Технология сборки и сварки колонны К3т

1.8 Выбор и расчет режимов сварки

1.8.1 Основные параметры ручной дуговой сварки

Основными параметрами режима сварки являются сила тока, напряжение дуги и скорость сварки. Величина тока в большей степени определяет тепловую мощность дуги. С увеличением тока возрастает ширина и длинна сварочной ванны, а так же глубина проплавления металла, глубина проплавления металла. При назначении тока на прихватку для данной конструкции учтена толщина свариваемого металла, глубина проплавления - 1/3 от К_f, но не более 6.0 мм. С учетом выше изложенного выбран диаметр электрода 4мм.

Величину тока можно посчитать пользуясь эмпирической формулой:

А

Где: - диаметр электрода, мм.

К- коэффициэнт, зависящий от диаметра электрода и имеющий следующие значения

Диаметр электрода, мм 4

К 35-50

Напряжение дуги при ручной дуговой сварке изменяется в узких пределах (20-36 В) и при расчетах режима не регламентируется, условно принимаем 30В. Ручная дуговая сварка в данном случае используется для прихваток - является однослойной и выполняется за один проход. Согласно СНиП II-23-81,таблица 38 минимальный катет шва равен 5.0мм, при толщине более толстого из свариваемых элементов t, мм с пределом текучести стали до 430 МПа. Площадь поперечного сечения шва на прихватку определяется по формуле:

/2, мм²

Где: катет шва, мм²

Определяем скорость сварки

Где: - коэффициент наплавки г/Ач (11.6±0.4)

Fн- площадь поперечного сечения шва- 12.5мм²

- плотность наплавленного металла г/см³

/с = 23.7 м/ч.

1.8.2 Выбор режимов полумеханизированной сварки

Выбор параметров режимов полумеханизированной сварки в углекислом газе. Установленного метода расчета сварки нет. На практике обычно пользуются апробированными таблицами и графиками. От параметров зависит форма и размеры шва, определяемые коэффициентом провара ??_пр. оптимальное значение которого 1.3-2. Согласно СНиП II-23-81 табл. 38 при толщине металла с пределом текучести до 430 МПа, тип соединения тавровое К_f=6мм.

Таблица 19

Катет шва (мм)	Количество слоев	Диаметр проволоки (мм)
6.0	1	1.6

Сварочный ток I_св и напряжение на дуге U_д при которых обеспечивается хорошая устойчивость горения дуги и формирование шва, установлено в зависимости от диаметра электродной проволоки.

Таблица 20

Диаметр электродной проволоки (мм)	Сварочный ток (А)	Напряжение на дуге (В)
1.6	350	28

Площадь поперечного сечения шва определяется по формуле:

, мм.

мм

Скорость сварки определяется по формуле:

Где Lн- коэффициент наплавки 11.6±0.4;

г - удельный вес металла шва 7.8 г/см³

м/ч

Скорость подачи электродной проволоки рассчитывается по формуле:

р

м/ч

Расход углекислого газа и вылет электродной проволоки влияет на размер шва и стабильность процесса сварки, при сварке электродной проволокой диаметром 1.6мм расход СО₂ составляет 18л/мин. Вылетом электродной проволоки называется длинна отрезка электродной проволоки между ее концом и выходом из мундштука. Величина вылета оказывает большое влияние на устойчивость процесса сварки и качество сварного шва.

Выбор максимального вылета электродной проволоки произведен из расчета диаметра проволоки и составил 12мм.

Кроме вылета электродной проволоки необходимо выдержать определенное расстояние от сопла горелки до изделия. Равное 20мм так как с увеличением этого расстояния возможно попадание кислорода и азота воздуха в наплавленном металле, что приводит к образованию пор.

Сварка ведется только на постоянном токе обратной полярности. Наклон электрода относительно шва оказывает большое влияние на глубину провара и качество шва. В данном случае сварку следует производить углом назад в пределах 5°-10°, наплавка металла получается наиболее плотной.

1.8.3 Расчет режимов механизированной сварки под слоем флюса.

Свариваемые детали поз.1 t=17мм, поз.2 t=12мм. Рассматриваемый тип соединения Т3 можно представить как шов, выполняемый в положении «лодочка» без разделки кромок.

При расчете режима сварки задаемся значением катета шва, определяемого из условий прочности в соответствии со «СНиП 11-23-81». Согласно табл. 38* катет шва = 6мм.

Площадь сечения наплавленного металла для тавровых соединений без разделки кромок 2-х сторонней сварки в соответствии с ГОСТ 8713-79.

, мм.

мм

где: -катет шва.

Диаметр электродной проволоки желательно выбирать таким чтобы он обеспечил максимальную производительность при требуемой глубине проплавления. Предварительно принимаем диаметр электрода 3мм. При сварке для более глубокого проплавления рекомендуется использовать более высокие значения плотности тока в электродной проволоке, задаемся значением плотности тока i=75,А/ мм².

Произведем расчет силы сварочного тока по формуле.

Где d-диаметр электрода, мм.

i - плотность тока, А/мм²

Окончательно устанавливаем сварочный ток 550А.

Уточняем диаметр электрода по формуле.

=3мм.

Вычисляем рекомендуемую скорость сварки по формуле:

Где Lн- коэффициент наплавки 11.6±0.4;

г - удельный вес металла шва 7.8 г/см³

м/ч

Определяем напряжение не дуге

При увеличении напряжения дуги увеличивается ее подвижность, при этом ширина шва растет, провара практически остается постоянной.

Скорость подачи электродной, м/ч рассчитывается в зависимости от величины сварочного тока по формуле

Форма шва в основном определяется коэффициентом провара. Для тавровых соединений он должен быть не более 2. При маленьких значениях - появляется склонность к образованию горячих трещин, при больших значениях - к увеличению возможных деформаций.

Определим коэффициент провара

В

К¹-коэффициент величина которого зависит от рода тока и полярности для постоянного тока прямой полярности К¹=1.12

Эффективная тепловая мощность дуги

где з- эффективный КПД, для автоматической сварки под флюсом составляет (0.8-0.95).

Определим фактическую глубину проплавления по формуле.

1.9 Меры борьбы со сварочными напряжениями и деформациями.

Деформацией называется изменение формы и размера тел под действием сил. К деформации после сварки приводят внутренние напряжения в сварном шве. Сварочные деформации зависят от технологического процесса сборочно-сварочных работ, оказывают влияние на геометрическую форму изделия, а иногда и на его несущую способность.

Наиболее часто встречающимися видами деформации элементов являются серповидность, продольное и поперечное укорочение, винтообразность, грибовидность перекос полок, коробление листовых деталей и др.

Мероприятия по борьбе с деформациями можно разделить на 3 вида: конструктивные, технологические, проводимые в процессе сварки, технологические проводимые после сварки.

К технологическим мероприятиям, проводимым во время сварки конструкций, относится предварительный обратный выгиб, жесткое закрепление, способ уравновешенных деформаций, первоочередная сварка поперечных швов, обратноступенчатый порядок наложения швов при сварке.

Жесткое закрепление конструкции уменьшает деформации, но при этом в металле возникают дополнительные внутренние напряжения, которые могут вызвать появление трещин, как в металле шва, так и в околошовной зоне.

Способ уравновешивания деформаций применяется для сварки конструкций, имеющих швы, расположенные симметрично к центру тяжести сечения. Последовательность наложения швов устанавливается с таким расчетом, чтобы деформации, вызванные, наложением шва были ликвидированы обратными деформациями после наложения предыдущего шва.

Коробление стенок при сварке двутавровых балок из листовой стали можно предотвратить механическим натяжением стенки в процессе сборки.

Для предотвращения винтообразности рекомендуется увеличить жесткость сечения за счет установки до сварки поясных швов, диафрагм через 1200-1500мм начиная с торцов.

Устранение сверх допустимых деформаций в конструкциях производят с помощью листоправильных вальцов, кулачковых прессов, пневматических скоб, машин для правки грибовидности, домкратов, винтовых приспособлений, грузов, пламенем газовой горелки, наложением холостых швов и др.

Правка деформированных сваркой стержней колонны может быть выполнена местным нагревом. Пламенем ацетиленовой горелки. Нагрев производится с выпуклой треугольниками или полосами, положение которых предварительно размечается мелом. Правку хлопунов в стенках сплошных стержней колонн производят местным нагревом с выпуклой стороны полосами или отдельными точками. Рядом с нагретыми участками рекомендуется производить проколачивание металла молотками или кувалдами. Местный нагрев производят при температуре 700-800 ⁰С, доводя металл до пластического состояния, определяя температуру по цвету каления или с помощью термочувствительных карандашей (рис. 7).

Рисунок 7. Правка грибовидности

Следует соблюдать следующие конструктивные способы:

1) в конструкции должно быть минимальное количества сварных швов;

2) симметричность расположения швов для уравновешивания деформаций;

3) обеспечены размерами чертежа минимальные зазоры в местах сварки;

4) расчитывать в сопряжениях деталей возможность конструктивной свободной усадки сварного шва при остывании без жестких заделок;

5) не допускать перекрещивающихся швов;

6) равномерное, малыми дозами, симметричное распределение тепловложениий от сварки, с указанием последовательности и направления наложения швов, их протяженности и сечения, применяя и встречное направление второго слоя (прохода) шва

7) обоснованные режимы сварки и правильная последовательность наложения швов;

8) минимальное количество прихваток и малое их сечение;

9) предварительное взаимное расположение деталей с учетом будущей деформации, а также предварительные прогибы, которые исчезнут от деформации после сварки;

10) предварительное закрепление деталей перед сваркой

Рисунок 8. Конструктивные мероприятия по устранению деформации

Для уменьшения остаточных деформаций и напряжений при сборке используют жесткое закрепление деталей прихватками обеспечивая максимальную точность не допуская увеличенных или неравномерных зазоров и смещения кромок, смотри рисунок 6.



1-прихватка

Рисунок 9. Жесткое закрепление

При одной и той же погонной энергии сварка под флюсом благодаря значительной скорости перемещения дуги (изотермы вытянуты и сдвинуты в область, уже пройденную дугой) обеспечивает меньшие остаточные деформации, чем ручная дуговая сварка.

Учитывая, что длина участка при сварке поясных швов стержня 14м, следует использовать обратноступенчатый способ наложения швов, разбивая весь участок на участки по 1,5м. Технология наложения обратноступенчатым способом от середины к концам шва представлена на рисунке.

Рисунок 10. Обратно-ступенчатый метод

1.10 Контроль сварных соединений

1.10.1Общие требования

Контроль качества сварки и сварных соединений включает:

· проверку аттестации персонала;

· проверку сборочно-сварочного и контрольного оборудования, аппаратуры, приборов и инструментов;

· контроль качества основных материалов;

· контроль качества сварочных материалов и материалов для дефектоскопии;

· операционный контроль технологии сварки;

· неразрушающий контроль качества сварных соединений;

· разрушающий контроль качества сварных соединений;

· контроль исправления дефектов.

Виды контроля определяются конструкторской организацией в соответствии с требованиями правил, НД на изделия и сварку и указываются в конструкторской документации. Для установления методов и объемов контроля сварных соединений определена группа конструкции в зависимости от расчетных параметров и условий эксплуатации. В процессе изготовления колонна должны проверяться:

- соответствие металла свариваемых деталей и сварочных материалов требованиям НД;

- соответствие качества подготовки кромок и сборки под сварку требованиям действующих стандартов и чертежей;

- соблюдение технологического процесса сварки разработанного в соответствии с требованиями НД. Основными видами неразрушающего контроля металла и сварных соединений для данной конструкции являются: визуальный и измерительный контроль. Кроме этого, могут применяться другие методы (акустическая эмиссия, магнитография, цветная дефектоскопия, определение содержания в металле шва ферритной фазы и др.) в соответствии с ТУ организации-изготовителя в объеме, предусмотренном НД.

Контроль материалов и сварных соединений неразрушающими методами должен проводиться организациями, имеющими разрешение (лицензию) органов Госгортехнадзора России на выполнение этих работ.

Приемочный контроль изделия, сборочных единиц и сварных соединений должен выполняться после окончания всех технологических операций, связанных с термической обработкой, деформированием и наклепом металла.

Последовательность контроля отдельными методами должна соответствовать требованиям НД. Визуальный и измерительный контроль, должны предшествовать контролю другими методами.

Контроль качества сварных соединений должен производиться по НД, согласованной с Госгортехнадзором России.

В процессе производства работ персоналом организации - производителя работ должен осуществляться операционный контроль технологических процессов подготовки и сборки деталей под сварку, сварки и термической обработки сварных соединений, исправления дефектов сварных соединений.

При операционном контроле проверяется соблюдение исполнителями требований настоящих Правил, НД и чертежей. Объемы операционного контроля при подготовке, сборке, сварке и исправлении дефектов должны указываться в НД.

Результаты по каждому виду контроля (в том числе и операционного) должны фиксироваться в отчетной документации (журналах, формулярах, протоколах, маршрутных паспортах и т.д.).

Средства контроля должны проходить метрологическую проверку в соответствии с требованиями нормативной документации Госстандарта России.

Каждая партия материалов для дефектоскопии (пенетранты, порошок, суспензии, радиографическая пленка, химические реактивы и т.д.) до начала их использования должна быть подвергнута входному контролю.

Объем неразрушающего контроля, предусмотренный настоящими Правилами, может быть уменьшен по согласованию с Госгортехнадзором России в случае массового изготовления, в том числе при неизменном технологическом процессе, специализации сварщиков на отдельных видах работ и высоком их качестве, подтвержденном результатами контроля за период не менее 6 месяцев. Копия разрешения вкладывается в паспорт конструкции.

Изделие признается годным, если при контроле в нем не будут обнаружены внутренние и наружные дефекты, выходящие за пределы допустимых норм, установленных настоящими Правилами и НД на изделие и сварку.

1.10.2 Визуальный и измерительный контроль

Визуальному и измерительному контролю подлежат все сварные соединения и их элементов с целью выявления в них следующих дефектов: трещин всех видов и направлений; свищей и пористости наружной поверхности шва.

Подрезов; наплывов, прожогов, незаплавленных кратеров; смещения и совместного увода кромок свариваемых элементов свыше норм, предусмотренных правилами; непрямолинейность соединяемых элементов.

Несоответствие формы и размеров швов требованиям технической документации.

Перед визуальным осмотром поверхность сварного шва и прилегающие к нему участки основного металла шириной не менее 20мм в обе стороны от шва должны быть зачищены от шлака и других загрязнений.

Осмотр и измерения сварных соединений должны производиться с наружной и внутренней сторон по всей протяженности швов. В случае невозможности осмотра и измерения сварного соединения с двух сторон его контроль должен производиться в порядке, предусмотренном автором проекта.

1.10.3 Ультразвуковой контроль

Ультразвуковая дефектоскопия производятся с целью выявления в сварных соединениях внутренних дефектов (трещин, непроваров, пор, шлаковых включений и др.).

К контролю сварных соединений физическими методами допускаются специалисты, прошедшие специальную теоретическую подготовку, практическое обучение и аттестацию в соответствии с «Правилами аттестации специалистов неразрушающего контроля», утвержденными Госгортехнадзором России 18.08.92 г.

Ультразвуковая дефектоскопия и радиографический контроль сварных соединений должны производиться в соответствии с требованиями НД.

Метод контроля (ультразвуковая дефектоскопия) выбирается исходя из возможности обеспечения более полного и точного выявления недопустимых дефектов с учетом особенностей физических свойств металла, а также освоенности данного метода контроля для конкретного вида сварных соединений.

Объем контроля ультразвуковой дефектоскопией стыковых, угловых, тавровых и других сварных соединений конструкций и их элементов, должен соответствовать НД

Указанный объем контроля относится к каждому сварному соединению. Места сопряжений (пересечений) сварных соединений подлежат обязательному контролю ультразвуковой дефектоскопией.

Перед контролем соответствующего участка сварные соединения должны быть так замаркированы, чтобы их можно было легко обнаружить на картах контроля.

При выявлении недопустимых дефектов в сварных соединениях, подвергаемых ультразвуковой дефектоскопии в объеме менее 100% обязательному контролю тем же методом подлежат однотипные швы этого изделия, выполненные данным сварщиком, по всей длине соединения.

При невозможности осуществления ультразвуковой дефектоскопии из-за недоступности отдельных сварных соединений или при неэффективности этих методов контроля контроль качества этих сварных соединений должен производиться другими методами в соответствии с инструкцией.

1.10.4 Контрольные сварные соединения

Контроль механических свойств, испытание на стойкость против межкристаллитной коррозии и металлографические исследования сварных соединений должны производиться на образцах, изготовленных из контрольных сварных соединений.

Контрольные сварные соединения должны быть идентичны контролируемым производственным сварным соединениям (по маркам стали, толщине листа).

Форме разделки кромок, методу сварки, сварочным материалам, положению шва, режимам. Швы должны быть выполнены тем же сварщиком и на том же сварочном оборудовании одновременно с контролируемым производственным соединением. Если проведена производственная аттестация технологии сварки в соответствии с требованиями настоящих правил, то по согласованию со специализированными научно-исследовательскими организациями.

При сварке контрольных соединений (пластин), предназначенных для проверки механических свойств, проведения испытания на стойкость против межкристаллитной коррозии и металлографического исследования, пластины следует прихватывать к свариваемым элементам так, чтобы шов контрольных пластин являлся продолжением шва свариваемого изделия.

Сварка контрольных пластин для проверки соединений элементов конструкции, к которым прихватка пластин невозможна, может производиться отдельно от них, но с обязательным соблюдением всех условий сварки контролируемых стыковых соединений.

При автоматической (механизированной) сварке конструкции на каждую конструкцию должно быть сварено одно контрольное соединение. Если в течение рабочей смены по одному технологическому процессу сваривается несколько однотипных конструкций, разрешается на всю партию конструкций, сваренных в данной смене, выполнить одно контрольное соединение.

Сварка контрольных соединений во всех случаях должна осуществляться сварщиками, выполнявшими контролируемые сварные соединения на сосудах.

Контрольные сварные соединения должны подвергаться ультразвуковой дефектоскопии по всей длине.

Если в контрольном соединении будут обнаружены недопустимые дефекты, все производственные сварные соединения, представленные данным соединением и не подвергнутые ранее дефектоскопии, подлежат проверке неразрушающим методом контроля по всей длине.

Оценка качества сварных соединений указана в карте контроля. Качество сварных соединений считается неудовлетворительным, если в них при любом виде контроля будут обнаружены внутренние или наружные дефекты, выходящие за пределы норм, установленных правилами и техническими условиями.

Дефекты, обнаруженные в процессе изготовления, должны быть устранены с последующим контролем исправленных участков. Методы и качество исправления дефектов должны обеспечивать необходимую надежность и безопасность работы сосуда.

Исправление дефектов в сварных соединениях

Недопустимые дефекты, обнаруженные в процессе изготовления (доизготовления), реконструкции, монтажа, ремонта, наладки, испытания и эксплуатации, должны быть устранены с последующим контролем исправленных участков.

Технология исправления дефектов и порядок контроля устанавливаются НД, разработанной в соответствии с требованиями настоящих Правил и НД.

Отклонения от принятой технологии исправления дефектов должны быть согласованы с ее разработчиком. Удаление дефектов следует проводить механическим способом с обеспечением плавных переходов в местах выборок. Максимальные размеры и форма подлежащих заварке выборок устанавливаются НД.

Допускается применение способов термической резки (строжки) для удаления внутренних дефектов с последующей обработкой поверхности выборки механическим способом.

Полнота удаления дефектов должна быть проверена визуально и методом неразрушающего контроля (капиллярной или магнитопорошковой дефектоскопией либо травлением) в соответствии с требованиями НД.

Исправление дефектов без заварки мест их выборки допускается в случае сохранения минимально допустимой толщины стенки детали в месте максимальной глубины выборки.

Если при контроле исправленного участка будут обнаружены дефекты, то допускается проводить повторное исправление в том же порядке, что и первое.

Исправление дефектов на одном и том же участке сварного соединения допускается проводить не более трех раз.

Не считаются повторно исправленными разрезаемые по сварному шву соединения с удалением металла шва и зоны термического влияния.

1.11 Технологический процесс сборки и сварки конструкции

1.11.1 Общие требования

Кромки деталей, подлежащих сварке, и прилегающие к ним участки должны быть очищены от окалины, краски, масла и других загрязнений в соответствии с требованиями НД.

Приварка и удаление вспомогательных элементов (сборочных устройств, временных креплений и др.) должны производиться в соответствии с указаниями чертежей и НД. Приварка этих элементов должна выполняться сварщиком, допущенным к сварке данного изделия.

Прихватки должны выполняться сварщиком, допущенным к сварке данного изделия с применением присадочных материалов, предусмотренных технической документацией на сварку данного изделия. Прихватки при дальнейшем проведении сварочных работ удаляются или переплавляются основным швом.

Приварка временных креплений и удаление их после сварки основного изделия должны производиться по технологии, исключающей образование трещин и закалочных зон в металле изделия.

Все сварочные работы при изготовлении изделий и их элементов должны производиться при положительных температурах в закрытых помещениях.

Все сварные швы подлежат клеймению, позволяющему установить сварщика, выполняющего эти швы. Конструктивный зазор в угловых и тавровых сварных соединениях допускается в случаях, предусмотренных НД.

Клеймо наносится на расстоянии 20-50мм от кромки сварного шва с наружной стороны. Если шов с наружной и внутренней сторон заваривается разными сварщиками, клейма ставятся только с наружной стороны через дробь: в числителе клеймо сварщика с наружной стороны шва, в знаменателе - с внутренней стороны. Если сварные соединения конструкции выполняются одним сварщиком, то допускается клеймо сварщика ставить около таблички или на другом открытом участке. Если сварные соединения выполнялись несколькими сварщиками, то на нем должны быть поставлены клейма всех сварщиков, участвовавших в его выполнении.

1.11.2 Нормирование сборочно-сварочных операций

Нормирование полумеханизированной сварки в защитном газе для крупносерийного производства

Т_шт=( (t₀+t_в1 )k₁ k₂ l + t_в2 ) k₃ , чел.-час

t₀- основное время однопроходной сварки, мин

t_в1 -вспомогательное время связанное с 1м шва, мин

k₁ -коэффициент, учитывающий пространственного положения сварки для нижнего=1

k₂ -коэффициент, учитывающий, длину шва =1,1

k₃ -коэффициент, учитывающий тип производства, крупносерийно =1,13

t₀= 60 FY/aI, мин

где F-площадь поперечного сечения шва по расчетам =18мм²

Y-удельный вес наплавленного металла= 7,8 гр/см³

а- коэффициент наплавки = 11,6+-0,4 гр/А.час

I-сварочный ток по расчету =350А

Определяем основное время сварки

t₀= 60 х 0,18 х 7,8 / 11,6 х 350=0,02 мин

t_в1 =t₁₊ t ₂ + t₃ + t₄ + t₅

t_1- зачистка кромок под шов =0,5 мин/м

t ₂ -смена электрод=0

t₃ - осмотр шва =0,35мин

t₄ -зачистка шва=1,26 мин

t₅ -переход сварщика и подтягивание проводов =0,3 мин

t_в1 =0,5+0 +0,35+1,26+0,3=2,41

t_в2 = t₆ + t₇

t₆ -время установки ,кантовки, снятия изделия при работе с подъемно-тртными средствами =13

t₇ -установка клейма сварщика в одном месте =0,3 мин

t_в2 = 13 + 0,3=13,3

Штучная норма времени

Т_шт=( (0,02+2,41 ) х 1,2 + 13,3) 1,13=18,32мин=0,30 чел.-час

По нормативам ЕНиР22 в составе работ не предусмотрено t₆ -время установки, кантовки, снятия изделия при работе с подъемно-тртными средствами при вычите этого времени получим

Т_шт=( (0,02+2,41 ) х 1,2) 1,13=2,9мин=0,04 чел.-час

Сравнив расчетное время 0,04чел.-час. и нормативное 0,1 чел.-час на 1 погонный метр, норму времени по сборке и сварке фермы устанавливаем по ЕНиР 22. Технологический процесс изготовления оформляем в маршрутную карту.

1.12 Расчет потребности сварочных материалов и электроэнергии

Расчет расхода сварочных материалов ручной дуговой сварки

Зная режим сварки, легко определить вес наплавленного металла, расход металла и расход электродов:

Q_HM=F_H x J x L гр

где: Q_H - масса наплавленного металла, гр;

F_H - площадь поперечного сечения, см²;

J - удельный вес наплавленного металла, г/см³, для покрытых элементов;

L - длина шва, см;

Определяем вес наплавленного металла для полного объема изделий в 30 штук

Q_HM=0,125 x 7,8 x69699=67956гр

Q_Э=К₁ x К₂ x Q_HM гр

где: Q_Э - расход покрытых электродов, гр;

К₁ - коэффициент, учитывающий потери на угар и разбрызгивание и огарки. Если принять потери на угар и разбрызгивание 10% и на огарки 15 %, то К₁=1,33;

К₂ - коэффициент, учитывающий вес покрытия К₂=1,25-1,4.

Q_Э=67956 x 1,25 x 1,33=112977гр

Расчет расхода сварочных материалов в среде защитных газов

Основными сварочными материалами являются: сварочная проволока, защитный газ (аргон, углекислый газ). Расход сварочной проволоки ведется по формуле:

Q_ПР=К_Р x Q_H гр

где: Q_ПР - расход сварочной проволоки на всю конструкцию, гр;

Q_H- расход наплавленного металла на всю конструкцию, гр;

К_Р - коэффициент расхода, учитывающий потери проволоки 1,03-1,15.

Находим вес наплавленного металла на всю конструкцию по формуле Q_HM

Q_HM=0,18 x 7,8 x 104820=147167,2гр

Q_ПР=147167 x 1,15=169242гр

Расход защитного газа

Определение защитного газа:

H_Г=Q_Г x L_M x Q_ДОП л

Q_Г=g_Г x t₀ л/мин

t₀=60/ V_СВ мин

Q_ДОП=t_п.з. x g_Г л

где: H_{Г -} расход защитного газа;

Q_Г - расход газа на 1 п.м. шва;

g_Г - удельный расход защитного газа;

L_M - длина однопроходного шва;

t₀ - основное время сварки;

V_СВ - скорость сварки;

Q_ДОП - дополнительный расход газа на подготовительную операцию (продувка газа перед началом сварки, настройка режима);

t_п.з - время подготовительно-заключительной операции при сварки плавящимся электродом t_п.з=0,05.

Q_ДОП=0,05 x 17=0,85 л

t₀=60/20=3 мин

Q_Г=17х3=51 л/мин

H_Г51 x1048 + 0,85=53459 л

Вес наплавленного металла на сварку двутаврового стержня балки:

Q_HM=0,18 x 7,8 x 173580=243706гр

Q_ПР=243706 x 1,15=280262гр

Расход флюса определяется по формуле:

Q_ф=к_фхQ_Эл

где к_ф- коэффициент, учитывающий вес флюса к весу сварочной проволоки в общем случае =1,0-1,3

Q_ф=1,3 х 280262=364340 гр

Расчет расхода электроэнергии на сварку

Расход электроэнергии на полный вес наплавленного металла определяется по формуле:

A=(U_Д/ x _Н) x Q_H Вт.ч

где: A - электроэнергия затраченная на конструкцию;

U_Д - напряжение на дуге, В;

- КПД источника питания сварочной дуги;

_Н - коэффициент наплавки, г/А х ч (11,60,4);

Q_H - масса наплавленного металла, гр.

Потребность в электроэнергии для ручной дуговой сварки (прихватка):

A_Р=(28 / 0,8 x 11,6) x 112977=336420 Вт.ч 336,4 кВт.ч

Находим потребность в электроэнергии на общую сварку балки полумеханизированным способом:

A_п=(30 / 0,8 x 11,6) x 169242=540090 Вт.ч=540,0 кВт.ч

Находим потребность в электроэнергии на сварку двутаврового стержня механизированным способом:

Aа=(30 / 0,8 x 11,6) x 364340=1162710 Вт.ч=1162,7 кВт.ч

Общая потребность в электроэнергии при сборочно-сварочных операциях составит 2038 кВтч.

2. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Выбор оборудования

2.1.1 Выбор источника питания

Промышленный классический сварочный аппарат MIG/MAG SYNERGIC.PROІ 250-4 - 450-4

Преимущества (рис. 2.1):

· Компактный или с отдельным подающим механизмом;

· Воздушное или жидкостное охлаждение;

· 4-х роликовый подающий механизм, гарантирующий надежную подачу присадочной проволоки даже при использовании сварочной горелки с длинным шлангом;

· Тележка для источника и газовых баллонов 50 л;

· Высокая продолжительность включения;

· Большой выбор сварочных принадлежностей;

· Промышленное применение.

Рисунок 2.1 Внешний вид сварочного полуавтомата

Характеристики

1. Абсолютная надежность. Все детали аппаратов серии SYNERGIC.PRO², вплоть до мельчайшего винта, прошли испытания на долговечность в условиях интенсивной эксплуатации.

2. Равномерная подача проволоки. Мощный и точный привод механизма подачи проволоки с цифровым управлением позволяет достигать превосходных результатов даже при использовании сварочной горелки длиной 5 м.

3. Удобные в перемещении. Благодаря крепкому транспортному механизму с большими, легко движущимися колесами, оборудование может без проблем маневрировать и перемещаться по мастерской и на строительной площадке. Так же аппараты пригодны для транспортировки с помощью крана или штабельного погрузчика (начиная с 250-4).

Надежный поджиг. Скорость подачи проволоки, вплоть до зажигания электрической дуги, автоматически регулируется функцией медленной подачи проволоки REHM. Одновременно процесс зажигания существенно улучшается за счет оптимальной настройки электронного регулируемого дросселя. К тому же скорость медленной подачи проволоки может, при необходимости, изменяться вручную. Кроме того, наблюдается процесс «заострения» кончика сварочной проволоки в конце сварки. После отключения сварочной дуги полуавтомат активизирует особый процесс, обеспечивающий предотвращение формирования шарика на кончике сварочной проволоки для облегчения последующего зажигания (рис. 2.2)

Рисунок 2.2.

4. Удобный в обращении механизм подачи проволоки. Механизм подачи проволоки надежно закреплен к источнику. Тем не менее, он может легко вращаться. Также механизм подачи проволоки может легко сниматься вручную без какого-либо инструмента и может закрепляться на смонтированной транспортировочной тележке.

5. Стабильная электрическая дуга. Непрерывный контроль напряжения сети и компенсация колебаний сети обеспечивает равномерную, стабильную электрическую дугу, а следовательно, наилучшие результаты сварки.

6. Отсутствие залипания. Благодаря контролируемому управлению подачей сварочной проволоки гарантируется постоянный вылет проволоки и автоматическая настройка времени поджига сварочной проволоки. Таким образом, предотвращается залипание к свариваемому изделию или на наконечнике сварочной горелки. Время поджига сварочной проволоки может, к тому же, при необходимости изменяться вручную.

7. Продувка газом после окончания сварки. Задаваемое программой время продувки газом после окончания сварки может, при необходимости, изменяться вручную.

8. Низкий уровень шума. Оптимальная конструкция корпуса, а также переключение работы вентилятора и водяного насоса в режим ожидания, обеспечивают удобное длительное использование.

Энергоэффективный режим ожидания для вентилятора охлаждения и водяного насоса (отключаются после завершения сварочного процесса через заданный промежуток времени) повышает срок службы водяного насоса и вентилятора, а так же значительно снижает энергопотребление и уровень шума. После завершения сварочного процесса, если сварочный полуавтомат не используется, то после отключения вентилятора и водяного насоса, сварочная установка отключает силовые модули от сети, в то время как приборная панель остается в состоянии ожидания.

9. Сварка осуществляется в нескольких режимах:

· Режим точечной сварки. С помощью режима точечной сварки возможно выполнение сварочного процесса с заданной временной длительностью. После нажатия на клавишу горелки сварочный процесс завершается автоматически по истечении настроенного времени.

· Режим интервальной сварки - это вид точечной сварки с определенными интервалами времени. Такой режим позволяет существенно снизить нежелательное тепловложение в основной материал.

· Сварка в 2-х тактном режиме рекомендуется для быстрого и контролируемого выполнения коротких сварочных швов, а также для ручной точечной сварки. При нажатии на кнопку горелки сварочный процесс запускается, а при отпускании кнопки завершается. В зависимости от модели и типа аппарата, а так же выполненной настройки, при нажатии или отпускании кнопки горелки могут так же запускаться дополнительные функции: горячий старт, стартовый ток, плавный подъем сварочного тока, плавный спуск сварочного тока, ток заварки кратера и др.

· Сварка в 4-х тактном режиме рекомендуется для выполнения длинных сварочных швов. При нажатии на кнопку горелки сварочный процесс запускается, после этого кнопку горелки следует отпустить. Для завершения сварочного процесса необходимо повторно нажать и отпустить кнопку горелки. В зависимости от модели и типа аппарата, а так же выполненной настройки, при нажатии или отпускании кнопки горелки могут так же запускаться дополнительные функции: горячий старт, стартовый ток, плавный подъем сварочного тока, плавный спуск сварочного тока, ток заварки кратера и др.



Рис. 2.3

10. Раздельный блок подачи проволоки. Модели с индексом «S» (separate) оснащены раздельным (выносным) блоком подачи проволоки (рис. 2.4). Они могут быть выполнены в нескольких вариантах исполнения и с обширной палитрой возможного оснащения:

· Standard» - надежный металлический корпус, противоударная защита панели управления. Подающий механизм имеет просторный приемник для 300мм катушек с проволокой (2.4. а)

а



б

в

Рис. 2.4.

· «Construction» - разработан специально для монтажных работ с облегченным, крепким, усиленным металлическим корпусом и пластмассовым приемником для катушки проволоки диаметром 300мм. Противоударная защита панели управления

· «MegaPuls TWIN» - импульсные полуавтоматы из модельного ряда MegaPuls 300, 400, 500 могут производиться в нескольких вариантах исполнения - с одним или двумя выносными подающими устройствами.

Таблица 2.1

Технические характеристики сварочного аппарата

Технические характеристики	250-4	300-4 300-4 S	350-4 350-4 S	350-4 W 350-4 WS	450-4 450-4 S	450-4 W 450-4 WS
Диапазон регулировки сварочного тока [A]	35-250	40-300	40-350	40-350	45-450	45-450
Продолжительность включения (ПВ) при макс. токе (10 мин) при 40 С [%]	50	50	50	50	50	50
Сварочный ток при 100% ПВ при 40 С [A]	180	210	260	260	320	320
Напряжение холостого хода [В]	18-37	17-42	18-43	18-43	18-51	18-51
Число ступеней регулировки	10	12	20	20	30	30
Количество роликов в подающем механизме	4 ролика	4 ролика	4 ролика	4 ролика	4 ролика	4 ролика
Подключение к сети [В]	3х400 В	3х400 В	3х400 В	3х400 В	3х400 В	3х400 В
Предохранитель [A]	16	32	32	32	32	32
Охлаждение горелки	газ	газ	газ	вода	газ	вода
Класс защиты	IP 23	IP 23	IP 23	IP 23	IP 23	IP 23
Вес (с подающим механизмом) [кг]	100	110 (134)	123 (147)	127 (151)	136 (160)	140 (164)
Размеры ДхШхВ (с подающим механизмом) [мм]	1030х605х850 (1030х605х1440)

Полуавтомат предназначен для дуговой сварки плавящимся электродом в углекислом газе различных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей протяженными или прерывистыми швами, а также электродуговыми точками. Полуавтомат может осуществлять сварку конструкций малой толщины при низких скоростях подачи электродной проволоки во всех пространственных положениях.

Имеет плавное регулирование скорости подачи электродной проволоки. Источник питания - выпрямитель ВДУ-506УЗ.

Полуавтомат предназначен для работы в районах умеренного климата в закрытых помещениях с соблюдением следующих условий:

· атмосферное давление: от 84 до 106,7 кПа;

· температура окружающей среды: от минус 10 до плюс 40 °С;

· средняя относительная влажность воздуха: не более 90% при температуре 20°С;

· окружающая среда: невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных паров и газов, разрушающих металлы и изоляцию (рис. 2.5).

Рисунок 2.5 Общий вид ПДГ-515УЗ

Технические характеристики

Напряжение питающей сети при частоте 50 Гц, В 380

Номинальный сварочный ток, А 500

Продолжительность включения при цикле 5 мин, ПВ,% 60

Диаметр электродной проволоки, мм 1,2-2,0

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч 75-960

Расход защитного газа, л/ч 500-1200

Габаритные размеры, мм:

Выпрямителя 620x820X1100

механизма подачи 438X340X220

Масса, кг:

Выпрямителя 300

механизма подачи 13

Полуавтомат обеспечивает подачу электродной проволоки и защитного газа в зону сварки, поддержание стабильного горения дуги и последовательное выполнение операций сварочного цикла. Процесс подачи электродной проволоки и защитного газа в полуавтомате - автоматические. Электродная проволока с помощью электродвигательного привода подачи из кассеты поступает в зону сварки по полому токоведущему кабелю. Одновременно, по гибкому шлангу в зону сварки подводится защитный газ. Перемещение сварочной горелки вдоль шва производится сварщиком вручную. Регулирование скорости подачи электродной проволоки плавноступекчатое. Питание полуавтомата осуществляется от трехфазного щита переменного тока.

Система управления выполнена в виде отдельного блока ЕЗ (БУСП-2), устанавливаемого в блок управления полуавтоматом Е2 (БУ - 011), который находится в левой нише сварочного выпрямителя Е4 и соединен с ним через разъем Х4.

Электрическая схема обеспечивает: включение полуавтомата на сварку выключателем. Выключатель расположен на сварочной горелке. Плавное регулирование скорости резистором RЗ, а также стабилизации установленной скорости подачи электродной проволоки. Автоматическую продувку газового тракта защитным газом до зажигания дуги в течение 0,5с. Управление установочными перемещениями электродной проволоки вниз и вверх тумблерами S1; S2. Проверку подачи защитного газа тумблером S2. Работу полуавтомата в трех режимах (сварка протяженных швов, сварка коротких швов, сварка точечных). Управление полуавтоматом осуществляется с пульта управления, расположенного на подающем механизме.

При изготовлении стержня колонны используется автоматический способ сварки. Сварочный материал - проволока сплошного сечения СВ - 08ГА, флюс АН - 348А. Конструкция стержня имеет двутавровое сечение, швы прямолинейные протяженностью более 1500мм. Сварку производить сварочным трактором АДФ 1004-У3, технические характеристики в таблице 21.

Таблица 21

Технические характеристики сварочного трактора

Тип	Напряжение питающей сети В	Номинальный	Электродная проволока	Скорость сварки	Объем бункера	Тип источника питания	Габа-риты мм	Масса, кг
		Сварочный ток, А	Режим работы ПВ, %	диаметр	Скорость подачи, 1х10-2м/ч
АДФ 1004-У3	380	1000	60	2-5	0,5-10	0,3-3,3	6	ВДУ 1001	810 х310 х510	40

Сварочный трактор представляет собой самоходный механизм состоящий из редукторов, подающего механизма и ходовой тележки. Они приводятся в движение общим электродвигателем (рис. 2.6). Скорость подачи сварочной проволоки и скорость сварки не зависят от напряжения на сварочной дуге и регулируются сменными шестернями. Сварочная проволока подается в зону сварки сварочной головкой. Аппарат передвигается вдоль шва ходовым механизмом с заданной скоростью. Механизм, подающий и ходовой смонтированы в один блок.

Блок является несущим корпусом автомата. Пульт управления встроен в корпус и обеспечивает управление работы аппарата. Аппарат снабжен бункером для подачи флюса в зону сварки. Механизм подачи электродной проволоки состоит из подающего механизма и двух прижимных роликов.

Рисунок 2.6. Внешний вид сварочного трактора

Рисунок 2.7 Сварочный пост

При сварке швов без разделки кромок монтируют два одинаковых обрезиненных бегунка. Вылет бегунков впереди электрода зависит от конструкции свариваемого изделия и конфигурации шва.

При сварке на одной из штанг переднего шасси закрепляют копир, состоящий из двух стальных роликов, связанных балансиром. Копирные ролики ставят, впереди электрода и при движении автомата во время сварки копир автоматически направляет дугу по шву.

На другой штанге переднего шасси рекомендуется поставить нормальный обрезиненный бегунок. Штангу установить на минимальном вылете.

При сварке бегунок не должен касаться изделия. В конце шва на выходе копира при доварке шва, автомат должен опираться на этот бегунок.

Если в конце шва есть выходная площадка для копирных роликов, установка обрезиненного бегунка не нужна. При сварке в основном используется автоматическое направление электрода способом самокопирования. Режимы сварки устанавливаются в зависимости, от марки свариваемой стали, электродной проволоки и флюса согласно технологии, разработанной для каждого конкретного случая.

Сварка проводится после выбора и монтажа автомата по типу сварочного шва и способу направления электрода. Включают источник тока и блок управления. Включения питания цепей управления автомата проводится совместно с включением питания цепей управления сварочного выпрямителя ВДУ-1001 автоматическим выключателем, расположенным на лицевой панели блока управления сварочного выпрямителя.

Кнопками «Вверх» и «Вниз» закорачивают электрод на свариваемое изделие. Маховиком включают фрикционную муфту ходового механизма. Открывают шибер на бункере для подачи флюса. Кнопкой «Пуск» включают сварочный ток. Между изделием и электродной проволокой возбуждается сварочная дуга. Автомат начинает двигаться по свариваемому шву. Для окончания сварки нажимают на кнопку «Стоп». Автомат останавливается. Сварочная дуга в течение 1--2с, в зависимости от настройки реле времени, продолжает гореть. По истечении этого времени автоматически отключается сварочный ток.

Сварочный трактор АДФ-1004-У3, укомплектован источником питания ВДУ-1001. Данный источник питания работает на постоянном токе, обеспечивая стабильное горение дуги без колебаний. Является универсальным, может обеспечивать механизированную сварку под слоем флюса с проволокой сплошного сечения. Система питания однопостовая, внешняя характеристика пологопадающая жесткая. Номинальный ток 1000А, что обеспечивает расчетный режим. Технические характеристики представлены в таблице 22.

Таблица 22

Техническая характеристика источника питания

Тип	Напряжение В	Сварочный ток	Мощность кВт	коэффициент	Габарит мм	Масса кг
ВДУ-1001	Номинальное	Холостого хода	Номинальный ПН-60%	Предел регулирования		Мощности	Полезного действия	820х620х1100	900

Порядок работы источника питания

Концы сварочных кабелей подключить к выпрямителю: один конец к зажиму «+», другой -- к зажиму «--». При сварке на прямой полярности к зажиму «--» подключить кабель, соединенный с электродом. Заземлить в зависимости от полярности сварки один из выходных зажимов выпрямителя. Шина для подсоединения заземляющего кабеля находится за разъемом выпрямителя. Переключателем 5А4 выбрать место регулирования. При местном управлении переключатель поставить в положение 1.В этом случае регулирование тока (или напряжения) производится с блока управления ручкой резистора, расположенного на лицевой панели блока управления. Переключателем, расположенным на лицевой панели, выбрать вид характеристик. При работе на падающих внешних характеристиках переключатель устанавливается в положение I --левое. При работе на жестких внешних характеристиках -- в положение II -- правое. Установить ручку резистора в крайнее левое положение, соответствующее делению 0. Замкнуть рубильник, соединяющий выпрямитель с сетью. Установить рукоятку автоматического выключателя в положение «Включено». При этом загорается сигнальная лампа Н1 на лицевой панели выпрямителя. Произвести пуск вентилятора нажатием на пусковую кнопку, предварительно убедившись, что концы рабочих кабелей не касаются один другого или одновременно металлической поверхности. Убедиться в правильном направлении вращения вентилятора. Воздух должен засасываться со стороны лицевой панели. Если воздух имеет обратное направление, необходимо поменять местами два провода питания на входе выпрямителя. Если в процессе ремонта была произведена замена двигателя, то поменять местами следует любые два провода непосредственно на зажимах двигателя.

Если выпрямитель самопроизвольно отключается от сети автоматическим выключателем, необходимо разомкнуть рубильник, соединяющий выпрямитель с сетью, проверить тиристоры и замерить сопротивление изоляции. Вторичный пуск разрешается производить, только убедившись в исправности всех тиристоров и отсутствии замыканий токоведущих частей на корпус. При работе выпрямителя с автоматом или полуавтоматом переключатель места управления установите в положение II, соответствующее дистанционному регулированию. Выключателем, расположенным на лицевой панели, включить питание вспомогательного трансформатора цепей управления автомата и полуавтомата.

Выключателем включить выпрямитель, предварительно убедившись, что ручка резистора установлена на нулевом делении. На холостом ходу, на жестких внешних характеристиках произвести предварительную установку режима сварки.

Для этого выключатель перевести в положение предварительной настройки и, не отпуская его, ручкой резистора по вольтметру на блоке управления установить необходимое напряжение. При этом следует учесть, что при включенном напряжение холостого хода на выходе выпрямителя (за счет наклона на жестких характеристиках) на 30--31% выше, чем при сварке.

После предварительной установки режима можно приступить к сварке. В случае необходимости резистором в процессе сварки подкорректировать режим.

Рабочее место электросварщика или слесаря сборщика металлоконструкций представляет собой пространственную зону вокруг сварочно-сборочного приспособления.

Обеспечить высокую производительность на полуавтоматах и облегчить труд позволяет поворотная колонна рисунок 6. Колонна предназначена для перемещения механизма подачи электродной проволоки и кассет с проволокой в зону сварки. Подъем консоли осуществляется электродвигателем через цилиндрический редуктор, ходовой винт и гайку, закрепленную к стойке. Консоль соединена с кареткой шарнирно. Стрела с полуавтоматом вращается вокруг оси на конце консоли, что позволяет обеспечивать сварку в любой точке площадки, описанной радиусом, равным рабочей длине консоли. На одном конце стрелы установлена кассета для сварочной проволоки, а на другом конце -- механизм подачи проволоки. При включении электродвигателя вращение передается на вертикальный ходовой винт, и консоль опускается или поднимается до нужной высоты. Электродная проволока, помещенная в кассету, через подающий механизм подается к электрододержателю и к месту сварки

...