производства сваркой изделия. Изделием проекта считается «Рычаг верхний».

Результатом работы является план участка для изготовления данного изделия.

Рычаг верхний представляет собой конструкцию, свариваемую из отдельных деталей, с последующей обработкой детали в сборе.

Для сборки и сварки рычага верхнего необходимо специальное приспособление.

Для решения конечной задачи курсового проекта - разработки плана участка, необходимо спроектировать свариваемую конструкцию, определить тип сварки, выбрать приспособление для сборки и сварки; пронормировать технологический процесс.

При выполнении курсового проекта необходимо разработать мероприятия по технике безопасности и провести упрощенный экономический расчет разработанного технологического процесса.



1. Проектирование свариваемой конструкции

сварка технологический конструкция кромка

Свариваемое изделие - рычаг верхний, состоит из металлической пластины 1, цилиндра 2, трубы 3 и еще одного цилиндра 4, приваренного к нему. На пластину 1приваривается цилиндр 2, с заранее выточенным внутренним отверстием, на него сверху приваривается труба 3 и слева вставляется в пазы в пластине другой цилиндр 4, обработанный: обточенный снаружи и выточенный внутри. Все детали изделия привариваются согласно рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 - Сборочный чертеж изделия



2. Определение серийности производства

Таблица 2.1 - Определение типа производства

Тип производства	Число обрабатываемых деталей одного наименования и типоразмера, в год.
	Детали крупных размеров; большой трудоемкости массой >30 кг	Детали средних размеров и трудоемкости массой от 8 до 30 кг	Детали небольших размеров и трудоемкости массой < 8 кг
Единичное	< 5	< 10	< 100
Мелкосерийное	5…100	10…200	100…500
Среднесерийное	100…300	200…500	500…5000
Крупносерийное	300…1000	500…5000	5000…50000
Массовое	> 1000	> 5000	> 50000

Данное изделие рычаг верхний имеет массу равную 4,282 кг. Согласно таблице 3.1 тип производства - среднесерийное, так как годовая программа выпуска 4000 шт. Значит, применяем предметную форму работы. Она обычно используется для деталей, требующих одинакового порядка обработки. Характерно для среднесерийного и мелкосерийного производства.

Согласно ГОСТ 14.004 (ЕСТПП)> 10<- среднесерийное производство - массовое производство, т.е. в течение месяца на 1 рабочем месте можно выполнять от 10 до 20 операций.

ЕСТПП - единая система технологической подготовки производства.

3. Описание материала изделия

Изделие изготавливается из конструкционной низколегированной стали 20ХГСА, свойства которой приведены соответственно в таблицах 3.1, 3.2.

Сталь 20ХГСА конструкционная высококачественная хромокремнемарганцовая сталь, обладает большой прочностью и повышенным сопротивлением к ударным нагрузкам. В состав марки входит углерод 0,20%, кроме углерода содержит марганец, кремний и хром, примерно в равных долях по 0,8-1,1%

Содержание серы и фосфора не должно превышать 0,03% для каждого из этих элементов, поэтому в конце таких марок ставится буква А, что свидетельствует о дополнительных показателях качества марок.

Сталь 20ХГСА применяется: для изготовления горячекатаного толстолистового проката; ходовых винтов, осей, валов, червяков и других деталей, работающих в условиях износа и при знакопеременных нагрузках при температурах до +200 °С; цельнокатаных колец различного назначения.

Таблица 3.1-Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0,9-1,20
Медь (Cu), не более	0,30
Марганец (Mn)	0,80-1,10
Никель (Ni), не более	0,30
Фосфор (P), не более	0,025
Хром (Cr)	0,80-1,10
Сера (S), не более	0,025

Таблица 3.2-Механические свойства

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	у0,2, МПа	ув, МПа	д5, %	Ш, %	KCU, Дж/м2
Закалка 880 0С, масло. Отпуск 500 0С, вода и масло.	15	640	780	12	45	69

Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 4543-71, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-2006. Поковки и кованые заготовки: ГОСТ 1133-71, ГОСТ 4543-71.

4. Анализ свариваемости

Совокупность технологических характеристик основного металла, определяющих его реакцию на изменения, происходящие при сварке, и способность при принятом технологическом процессе обеспечивать надежное в эксплуатации и экономичное сварное соединение, объединяют в понятие "свариваемость". Свариваемость не является неотъемлемым свойством металла или сплава, подобно физическим свойствам. Кроме технологических характеристик основного металла свариваемость определяется способом и режимом сварки, составом дополнительного металла, флюса, покрытия или защитного газа, конструкцией сварного узла и условиями эксплуатации изделия.

В начальный период развития сварочной техники все материалы и сплавы в зависимости от их способности образовывать сварные соединения необходимого и достаточного качества разделяли на обладающие хорошей, удовлетворительной и неудовлетворительной свариваемостью. Для сталей в основном эта характеристика была связана с содержанием в них углерода. Современные знания о природе сварочных процессов позволяют утверждать, что все однородные металлы и сплавы могут образовывать при сварке плавлением сварные соединения удовлетворительного качества. Разница между металлами, обладающими хорошей и плохой свариваемостью, заключается в том, что для соединения последних необходима более сложная технология сварки (предварительный подогрев, ограничение погонной энергии сварки, последующая термообработка, сварка в вакууме, облицовка кромок и т. п.).

Более всего на свариваемость оказывают влияние химический состав сплава, фазовая структура и ее изменения в процессе нагрева и охлаждения, физико-химические и механические свойства и др.

В связи с тем, что параметров, характеризующих основной и присадочный (электродный) материалы, очень много, то свариваемость представляет комплексную характеристику, включающую:

1) чувствительность металла к окислению и порообразованию;

2) соответствие свойств сварного соединения условиям эксплуатации;

3) реакцию на термические циклы, сопротивляемость образованию холодных и горячих трещин и т.д.

Из перечисленных параметров наиболее существенным при сварке и наплавке углеродистых и низколегированных сталей является сопротивляемость образованию трещин.

В легированных сталях доля влияния каждого легирующего элемента на свариваемость может быть отнесена к доле влияния углерода.

Влияние основных легирующих примесей, пристутвующих в стали 20 ХГСА, на свариваемость приведу ниже.

Углерод ("С" - 0,17-0,23%) - одна из важнейших примесей, определяющая прочность, пластичность, закаливаемость и др. характеристики стали. Содержание углерода в сталях до 0,25% не снижает свариваемости. Более высокое содержание "С" приводит к образованию закалочных структур в металле зоны термического влияния (далее по тексту - ЗТВ) и появлению трещин.

Сера ("S" - до 0,025%) и фосфор ("P" - до 0,025%) - вредные примеси. Повышенное содержание "S" приводит кобразованию горячих трещин - красноломкость, а "P" вызывает хладноломкость. Поэтому содержание "S" и "P" в низкоуглеродистых сталях ограничивают до 0,4-0,5%.

Кремний ("Si" - 0,9-1,2%) присутствует в сталях как примесь в количестве до 0,3% в качестве раскислителя. При таком содержании "Si" свариваемость сталей не ухудшается. В качестве легирующего элемента при содержании "Si" - до 0,8-1,0% (особенно до 1,5%) возможно образование тугоплавких оксидов "Si", ухудшающих свариваемость стали.

Марганец ("Mn" - 0,8-1,1%) при содержании в стали до 1,0% - процесс сварки не затруднен. При сварке сталей с содержанием "Mn" в количестве 1,8-2,5% возможно появление закалочных структур и трещин в металле ЗТВ.

Хром ("Cr" - 0,8-1,1%) в низкоуглеродистых сталях ограничивается как примесь в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях возможно содержание хрома в пределах 0,7-3,5%. В легированных сталях его содержание колеблется от 12% до 18%, а в высоколегированных сталях достигает 35%. При сварке хром образует карбиды, ухудшающие коррозионную стойкость стали. Хром способствует образованию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель ("Ni" - до 0,3%) аналогично хрому содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях его содержание возрастает до 5%, а в высоколегированных - до 35%. В сплавах на никелевой основе его содержание является превалирующим. Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали, оказывает положительное влияние на свариваемость.

Медь ("Сu" - до 0,3%) содержится в сталях как примесь (в количестве до 0,3% включительно), как добавка в низколегированных сталях (0,15 до 0,5%) и как легирующий элемент (до 0,8-1%). Она повышает коррозионные свойства стали, не ухудшая свариваемости.

При оценке влияния химического состава на свариваемость сталей, кроме содержания углерода, учитывается также содержание других легирующих элементов, повышающих склонность стали к закалке. Это достигается путем пересчета содержания каждого легирующего элемента стали в эквиваленте по действию на ее закаливаемость с использованием переводных коэффициентов, определенных экспериментально. Суммарное содержание в стали углерода и пересчитанных эквивалентных ему количеств легирующих элементов называется углеродным эквивалентом.

В легированных сталях доля влияния каждого легирующего элемента на свариваемость может быть отнесена к доле влияния углерода. Ориентировочным количественным показателем свариваемости легированной стали известного химического состава является эквивалентное содержание углерода, которое определяется по формуле Международного института сварки:

где С - содержание углерода в процентах;

Mn - содержание марганца в процентах;

Cr - содержание хрома в процентах;

Mo - содержание модибдена в процентах;

V - содержание ванадия в процентах;

Ni - содержание никеля в процентах;

Cu - содержание меди в процентах.

Считают, что если С_э<0,4 %, то трещины в около шовной зоне не возникают; при С_э = 0,4…0,7 % необходим предварительный подогрев; если

С_э=0,7...1 % -- предварительный и сопутствующий подогрев. При С_э более 1 % сталь не сваривается обычными методами сварки плавлением.

следовательно, необходим предварительный подогрев, так как данная сталь потенциально склонна к образованию трещин.

С_э является обобщенным параметром состава стали, характеризующим ее прокаливаемость. При С_экв ? 0,40 % при сварке становится возможным образование закалочных структур в металле сварного соединения, что при условии насыщения металла водородом и высоких сварочных напряжений может привести к образованию холодных трещин. Значение С_экв вне связи с этими условиями не может служить показателем сопротивляемости сварного соединения трещинам.

Горячие трещины образуют, прежде всего, сера, затем углерод, фосфор, кремний, медь, никель (при содержании 2,5...4,5 %), а также примеси металлов с низкой температурой плавления (свинец, олово, цинк). А марганец, кислород, титан, хром и особенно ванадий повышают стойкость швов против трещин и нейтрализуют действие серы.

Образование горячих трещин можно предупредить путем уменьшения числа и сосредоточения швов, выбора оптимальной формы разделки, кромок, устранения излишней жесткости, предварительного подогрева, применения плазменной дуги, импульсной сварки, устранения концентраторов, вызванных формой швов.

Образование холодных трещин уменьшают путем выбора рационального способа и технологии сварки, предварительного подогрева, снижения содержания водорода в сварном соединении, применения отпуска после сварки.

Холодные трещины чаще всего возникают из-за закаливаемости стали при быстром охлаждении и насыщении металла шва и зоны термического влияния водородом. Они, как правило, зарождаются по истечении некоторого времени после сварки и наплавки и развиваются в течение нескольких часов или даже суток.

Для оценки склонности металла к появлению холодных трещин чаще всего используется углеродный эквивалент, для его расчета существует ряд формул, составленных по различным методикам, которые позволяют оценить влияние химического состава низколегированных сталей на их свариваемость.

Каждая из этих формул приемлема лишь для определенной группы сталей. Так как сталь 20ХГСА является низколегированной конструкционной сталью перлитного класса, то расчеты химического углеродного эквивалента будем выполняють по формуле Сефериана:



Где где С - содержание углерода в процентах;

Mn - содержание марганца в процентах;

Cr - содеражние хрома в процентах;

Mo - содержание модибдена в процентах;

Ni - содержание никеля в процентах;

По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хорошо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся (Таблица 4.1).

Таблица 4.1- Классификация сталей по свариваемости

Группа сталей	Свариваемость	Эквивалент Сэ, %	Технологические меры
			подогрев	термообработка
			перед сваркой	во время сварки	перед сваркой	после сварки
1	Хорошая	< 0,2	-	-	-	Желат.
2	Удовлетворит.	0,2 - 0,35	Необх.	-	Желат.	Необх.
3	Ограниченная	0,35 - 0,45	Необх.	Желат.	Необх.	Необх.
4	Плохая	> 0,45	Необх.	Необх.	Необх.	Необх.

Согласно таблице 4.1 данная сталь 20ХГСА относится ко второй группе (С_э = 0,2-0,35). Для получения сварных соединений с хорошим качеством требуется строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного металла, особо тщательной очистки свариваемых кромок и нормальные температурные условия. При сварке данной стали в нормальных условиях производства трещин не образуется, но для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать до 100 - 150° С с и подвергать последующей термообработке.

Термообработка до сварки различная и зависит от марки стали и конструкции детали. Детали машин из проката или поковок, не имеющих жестких контуров, можно сваривать в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск). Сварка при температуре окружающей среды ниже 0°С не рекомендуется. Сварку деталей с большим объемом наплавляемого металла рекомендуется проводить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск).

5. Разработка технологической схемы и сборки сварки

Технологическая схема и сборка сварки изделия представлена на рисунке 5.1.

Для правильной организации сварочного процесса на производстве, в обязательном порядке составляется технологическая карта сварки, включающая в свой состав все необходимые параметры и используемые материалы, а также требования, предъявляемые к качеству работ.

Технологическая карта -- это стандартизированный документ, содержащий необходимые сведения, инструкции для персонала, выполняющего некий технологический процесс или техническое обслуживание объекта.

Технологическая карта (ТК) должна отвечать на вопросы:

1) Какие операции необходимо выполнять

2) В какой последовательности выполняются операции

3) С какой периодичностью необходимо выполнять операции (при повторении операции более одного раза)

4) Сколько уходит времени на выполнение каждой операции

5) Результат выполнения каждой операции

6) Какие необходимы инструменты и материалы для выполнения операции.

Технологические карты разрабатываются в случае:

1) Высокой сложности выполняемых операций;

2) Наличие спорных элементов в операциях, неоднозначностей;

3) При необходимости определения трудозатрат на эксплуатацию объекта.

Как правило, ТК составляется для каждого объекта отдельно и оформляется в виде таблицы. В одной ТК могут быть учтены различные, но схожие модели объектов. Технологическая карта составляется техническими службами предприятия и утверждается руководителем предприятия (главным инженером, главным агрономом).

Все работы, указанные в технологической карте на сварочные работы выполняются с использованием аттестованных технологий, причем производитель работ должен гарантировать, что технология исполнения каждого шва гарантируется.

Рисунок 5.1 - Технологическая схема сборки и сварки

6. Выбор типа сварки, сварочного материала и оборудования для сварки

Хромокремнемарганцевые стали (хромансиль) обладают большой прочностью, упругостью и хорошо выдерживают вибрационные и ударные нагрузки. Содержание углерода в сталях: 20ХГСА 0,17-0,23. В термообработанном состоянии они имеют предел прочности 800 МН/м2 (80 кгс/мм2), относительное удлинение 10%, ударную вязкость 0,6 МДж/м2 (6 кгс*м/см2).

При сварке этих сталей хром и кремний частично выгорают, что может привести к появлению в шве включений окислов и непровара. В качестве присадочной проволоки используют низкоуглеродистую проволоку Св-08 и Св-08А или легированную Св-8ХГСА и Св-18ХМА.

Необходима тщательная зачистка и подгонка кромок, а также точное соблюдение зазора между ними, который должен быть одинаковым по всей длине шва, что проверяют шаблоном. Сварку ведут в один слой.

Возможны соединения встык, тавровые, угловые, реже - внахлестку. Отношение толщин свариваемых металлов соединяемых элементов не должно превышать при стыковых соединениях 1:2, при соединениях втавр и внахлестку 1:6.

Изделия, сваренные из стали 25ХГС и 30ХГС, нагревают до температуры 650 --680° С с выдержкой в течение 1 ч на каждые 25 мм толщины и охлаждают на воздухе или в горячей воде. Если изделия из такой стали сварены аустенитовыми электродами, то термической обработке их можно не подвергать.

Дуговая сварка в защитных газах имеет высокую производительность, легко поддается автоматизации и позволяет выполнять соединение металлов без применения электродных покрытий и флюсов. Этот способ сварки нашел широкое применение при изготовлении конструкций из сталей, цветных металлов и их сплавов.

Дуговая сварка в защитных газах может быть выполнена плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродами.

Для защиты зоны сварки используют инертные газы гелий и аргон, а иногда активные газы -- азот, водород и углекислый газ. Применяют также смеси отдельных газов в различных пропорциях. Такая газовая защита оттесняет от зоны сварки окружающий воздух. При сварке в монтажных условиях или в условиях, когда возможно сдувание газовой защиты, используют дополнительные защитные устройства.

Эффективность газовой защиты зоны сварки зависит от типа свариваемого соединения и скорости сварки. На защиту влияет также размер сопла, расход защитного газа и расстояние от сопла до изделия (оно должно быть 5-- 40 мм).

Преимущества сварки в защитных газах следующие:

1) нет необходимости применять флюсы или покрытия, следовательно, не требуется очищать швы от шлака;

2) высокая производительность и степень концентрации тепла источника позволяют значительно сократить зону структурных превращений;

3) незначительное взаимодействие металла шва с кислородом и азотом воздуха;

4) простота наблюдения за процессом сварки;

5) возможность механизации и автоматизации процессов.

При сварке плавящимся электродом дуга горит между изделием и расплавляемой сварочной проволокой, подаваемой в зону сварки. По сварке неплавящимся электродом (вольфрамовые прутки) сварочная дуга может быть прямого или косвенного действия. Разновидностью сварочной дуги косвенного действия может быть дуга, горящая между вольфрамом, и беспрерывно подаваемой в зону дуги сварочной проволокой.

Аргонодуговую сварку применяют для соединения легированных сталей, цветных металлов и их сплавов, ее выполняют постоянным и переменным током плавящимся и неплавящимся электродами.

Аргонодуговая сварка также подходит для различных сплавов. Присадочный материал выбирается близкий по составу к металлу, из которого изготовлена деталь.

Шов, получившийся после дуговой сварки с аргоном, представляет собой единое целое со свариваемыми деталями, что позволяет обеспечить прочность, герметичность, и долговечность будущего изделия.

Проанализировав все достоинства и недостатки различных сварочных аппаратов, и в виду большой серийности выпускаемой продукции выбираем сварочный полуавтомат инверторного типа.

Полуавтоматическая сварка являются одной из самых современных технологий дуговой сварки, идеально подходящей для производства. Полуавтоматы получили широкое распространение в промышленности. Этому способствует широкая функциональность оборудования, высокое качество сварки и простота эксплуатации. Сварочный полуавтомат очень удобен для сварки тонкого металла.

Таким образом, для сварки деталей изделия используем инверторный сварочный полуавтомат BRIMA MIG-500 (Рисунок 6.1)

Рисунок 6.1 - Инверторный сварочный полуавтомат BRIMA MIG-500

Данный сварочный полуавтомат отличается своей мощностью и простотой эксплуатации. Высокий класс защиты предотвращает перегрев и замыкание, что увеличивает срок службы и делает эксплуатацию устройства безопасной. Множество регулировок позволяют настроить работу системы под нужную марку и толщину стали.

Скорость подачи проволоки регулируется от 1,5 до 16 метров в минуту. Все эти параметры позволяют сделать процесс сварки простым, быстрым и качественным.

Средняя стоимость данного аппарата 77106 рублей.

В качестве электродной проволоки выбираем Св-18ХМА ГОСТ 2246-70. Легированная стальная сварочная проволока Св-18ХМА применяется для сварки в среде защитного газа сталей типа хромансиль (20ХГСА, 30ХГСА и др.), а также для изделий, выполненных из конструкционных сталей. Используется для изготовления конструкций ответственного назначения. Широкое применение данная марка сварочной легированной проволоки нашла во многих отраслях промышленности: в машиностроении, химической отрасли, пищевой промышленности и медицине. Выпускаются следующие диаметры сварочной проволоки данной марки: 1,2, 1,6, 2, 3, 4 и 5 мм.

7. Расчет режимов сварки

Сварочные режимы - это совокупность характеристик сварочного процесса, которые обеспечивают получения сварного шва необходимой формы, размеров и качества. В случае сварки полуавтоматом в среде защитного газа сюда относят:

- глубину провара ;

- катет шву ;

- сварочный ток ;

- сварочное напряжение ;

- вылет электродного провода ;

- скорость подачи сварочного провода ;

- скорость сварки ;

- расходы защитного газа .

Проведем расчет режима сварки сварного шва А. Этот шов имеет суммарную длину 376,8 мм (длина окружности цилиндра 2), определенную по сборочному чертежу детали. Толщина металла 20 и 20 мм. Его выполняют полуавтоматической сваркой в среде аргонового газа швом С8 по ГОСТ 14771-76.

Расчет начинаем с определения глубины проплавления, которую можно получить во время сварки с одной стороны.

1) Глубину проплавления находим по формуле

, (1)

где - катет сварного шва, рекомендованный дополнением 1 по ГОСТ 14771-76 для металла с пределом текучести до 450 МПа; К=10мм.

(2)

2) Диаметр электродной проволоки dэ:

В случае катета шва 10 мм во время сварки горизонтального шва выбираем сварочный провод диаметром d_э =1,6 мм.

3) Сила тока:

(3)

где а- плотность тока в электродной проволоке; при сварке в среде углекислого газа а=140 А/мм².

Принимаем Iсв=300А.

4) Сварочное напряжение: напряжение на дуге е изменяется в пределах 20 - 38 В. Принимаем U_св = 30В.

5) Скорость подачи:

(4)

6) Скорость сваривания:

= , (5)

7) Затраты СО₂:

Q= 0,03•I+3.5=12,5 л/мин, (6)

8) Коэффициент плавления

, (7)

где.

9) Погонная энергия

G _n = , (8)

где .

10) Глубина максимального проплавления

h = = = 0,1см = 1 см, (9)

11) Коэффициент проплавления

г/А?час, (10)

12) Коэффициент наплавки

г/А?час, (11)

где - коэффициент затрат на угар и разбрызгивание.

13) Ширина шва

14)

(12)

15) Площадь наплавленного металла

= = 31 мм², (13)

16) Выпуклость

g =2,05 мм, (14)

8. Расчет норм времени сварки

Определить норму времени на полуавтоматическую дуговую сварку в среде двуокиси углерода для шва №1.

тип шва - С8 ;

толщина металла - 10 мм;

диаметр сварочной проволоки -1,6 мм;

длина шва - 0,188 м;

условие выполнения работы - стационарное;

количество изделий - 4000;

работа - сложная.

Таблица 8.1 - Основные данные для определения нормы времени на сварку шва №1

Номер позиции	Наименование и условие выполнения работ и тип производства	Номер карты и позиции	Время, мин	Значение коэффициента
1	Подготовка рабочего места	86, 6б	28,0	-
2	Сварка	16, 12в	14,6	-
3	Работа производится в цехе	87, 2б	-	1,03
4	Движение рабочего ограничено	87, 7б	-	1,04
5	Стык короткометражный, неповоротный	90, 22г	-	1,49
6	Тип производства - среднесерийное		-	1,00
7	Зачистка околошовной зоны от брызг	75, 14а	0,51	-
Индекс	а	б	в

Штучное время определяется по формуле :

Т_шт = (Т_ншL + Т_ви)К_1-n

Т_ви - вспомогательное время, связанное с изделием и типом оборудования, которое включает затраты: на клеймение шва, на установку и снятие щитов, на крепление, перемещение, установку, снятие и поворот изделий, на перемещение сварщика в процессе работы, на намотку сварочной проволоки в кассеты

Т_{нш -} неполное штучное время;

L - длина шва, м;

K_1-n - поправочные коэффициенты на измененные условия работы

Т_шт=(19,4+0,51)•0,3•1,03•1,04•1,49•1,00=9,63мин.

Норма времени рассчитывается по формуле:

,

где Т_пз - подготовительно-заключительное время, которое включает затраты времени на получение задания и сварочного материала, ознакомление с работой, получение и сдачу инструмента и приспособлений, подготовку оборудования и приспособлений к работе, настройку автомата или полуавтомата на заданный режим, установление и опробование режимов сварки, сдачу работы, мин;

n - количество деталей в партии, шт.

,

Определить норму времени на полуавтоматическую дуговую сварку в среде двуокиси углерода для шва №2.

тип шва - У6 ;

толщина металла - 15 мм;

диаметр сварочной проволоки - 1,2 мм;

длина шва - 0,188 м;

условие выполнения работы - стационарное;

количество изделий - 4000;

работа - сложная;

Штучное время определяется по формуле :

Т_шт = (Т_ншL + Т_ви)К_1-n

Т_шт=(2,8+0,51)•1,5•1,03•1,04•1,42•1,00=7,55мин.

Норма времени рассчитывается по формуле:

,

где Т_пз - подготовительно-заключительное время, которое включает затраты времени на получение задания и сварочного материала, ознакомление с работой, получение и сдачу инструмента и приспособлений, подготовку оборудования и приспособлений к работе, настройку автомата или полуавтомата на заданный режим, установление и опробование режимов сварки, сдачу работы, мин;

n - количество деталей в партии, шт.

Таблица 8.2 - Основные данные для определения нормы времени на сварку шва №2

Номер позиции	Наименование и условие выполнения работ и тип производства	Номер карты и позиции	Время, мин	Значение коэффициента
1	Подготовка рабочего места	86, 6б	28,0	-
2	Сварка	10, 2в	15,3	-
3	Работа производится в цехе	87, 2б	-	1,03
4	Движение рабочего ограничено	87, 7б	-	1,04
5	Стык криволинейный	90, 23д	-	1,42
6	Тип производства - крупносерийное		-	1,00
7	Зачистка околошовной зоны от брызг	75, 14б	0,46	-
Индекс	а	б	в

9. Выбор формы разделки кромок и технологии сварки

Любые сварные работы - это сложный технологический процесс, который требует специальной подготовки и обработки металла. Кромки и поверхности перед сваркой нужно тщательно готовить.

Подготовительный этап включает в себя обязательную очистку свариваемых деталей проволоки от следов краски, жировых включений. Для обезжиривания используют авиационный бензин, уайт-спирит, ацетон технический и растворители, изготовленные на их основе.

Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основных конструктивных элемента: b -- зазор между кромками, свариваемых деталей после прихватки; с -- притупление кромки; в -- угол скоса кромки. По форме подготовленные кромки различают: без скоса (при толщине до 5 мм); со скосом одной или двух кромок (при толщине 5...20 мм); криволинейный скос кромок (при больших толщинах).

Рисунок 9.1 - Характеристики шва при разделки кромок

Непосредственно перед сварочными работами кромки деталей и прилегающие к ним участки зачищают шабером до металлического блеска.

Предсварочную сборку деталей выполняют при помощи механических приспособлений, обеспечивающих жесткое крепление. Для этого используют специальные кондукторы, прижимные устройства, тиски, различного вида струбцины и т.д. Свариваемые детали сжимают между собой так, чтобы зазор между ними был минимальный. Усилие сжатия для деталей толщиной до 4 мм должно быть не менее 1,2 кН (10 кгс), а при большей их толщине - не менее 0,3 кН. Жесткое закрепление деталей снижает вероятность коробления и деформаций. Если сварку осуществляют без прижимных приспособлений, то ее выполняют на предварительных прихватках. Для прихватки используют ту же сварочную проволоку, что и для основной сварки. Количество прихваток и расстояние между ними должно обеспечить жесткую фиксацию свариваемых деталей относительно друг друга.

Сварку стыковых соединений обычно выполняют на подкладках с канавкой, обеспечивающих сохранение сварочной ванны и формирование обратной стороны шва. Для подкладок применяют пластины из нержавеющей стали или меди, предварительно выполнив в них канавки, ширина которых должна быть не менее двух-трех кратной толщины свариваемых деталей. При сварке на больших токах применяют специальные прокладки с водяным охлаждением. При толщине свариваемых деталей до 3 мм прихватку выполняют на всю их глубину, а при большей их толщине глубина прихватки будет зависеть от формы разделки и требований, которым должно отвечать сварное соединение.

Кромки разделывают в целях полного провара заготовок по сечению, что является одним из условий равнопрочности сварного соединения с основным металлом. Формы подготовки кромок под сварку V, K, X - образные. По характеру выполнения сварные швы могут быть односторонние и двухсторонние.

Скос кромок можно производить различными способами. Самым грубым и малопроизводительным из них является срубание кромок ручным или пневматическим зубилом. При этом способе края кромок получаются неровные. Наиболее ровные и чистые кромки получаются при изготовлении их на специальных кромкострогальных или фрезерных станках. Применение кислородной резки, ручной или механизированной, для скоса кромок является самым экономичным. Шлаки и окалина, остающиеся после кислородной резки, должны быть удалены с помощью зубила и стальной щетки.

Следует уделять большое внимание чистоте кромок, так как загрязненная поверхность кромок металла приводит к плохому провару и образованию в сварном шве неметаллических включений. Очистка от окалины, краски и масла может осуществляться непосредственно пламенем сварочной горелки. При этом окалина отстает от металла, а масло и краска сгорают. После нагрева пламенем поверхность зачищается стальной щеткой.

Подготовка кромок для сварного шва ГОСТ14771-76 С8 приведена на рисунке 9.2.



Рисунок 9.2 - Конструктивные элементы подготовленных кромок свариваемых деталей сварного соединения С8

Подготовка кромок для сварного шва ГОСТ14771-76 У6 приведена на рисунке 9.3.

Рисунок 9.3 - Конструктивные элементы подготовленных кромок свариваемых деталей сварного соединения У6

Подготовка кромок для сварного шва ГОСТ14771-76 Т6 приведена на рисунке 9.4.



Рисунок 9.4 - Конструктивные элементы подготовленных кромок свариваемых деталей сварного соединения Т6

10. Термообработка после сварки

В термическую обработку сварных изделий входит термическая подготовка деталей перед сваркой, термическая обработка в процессе сварки и термическая обработка готового сварного изделия. Термическая подготовка деталей перед сваркой выполняется для улучшения свариваемости металла. Поэтому свариваемую сталь перед сваркой рекомендуется подвергать отжигу или высокому отпуску, режимы которых зависят от состава стали

Выбор теплового режима сварки зависит от свойств свариваемых металлов и сплавов, жесткости конструкции и состояния ее при сварке При сварке черных металлов термический режим состоит в подогреве свариваемых деталей. Причем для стали чем выше склонность ее к закалке и трещинам, тем выше должна быть температура подогрева

Термическая обработка после сварки проводится для снятия напряжений, полученных в результате сварки и для улучшения механических свойств. При сварке применяют следующие виды термической обработки:

Отжиг для снятия внутренних напряжений. После сварки изделие помещают в нагревательную печь, нагрев осуществляют постепенно. Для низко и среднеуглеродистых сталей температура нагрева достигает 600--680°С После нагрева изделие выдерживают в печи при этой температуре в течение 2,5 мин на 1 мм толщины металла, и охлаждают вместе с печью.

Для полного отжига стальное изделие нагревают до температуры 820--930° С, выдерживают при этой температуре и затем медленно охлаждают. Время выдержки изделия при данной температуре такое же, как и при отжиге для снятия напряжений, но не менее 30 мин. Затем изделие охлаждают вместе с печью со скоростью 50-- 75° С в час до температуры 300° С, после чего его вынимают из печи и охлаждают на воздухе. При полном отжиге устраняются внутренние напряжения и улучшается структура металла. Металл становится мелкозернистым и более пластичным.

Нормализация -- это термическая обработка, подобная отжигу, но с более быстрым охлаждением изделий, которое обычно проводят на воздухе. При нормализации сварное изделие нагревают до температуры 850--900° С, выдерживают при этой температуре и затем охлаждают на воздухе В этом случае металл шва и околошовной зоны приобретает мелкозернистую структуру, повышается его прочность и твердость.

Отпуск применяется для сталей, склонных к закалке, для уменьшения внутренних напряжений и хрупкости. Изделие нагревают до температуры 400--700° С, выдерживают при этой температуре из расчета 2,5 мин на 1 мм толщины металла, медленно охлаждают вместе с печью до нормальной температуры. Поскольку изделия в этом случае нагреваются до температуры, лежащей ниже критической (723°С), структурных изменений в сварном шве и околошовной зоне не происходит.

Для каждой марки стали существуют свои режимы отпуска и скорости охлаждения, которые указываются в технических условиях на термообработку.

Нагрев для термической обработки может производиться в печах, горнах, ямах, а также с помощью индукторов. Для местного нагрева применяют сварочные горелки. Местный нагрев пламенем сварочной горелки используют также для правки изделий после сварки. Мощность горелки берут из расчета 300 дм3/ч на 1 мм толщины нагреваемого металла. Сварочным пламенем нагревают выпуклую часть изделия, которую необходимо выправить. При нагреве металл стремится расшириться, но этому препятствуют его холодные части, в металле возникают напряжения сжатия, вызывающие деформацию сжатия. При охлаждении на этом участке возникают обратные напряжения растяжения, которые и выпрямляют изделие.

Подогревают стальные изделия до 650--900° С, что соответствует темно-красному цвету. Скорость перемещения пламени при нагреве -- 500--600 мм/мин. Чем быстрее выполняется нагрев, тем успешнее проводится процесс правки изделия.

Условно все стали имеют три вида свариваемости:

1) Без ограничений - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки;

2) Ограниченно свариваемая - сварка возможна при подогреве до 100 - 120 ⁰С и последующей термообработке;

3) Трудносвариваемая - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200 - 300 ⁰С при сварке, термообработка после сварки - отжиг.

Данная сталь 20ХГСА относится к типу свариваемости - без ограничений. При сварке данной стали в нормальных условиях производства трещин не образуется, но для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать до 100 - 150° С.

Также данная сталь склонна к отпускной хрупкости. Практические меры борьбы с обратимой отпускной хрупкостью -- быстрое охлаждение с температуры отпуска (в воде или масле).

Таким образом, после сварки производим полный отжиг изделия. Нагреваем до температуры 820 -- 930° С, выдерживаем не менее 30 мин. Затем изделие охлаждаем вместе с печью со скоростью 50-- 75° С в час до температуры 300° С, после чего вынимаем из печи и охлаждают на воздухе. При полном отжиге устраняются внутренние напряжения и улучшается структура металла. Металл становится мелкозернистым и более пластичным.

11. Разработка приспособления для сборки и сварки

Схема базирования.

Базирование пластины снизу должно осуществляться на основании приспособления, а трубы 3 сверху - прижимным краном с байонетным механизмом. Схема базирования приведена на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1 - Схема базирования

Схема закрепления.

Деталь закрепляется на основании приспособления, труба 3 сверху - краном с байонетным механизмом. На деталь действует одна сила:

1) Р₁, действие которой осуществляется закручиванием крана с байонетным механизмом;

Схема закрепления отображена на рисунке 11.2.



Рисунок 11.2-Схема закрепления

Конструкция приспособления

Приспособление для сборки и сварки данной детали представляет собой базирующую основную плиту 1 с двумя пальцами 7,8 в которую вставляется пластина 1 и цилиндры 2,4. Затем, в данном случае, с помощью крана 6 с байонетным механизмом подается труба 3 ровно по центру цилиндра 2. Одновременно с этим труба 3 прижимается к цилиндру 2. Цилиндр 4 вставляется в палец 8 и в паз пластины 1, таким образом, цилиндр 4 жестко фиксируется и прижим не требуется.

Конструкция приспособления представлена на рисунке 11.3.



Рисунок 11.3- Приспособление для сборки и сварки

12. Расчет планировки участка по сварке изделия

При расчете планировки участка мы исходим из параметров основных элементов - рабочего стола сварщика и трансформатора.

Спроектированный план участка включает в себя:

1) Стол сварщика С100200 (1) - 800х800 мм;

2) Сварочный автомат (7) - 500х720 мм;

3) Стеллаж готовой продукции (2) - 1250х800мм;

4) Стойка с баллонами (3);

5) Урна для отходов (4) - 300х300 мм;

6) Источник питания (5);

7) Вытяжка (6);

8) Аптечка (8);

9) Пожарный щит (9);

10) Сварщик (10);

11) Слесарный верстак (11);

12) Сушильный шкаф (12);

13) Электрощит (13);

14) Оборудование для контроля (14);

15) Печь (15);

16) Тележка (16).

Пример планировки участка приведен на рисунке 12.1.

Рисунок 12.1 - План участка



13. Основные сведения по технике безопасности технологического процесса

Техника безопасности - это система организационных и технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих опасных производственных факторов.

Рассмотренный метод сварки требует соблюдения определенного комплекса правил техники безопасности и охраны труда, которые должны находить отражение в технологических картах и строго соблюдаться при выполнении сварочных работ. Для указанного метода сварки в той или иной степени существует возможность опасных воздействий на сварщика в связи со следующими факторами:

1) поражение электрическим током при прикосновении человека к токоведущим частям электрической цепи;

2) поражение лучами электрической дуги глаз и открытой поверхности кожи;

3)ожоги от капель металла и шлака при сварке;

4) отравление вредными газами, выделяющимися при сварке и при загрязнении помещений пылью и испарениями различных веществ;

5) взрывы из-за неправильного обращения с баллонами сжатого газа либо из-за производства сварки в емкостях из-под горючих веществ, либо выполнения сварки вблизи легковоспламеняющихся и взрывоопасных веществ;

6) пожары от расплавленного металла и шлака в процессе сварки;

7) травмы различного рода механического характера при подготовке тяжелых изделий к сварке и в процессе сварки.

Как показывают статистические данные, 80% травм сварщиков связано с транспортными операциями тяжелых металлических изделий.

Учитывая непостоянную величину электрического сопротивления человеческого тела (так, при сухой коже, например, сопротивление составляет 8000-20 000 Ом, а при влажных руках, повреждениях кожи сопротивление снижается до 400-1000 Ом), безопасным считают напряжение не выше 12 В (переносное освещение). Если сварщик работает в тесном помещении, может иметь большую площадь контакта с металлической поверхностью, с целью уменьшения опасности поражения электрическим током необходимо соблюдение следующих мероприятий:

1. Надежная изоляция всех, проводов, связанных с питанием источника тока и сварочной дуги, устройство геометрически закрытых включающих устройств, заземление корпусов сварочных аппаратов. Заземлению подлежат: корпуса источников питания, аппаратного ящика, вспомогательное электрическое оборудование. Сечение заземляющих проводов должно быть не менее 25 мм². Подключением, отключением и ремонтом сварочного оборудования занимается только дежурный электромонтер. Сварщикам запрещается производить эти работы.

2. Применение в источниках питания автоматических выключателей высокого напряжения, которые в момент холостого хода разрывают сварочную цепь и подают на держатель напряжение 12 В.

3. Надежное устройство электрододержателя с хорошей изоляцией, которая гарантирует, что не будет случайного контакта токоведущих частей электрододержателя со свариваемым изделием или руками сварщика. Электрододержатель должен иметь высокую механическую прочность и выдерживать не менее 8000 зажимов электродов.

4.Работа в исправной сухой спецодежде и рукавицах. При работе в тесных отсеках и замкнутых пространствах обязательно использование резиновых галош и ковриков, источников освещения с напряжением не свыше 6-12 В.

Для ослабления резкого контраста между яркостью дуги и малой яркостью темных стен (кабины) последние должны быть окрашены в светлые тона (серый, голубой, желтый) с добавлением в краску окиси цинка с целью уменьшения отражения ультрафиолетовых лучей дуги, падающих на стены.

При работе вне кабины для защиты зрения окружающих, работающих сварщиков и вспомогательных рабочих должны применяться переносные щиты и ширмы.

Для защиты от соприкосновения с влажной, холодной землей и снегом, а также с холодным металлом при наружных работах и в помещении сварщики должны обеспечиваться теплыми подстилками, матами, подколенниками и подлокотниками из огнестойких материалов с эластичной прослойкой.

Высокая температура дуги (6000- 8000° С) неизбежно приводит к тому, что часть сварочной проволоки, покрытий, флюсов переходит в парообразное состояние. Эти пары, попадая в атмосферу цеха, конденсируются и превращаются в аэрозоль конденсации, частицы которой по дисперсности приближаются к дымам и легко попадают в дыхательную систему сварщиков. Эти аэрозоли представляют главную профессиональную опасность труда сварщиков. Количество пыли в зоне дыхания сварщика зависит главным образом от способа сварки и свариваемых материалов, но в известной степени определяется и типом конструкций. Химический состав электросварочной пыли зависит от способов сварки и видов основных и сварочных материалов.

Наряду с пылью при дуговой сварке также образуются и выделяются газообразные продукты - окислы азота, окись углерода.

При механизированных процессах сварки должны соблюдаться все правила, указанные ранее. Кроме того, необходимо обеспечить удобные и безопасные условия труда сварщиков.

1) Сборку и сварку крупногабаритных секций следует выполнять на специализированных местах, постелях, стендах, при этом должны быть обеспечены достаточные проходы с каждой стороны конструкции.

2) При сварке объемных секций на высоте необходимо устраивать леса с расположением сварочного оборудования вне рабочего места сварщика.

3) Все оборудование, которое при неисправном состоянии может оказаться под напряжением, должно иметь индивидуальное заземление с выводом к общему защитному заземлению.

4) Все сварочные установки должны находиться под наблюдением наладчика-монтера. Исправлять дефекты электросварочного оборудования имеет право только монтер-наладчик.

5) При сварке крупногабаритных изделий следует применять защитные щиты-ширмы, ограждающие место сварки со стороны общих проходов.

При сварке в защитных газах, кроме соблюдений мер, общих для всех способов сварки, необходимо учитывать, что углекислый газ и аргон в 1,5-2 раза тяжелее воздуха. Эти газы могут скапливаться в нижней части отсека, помещения, в связи с чем устройства вытяжной вентиляции нужно устанавливать не только в зоне дыхания сварщика, но и в нижней части помещения. Выбрасывать воздух нужно за пределы рабочих зон. Мощность вытяжной вентиляции на 1 кг наплавленного металла не менее 150 м³/ч.

При использовании баллонов со сжатыми газами необходимо соблюдать установленные меры безопасности: не бросать баллоны, не устанавливать их вблизи нагревательных приборов, не хранить вместе баллоны с кислородом и горючими газами, баллоны хранить в вертикальном положении. При замерзании влаги в редукторе баллона с СО₂ отогревать его только через специальный электроподогреватель или обкладывая тряпками, намоченными в горячей воде. Категорически запрещается отогревать любые баллоны со сжатыми газами открытым пламенем, так как это почти неизбежно приводит к взрыву баллона.

Основные причины травматизма при сборке и сварке: отсутствие транспортных средств для транспортировки тяжелых деталей и изделий; неисправность транспортных средств; неисправность такелажных приспособлений; неисправный инструмент: кувалды, молотки, гаечные ключи, зубила и т. п., отсутствие защитных очков при очистке швов от шлака; отсутствие спецодежды и других защитных средств.

Меры безопасности в этом случае: все указанные средства и инструменты следует периодически проверять; такелажные работы должны производить лица, прошедшие специальный инструктаж; от рабочих необходимо требовать соблюдения всех правил по технике безопасности, включая работу в спецодежде, рукавицах; использование средств индивидуальной вентиляции (где это необходимо) и т. д. Важное значение имеет внедрение комплексной механизации и автоматизации, что значительно уменьшает опасность травм такого рода.

Аргон - газ без цвета и запаха, химически малоактивный. При увеличении концентрации в замкнутом объеме понижает парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе.

Помещение, где размещены сосуды, контейнеры или рампы, не должно иметь технологического этажа (подвала) и углублений в покрытии пола более 0,5 м.

В процессе эксплуатации контейнера со сжиженным аргоном должны соблюдаться дополнительные меры безопасности:

а) опорожнение контейнера должно производиться только с помощью испарителя;

б) открытие и закрытие вентилей должно производиться плавно, без толчков и ударов;

в) не производить подтяжку болтов и сальников на вентилях и трубопроводах, находящихся под давлением;

г) отсоединение шлангов производить после полного испарения аргона;

д) не допускать попадания жидкого аргона на кожу человека, так как он вызывает тяжелое обморожение;

е) при отсоединении шлангов обслуживающий персонал не должен стоять напротив, так как возможен выброс из шланга газообразного или капельного аргона.

В процессе эксплуатации контейнеров (сосудов-накопителей), рамп для централизованного использования газов от баллонов должен быть установлен постоянный контроль за исправностью всей предохранительной аппаратуры.

Предохранительные клапаны должны быть отрегулированы и опломбированы, а также содержаться в чистоте.



Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были рассмотрены вопросы по изготовлению изделия рычага верхнего.

Рассмотрены вопросы проектирования изделия, а так же технологическая схема сборки и сварки данного изделия.

Освещен вопрос понятия характеристики основного материала и оценка свариваемости стали, а также влияние компонентов на свойства материала.

В процессе работы были выбраны сварочные материалы:

1. сварочная проволока;

2. сварочный аппарат .

Проведены расчеты режимов сварки.

Разработаны:

1) Сборочный чертеж свариваемого изделия;

2) Технологическая карта;

3) Технологическая схема сборки и сварки;

4) Приспособление для сборки и сварки;

5) План участка.



Список рекомендуемой литературы

1. ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

...