Изготовление сварной конструкции "Кронштейн"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сварка является одним из ведущих технологических процессов мирового промышленного комплекса. Доля изделий, изготавливаемых с помощью сварки и родственных технологий, превышает 50 процентов совокупного объема произведенной промышленной продукции в Республике Беларусь с тенденцией постоянного роста. На изготовление сварных конструкций расходуется около 75 процентов перерабатываемого металла. Расход электроэнергии в сварочном производстве промышленных организаций достигает 15 процентов от общего расхода, а все возрастающее применение существующих и внедрение новых технологий сварки, наплавки и резки является одним из важнейших факторов научно-технического прогресса.

Мировые тенденции развития сварочного производства связаны с разработкой и внедрением современных технологических процессов, сварочных материалов, оборудования и методик расчета, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств сварных конструкций и их конкурентоспособности, повышение качества, снижение себестоимости, вредного влияния на сварщиков и окружающую среду, развитием сварки с пониженными тепло-вложениями и системами активного контроля за процессами, внедрением высокоэффективных процессов и увеличением уровня наука-емкости выпускаемой продукции. Наблюдается постоянный рост уровня механизации, автоматизации и роботизации, компьютерного обеспечения, применения энерго- и материалосберегающих способов сварки, переход на новые конструкционные материалы в целях снижения энерго-, материало- и металлоемкости конструкции и издержек производства в 1,5-2 раза к 2020 году.

В сварочном производстве используется большая номенклатура сварочных материалов, в том числе:

-покрытые металлические электроды различных диаметров (2-5 мм),марок и назначения;

-сварочная проволока, в том числе порошковая, различных диаметров (0,8-1,6 мм), марок и назначений;

-сварочные флюсы и припои;

-горючие (ацетилен, пропан-бутан, водород), защитные (аргон, углекислый газ, азот) газы, кислород;

-вольфрамовые электроды.

В нашей стране используются очень много видов сварки: автоматическая сварка под флюсом, электрошлаковая сварка, газовая сварка, световая сварка, термическая сварка, контактная сварка, диффузионная сварка, газопрессовая сварка и многие другие виды.

Сварные конструкции - металлические конструкции зданий и сооружений, соединения элементов которых выполнены на сварке. В виде сварных конструкций изготовляется примерно 95% всех стальных конструкций. Особенно эффективны сварные листовые конструкции. Сварные конструкции имеют ряд преимуществ перед клепаными: экономия металла (10--20%) в результате более полного использования сечения и меньшего веса соединит, элементов; меньшая стоимость (благодаря индустриальности изготовления, применению относительно недорогого оборудования); плотность (герметичность) сварных швов, что особенно важно для резервуаров, трубопроводов и гидротехнических сооружений.

Данные, характеризующие мировую тенденцию производства сварочных материалов, свидетельствуют, что в общем объеме потребления сварочных материалов основную долю их снижения к 2020 году на 17 процентов составляют покрытые электроды. При этом наблюдается устойчивый рост применения порошковой проволоки и сплошной проволоки для MIG/MAG сварки.

Анализ рынка сварочного оборудования, производимого европейскими странами, показывает, что практически все виды сварочного оборудования имеют тенденцию роста выпуска, за исключением оборудования для ручной дуговой сварки.

В Беларуси получили развитие такие направления, как комплексная автоматизация процессов, проектирование сборочно-сварочных цехов, разработка технологических процессов восстановления деталей.

В Республике Беларусь сварка является ведущим технологическим процессом более чем для 400 организаций. Годовой объем производства сварных металлических и железобетонных конструкций составляет более 490 тыс.тонн. Трудоемкость заготовительных и сварочных операций составляет 30-45% от общей трудоемкости изготовления оборудования и техники, а в ряде случаев, в частности для сельхозмашиностроения, может достигать 60-75 процентов. Расход электроэнергии на сварку и родственные технологии для организаций с развитым сварочным производством с учетом затрат на термообработку, вентиляцию, отделочные работы составляет 25-30 процентов от энергозатрат этих организаций. Энергоемкость отечественных сварных конструкций, по сравнению с промышленно развитыми странами, превышает в 1,5-2,5 раза, металлоемкость - в 1,2-1,8 раза, удельный расход наплавленного металла на тонну сварных конструкций - в 1,5-2 раза, издержки производства - в 2-3 раза.

Материально-техническая база сварочного производства республики в настоящее время не отвечает современным требованиям. Более 85 процентов эксплуатируемого сварочного оборудования устарело, удельный вес ручных способов сварки в строительстве достигает 80 процентов, а в машиностроительных организациях - более 30. При выполнении сварочных работ используются устаревшие и затратные технологии, низка технологическая дисциплина и квалификация исполнителей.

Сохранению передовых позиций сварочного производства республики среди государств - участников СНГ и выходу на уровень западно-европейских стран будет способствовать дальнейшее развитие работ в области фундаментальных и прикладных исследований, реновации парка сварочного оборудования, перехода к качественным сварочным материалам и современным технологическим процессам.

1. Технологический раздел

1.1 Описание сварной конструкции, ее назначение

Кронштейн - консольная опорная деталь или конструкция, служащая для крепления частей машин или сооружений к вертикальной или горизонтальной поверхности. Конструктивно кронштейн выполняется в виде самостоятельной детали с раскосом или в виде значительного утолщения в базовой детали.

Сварная конструкция «Кронштейн» является составной частью механизма подъема стрелы крана, автогидроподъемника.

Кронштейн представляет собой сварную металлоконструкцию, состоящую из плиты, уха, втулок, ребер. Плита изготавливается из листа толщиной 10 мм., путём пламенной резки. Ребра изготавливаются из листа толщиной 8 мм., путём пламенной резки и резки на гильотинных ножницах. Втулка изготавливается из трубы бесшовной горячедеформированной 7616. Данные сборочные единицы и детали соединены между собой угловыми швами тавровых и угловых соединений.

Детали узла изготовлены из стали 20 ГОСТ 1050, обладающей хорошей свариваемостью.

В данном сварном изделии применяется качественная хорошо свариваемая сталь. Соединение деталей узла идет с применением механизированного способа сварки дуговой в защитном газе полуавтомата, при этом сборка ведется в специальном приспособлении, что позволяет существенно повысить производительность процессов сборки и сварки, их точность и качество. Кроме того, узел обладает осевой симметрией, что благоприятно сказывается на распределении напряжений. Размеры катетов сварных швов выбраны исходя из толщины свариваемых деталей и условий работы. Все сварные швы легко доступны. Это позволяет сделать вывод, что узел «Кронштейн» является технологичным, т.е. конструкция обеспечивает простое быстрое и экономичное изготовление при обязательном соблюдении необходимых условий: прочности, устойчивости, выносливости и других эксплуатационных качеств т.е. в которой соблюдаются соответствие прогрессивных конструктивных решений передовым технологическим возможностям производства.

1.2 Обоснование материала сварной конструкции

Сварные конструкции имеют ряд особенностей, которые могут отрицательно влиять на их прочность и эксплуатационную надежность. Основными из них являются: монолитность, повышенная чувствительность к геометрическим концентраторам напряжений и к хрупким разрушениям, изменение исходных свойств основного материала в зоне сварного шва, а также остаточные деформации и напряжения. Влияние этих факторов можно исключить выбором правильной схемы конструкции, рациональным конструктивным оформлением узлов и соединений, правильным выбором основного и сварочных материалов и назначением оптимальной технологии заготовительных, сборочных и сварочных операций.

Для обеспечения необходимых свойств сварных соединений и конструкций решающее значение имеет выбор материала. Правильным выбором основного металла можно обеспечить не только необходимую прочность несущих элементов в конструкции, но также и прочность околошовных зон. Прочностные свойства металла определяются его механическими свойствами. Одним из основных условий, определяющих выбор материала для сварных конструкций, является свариваемость материала. При прочих равных условиях предпочтение следует отдавать материалам, имеющим наиболее хорошую свариваемость.

Обоснование материала сварной конструкции производится с учетом следующих основных требований:

-обеспечения прочности и жесткости при наименьших затратах ее изготовления с учетом максимальной экономии металла;

-гарантирования условий хорошей свариваемости при минимальном разупрочнении и снижении пластичности в зонах сварных соединений;

-обеспечения надежности эксплуатации конструкции при заданных нагрузках, при переменных температурах в агрессивных средах.

Весь поступающий металл должен иметь сертификат, в котором указываются марка металла, вид проката, его размеры, количество, номер плавки, химический состав металла, механические свойства. При отсутствии сертификата материал не допускается в производство до полного испытания, проведенного на основе ГОСТа. В качестве основного материала для изготовления сварной конструкции «Кронштейн» применим конструкционную низколегированную сталь для сварных конструкций - Ст 09Г2С, а также сталь конструкционную углеродистую качественную Сталь 20 по ГОСТ 1050-88.

Устанавливаем свариваемость марки стали по эквиваленту углерода Сэ по формуле:

где С - содержание углерода, %;

Mn - содержание марганца, %;

Ni - содержание никеля, %;

Cr - содержание хрома, %;

Mo - содержание молибдена, %;

V - содержание ванадия, %.

Стали, у которых Сэ = 0,2...0,45%, хорошо свариваются, не требуют предварительного подогрева и последующей термообработки.

Учитывая рассчитанное значение Сэ, можно сделать заключение, что данные марки сталей хорошо свариваются. Предварительный подогрев и последующая термообработка не требуются. Все это обуславливает широкое применение данных сталей в промышленности

Химический состав и механические свойства сталей указываем в форме таблицы 1 и таблицы 2 соответственно.

Таблица 1. Химический состав стали

Марка стали	ГОСТ	Содержание элементов, %
		C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	Другие элементы
Ст09Г2С	19281-89	<0,12	0,50-0,80	1,30-1,70	<0.36	<0.3	<0.3

Таблица 2. Механические свойства стали

Марка стали	ГОСТ	Временное сопротивление разрыву, МПа	Предел текучести, Мпа	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, Дж/см2
					при t испытания, °С
					-20	-40	-70
Ст09Г2С	19281-89	430-490	265-345	21		34-39

1.3 Технические условия на изготовление сварной конструкции

Техническими условиями называют требования, предъявляемые к изготовлению сварной конструкции на каждом этапе.

Технические условия бывают общими и дополнительными: Общие технические условия приводятся в пояснительной записке и содержат требования к основным материалам, заготовкам, сборке и сварке, а так же контролю упаковки и отгрузки продукции. Дополнительные технические требования приводятся на свободном поле чертежа изделия.

Технические условия вместе с техническим заданием и чертежами сварного изделия являются основанием для разработки проектной и рабочей технологии изготовления сварного узла:

1. Кронштейны стальные сварные, изготавливаются в соответствии с требованиями технологической инструкции, ГОСТ 23118, ТИ№1-2008, по рабочим чертежам, утвержденными в установленном порядке.

2. Кронштейны изготавливаются из листового горячекатаного проката из конструкционных углеродистых качественных сталей по ГОСТ 1050 - 88, ГОСТ 5520-79. Сборка производится только из выправленных листов, очищенных от заусениц, загрязнений, ржавчины, влаги, грата. Марка, категория качества, класс прочности стали оговариваются в заказе и указывается в чертежах.

3. Предельные отклонения размеров, геометрической формы и сварных швов не должны превышать значений приведенных в таблице предельных отклонений сварной конструкции.

4. Материалы для сварки (сварочная проволока, электроды, флюс, углекислый газ и/или газовые смеси) применяться в соответствии со СНиП II-23 и обеспечивают значения временного сопротивления металла шва не ниже чем у основного металла.

5. Тавровые (поясные) и стыковые (стыки листов полок и стенок) швы выполняются механизированной сваркой (автоматической под флюсом и /или полуавтоматической в среде защитного газа) с плавным переходом швов к основному металлу. По требованию заказчика тавровые (поясные) швы выполняются с полным проваром.

6. Стыки листов выполняются встык без накладок с применением двухсторонней сварки. При этом, стыки листов относительно стыка стенки кронштейна, находиться на расстоянии не менее 100 мм по обе стороны от стыка стенки. Допускается односторонняя сварка при условии подварки корня шва.

7. Все сварные швы являются непрерывными.

8. Поверхность стыкованных швов листов поясов в местах сопряжения со стенкой зачищается заподлицо с основным металлом.

9. При выполнении стыковых швов обеспечивается полный провар. Временное сопротивление наплавленного металла равно временному сопротивлению основного металла.

10. Сварные швы соответствуют II категории и среднему уровню качества в соответствии с ГОСТ 23118. Другие категории и уровни качества сварных швов могут оговариваться при заказе.

11. Виды испытаний, объем контроля сварных соединений выбираются в зависимости от установленного уровня качества в соответствии с ГОСТ 23118.

12. Швы сварных соединений и конструкции по окончании сварки очищаются от шлака, брызг и натеков металла.

13. Приваренные сборочные приспособления удаляются без применения ударных воздействий и повреждения основного металла, а места их приварки зачищаются до основного металла с удалением всех дефектов.

14. Около шва сварного соединения ставится номер или знак сварщика, выполнившего этот шов. Номер или знак проставляется на расстоянии не менее 40 мм от границы шва, если нет других указаний в чертежах. При сварке сборочной единицы одним сварщиком ставится знак сварщика рядом с маркировкой.

15. Допускается производить ремонт сварных соединений, при этом исправленные участки швов подвергаются повторному контролю.

16. На поверхности балки не должно быть трещин, расслоений, плен, закатов, рванин, раскатанных загрязнений.

17. Допускается наличие местных вмятин по толщине и ширине проката на глубину, не превышающую удвоенной величины минусового допуска проката, но не более 1 мм по толщине и 3 мм по габаритам сечения.

18. Разрешается удалять дефекты наружной поверхности пологой зачисткой или сплошной шлифовкой, при этом толщина стенки после зачистки не выходит за минимальные допустимые значения.

19. По требованию заказчика производится противокоррозионная защита балок.

20. Система защиты, марка материала, количество слоев, толщина каждого слоя, общая толщина покрытия согласовывается с потребителем.

21. Покрытие не имеет пропусков, пузырей, трещин, сколов, кратеров и других дефектов, влияющих на защитные свойства, а по внешнему виду соответствует требованиям ГОСТ 9. 301.

1.4 Определение типа производства

Все машиностроительные предприятия, цехи и участки могут быть отнесены к одному из трёх типов производства:

- единичному;

- серийному;

- массовому.

Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой изготавливаемых изделий и малым объёмом их выпуска. Оно отличается универсальностью оборудования и рабочих мест. В сварочном производстве почти полностью отсутствует специальное сварочное оборудование, сборочно-сварочные приспособления и механизмы.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изготавливаемых изделий и большим объёмом выпуска, повторяющимся через определённый промежуток времени партиями.

Технологический процесс в серийном производстве дифференцирован, т.е. разделён на отдельные операции, которые закреплены зa отдельными рабочими местами. Сравнительно устойчивая номенклатура позволяет широко применять специальные сборочно-сварочные приспособления, внедрять автоматизированные способы сварки, а на отдельных участках организовать поточные линии. При этом используется как общецеховой транспорт, так и напольный. Специализация отдельных видов работ требует высокой квалификации рабочих.

В серийном производстве более детально разрабатываются технологические процессы с указанием режимов работ, способов контроля.

Серийное производство значительно эффективнее, чем единичное, т.к. более полно используется оборудование, а специализация рабочих мест обеспечивает производительность труда. В зависимости от числа изделий в партии и значения коэффициента закрепления операций различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство.

Массовое производство характеризуется непрерывным изготовлением узкой номенклатуры изделий в течение продолжительного времени и большим объёмом выпуска. Оно позволяет широко использовать специальное высокопроизводительное оборудование и приспособления. Это обеспечивает высокую производительность труда, лучшее использование основных производственных фондов и более низкую себестоимость продукции, чем в серийном и единичном производстве.

Таблица 3. Зависимость типа производства от программы выпуска (шт) и массы изделия

Масса детали, кг	Единичное производство	Мелкосерийное производство	Среднесерийное производство	Крупносерийное производство	Массовое производство
<1,0	<10	10-2000	1500-100000	75000-200000	200000
1,0-2,5	<10	10-1000	1000-50000	50000-100000	100000
2,5-5,0	<10	10-500	500-35000	35000-75000	75000
5,0-10,0	<10	10-300	300-25000	25000-50000	50000
>10	<10	10-200	200-10000	10000-25000	25000

Исходя из массы кронштейна и его габаритов, а также заданной программы выпуска, с учётом особенностей каждого типа производства выбирается среднесерийное производство.

1.5 Выбор и обоснование методов сборки и сварки

Сварная конструкция «Кронштейн» изготавливается в следующей последовательности: свариваемые кромки зачищаются от ржавчины, масла и других загрязнений, качество зачистки контролируется внешним осмотром.

Сборка производится на сборочной плите, с помощью переносных сборочных приспособлений-призм, упоров и стоек.

Собранный узел прихватывается. Контролируется качество сборки. Узел передается на участок сварки.

Для сборки и сварки узла "Кронштейн" рекомендуется применять кондуктор.

Кондуктор представляет собой приспособление с габаритными размерами 510х284,5мм. Состоит из основания и двух стоек.

Выбор того или иного способа сварки зависят от следующих факторов:

- толщины свариваемого материала;

- требований к качеству выпускаемой продукции;

- химического состава металла;

- себестоимости 1 кг наплавляемого металла.

Наиболее целесообразно использование механизированных способов сварки. В сварном узле применяется тавровые и угловые соединения, ниже приводятся их эскизы на рисунке 1.1 и 1.2.

Рисунок 1.1 Конструктивные элементы углового и вид сварочного шва

Рисунок 1.2 Конструктивные элементы таврового соединения без скоса кромок, одностороннего и вид сварного шва

Одним из таких способов является полуавтоматическая сварка в углекислом газе, которая в настоящее время занимает значительное место в народном хозяйстве благодаря своим технологическим и экономическим преимуществам.

Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки, возможность полуавтоматической и автоматической сварки швов, находящихся в различных пространственных положениях, что позволяет механизировать сварку в различных пространственных положениях, в том числе сварку неповоротных стыков труб.

Небольшой объём шлаков, участвующих в процессе сварки в СО2 позволяет в ряде случаев получить швы высокого качества

Экономический эффект от применения сварки в углекислом газе существенно зависит от толщины свариваемого металла, типа соединения, расположения шва в пространстве, диаметра электродной проволоки и режимов сварки.

Себестоимость 1 кг наплавленного металла при сварке в углекислом газе всегда ниже, чем при газовой и ручной дуговой сварке.

При сварке в углекислом газе проволокой диаметром 0,8-1,4 мм изделий из стали, толщиной до 40 мм во всех положениях выработка на средних режимах на автоматах в 2-5 раз выше, а на полуавтоматах - в 1,8-3 раза выше, чем при ручной дуговой сварке.

Производительность сварки в углекислом газе проволоками диаметром 1,4-2,5 мм из стали толщиной 5-10 мм в нижнем положении зависит от характера изделия, типа и размера соединения, качества сборки и др.

Перечисленные технологические и экономические преимущества сварки в углекислом газе позволяют широко использовать этот метод в серийном и массовом производствах. Исходя из этих преимуществ выбирается для изготовления подкоса механизированный способ сварки - полуавтоматическая сварка в углекислом газе.

1.6 Режимы сварки

Режимом сварки называется совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, форм, качества. При всех дуговых способах сварки такими характеристиками являются следующие параметры: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока и полярность. При механизированных способах сварки добавляется ещё один параметр - скорость подачи сварочной проволоки.

Параметры режима сварки выбираем в зависимости от толщины металла и свойств свариваемого материала, типа сварочного соединения и положения сварочного шва в пространстве по справочной литературе. Сварка производится на постоянном токе обратной полярности.

Исходя из выбранного способа сварки, необходимо выбрать и обосновать параметры режима.

С учетом максимальной производительности процесса сварки при условии получения требуемых геометрических размеров поперечного сечения шва, мы выбираем полуавтоматическую сварку в углекислом газе, регламентируемую ГОСТ 14771-76.

Материал сварочной проволоки выбираем Св-09Г2С. Для толщины металла 10 мм выбираем диаметр сварочной проволоки 1,2 мм.

Параметры режима сварки приводим в таблице 5.

Для стыковых соединений площадь поперечного сечения шва определяется по формуле Аш, мм2

Аш = 0,75eg + sb,

где е - ширина шва, мм;

g - усиление шва, мм;

s - толщина шва, мм;

b - зазор, мм.

Аш = 7,3мм2

Сила сварочного тока I, А, определяется по глубине провара, из формулы:

I = (80...100)h=150A

Глубиной провара задаются конструктивно, исходя из толщины металла.

Для однопроходного стыкового шва глубина провара h = (0,7...0,8) 10=8 мм

Для двухсторонней сварки глубина провара h, мм, выбирается из условия и должна составлять не менее 60% толщины свариваемых деталей.

(5)

Диаметр сварочной проволоки d, мм, принимается в зависимости oт толщины свариваемого металла в пределах 2...6 мм, а затем уточняется расчетом

, (6)

где I - сварочный ток, А;

i - плотность тока, А/мм2

Плотность тока в зависимости от диаметра проволоки указана в таблице 4.

Таблица 4

Диаметр проволоки, мм	1-2	3	4	5	6
Плотность тока, А/мм2	65-200	45-90	35-260	30-50	25-45

Напряжение на дуге U, В принимается в пределах 32-40 В.

Скорость сварки Vсв, м/ч, определяется по формуле:

, (7)

где - коэффициент наплавки,17,1 г/Ач;

Аш - площадь сечения, мм2;

г - удельная плотность наплавленного металла, г/cм3.

Скорость подачи проволоки Vпод, м/ч, определяем по формуле:

, (9)

где Аш - площадь сечения шва, мм2;

Аэ - площадь сечения электродной проволоки, мм2;

Vсв - скорость сварки, м/ч.

Рассчитанный диапазон скорости подачи электродной проволоки уточняем по паспортным данным полуавтомата ПДГ-508М.

Принимаем Vпод = 302 … 350 м/ч.

Таблица 5. Режимы сварки

Катет сварного шва, мм	Диаметр проволоки, d, мм	Сварочный ток, IСВ, А	Напряжение на дуге,UД, В	Скорость подачи проволоки, м/ч	Скорость сварки,VСВ, м/ч	Вылет электрода,LЭ, мм	Расход газа, дм3/мин
6	1,2	150...180	27…38	302…350	45…54	12…40	16…18

1.7 Выбор сварочных материалов

Сварочная проволока является основным элементом, обеспечивающим качество сварного соединения в целом. Ее выбирают в соответствии с химическим составом свариваемого металла. Поверхность сварочной проволоки для механизированных способов сварки должна быть чистой, гладкой, без окалины, ржавчины, масла и других загрязнений.

По виду поверхности проволоки подразделяются на омедненные и неомедненные.

Химический состав и свойства металла шва при сварке в защитных газах определяется в первую очередь составом электродной проволоки. Для сварки в среде CO2 используют проволоки из легированной стали, которая в своем составе содержит повышенное количество раскислителей и минимальное количество серы и фосфора.

Химический состав металла должен соответствовать химическому составу основного металла, а его механические свойства должны быть не ниже предела механических свойств основного металла.

Исходя из вышесказанного для сварки кронштейна применяем сварочную проволоку СВ08Г2С-П, поставляемую по ГОСТ 2246-70, которая отвечает всем требованиям.

Омедненная сварочная проволока гарантирует высокие сварочно-технологические свойства, стабильность механических свойств металлошва и надежность сварных соединений.

Основные преимущества от плотного контакта между проволокой и медным токопроводящим наконечником: устойчивое горение дуги в широком диапазоне режимов сварки (от капельного до струйного переноса электродного металла в сварочную ванну) при использовании сварочного оборудования любого класса сложности (от простых до импульсных и инверторных источников питания); минимальное разбрызгивание электродного металла при сварке в защитных газах; низкий расход медных наконечников; повышение уровня механизации сварочных работ; хорошее повторное зажигание дуги (специально для роботизированной сварки).

Производственно-технические инновации обеспечивают достижение наименьшего разброса проволоки по диаметру, гладкую поверхность и стабильную круглую форму. Прекрасные характеристики сварочной проволоки позволяют не только сэкономить рабочее время, но и сократить затраты на сварочное оборудование -- замена изнашивающихся деталей требуется гораздо реже, нежели в случае применения сварочной проволоки более низкого качества. Порядная намотка и правильная геометрия проволоки позволяет существенно увеличить срок службы дорогостоящих сварочных полуавтоматов.

Омедненная сварочная проволока для механизированной дуговой сварки в защитных газах оказывает существенное влияние на устойчивость горения дуги, уровень разбрызгивания, качество швов надежность эксплуатации сварочных полуавтоматов и автоматов.

Таблица 6. Химический состав сварочной проволоки СВ08Г2С-П

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P	Cu	N	As
				не более
Св-08Г2С-П	не более 0.10	0.60-0.85	1.40-1.70	0.20	0.25	0.025	0.030	0.025	0.010	0.080

Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050-85. Это газ без цвета с едва ощутимым запахом, в нормальных условиях хорошо растворяется в воде и придает ей кисловатый вкус.

При повышенном давлении и низкой температуре углекислый газ переходит в жидкое или твердое состояние.

Под давлением 528 кПа и при температуре минус 56°С углекислота может находиться во всех трех состояниях (тройная точка).

Плотность жидкой углекислоты сильно изменяется с температурой.

Так, масса одного литра углекислоты при температуре +20°С равна 0,77 кг, а при температуре ниже 11°С жидкая углекислота становится тяжелее воды. Поэтому она поставляется не по объему, а по массе. При испарении одного килограмма жидкой углекислоты образуется 509 литров углекислого газа.

Углекислый газ, предназначенный для сварки, должен соответствовать ГОСТ 8050-85, который в зависимости от содержания СО2 предусматривает два сорта сварочной углекислоты: первый сорт с содержанием СО2 не менее 99,5%, второй сорт с содержанием СО2 не менее 98,8%.

Хранить и транспортировать двуокись углерода целесообразно в изотермических емкостях. Хранится жидкая углекислота в баллонах емкостью 40 литров под давлением 6-7 МПа.

1.8 Выбор сварочного оборудования, технологической оснастки, инструмента

В состав сварочного оборудования входят источник сварочного тока и сварочный аппарат. Составные части сварочного оборудования и их функции определяются уровнем механизации и автоматизации процесса, параметрами режима сварки, необходимостью их установки и регулировки в режиме наладки и сварки.

Для сварки элементов кронштейна применяется полуавтомат ПДГ-508М. Сварочный полуавтомат ПДГ-508М с широким диапазоном регулирования сварочных параметров, предназначен для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов сплошной или порошковой проволокой низколегированных и легированных сталей, а также коррозионностойких (нержавеющих) сталей в среде аргона в различных пространственных положениях. Полуавтомат представляет собой установку, состоящую из выпрямителя, блока управления, подающего устройства с кассетой, сварочной горелки, соединительных проводов кабеля.

Техническая характеристика полуавтомата ПДГ-508М

Источник питания - ВДУ-505

Номинальное напряжение сети, В - 380

Частота тока питающей сети, Гц - 50

Пределы регулирования сварочного тока, А - 60-500

Пределы плавного регулирования напряжения на дуге, В - 18-50

Номинальный сварочный ток - 500А

Диаметр сварочной проволоки - от 1,2 до 2,0 мм

Пределы ступенчатого (27 ступеней) регулирования скорости подачи электродной проволоки, м/ч - 120-1200

Скорость подачи сварочной проволоки - от 108 до 932 м/ч

Масса подающего устройства - 25,0 кг

Масса источника питания - 300 кг

Габаритные размеры, мм.:

устройства подающего - 470Ч363Ч405

источника питания - 805Ч600Ч1030

Сварочные посты имеют местную вентиляцию и ограждены щитами или экранами для защиты окружающих от излучения дуги и брызг электродного металла.

Горелки для полуавтоматической сварки разделяют на горелки для сварки на малых силах тока (250--300 А) без водяного охлаждения и горелки для сварки на больших силах тока.

Для зачистки шва и свариваемых кромок в сварочном производстве применяются: молоток-шлакоотделитель, представляющий собой инструмент с острыми и узкими рабочими поверхностями. Он предназначен для удаления шлаковой корки, особенно с угловых швов или швов, расположенных в узкой, глубокой разделке между кромками; проволочные щетки применяются зачистки кромок перед сваркой и для удаления с поверхности шва остатков шлака. Щетки могут быть плоскими (широкими или узкими) или цилиндрическими (в виде кисти) для зачистки швов, расположенных в узком зазоре.

Наряду с ручным для зачистки применяется и механизированный инструмент.

Ручные шлифовальные машинки с пневматическим или электроприводом. Зачистка кромок перед сваркой выполняется шлифовальным кругом, закрепленным на шпинделе двигателя или в ручном приспособлении. Для удаления с металлических поверхностей непрочно сцепленной окалины, брызг, краски и для других работ применяются также проволочные щетки (дисковые или торцовые).

К инструменту сварщика относят слесарный инструмент для подгонки соединяемых деталей (вилки, струбцины, кувалды), для кантовки горячих деталей, а также инструмент для наладки сварочного и технологического оборудования.

Дополнительно для изготовления сварной конструкции применятся оборудование для плазменной резки, сборочно-сварочная плита, ленточно-отрезные и токарно-винторезные станки, гильотинные ножницы.

1.9 Определение технических норм времени на сборку и сварку

Норма времени на сборку металлоконструкций Тшт.сб., мин, для автоматической и механизированной сварки в СО2 определяется как сумма затрат времени на установку, крепление и прихватку отдельных деталей, времени на поворот конструкции в процессе сборки, а также времени на съем сварной конструкции с приспособления (стенда, УСП и др.) и ее укладку на место складирования, определяется по формуле:

(11)

где ?Ту - затраты времени на установку деталей, мин;

?Ткр - затраты времени на крепление собираемых деталей, мин;

?Тпр - затраты времени на прихватку собранных деталей, мин;

Тпов - затраты времени на поворот собранной металлоконструкции, мин;

Тсн - затраты времени на съем металлоконструкции с приспособления (стенда, УСП, и др) и ее укладку на место складирования, мин;

К - коэффициент, учитывающий подготовительно-заключительное время, организацию рабочего места, отдых и естественные надобности, К = 1,12 - для крупносерийного производства, К = 1,15 - для серийного производства.

Норма времени на сборку и автоматическую и механизированную сварку в углекислом газе в условиях среднесерийного производства определяется по формуле Т шт.сб.св, мин

(12)

где То - основное время сварки на 1 м шва, мин;

Т.в.ш. - вспомогательное время, связанное со сварным швом на 1м шва, мин;

Lш - длина сварного шва, м;

Тв.и. - вспомогательное время, связанное со свариваемым изделием, мин;

К2 - коэффициент, учитывающий подготовительно-заключительное время, а также время на отдых и естественные надобности,

К2 = 1,15 - для среднесерийного производства.

(13)

где Аш - площадь поперечного сечения сварного шва, мм2;

г - удельная плотность наплавленного металла, г/см3, (г = 7,85 г/см3 для углеродной и низколегированной сталей);

Iсв - сварочный ток, А;

бн - коэффициент наплавки, г/Ач,

Вспомогательное время, связанное со свариваемым изделием и работой оборудования при полуавтоматической сварке в среде СО2 Тви, мин, включает следующие элементы

Тви = Ту + Ткр + Тпр + Тпов + Тпсв + Ткл + Тсн (14)

где Ту - время на установку деталей, сборочных единиц в приспособление по упорам фиксаторам, мин;

Ткр - время на крепление деталей, мин;

Тпр - время на прихватку деталей, мин;

Тпов - время на поворот сборочной единицы в процессе сварки, мин;

Тпсв - время на перемещение сварщика в процессе сварки, мин;

Ткл - время на постановку клейма, мин, Ткл = 0,1 мин;

Тсн - время на съем сборочной единицы с приспособления с укладкой ее на место складирования, стол сварщика, кантователь, мин

1.10 Расчёт количества наплавленного металла, расхода сварочных материалов, электроэнергии

Масса наплавленного металла mнм, г (перевести в кг), определяется по формуле:

, (15)

где Аш - площадь сечения, см2;

г - удельная плотность металла, г/см3;

I - длина шва, см.

Расход сварочной проволоки mпр, кг, определяем по формуле:

, (16)

где kp - коэффициент расхода, учитывающий потери электродов на огарки,

угар и разбрызгивание металла kр;

mнм -масса наплавленного металла.

Расход углекислого газа определяется по формуле:

(17)

где mсо2 - расход углекислого газа, кг;

mпр - масса расходованной проволоки, кг.

Если известна масса наплавленного металла mнм 1 м шва, то расход электроэнергии W, кВтч, можно вычислить из удельного расхода электроэнергии по формуле:

, (18)

где бэ - удельный расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла, кВтч/кг.

Все расчетные данные сводим в таблицу 8

Таблица 8. Сводная таблица расхода материалов

Наименование конструкции	Программа, шт	Расход материала на узел, кг	Расход электроэнергии на узел, кВт ч	Расход материала на программу, кг	Расход электроэнергии на программу, кВтч
		CO2	Проволока		СO2	Проволока
Кронштейн	200	126,6	2,36	8,6	126,6	81,6	2880

1.11 Расчёт количества оборудования и его загрузки

Требуемое количество оборудования рассчитываем по данным техпроцесса.

Определяем действительный фонд времени работы оборудования Фд, по формуле:

(19)

где Фном - номинальный фонд времени работы оборудования, ч;

Пп - процент простоя оборудования в ремонте; Пп=3%.

Трудоемкость определяем согласно технологическому процессу:

, (20)

где Т - норма штучного времени, н-ч;

В - годовая программа, шт.

Определяем трудоемкость на сборку, сварку кронштейна:

Определяем трудоемкость на слесарные операции:

Данные расчета сводим в таблицу 9.

Таблица 9. Трудоёмкость изготовления сварной конструкции

Наименование сварных конструкций	Наименование операции	Норма штучного времени, мин	Программа, В, шт.	Трудоемкость, Т, н-ч
Кронштейн	Сборочная Сварочная Слесарная	8,02 25,25 4,8	200	1604 5050 960

Определяем количество оборудования по операциям техпроцесса по формуле:

(21)

где С р - количество оборудования, шт;

Т - норма трудоемкости, н-ч;

Ки - коэффициент выполнения норм, Ки= 1,1 …1,2.

Определяем количество оборудования для сборки кронштейна:

Принимаем одну единицы оборудования.

Определяем количество оборудования для сварки кронштейна:

Принимаем две единицы оборудования.

Определяем количество слесарных рабочих мест:

Принимаем одну единицу оборудования.

Принятое количество оборудования определяем путём округления расчётного количества в сторону увеличения до ближайшего целого числа.

Расчет коэффициента загрузки сварочного (сборочного) оборудования производим по формуле:

, (22)

где Ко - коэффициент загрузки оборудования;

Ср - расчетное количество оборудования;

Сп - принятое количество оборудования.

Определяем коэффициент загрузки оборудования при сборке кронштейна:

Определяем коэффициент загрузки оборудования при сварке кронштейна:

Определяем коэффициент загрузки оборудования при выполнении слесарных работ:

Средний коэффициент загрузки оборудования определяем по формуле:

(23)

где К оср - средний коэффициент загрузки оборудования;

?Ср - суммарное расчетное количество оборудования, шт;

?Сп - суммарное принятое количество оборудования, шт.

1.12 Расчёт количества работающих

Численность основных работающих определяем для каждой операции и рассчитываем по формуле:

(24)

где Рор - численность основных рабочих, чел;

Тгод - годовая трудоемкость по группе операций, н-ч;

Фд - действительный годовой фонд времени работы рабочего;

Кв - коэффициент выполнения норм, кв=1,2.

Определяем численность основных рабочих для сборки кронштейна:

Принимаем одного человека.

Определяем численность основных рабочих для сварки кронштейна:

Принимаем два человек.

Определяем численность основных рабочих на слесарные операции:

Принимаем одного человека.

Определяем суммарное количество основных рабочих:

Численность вспомогательных рабочих определяем по формуле:

(25)

где Рвр - численность вспомогательных рабочих, чел;

Рор - численность основных рабочих, чел.

Принимаем одного человека.

Численность служащих определяем по формуле:

(26)

где Рсл - численность служащих, чел;

Рвр - численность вспомогательных рабочих, чел;

Рор - численность основных рабочих, чел.

Принимаем одного человека.

Результаты расчетов заносим в таблицу 10.

Таблица 10. Численность работающих

Категория работающих	Количество	Разряд
Основные: - сборщик - сборщики-сварщики - сварщики - слесари	2 2 1 1	5 4 5 5
Итого:	6
Вспомогательные рабочие: - наладчик - слесарь-ремонтник	1 1	5 4
Итого:	2

1.13 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

Затраты на силовую электроэнергию Wсил, кВт ч., определяем по формуле:

(27)

де ?N - суммарная мощность электродвигателей, кВт;

Фд - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

Коср - средний коэффициент загрузки оборудования;

ko - коэффициент одновременной работы электродвигателей (0,6... 0,8);

КПДс - коэффициент полезного действия сети (0,95... 0,97);

КПДу - коэффициент полезного действия электродвигателей (0,8... 0,9).

1.14 Методы борьбы со сварочными деформациями

В процессе изготовления сварных конструкций возникают внутренние напряжение, под действием которых происходят деформации изделий. Остаточные напряжения снижают работоспособность конструкции.

Существуют несколько причин возникновения напряжений:

- неравномерный нагрев металла, возникающий при сварке изделия;

- нагретая зона стремится расширится, прилегающие участки препятствуют этому расширению, в результате чего возникают внутренние силы и напряжения;

- линейная усадка происходит при переходе расплавленного металла из жидкого состояния в твердое, в результате чего резко уменьшается объем. Связанный с расплавлением металла шва, основной металл противодействует усадке, вследствие чего образуется внутренние напряжения;

- структурные превращения в металле, возникающие при охлаждении металла и приводящие к образованию внутренних напряжений.

Для уменьшения деформаций при сварке необходимо стремиться к равномерному распределению объема наплавляемого металла, более равномерному нагреву детали при сварке, а также применять определенный порядок наложения швов.

Важно правильно выбрать режим сварки. При сборке изделий под сварку зазор должен быть равномерным по всей длине шва. Прихватывать детали необходимо в меньшем числе точек.

Для уменьшения деформаций применяют также способ уравновешивания деформаций, при котором имеет значение очередность наложения швов. Очередность наложения выбирают так, чтобы последующий шов вызывал деформации, обратные деформациям, полученным при наложении предыдущего шва. Для уменьшения деформаций применяют и способ обратных деформаций. Сущность этого способа заключается в том, что детали перед сваркой располагают так, чтобы после сварки они приняли требуемое взаимное расположение.

Жесткое закрепление свариваемых деталей также применяют для уменьшения деформаций. Этот способ находит широкое применение в условиях массового и серийного производства при сварке деталей сложной формы. Детали закрепляют в специальных приспособлениях (кондукторах), в которых выполняют сварку и вынимают их только после полного охлаждения.

Для уменьшения деформаций применяют также предварительный подогрев свариваемой детали. В этом случае разность между температурой сварочной ванны и температурой всей детали уменьшается, и, следовательно, будут уменьшаться деформации от нагрева в процессе сварки.

1.15 Выбор методов контроля качества

Сварные конструкции контролируют на всех этапах их изготовления. Кроме того, систематически проверяют приспособления и оборудование. При предварительном контроле подвергаются проверке основные и вспомогательные материалы, устанавливается их соответствие чертежу и техническим условиям. Наиболее ответственным моментом является текущий контроль выполнения сварки. Организация контроля сварочных работ может производиться в двух направлениях: контролируют сами процессы сварки либо полученные изделия.

Тщательный контроль и приемка деталей и готовых изделий проводят на всех стадиях производства сварных конструкций.

В стадии обработки проверяют:

- соответствие применяемого металла чертежу на основании сертификата завода-изготовителя или путем заводского лабораторного испытания;

- отсутствие внешних пороков металла: раковин, плен, волосовин, закатов, расслоений;

- соблюдение формы и внешнего вида элементов сварных конструкций после заготовительных операций в соответствии с чертежами и техническими условиями, например, точность размеров, качество разделки кромок, зачистка после газовой резки и пр.

В собранной сварной конструкции проверяют:

- соответствие геометрических и основных размеров рабочим чертежам и соблюдение допусков;

- правильность подготовки металла под наложение сварочных швов, зазоры, разделка кромок и прочее;

- чистоту металла в месте наложения сварных швов, отсутствие окалины, ржавчины, масла и других загрязнений.

В процессе сварки проверяют выборочно:

- порядок наложения швов в соответствии с технологическим процессом;

- тщательность зачистки предыдущих слоев шва перед наложением последующего слоя;

- соответствие чертежным размерам наложенных швов и марки применяемой сварочной проволоки;

- соответствие режимов сварки и квалификации сварщиков, указанных в техпроцессе.

Выбор методов контроля обусловливается требованиями технических условий на изготовление сварных конструкций и зависит от степени ответственности данной конструкции при эксплуатации, глубины и места расположения предполагаемых дефектов, толщины, конфигурации и материала деталей и других факторов.

В качестве контроля качества кронштейна применяем внешний осмотр. Перед его проведением сварные швы тщательно очищаются от брызг, шлака. Швы замеряют с помощью шаблона. Длину шва измеряют линейкой или рулеткой. Перпендикулярность измеряют с помощью уголков. Не допускается не соответствие размеров и формы швов, чешуйчатость, наплывы, подрезы, прожоги, не провары, пористость, не соответствие геометрических размеров сварного шва.

Процент контроля рабочим 100 %, мастером 20 %, ОТК 15 %.

1.16 Техника безопасности, противопожарные мероприятия и охрана окружающей среды

К электрогазосварочным работам допускаются рабочие не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование и специальное обучение, имеющие удостоверение на право выполнения указанных работ. Все сварщики, выполняющие дуговую и газовую сварку, должны ежегодно проходить проверку знаний. Рабочий пост сварщика должен быть оборудован местной вытяжной вентиляцией для отсоса вредных паров, газов и аэрозолей, состоящих из окислов металлов и продуктов сгорания обмазок и флюсов. Правильное и рациональное размещение рабочего места сварщика имеет большое значение в повышении безопасности сварочных работ, производительности труда и качества сварки. В целях защиты сварщиков, подсобных и вспомогательных рабочих от лучистой энергии, горящих поблизости сварочных дуг в постоянных местах сварки для каждого сварщика устраивают отдельные кабины площадью (2х2)-(2хЗ) м (не считая площади, занятой оборудованием) и высотой 1,8-2 м. Для улучшения вентиляции стены кабины не доводят до пола на 15-20 см. Материалом стен кабин может служить тонкое железо, фанера, брезент, покрытые огнестойким составом, или другие огнестойкие материалы.

Для предохранения глаз и лица сварщика от вредного воздействия дуги необходимо использовать щитки или маски со специальными светофильтрами в зависимости от силы сварочного тока: Э-1 -- при силе тока до 75 А, Э-2 -- при 75-200 Л, Э-3 -- 200-400 Л, а также ЭС-100, ЭС-300, ЭС-500.

Большое значение для безопасности сварщика имеет проверка правильности проведения проводов к сварочным постам и оборудованию. Прокладка проводов к сварочным машинам по полу или земле, а также другим способом, при котором изоляция проводов не защищена и провод доступен для прикосновения, не разрешается. Ток от сварочных агрегатов к месту сварки передается гибкими изолированными проводами. Для предупреждения поражения электрическим током все оборудование должно быть заземлено.

Причинами пожара при сварочных работах могут быть искры и капли расплавленного металла и шлака, неосторожное обращение с пламенем горелки при наличии горючих материалов вблизи рабочего места. Опасность пожара особенно следует учитывать на строительно-монтажных площадках и при ремонтных работах в помещениях, не предусмотренных для сварки.

Для предупреждения пожаров необходимо соблюдать следующие противопожарные меры: нельзя хранить вблизи от места сварки огнеопасные или легковоспламеняющиеся материалы, а также производить сварочные работы в помещениях, загрязненных промышленной ветошью, бумагой, древесными отходами и т.п.; запрещается пользоваться одеждой и рукавицами со следами масел, жиров, бензина, керосина и других горючих жидкостей; нельзя выполнять сварку и резку свежевыкрашенных масляными красками конструкций до полного их высыхания; запрещается выполнять сварку аппаратов, находящихся под электрическим напряжением, и сосудов, находящихся под давлением; нельзя проводить без специальной подготовки сварку и резку емкостей из-под жидкого топлива; при выполнении в помещениях временных сварочных работ деревянные полы, настилы и помосты должны быть защищены от воспламенения листами асбеста или железа; нужно постоянно иметь противопожарные средства - огнетушители, ящики с песком, лопаты, ведра, пожарные рукава и т.п. - и следить за их исправным состоянием, а также содержать в исправности пожарную сигнализацию; после окончания сварочных работ необходимо выключить сварочный аппарат, а также убедиться в отсутствии горящих или тлеющих предметов.

Средства пожаротушения - вода, пена, газы, пар, порошковые составы и др. Запрещается применять воду и пенные огнетушители при тушении керосина, бензина, нефти, горящих электрических проводов. В этих случаях следует пользоваться песком, углекислотными или порошковыми огнетушителями.

При сварочных работах воздушная среда производственных помещений загрязняется сварочными аэрозолями, в состав которых могут входить оксиды марганца, хрома, цинка и кремния, фтористые и другие соединения, а также газы (оксиды углерода и азота, озон и др.). Эти вещества оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду.

Особое место среди загрязнителей занимают радионуклиды, которые опасны тем, что убивают всё живое, а природа не может от них самоочищаться, так как периоды полураспада нуклидов длятся годы и десятилетия.

Проблема очистки дымовых газов является двуединой: с одной стороны - это защита здоровья человека, с другой - возможность возврата в производство ценных веществ.

Важным направлением экологизации промышленного производства следует считать: совершенствование технологических процессов и разработку нового оборудования с меньшим уровнем выбросов, примесей и отходов в окружающую среду; экологическую экспертизу всех видов производства и промышленной продукции; замену токсичных отходов на нетоксичные; широкое применение дополнительных методов и средств защиты. В качестве дополнительных методов средств защиты применяют: аппараты для очистки газовых выбросов, сточных вод от примесей; глушители шума при выбросе газов в атмосферу. Эти средства защиты постоянно совершенствуются и широко внедряются в технологические и эксплуатационные циклы во всех отраслях народного хозяйства.

Расчет вентиляции на рабочих местах сборочно-сварочного участка

Для механизированной сварки в СО2 панель местного отсоса равномерного всасывания принимается 600х645 мм (Аn).

Определяем часовой объем вытяжки загрязненного воздуха Lв, по формуле: м³/ч

изготовление сварный конструкция кронштейн

(28)

где V - скорость движения воздуха в воздуховоде, м3/ч, (V = 3...4 м3/ч);

А - площадь сечения воздуховода, м2, (А = 0,25Ап).

А = 0,25Аn = 0,25 х 0,6 х 0,645 = 0,0967 м2

Lв = 3 х 0,0967 х 3600 = 1044 м3/ч

Выбираем по таблице вентилятор № 2 с воздухообменом 1200 м3/час, электродвигатель 4А100S2У3.

В сборочно-сварочных цехах целесообразно создание системы общего освещения локализованного или равномерного общего с использованием переносных светильников местного освещения. Уровни освещенности для сварочных работ установлены в соответствии с нормативными документами для люминесцентных ламп Еср=150лк., для ламп накаливания Еср= 50 лк. Выбираем лампы типа ЛБЦ40.

Число ламп Л, необходимых для освещения, подсчитывают по формуле:

, (29)

где Еср - средняя освещенность, лк;

А - площадь помещения, м2;

...