Технология изготовления хребтовой балки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТРЕСТВООБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ

ХМАО-ЮГРЫ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ХМАО-ЮГРЫ

НЯГАНСКИЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

Специальность 150203: Сварочное производство

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Производство сварных конструкций"

тема "Технология изготовления хребтовой балки"

Автор работы:

Шакиров Исабек Бактыбекович

Руководитель:

Шабалина Любовь Павловна

Нягань,2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание сварной конструкции, её назначение

1.2 Обоснование материала сварной конструкции

1.3 Технические условия на изготовление сварочной конструкции

1.4 Краткая характеристика производства

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор вида и способа сварки и сборки

2.2 Выбор сварочного оборудования

2.3 Выбор сварочных материалов

2.4 Выбор методов контроля качества

2.5 Техника безопасности, противопожарные мероприятия, и охрана окружающей среды

3.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Расчет режима сварки

3.2 Расчет количества наплавленного металла, расхода сварочных материалов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожный транспорт занимает ведущее место среди всех видов транспорта. На его долю приходится около 50% всех грузовых и около 40% пассажирских перевозок., являясь массовым и одним из важнейших технических средств, выполняет основное назначение железнодорожного транспорта - перевозку разнообразных грузов и пассажиров. Его характерная особенность - взаимодействие со всеми подразделениями и техническими средствами железных дорог и многими предприятиями народного хозяйства страны.

Хребтовая балка вагона является одним из наиболее ответственных несущих элементов. По нормам проектирования вагонов напряжения в ней определяются от продольных сил, действующих по оси автосцепки, и от вертикальной нагрузки, включающей полезную нагрузку и собственный вес кузова вагона

Тема курсовой работы «Технология изготовления хребтовой балки»

Целью выполнения курсовой работы является разработка технологии изготовления хребтовой балки.

Для выполнения этой цели поставили следующие задачи:

1)выбор вида и способа сварки и сборки

2)выбор сварочного оборудования и материала

3)расчет режима сварки

хребтовая балка сварка инвертор

1. ОБШАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание сварной конструкции, её назначение

Хребтовая балка служит для крепления на ней автосцепного и тормозного оборудования.

Через автосцепное устройство она передает продольные силы на другие вагоны. Но поскольку эта балка жестко связана с другими элементами кузова, то наряду с продольными воспринимает также и вертикальные силы, и испытывает динамические и вибрационные нагрузки.

Хребтовая балка состоит из двух Z-образных профилей и полки

Основные узлы хребтовой балки: Iузел профиль с профилем,II и IIIузел профиль с полкой.

1.2 Обоснование материала сварной конструкции

Хребтовая балка особо ответственная конструкция, которая воспринимает продольные и вертикальные силы, поэтому для изготовления профилей применяют сталь Ст3пс. Эта сталь

поставляется с регламентируемыми механическими свойствами и химическим составом, свариваемость этой стали определяется химическим составом, а механические свойства вне зоны сварки определены в состоянии поставки.

Механические свойства при Т=20 °С стали Ст3пс

Сортамент	Размер мм	Напр. -	sв МПа	sT МПа	d5 %	y %	KCU кДж / м2
Сталь горячекатан.	20 - 40		380-490		25

Технологические свойства стали Ст3пс

Свариваемость:	без ограничений
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна

Химический состав в % стали Ст3пс

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu	As
0.14 - 0.22	0.05 - 0.15	0.4 - 0.65	до 0.3	до 0.05	до 0.04	до 03	до 0.008	до 0.3	до 0.08

Твердость материала Ст3пс	HB 10 -1 = 131 МПа

1.3 Технические условия на изготовление сварной конструкции

Технические условия на основной материал

Основной материал, применяемый для изготовления металлических конструкций, подбирается в соответствии с требованиями чертежа, ГОСТов и ТУ.

Качество и характеристики основного материала должны подтверждаться сертификатами. При отсутствии сертификата на материалы следует провести испытания, предусмотренные ГОСТами или ТУ на поставку материала.

Технические условия на электроды

Все электроды, применяемые для ручной сварки, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- обеспечивать получение наплавленного металла требуемого химического состава и механических свойств;

- обеспечивать получение швов, стойких против горячих трещин, не

склонных к холодным трещинам, плотных и беспористых;

- обеспечивать хорошие технологические свойства;

- обеспечивать высокую производительность сварки;

- не содержать по возможности в составе покрытия дорогостоящих дефицитных материалов;

- не оказывать вредного влияния на рабочих.

Исходя из этих требований следует выбирать электроды для сварки с указанием ГОСТа, класса, типа, марки, а также состав основных материалов шихты электродных покрытий с указанием функций, выполняемых этими составляющими.

Допускается прогиб балки до 1,0 мм на метр длины

Подрезы, наплавы и другие поверхностные дефекты шва не допускаются.

Трещины, скопления пор и не металлических включений не допускаются Дефектные места в швах сварных соединений металлоконструкции должны исправляться заваркой

1.4 Краткая характеристика производства

Годовой объем выпуска хребтовой балки -650штук, при двухсменной работе участка, отсюда следует что, производство крупносерийное.

Крупносерийное производство характеризуется высокой степенью нормализации функции организации и планирования, наличием значительной повторяемости выпуска продукции, относительно малой номенклатурой изделий и малым количеством операций, приходящихся на одно рабочее место

Крупносерийное производство является переходной формой к массовому производству. В крупносерийном производстве выпуск изделий осуществляется крупными партиями в течение длительного периода. Обычно предприятия этого типа специализируются на выпуске отдельных изделий или комплектов по предметному типу.

В крупносерийном производстве широко используются специализированное оборудование, поточные линии и средства автоматизации.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор вида и способа сборки и сварки

Для изготовления хребтовой балки высокого качества требуется правильная сборка деталей свариваемого изделия, т.е. правильная взаимная установка и закрепление. Сборку выполняют в кондукторе. Кондуктор предназначен для укладки стенки и полок собираемой балки в проектное положение, портал обеспечивает плотное прижатие полки и профиля друг к другу.

Конструкция не требует постановку прихваток, так как при использовании сварочного приспособления сварочный кондуктора деталь максимально фиксируется. Поверхность, подготовленная для сварки, должна быть принята работником технического контроля

В кондуктор укладывают два Z-образных профиля, после чего собранные листы элемента плотно сжимают винтами кондуктора, после поворота кондуктора на 180⁰ и фиксируют полку.

Узел I профиль с профилем стыковое соединение односторонний шов со скосом одной кромки С 8

Узел IIпрофиль с полкой угловое соединение односторонний шов со скосом одной кромки условное обозначение сварного соединенияУ6

Конструктивные элементы узла Iхарактеризуются шириной шва и высотой усилия

Конструктивные элементы II узла характеризуются шириной шва и высотой усилия

Сварка выполняется ручной дуговой в нижнем положении плавящимся электродом.

Сущность данного процесса заключается в том, что металл плавится за счет тепла электрической дуги, горящей между электродом и изделием. Защита расплавленного металла от окружающей среды производится за счет обмазки электрода

Ручная дуговая сварка имеет технологические свойства, обеспечивающие быстрое зажигание устойчивое горение и малую чувствительность к изменению длины дуги в определенных пределах, быстрое зажигание дуги после погашения, нужное проплавление основного металла.

Преимущества ручной дуговой сварки

· возможность сварки в любых пространственных положениях;

· возможность сварки в местах с ограниченным доступом;

· сравнительно быстрый переход от одного свариваемого материала к другому;

· возможность сварки самых различных сталей благодаря широкому выбору выпускаемых марок электродов;

· простота и транспортабельность сварочного оборудования.

2.2 Выбор сварочного оборудования

Большое значение при сварке имеет сварочное оборудование, которое должно обеспечивать высокое качество сварного соединения.

Хребтовая балка ответственная конструкция, работает в тяжелых условиях и испытывает динамические и вибрационные нагрузки, поэтому должна быть прочной, качественной и надежной. Этим требованиям соответствуют источники питания постоянного тока - сварочный инвертор HitachiW160

Технические характеристики инвертора Hitachi W160

Max ток, А	160	Min ток, А	5
Диаметр электр/провол, мм	1.6-4	Напряжение, В	220
Количество постов	1	Габариты, мм	330х250х140
Вес, кг	6.4

В инверторном сварочном аппарате выпрямление переменного напряжения происходит до трансформатора. Транзисторная схема преобразует постоянный ток в прерывистый. Ток, П-образной формы и частотой до 100 КГц, подается на понижающий трансформатор и, далее, через блок управления и сглаживающий дроссель, на сварочный электрод. Такая схема получения сварочного тока позволила:

· cнизить вес трансформатора за счет снижения потерь на перемагничивание пластин и высокой частоты преобразования;

· повысить точность регулирования сварочного тока;

· у сварочного инвертора низкое потребление электроэнергии. В нем нет силового трансформатора, а значит, и внутренних индуктивных потерь. КПД сварочного инвертора в разы ваше КПД обычного сварочного трансформатора или выпрямителя;

· стабильное качество сварки даже при перепадах напряжения в электрической сети. Наличие стабильного постоянного тока позволяет с легкостью сваривать металл любой марки и любого вида;

· отсутствие разбрызгивание электродного металла

2.3 Выбор сварочных материалов

Выбор типа и марки электрода зависит от марки свариваемой стали, толщины листа, жесткости изделия, температуры окружающего воздуха при сварке, пространственного положения, условий эксплуатации сварного изделия.

Для сварки хребтовой балки применяют электроды УОНИ 13/55 Э50А, они предназначены для сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, когда к металлу шва предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости и соответствуют прочностным свойством металла.

Основные свойства этих электродов: обеспечивают получение металла шва с высокой стойкостью к образованию кристаллизационных трещин и низким содержанием водорода.

Коэффициент наплавки, г/Ач	9,5
Расход электродов на 1 кг наплавленного металла, кг	1,5

Химический состав наплавленного металла, %:

массовая доля элементов, %
углерод	марганец	кремний	сера	фосфор
			не более
? 0,10	0,90-1,40	0,25-0,50	0,030	0,030

Механические свойства металла шва и наплавленного металла

Временное сопротивление разрыву, МПа	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %	Относительное сужение, %	Температура испытаний, °С	Ударная вязкость, Дж/см2	Работа удара KV, ДЖ (среднее значение для трех образцов)
490	375	22	45	20 -20 -40	140 60 40	- 47 -

2.4 Выбор методов контроля качества

Работоспособность сварных соединений и конструкций во многом определяется качеством сварных швов. При обработке материалов, в том числе и при сварке, практически всегда образуются различные дефекты.

При сварке плавлением образование дефектов определяется характером взаимодействия жидкого и твердого металлов, а также металлов с газами и шлаком. Основными причинами образования дефектов при сварке являются нарушение технологии сварки и низкая квалификация сварщика.

Важнейшим условием обеспечения качества сварных изделий является организация и систематическое осуществление контроля, который должен не только фиксировать наличие дефектов сварных соединений, но и предупреждать их появление.

Контроль качества сварных соединений осуществляется в три этапа:

1. Предварительный контроль, проведенный до начала сварочных работ.

2. Операционный контроль в процессе сборки и сварки.

3. Заключительный: контроль качества готовых сварных соединений.

Предварительный контроль проводится до начала сварочных работ и включает в себя:

- проверку качества основного металла и сварочных материалов;

состояние и соответствие технологии работ сварочного оборудования;

· качество сборки металлоконструкции под сварку (подготовка кромок, зазор, прихватки);

· проверку квалификации сварщиков.

Операционный (текущий) контроль включает в себя проверку элементов технологии и техники сварки в процессе выполнения работ (режим сварки, последовательность выполнения швов, технику наложения швов и т.д.).

Заключительный контроль осуществляет проверку качества сварки в готовом изделии. Для этой цели существуют следующие виды контроля:

1. Внешний осмотр и измерение сварных соединений.

2. Испытание на плотность.

3. Просвечивание рентгеновскими и гамма-лучами, контроль ультразвуком, магнитные методы контроля, механические и металлографические испытания.

Вид контроля качества сварных соединений выбирают в зависимости от назначения изделия и требований, которые предъявляют к этому изделию в соответствии с техническими условиями или ГОСТом.

Измеритель лазерный предназначен для контроля прогибов хребтовой балки при ремонте рам пассажирских и грузовых вагонов и предназначен для измерения контролируемого объекта на определение прогибов хребтовой балки в вертикальном направлении, определение прогибов хребтовой балки в горизонтальном направлении.

Для контроля сварных соединений для этой конструкции подходит Ультразвуковой контроль.

Методика УЗК сварных соединений основана на использовании сверх частотных волн, которые могут проникать в толщу металла и отражаться от неметаллических вкраплений и дефектов, или теряться в трещинах. Обычно для проведения ультразвукового контроля используются волны 0,5 - 10 МГц, которые исходят из пьез элементов, преобразовывающих электрический ток в деформацию, а на входе наоборот - деформацию в ток. Помимо простого обнаружения дефекта, обеспечивающий УЗК контроль аппарат может определять поломки, классифицировать их по различным признакам и рассчитывать степень износа стыкового соединения.

Следует отметить основные методы, по которым проводится УЗК сварных швов:

· Эхо-метод;

· Теневой метод;

· Зеркально-теневой метод;

· Тандем (Эхо-зеркальный метод);

· Дельта-метод.

Если использовать УЗК контроль совместно с вихретоковым способом, то получается оптимальная точность, позволяющая выполнять экспертизу здания быстро и недорого.

Суть ультразвукового метода заключается в излучении в изделие и последующем принятии отраженных ультразвуковых колебаний с помощью специального оборудования - ультразвукового дефектоскопа и пьезоэлектропреобразователя и дальнейшем анализе полученных данных с целью определения наличия дефектов, а также их эквивалентного размера, формы (объемный/плоскостной), вида (точечный/протяженный), глубины залегания

Параметры выявленных дефектов определяются с помощью ультразвуковых дефектоскопов.

К главным преимуществам ультразвукового контроля качестваметаллов и сварных соединений относятся:

· высокая точность и скорость исследования, а также его низкая стоимость;

· безопасность для человека (в отличие, к примеру, от рентгеновской дефектоскопии;

· высокая мобильность вследствие применения портативных ультразвуковых дефектоскопов;

· возможность проведения ультразвукового контроля (в отдельных случаях) на действующем объекте, т.е. на время проведения УЗК не требуется выведения контролируемой детали/объекта из эксплуатации.

· при проведении УЗК исследуемый объект не повреждается

2.5 Техника безопасности, противопожарные мероприятия, и охрана окружающей среды

К работе по выполнению электросварочных работ допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие специальное обучение и имеющие удостоверение на право производства электросварочных работ и квалификационную группу по электробезопасности не ниже второй категории, прошедшие медицинский осмотр, инструктаж на рабочем месте, ознакомленные с правилами пожарной безопасности и усвоившие безопасные приемы работы.

Основными средствами индивидуальной защиты электросварщика ручной электродуговой сварки покрытыми электродами являются: спецодежда и спецобувь; щиток (маска); очки, защищающие лицо и глаза от попадания шлака и брызг металла при их удалении; диэлектрические перчатки; брезентовые рукавицы; диэлектрические галоши. Вспомогательным рабочим, работающим непосредственно с электросварщиком, рекомендуется пользоваться теми же средствами индивидуальной защиты.

Электросварщик не должен приступать к работе при следующих нарушениях требований безопасности:

· отсутствии или неисправности защитного щитка, сварочных проводов, электрододержателя, а также средств индивидуальной защиты;

· отсутствии или неисправности заземления корпуса источника сварочного тока, вторичной обмотки сварочного трансформатора, свариваемой детали и кожуха рубильника;

· недостаточной освещенности рабочих мест и подходов к ним;

· отсутствии ограждений рабочих мест, расположенных на высоте 1,3 м и более, и оборудованных систем доступа к ним;

· при наличии пожаро- и взрывоопасных условий;

· отсутствии вытяжной вентиляции в случае работы в закрытых помещениях.

Перед началом работы электросварщик обязан получить от производителя работ задание на производство работы и инструктаж на рабочем месте.

Необходимо проверить рабочую одежду и рукавицы и убедиться в том, что на них нет следов масел, жиров, бензина, керосина и других горючих жидкостей.

Рабочая одежда не должна иметь развевающихся частей, куртка должна быть надета навыпуск, пуговицы застегнуты, обшлага рукавов застегнуты или подвязаны, брюки надеты поверх сапог, каска должна быть застегнута на подбородочный ремень, а волосы убраны под каску.

При выполнении электросварочных работ электросварщик обязан выполнять следующие требования безопасности:

· следить, чтобы подручные или выполняющий совместно со сварщиком работы персонал пользовались защитными средствами;

· следить, чтобы шлак, брызги расплавленного металла, огарки электродов, обрезки металла и других предметов и личный инструмент не падали на работающий персонал и проходящих людей;

· постоянно следить за исправностью электрододержателя и провода (прямого) к нему;

· следить, чтобы провода сварочной цепи не подвергались механическим, тепловым и прочим воздействиям, могущим вызвать нарушение и повреждение их электроизоляции;

· в перерывах в процессе сварки проверять состояние и наличие защитных заземлений на корпусах электросварочной аппаратуры;

· во время перерывов в работе электросварщику запрещается оставлять на рабочем месте электрододержатель, находящийся под напряжением, сварочный аппарат необходимо отключать, а электрододержатель закреплять на специальной подставке или подвеске;

· если в процессе работы или в перерывах на рабочем месте будет обнаружен запах горючего газа (утечка из газового поста газопровода, газового баллона), то немедленно прекратить электросварочные работы, сообщить производителю работ (бригадиру или мастеру), произвести отключение источника сварочного тока, уйти в безопасное место;

· отключить источник сварочного тока от питающей сети в следующих случаях: уходя с рабочего места даже на короткое время; при временном прекращении работы; при перерыве в подаче электроэнергии; при обнаружении какой-либо неисправности; при уборке рабочего места;

· подключение и отключение сварочных аппаратов, а также их ремонт должны осуществляться специальным персоналом через индивидуальный рубильник.

По окончании работы электросварщик обязан:

· выключить рубильник сварочного аппарата, а при работе на автоматах и полуавтоматах - перекрыть воду;

· при сварке в защитных газах закрыть вентиль баллона и снять давление на редукторе;

· собрать провода и защитные приспособления, уложить их в отведенное место или сдать в кладовую;

· выключить местную вентиляцию;

· убрать рабочее место от обрезков металла, огарков электродов и других материалов;

· перед уходом с рабочего места тщательно осмотреть все места, куда могли долетать раскаленные частицы металла, искры, шлак, и убедиться в отсутствии тлеющих предметов - очагов возможного возникновения пожара; сдать сменщику и руководителю рабочее место чистым, сообщить обо всех неисправностях и замечаниях, выявленных во время работы; снять спецодежду и повесить ее в шкаф, вымыть лицо и руки или принять душ.

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет режима сварки

Под режимом сварки понимают совокупность условий, создающих устойчивое протекание процесса сварки.

Параметры режима сварки подразделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам режима сварки при ручной сварке относят величину, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение, скорость сварки и величину поперечного колебания конца электрода, а дополнительным - величину вылета электрода, состав и толщину покрытия электрода, начальную температуру основного металла, положение электрода в пространстве (вертикальное, наклонное) и положение изделия в процессе сварки.

Для получения качественного сварного шва необходимо правильно выбрать режим сварки, определяемый диаметром электрода, величиной сварочного тока и длиной дуги.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины металла и типа сварного соединения, сварку сварного шва выполняют двумя электродами: корневой шов диаметром электрода 3мм и заполняющий диаметр электрода4мм.

Величина сварочного тока зависит от толщины свариваемого металла, типа соединения, скорости сварки, положения шва в пространстве, толщины и вида покрытия электрода, его диаметра и рабочей длины.

Практически величину сварочного тока определяют в зависимости от диаметра электрода:

I = kd,

где I ? сварочный ток, А; d ? диаметр электрода, мм;

k ? коэффициент пропорциональности, равный 45…60 А/мм при ручной сварке стальными покрытыми электродами.

I_св= 30х 3 = 90(А) -для электрода 3 мм

I_св= 30х 4 =120(А) -для электрода 4 мм

Длина дуги оказывает существенное влияние на качество шва: чем короче дуга, тем выше качество наплавленного металла.

Длину дуги определяют по формуле:

L = 0,5d +1,

L =0,5 х3 +1= 2,5 (мм) для электрода 3 мм

L =0,5 х4 +1= 3 (мм) для электрода 4 мм

Сварка обычно осуществляется при токе свыше 50 А.В этом случае напряжение горения дуги зависит только от длины дуги.Напряжение зажигания дуги для постоянного тока Uд =40…60 В;

Скорость сварки определяют по формуле:

Vcв = L / t₀ ,

где Vcв? линейная скорость сварки, м/ч;

t_o ? продолжительность горения дуги, ч; L ? длина сварного шва, м.

Длина сварного шва 12м, корневой шов выполняют электродом диаметром 3мм, он горит 0,05часа, а заполняющий шов выполняют электродом диаметром 4мм, он горит 0,06часа.

Для выполнения корневого шва необходимо 120шт электродов диаметром 3мм и 80шт электродов диаметром 4мм для заполняющего шва.

Vcв = 12/6=2 (м/ч)- для электрода 3 мм

Vcв 12/4,8= 2,5 (м/ч) - для электрода 4мм

Суммарный расход электродов на угар, разбрызгивание и огарки составляет до 25 % массы элктрода

3.2 Расчет количества наплавленного металла, расхода сварочных материалов

Площадь поперечного сечения шва рассчитывают по формуле

F=Sb+0,5(S-c)²tga+0,75(eg+e₁g₁ )

F=8*2+0,5*(8-1)² *1+0,75* (12*0,5+8*2)=73мм²

Расчет количество наплавленного металла определяют по формуле:

G=FxL

G=73*12000=876000гр/мм²

Норма расхода электродов

расход электродов на 1 кг наплавленного металла, кг	марка электродов
1,7	МР-3, АНО-4, Т-590, ОЗЧ-2
1,65	МР-3 СИНИЕ, ОЗС-12, ОЗС-4, АНО-21, АНО-6
1,6	УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, ОЗЛ-6, ЦЛ-11
1,5	ОЗС-6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Технология разработки хребтовой балки является экономичной, так как для сварки хребтовой балки применяли сварочный инвертор и сварочный кондуктор, что не требует постановку прихваток и работу сварщика делает нетрудоемкой, тем самым улучшает производительность.

Сварка

Преимуществом инверторного источника питания сварочной дуги является уменьшение размеров силового трансформатора и улучшение динамической характеристики дуги. Использование инверторных технологий привело к уменьшению габаритов и массы сварочных аппаратов, улучшению качественного показателя сварочной дуги, повышению КПД, минимальному разбрызгиванию при сварке, позволяет реализовать плавные регулировки сварочных параметров.

Размещено на Allbest.ru

...