Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Пояснительная записка состоит из

110 страниц, 5 рисунков, 26 таблиц, графических документов в дипломном проекте - 8 листов А1.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ, ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА, ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, СИСТЕМЫ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ, СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ, СЕКТОРНЫЙ ОТВОД

В дипломном проекте разработан технологический процесс плазменной сварки секторного отвода на угол в 90 градусов, проведен анализ технического задания, расчет технологического времени, выбор основного и дополнительного оборудования. Произведен расчет производительности, разработан алгоритм функционирования технологического комплекса, составлена маршрутная карта, разработан план участка.

В экономической части проведено обоснование эффективности проектируемого технологического процесса. Произведен расчет себестоимости продукции и годовой экономический эффект.

Рассмотрены вопросы охраны окружающей среды и техники безопасности.

Содержание

Введение

1. Техническое задание и его анализ

1.1 Методы сварки

1.1.1 Аргонодуговая сварка

1.1.2 Электродуговая сварка под флюсом

1.1.3 Плазменная сварка

1.1.4 Классификация плазменных установок

1.1.5 Устройство и функционирование плазменных установок

1.2 Назначение и условия эксплуатации детали

1.3 Механические и физические свойства стали 09Г2С

1.4 Расчёт массы детали

1.5 Анализ технического задания

2. Расчет режимов сварки, выбор основного и вспомогательного оборудования

2.1 Расчет режимов процесса сварки

2.2 Выбор основного оборудования

2.3 Выбор сварочного робота

2.4 Выбор вспомогательного оборудования

2.4.1 Выбор электродугового полуавтомата

2.4.2 Выбор гидравлической листогибочной машины

2.4.3 Устройства перемещения

3. Дефекты в сварных швах и методы неразрушающего контроля

3.1 Классификация дефектов

3.2 Наружные дефекты

3.3 Внутренние дефекты

3.4 Методы контроля

3.5 Контроль сварных швов

4. Разработка технологии плазменной сварки секторного отвода

4.1 Разработка технологии сборочных и сварочных работ

4.2 Расчет штучного времени

4.3 Разработка технологической документации

4.4 Разработка алгоритмов

4.5 Проектирование участка цеха

5. Обоснование экономической эффективности проектируемого технологического процесса сварочных работ секторного отвода

6. Охрана труда и техника безопасности

7. Охрана окружающей среды

Заключение

Список использованных источников

Введение

плазменный сварка секторный отвод

Плазма - ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000-30000° С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазматронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.

Вдуваемый в камеру газ, сжимая столб дуги в канале сопла плазматрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение при нагреве объема газа в 50-100 и более раз приводит к истечению плазмы со сверхзвуковыми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл.

Дуговую плазменную струю для сварки и резки получают по двум основным схемам. При плазменной струе прямого действия изделие включено в сварочную цепь дуги, активные пятна которой располагаются на вольфрамовом электроде и изделии. При плазменной струе косвенного действия активные пятна дуги находятся на вольфрамовом электроде и внутренней или боковой поверхности сопла. Плазмообразующий газ может служить также и защитой расплавленного металла от воздуха. В некоторых случаях для защиты расплавленного металла используют подачу отдельной струи специального, более дешевого защитного газа. Газ, перемещающийся вдоль стенок сопла, менее ионизирован и имеет пониженную температуру. Благодаря этому предупреждается расплавление сопла. Однако большинство плазменных горелок имеет дополнительное водяное охлаждение.

Дуговая плазменная струя - интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов, так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др. (плазменная струя косвенного действия). Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от величины сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т. д. Геометрическая форма струи может быть также различной (квадрат, ной, круглой и т. д.) и определяться формой выходного отверстий сопла.

Техника сварки. Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минуя на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки.. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в некоторый случаях и более высоким; для питания плазматрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В. Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях, В качестве плазмообразующего газа используют аргон или гелий, которые также могут быть и защитными. К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к ко-лебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической формы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давлением плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвостовую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки.

Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. Для сварки металла толщиной до 1 мм успешно используют микроплазменную сварку струей косвенного действия, в которой сила сварочного тока равна 0,1-10 А. Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.

В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азото-водородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержащих двухатомные газы, энергетически более эффективно. Диссоциируя, двухатомный газ поглощает много теплоты, которая выделяется на холодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молекулу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водоохлаждаемые циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять вручную и автоматически.

Опыт промышленного применения процессов сварки с использованием концентрированных источников энергии свидетельствует о том, что в ряде случаев они имеют неоспоримые преимущества перед традиционными технологиями получения неразъемных соединений: более высокие качество и производительность процессов. Минимальные деформации и высокие физико-механические характеристики сварных соединений, полученных плазменной сваркой, как правило, позволяют исключить последующую механическую и термообработку.

Основными предпосылками использования концентрированных потоков энергии для обработки материалов являются:

1) высокая плотность мощности и возможность плавной ее регулировки в широких пределах;

2) простота управления лучом;

3) высокая производительность;

4) возможность осуществления процессов, недоступных большинству других технологий, за счет высоких температур, скоростей нагрева и охлаждения;

5) возможность полной автоматизации;

6) экологическая чистота [1].

Возможность плазменной обработки деталей в воздухе и в воде, что существенно расширяет спектр технологических возможностей применения плазменной обработки. Плазменная сварка титановых, медных и алюминиевых сплавов широко распространена и не встречает трудностей.

Также необходимо отметить, что использование плазменных установок в современной промышленности обусловлено низкой стоимостью плазменных установок, их автоматизацией, механизацией, простотой в эксплуатации, исключающей привлечение дополнительных специализированных кадров.

Высокий КПД использования энергии плазменной дуги - 75-90%, следовательно, низкая себестоимость процесса плазменной обработки. В среде современных рыночных отношений, когда идет активный переход от энергоемких, дорогих технологий к простым энергосберегающим, это особенно актуально.

1. Техническое задание и его анализ

1.1 Методы сварки

1.1.1 Аргонодуговая сварка

Применяют два вида аргонно-дуговой сварки: 1) неплавящимся вольфрамовым электродом; 2) плавящимся электродом из того же металла, что и свариваемый.

Автоматическая и полуавтоматическая сварки плавящимся электродом наиболее производительны. При сварке применяют проволоку диаметром до 3 мм. примерно такого же состава, что и основной металл.

Подготовка кромок и техника выполнения отдельных типов соединений примерно такие же, как и при сварке в углекислом газе.

Для защиты обратной стороны шва от действия воздуха используют медные и стальные подкладки. При этом во время сварки струю аргона подводят также под нижнюю поверхность кромок свариваемых листов, для чего в подкладке делают канавку, расположенную вдоль линии шва.

Аргонно-дуговую сварку применяют при изготовлении конструкций из нержавеющих и жаропрочных сталей, цветных металлов( алюминия, меди, магния, титана, циркония, тантала,. ниобия) и их сплавов.

Этим способом можно также сваривать разнородные металлы. Применять его для сварки углеродистых и низколегированных сталей экономически нецелесообразно[6].

1.1.2 Электродуговая сварка под флюсом

Автоматическую и полуавтоматическую сварку низколегированных сталей выполняют проволоками Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2 под обычными флюсами АН-348А, ОСЦ-45. Для сварки на повышенных скоростях применяют флюс АН-60. Эти стали свариваются хорошо, поэтому термической обработки сварных соединений после сварки не требуется.

Швы сварных соединений по характеру выполнения могут быть односторонние и двусторонние, однопроходные или многослойные.

Чтобы улучшить формирование нижней части шва и обеспечить полный провар, при сварке односторонних стыковых швов применяют различные технологические приемы сварки: на флюсовой подушке, на гладкой медной подкладке, на флюсовомедной подкладки.

Сварка на гладкой подкладке применяют только при точной сборке, без смещения стыкуемых кромок[6].

1.1.3 Плазменная сварка

Плазменная сварка является дальнейшим продолжением и усовершенствованием аргонодуговой сварки вольфрамовым неплавящимся электродом. Согласно ГОСТу 2601-84, плазменная сварка - сварка плавлением, при которой нагрев проводится сжатой дугой. Сжатая дуга - дуга, столб которой сжат с помощью сопла плазменной горелки, потока газа или внешнего электромагнитного поля. Плазменную сварку осуществляют сжатой дугой прямого и косвенного действия (рис.1.1). Сжатую дугу прямого действия получают при включении изделия в сварочную цепь, активные пятна дугового разряда (катодное и анодное) располагаются на вольфрамовом или на неплавящемся электроде из другого материала и изделии. При получении сжатой дуги косвенного действия изделие в сварочную цепь не включается, активные пятна дугового разряда находятся на электроде и на поверхности сопла. При нагреве изделия дугой косвенного действия передача теплоты осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излучением плазмы. При нагреве сжатой дугой прямого действия к перечисленным механизмам теплопередачи добавляется передача энергии заряженными частицами, двигающимися в электрическом поле.



Схема плазматрона прямого действия

1 - изолятор; 2 - электрод; 3 - сопло; 4 - обрабатываемая деталь; 5 - плазменная дуга

Рис. 1.1

По сравнению с аргонодуговой сваркой вольфрамовым неплавящимся электродом преимущества плазменной сварки следующие:

- меньшее влияние возможного изменения расстояния от торца сопла до изделия на геометрические размеры зоны проплавления;

- меньшее влияние изменение тока на форму дуги, а следовательно, и на стабильность проплавления металла;

- высокая надежность зажигания дуги благодаря дежурной дуге;

- отсутствие включений вольфрама в сварном соединении;

- повышенная скорость сварки;

- меньшее тепловложение и, следовательно, коробление изделий.

Если принять одинаковую скорость сварки, то при плазменной сварке необходим ток в два раза меньший по сравнению с аргонодуговой, сварные швы более узкие и с уменьшенной зоной термического влияния, большая глубина проплавления благодаря более высокой концентрации теплового потока на изделии. При плазменной сварке более продолжительный срок службы электрода, так как он защищен медным соплом и контакт с деталью или присадочной проволокой исключен[1].

1.1.4 Классификация плазменных установок

Плазменные установки (ПУ) являются самостоятельным классом технологических установок, широко применяемых в технологических процессах обработки в различных областях промышленности. Плазменные установки, учитывая специфику их действия, имеют ряд преимуществ перед лазерными и электронно-лучевыми технологическими установками. К ним можно отнести высокие транспортабельность; коэффициент полезного действия преобразования электрической энергии в тепловую и использования тепловой энергии для обработки (85-90%); температуры (десятки и сотни тысяч градусов); уникальные технологические возможности (например, для резки и сварки под водой, обработка любого вида материалов, высокая производительность обработки); простоту конструкции и низкую себестоимость, соответственно быстрая окупаемость. В то же время они имеют недостатки: невозможность фокусировки плазменного пучка до микронных размеров, ограниченность минимальной толщины свариваемых деталей, необходимость использования плазмообразующих и защитных газов, более низкая точность обработки.

Плазменные установки по технологическому применению разделяются на следующие классы:

· установки для сварки;

· установки для наплавки;

· установки для термической обработки (закалка, отпуск);

· установки для напыления;

· установки для резки.

Все существующие конструкции дуговых плазмотронов можно классифицировать следующим образом:

а) По способу взаимодействия дугового разряда с изделием:

· прямого;

· косвенного действия.

б) По числу дуг:

· однодуговые;

· многодуговые.

в) По составу плазмообразующего газа:

· плазмотроны, работающие на инертных газах;

· нейтральных газах;

· кислородсодержащих газах.

г) По способу подачи плазмообразующего газа:

· с тангенциальной подачей;

· с аксиальной подачей.

д) По роду сварочного тока:

· плазмотроны переменного тока прямой и обратной полярности;

· плазматроны постоянного тока прямой и обратной полярности.

е) По способу применения:

· ручные;

· механизированные.

ж) По разновидности применения:

· для микроплазменной сварки (при токе 0,1-15 А);

· плазменной сварки (15-100 А);

· плазменной сварки с глубоким и сквозным проплавлением(больше 100 А).

з) По форме канала сопла:

· цилиндрическое;

· параболическое;

· щелевое и др.

и) По способу дополнительного сжатия (фокусировки) дуги:

· плазмотроны с системой дополнительных каналов, выходящих на торец сопловой части, внутрь канала сопла (многоканальные);

· плазмотроны с системой отверстий, выходящих и внутрь, и на срез сопловой части.

к) По способу сжатия дугового разряда:

· стенками канала сопла;

· газовым потоком.

л) По способу охлаждения катода и сопла плазмотрона:

· прямое охлаждение;

· косвенное охлаждение (водяное и воздушное).

В настоящее время имеется множество конструкций плазмотронов. Наибольшее распространение получили плазмотроны постоянного тока, как более простые по своим конструктивным схемам, обладающие высокой эффективностью преобразования электрической энергии в тепловую и имеющие простую схему электропитания. Широкое применение плазмотронов переменного тока сдерживается из-за значительной эрозии электродов и из-за невысокой стабильности горения дуги.

Несмотря на разнообразие конструкций, плазмотронам присущи следующие основные элементы: корпус, сопло, электрод, узел крепления электрода, изолятор, разделяющий находящиеся под разными электрическими потенциалами электрод и сопло, водяные и газовые коммуникации (см. рис.1.1).

Наиболее термически нагруженными элементами являются электроды и сопла. Они отличаются по конструкции, роду используемого материла, типу охлаждения.

Тип и конструкция электрода определяются составом плазмообразующей среды. В плазмотронах, работающих в среде инертных и нейтральных газов применяются катоды из вольфрама, а в кислородсодержащих средах - гафний и цирконий.

Охлаждение катодов бывает прямым и косвенным. Прямое охлаждение осуществляется путем циркуляции воды по поверхности или внутри электрода. Оно используется при работе на очень больших токах.

При охлаждении сопл, электродов, корпусов плазмотронов необходимо применять достаточно чистую воду, исключая образование накипи и ржавчины[1].

1.1.5 Устройство и функционирование плазменных установок

Плазменные установки состоят из следующих основных узлов: плазмотрона, блока питания и управления, баллона и системы напуска плазмообразующего газа, баллона и системы напуска защитного газа, устройства крепления плазмотрона и перемещения детали. Основным элементом ПУ является плазмотрон. Плазмотроны существуют двух типов: прямого и косвенного действия. Технологические возможности плазмотронов прямого и косвенного действия различны, поэтому для различных технологических операций могут применяться плазмотроны разного вида.

Принцип функционирования ПУ прямого действия. Плазмообразующий газ из баллона через систему напуска подается в плазмотрон. Давление газа всегда выше атмосферного. Тип газа определяется видом технологической операции и материалом детали. Могут применяться активные (воздух, кислород, пары воды), нейтральные и инертные (азот, аргон, гелий с добавками - водород, углеводороды) газы.

После подачи газа в плазмотрон между электродом и деталью (деталь служит вторым электродом) зажигается дуговой разряд. Напряжение для зажигания и поддержания горения дугового разряда подается с блока питания и управления. Плазменная дуга замыкается на деталь через сопло плазмотрона. В плазмотронах прямого действия (дуга горит между электродом и деталью) обработка детали производится непосредственно плазменной дугой. Температура плазменной дуги технологических плазмотронов достигает нескольких десятков тысяч градусов (заметим, что температура плазмы может достигать миллиона градусов). Поэтому плазмотронами прямого действия проводят в основном технологические операции резки, сварки толстых материалов, реже наплавки, напыления и легирования.

Электрод плазмотрона делается из тугоплавких материалов. При использовании активных газов электрод делается из гафния или циркония, при использовании нейтральных газов в качестве материала электрода применяют вольфрам. Процесс плазменной обработки может быть ручным или механизированным. При ручной обработке ПУ не имеет устройства перемещения, плазмотрон относительно обрабатываемой детали перемещается вручную. В механизированных ПУ плазмотрон закреплен в специальной оправе, а деталь перемещается устройством перемещения.

В качестве устройства перемещения используются токарные или фрезерные станки, специализированные координатные столы. При использовании портальных устройств перемещения плазмотрон крепится на портале и перемещается вместе с ним относительно неподвижной заготовки, например листа металла при резке или раскрое. Современные портальные устройства, управляемые системой ЧПУ, обеспечивают перемещение плазмотрона по горизонтали, вертикали, угол его поворота относительно плоскости обрабатываемой поверхности.

В настоящее время большинство плазмотронов прямого действия снабжены дополнительным блоком питания для зажигания дежурной (плотной) дуги. Данная дуга мощностью намного меньшей, чем основная дуга, зажигается между электродом и соплом, как в плазмотронах косвенного действия.

Наличие дежурной дуги облегчает условия зажигания рабочей дуги путем соприкосновения соплом с обрабатываемой деталью или просто его приближения к обрабатываемой поверхности. Пилотная дуга выдувается плазмообразующим газом из сопла и при приближении плазмотрона к детали она переходит на деталь.

Блоки питания современных плазменных установок снабжены системами контроля, автоматического поддержания тока дуги, системами защиты. Плазменные установки снабжены устройствами измерения скорости плазмообразующего газа и средствами его контроля[1].

1.2 Назначение и условия эксплуатации детали

Целью проекта является разработка технологического процесса плазменной сварки секторного отвода для трубопроводов тепловых электростанций (рис.1.2), для получения более качественных сварных швов, уменьшения технологического времени на изготовление, следовательно уменьшение себестоимости конечного изделия.

Внешний вид секторного отвода

Рис. 1.2

Основные параметры. Отвод состоит из пяти элементов три из которых средние звенья и два торцевых. (Основные параметры и размеры приведены на листе графического исполнения СамГТУ 150206.082.008.04).

Изготавливается из углеродистой и низколегированной стали.

Требования к изготовлению. Выбор материалов, изготовление и испытание аппаратов должны производиться в соответствии с требованиями ОСТ 26-291, ПБ03-576, ПБ03-584 настоящих технических условий и технической документации.

Сварные швы должны быть стыковыми и выполнены автоматической сваркой по ГОСТ 8713. Ручная сварка по ГОСТ 5264 допускается только в том случае, когда по условиям производства нельзя применить автоматическую.

1.3 Механические и физические свойства стали 09Г2С

Отвод изготавливается из углеродистой и низколегированной стали 09Г2С. Требования к материалу - рабочая температура стенки корпуса до 425єС.

Свойства сплава, его характерные особенности и области применения.

Сталь 09Г2С-сталь конструкционная низколегированная,

Заменитель- стали: 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С.

Вид поставки -сортовой прокат,в том числе фасонный.

Назначение - различные детали и элементы сварных конструкций, работающих при T= -70єС 425єС под давлением (табл.1.2).

Таблица 1.1

Температура критических точек, єС[2]

Ac1	Ac3(Acm )	Ar3(Arcm)	Ar1	Mn
750	825	755	665	390

Таблица 1.2

Химический состав, % (ГОСТ 19282-73) [2]

C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	P	S	As	N
не более			не более
0,12	0,5-0,8	1,3-1,7	0,3	0,3	0,3	0,035	0,04	0,08	0,008

Механические свойства стали 09Г2С:

%

Теплофизические свойства [3]:

с = 7594 - плотность,

с = 732 - удельная теплоёмкость,

а=0,486*- температуропроводность,

- теплопроводность.

Технологические свойства:

Тковки, єC: начала 1250, конца 850.

Свариваемость - сваривается без ограничений ( кроме химико-термически обработанных деталей). Способы сварки: РДС, КТС без ограничений.

1.4 Расчёт массы детали

Расчёт массы проводится для правильного выбора вспомогательного оборудования (табл.1.3). В нашем случае для выбора листогибочной машины, сварочных вращателей.

Таблица 1.3

Масса и количество секторов

Наименование	Количество	Масса Ед., кг	Примечание
Промежуточные сектора	3	267	801
Торцевые сектора	2	133,5	267
Общая масса			1068

1.5 Анализ технического задания

В данном дипломном проекте требуется произвести сборку секторного отвода. Чертеж приведен на листе графического исполнения 1.

Проанализировав техническое задание, свойств материала рассчитав массу изделия можно сделать следующие выводы:

- так как производство массовое, то необходимо стремиться к тому, чтобы основное время было меньше или сопоставимо с подготовительным временем, что достигается применением средств механизации, автоматизации.

- применение плазменной сварки даёт возможность полной автоматизации процесса и значительно увеличивает производительность.

- для обработки данного изделия, необходимо: средства механизации для перемещения оборудования и заготовок, устройство вращения для сварки кольцевых швов.

- толщина материала 14 мм, то необходимо применять подкладки или сварку проводить с двух сторон. Применение подкладок помешает дальнейшему монтажу.

- потребуется контроль за дефектами в сварном шве.

- для осуществления автоматизации процесса сварки, необходимо разработать алгоритм функционирования комплекса с целью дальнейшего программного обеспечения.

2. Расчет режимов сварки, выбор основного и вспомогательного оборудования

2.1 Расчет режимов процесса сварки

Для определения мощности ПС данного материала можно воспользоваться следующими формулами (расчет производился в компьютерной программе «MathCAD»):

Для расчёта скорости сварки

(1)

(2)

(3)

(4)

Для определения теплофизической модели источника и КПД

(5)

(6)

Для определения КПД

(7)

(8)

(9)

Для определения мощности установки

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

Для расчета необходимы теплофизические данные свариваемого материала. При плазменной обработке коэффициент поглощения А равен 0,9.

Сварка осуществляется по механизму глубокого проплавления на глубину 10 мм. Диаметр пятна d_п и плотность мощности задается. В процессе сварки реализуется распределённый источник нагрева.

Результаты расчета приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Результаты расчета технологического режима процесса сварки

Параметры	Значения
Скорость сварки(Vсв,м/с)	0,008
Время сварки (tсв., с)	0,335
Тепловое КПД (з, %)	86
Мощность плазматрона (Р, кВт)	2,4

2.2 Выбор основного оборудования

Основываясь на полученные энергетические данные расчета режима сварки ( Р_у = 4,5 кВт), выбираем плазменную установку- «Tetrix 400 Plasma» с горелкой PTW 400 c диапазоном регулировки Uраб от 10 до 30 вольт и I = 5-400 ампер (табл. 2.2, рис.2.1). Диаметр сопла 2 мм, значение рассчитанной нами мощности ( Р_у = 4,5 кВт) входит в диапазон мощностей данной установки (1- 12 кВт).

Tetrix 400 Plasma

Рис.2.1.

Таблица 2.2

Технические характеристики плазменной установки Tetrix 400 Plasma

Технические характеристики	Тип плазменной установки
	Tetrix 400 Plasma
Номинальный сварочный ток, А	400 (ПВ=100%)
Пределы регулирования сварочного тока, А	5-400
Номинальное рабочее напряжение, В	10-30
Номинальное напряжение холостого хода, В	100
Плазмообразующий и защитный газ	Ar,He,CO2
Расход, л/ч
-плазмообразующего газа	50-260
-охлаждающей воды	500-1500
Управление и регулировка	Синергетическое управление
Сеть, В	380
Габариты (ДxШxВ), мм.	890x500x1040
Масса, кг	137

Основные преимущества плазменной установки Tetrix 400 Plasma:

1. инверторный источник питания для плазменной сварки;

2. передвижной с водяным охлаждением;

3. синергетическое управление;

4. точная настройка расхода газов на ротаметре;

5. 256 программ и 16 программируемых операций

6. цифровая индикация сварочного напряжения, тока и других параметров сварки;

7. регулируемый параметр: Скорость подачи проволоки (0,1 - 9,9 м/мин), ступенчатая подача проволоки, 2-тактный, 4-тактный режимы, обратный ход проволоки;

8. стабилизация расстояния между плазмотроном и свариваемой заготовкой в процессе сварки - автоматическая (система позиционирования и слежения по стыку GMD) (рис.2.2) [2].

Система позиционирования и слежения по стыку

Рис. 2.2

Т.к. заготовки изготовлены из стали 09Г2С, то нет необходимости в применении защитного газа. В качестве плазмообразующего газа целесообразно использовать углекислый газ. Подача плазмообразующего газа производится из газового баллона емкостью 40 л. Объём рабочего газа в баллоне 5600 л.

При расходе газа 2,5 л/мин, при заданном рабочем объеме газа в баллоне и при соблюдении нормы по давлению остаточного газа 5-6 атм., необходимо производить замену баллона каждые 30 часов работы.

2.3 Выбор сварочного робота

Робот состоит из 6 вращающихся осей в алюминиевых муфтах, монтируемых в вертикальном или подвесном положении.

Коленчатая выдвигаемая ось и мгновенно реагирующее оборудование позволяет расширить спектр выполняемых работ (табл. 2.3) Кроме того, оптимальный угол сварочной головки позволяет производить сварку труднодоступных элементов.

Несмотря на то, что робот RТi 2000 разработан только для дуговой сварки, механическая конструкция факельного стержня позволяет производить работы по узкому шву и круговой сварке.

Таблица 2.3

Технические данные

Наименование	Угол вращения	Скорость вращения
Стержень 1	+/-185°	152%ек
Стержень 2	+115°/-55°	152%ек
Стержень 3	+70/-210°	152°/сек
Стержень 4	+/-350°	284%ек
Стержень 5	+/-135°	293%ек
Стержень 6	+/-350°	604%ек

действия выдвинутой оси типа ЗВ-399 - 4262.

действия выдвинутого оси типа 5В-615 -4468.

Все оси оснащены сервомеханическим мотором переменного тока, механизмом скольжения и кодировщиком (преобразовательный тип) с тормозной накладкой на каждой моторной рукоятке. Уникальная конструкция рукоятки

Запатентованная компоновка коннектора сварочного факела (со встроенным определителем коллизий) в рукоятке робота, удерживающей ось, предоставляет роботу маневренность и подвижность. Кроме того, данное размещение предотвращает, спутывание факельного шланга, даже после двух оборотов факела.

Нет спутываний факельного шланга с осью даже после двух оборотов, что продляет время эксплуатации шланга

короткий факельный шланг улучшает характеристики кабеля питания и, как следствие правильностьность дуги

томительная возможность осуществления сварки с поворотом до 720° стержня факела упрощает сварочный цикл.

Калибровка ЦТИ факела является простой операцией, производимой без демонтировки факела и каких-либо других инструментов. На рукоятке, удерживающей стержень, находятся три регулирующих шурупа, позволяющих настраивать положение факела в трехмерном ракурсе, так чтобы ЦТИ находилась в правильном положении.

ЦТИ может быть проверена в любой момент путем вызова программы проверки ЦТИ. Механизм проверки вернет ЦТИ в предустановленное во время монтирования положение. ЦТИ может быть быстро проверена без демонтировки факела, что позволяет не заливать заново охлаждающую жидкость.

Нет необходимости в установке дополнительных приспособлений для настройки факела. Любое отклонение от ЦТИ может подстроено в трехмерном ракурсе в течение нескольких минут.

Высокая точность ЦТИ достигается использованием перенаправления ЦТИ внутри факела вместо использования сварочного провода для ее измерения. Доступна автоматическая система коррекции ЦТИ.

Специально разработанный генератор тока сварки, встроенный в робот, позволяет подавать ток для сварки по проводам питания без какого-либо скручивания и спутывания сварочных кабелей. Все пневматические, сварочные, контрольные кабели питания управляются на базе робота.

Отсутствуют внешние кабели (за исключением факельного), что предотвращает спутывание каких-либо кабелей с обрабатываемыми деталями или другими объектам юта передвижения факела внутри обрабатываемого изделия

Технические данные на сварочного робота, типа RТi 330-S и RТi 330-L

Номинальная рабочая область - 3798 мм та - около Вес робота - около 350 кг

Номинальная нагрузка на рукоять стержня - 15 кг

Система предотвращения коллизий - электронный сенсор защиты от коллизий, встроенный в рукоять стержня

Средства подачи питания - специальный генератор, встроенный в рукоять стержня 1. Охлаждение - циркуляция охлаждающей жидкости до газовой форсунки факела. Размещение электрических и пневматических шлангов - внутри рукояти робота.

Тип мотора- сервомеханический мотор переменного. Тип кодировщика - встроенный преобразовательный.

Система контроля робота, тип RCi

Система контроля является полностью цифровой. Она использует исключительно цифровые сигнальные процессоры (ЦСП) и ни одного аналогового электронного компонента. Все составляющие системы контроля, такие как контрольная кабина, источник сварочного питания, каждый стержень и пульт управления задействуются через цифровую шину.

Полностью цифровая система контроля робота предоставляет следующие преимущества:

- отсутствие внешних помех, таких как индуктивная среда сварочных кабелей

- максимально быстрое реагирование на команды - плавные движения робота

- абсолютная воспроизводимость результатов сварки - высочайшее качество сварочных работ

- несложная диагностика всей системы контроля робота позволяет использовать минимум знаний и никакого дополнительного оборудования

Использование модульной технологии устройств и стандартных компьютерных компонентов гарантирует высокую надежность работы и позволяет использовать самые передовые технологические возможности.

2.4 Выбор вспомогательного оборудования

2.4.1 Выбор электродугового полуавтомата

После сборки изделия необходимо произвести его прихватку, т.к. заготовка во время обработки будет вращаться, и ее необходимо будет поворачивать. Прихватку можно произвести сварочным полуавтоматом.

MIG 445 S MWF8- сварочный полуавтомат для сварки в среде защитных газов MIG/MAG со стандартной панелью управления. Сила тока до 445А, с отдельным четырехроликовым подающим механизмом, плавная регулировка, 24 ступени; устойчивая беспрерывная подача проволоки; превосходное воспламенение дуги, аппарат и его схемы защищены от грязи и пыли. воздушной (либо жидкостной V) системой охлаждения. Сварка порошковой и сплошной сварочной проволокой нержавеющих и высоколегированных сталей. Может использоваться для MIG/MAG сварки в среднем и тяжелом машиностроении.

Таблица 2.4

Характеристики сварочный полуавтомат MIG 445 S MWF8

Марка	Напр. сети, В	Диап. Тока, А	Ток, А при ПВ 60 %	Скорость пров. м/мин	Диам. пров. мм	Диам. пров. мм
MIG 445 S MWF8	380	40-445	315	1,3-18	0,8-1,2	0,8-1,2

2.4.2 Выбор гидравлической листогибочной машины

Изготовление (сборка, сворачивание) стальных цилиндрических обечаек и других листовых конструкций из листового проката осуществляется на специальных установках в заводских условиях.

Машины листогибочные трехвалковые RIMI 3RP предназначены для гибки цилиндрических и конических обечаек из листового материала в холодном состоянии (рис.2.3, табл.2.3).

Все валы установлены на радиальных подшипниках, имеют бочкообразную форму для компенсации прогиба. Вращение валов осуществляется посредством 3-х гидроцилиндров, присоединенных к 3 планетарным передачам. Скорость вращения валов выбирается селектором с панели управления.

Дополнительное оборудование:

1. индукционная закалка валов и шлифовка;

2. приспособление для конической гибки

3. цифровая индикация положения валов;

4. секция сортовой гибки;

5. боковая и верхняя поддержка листа.

Машина листогибочная трехвалковая RIMI 3RP



Рис. 2.3

Таблица 2.5

Технические характеристики машины для гибки цилиндрических обечаек модели RIMI 3RP

Характеристики	Значение
Наибольшая толщина листа при ут = 250МПа, мм
при гибки	25
при подгибки	22
Наибольшая ширина изгибаемого листа, мм	3150
Наименьший радиус гибки, мм	180
Габаритные размеры, мм
длина	5000
ширина	1350
высота	1510
Масса, кг
без средств механизации	6140
с механизацией съема и электрошкафом	7000
Изготовитель	«HACO»

По заказу потребителя машина оснащается инструментом для гибки уголков, полос, квадрата, труб, комплектуется приспособлением для гибки конических деталей, а также средствами механизации: передним и приемными столами, механизмом поддержания и съема изделий, механизмом автоматического останова и реверсирования валков[7].

2.4.3 Устройства перемещения

Характеристика крана мостового двухтележного:

1. Тип: мостовой - двухтележный

2. Назначение: для подъёма и перемещения груза

3. Исполнение: нормальное

4. Грузоподъёмность главного подъёма: 10 т

5. Высота главного крюка: 10 м

6. Скорость подъёма главного крюка: 11м/мин

7. Скорость передвижения крана: рабочая 80м/мин

8. Скорость тележки: 80 м/мин

9. Пролёт крана: 28 м

10. Имеется пульт управления

11. Вес: 26520 кг

Необходим для перемещения листов и готовой продукции.

3. Дефекты в сварных швах и методы неразрушающего контроля

3.1 Классификация дефектов

Надежность эксплуатации сварных соединений зависит от их соответствия нормативной документации, которая регламентирует конструктивные размеры и форму готовых сварных швов, прочность, пластичность, коррозионную стойкость и свойства сварных соединений.

Сварные соединения, выполненные в производственных условиях, могут иметь отступления от заданных размеров, формы и свойств. В процессе монтажа или эксплуатации эти отступления могут привести к разрушению сварного шва и даже всей конструкции. Каждое такое несоответствие требованиям, установленным нормативной документацией, называется «дефектом» (ГОСТ 15467--79).

Задача контроля сварки заключается в выявлении дефектов сварных соединений, определении причин их возникновения и разработке мероприятий, направленных на устранение этих причин.

Все встречающиеся типы дефектов сварных соединений можно подразделить на четыре группы: по расположению, форме, размерам и количеству.

По расположению различают дефекты наружные, внутренние и сквозные.

По форме -- компактные и протяженные, плоские и объемные, острые (с надрезом) и округлые (без надреза);

по размерам -- мелкие, средние и крупные;

по количеству -- единичные и групповые (цепочки, скопления).

На монтаже наибольшее распространение получили различные способы сварки плавлением. Поэтому рассмотрим основные типы наружных и внутренних дефектов, которые могут иметь место при этих способах сварки [12].

3.2 Наружные дефекты

К наружным дефектам относятся нарушения формы, размеров и внешнего вида швов: неравномерная ширина шва по его длине, неразномерная высота шва, неравномерные катеты угловых швов, подрезы, наплывы, прожоги, незаваренные кратеры, свищи.

Подрезы -- дефекты сварного соединения, представляющие собой местные уменьшения толщины основного металла в виде канавок, располагающихся вдоль границ сварного шва. Подрезы относятся к наиболее часто встречающимся наружным дефектам, образующимся, как правило, при сварке угловых швов с излишне высоким напряжением дуги и в случае неточного ведения электрода. Одна из кромок проплавляется более глубоко, металл стекает на горизонтально расположенную деталь и его не хватает для заполнения канавки.

В стыковых швах подрезы образуются реже. Обычно при повышенном напряжении дуги и большой скорости сварки образуются двусторонние подрезы. Такие же подрезы образуются в случае увеличения угла разделки при автоматической сварке.

Односторонние подрезы могут быть вызваны смещением электрода с оси стыка и неправильным ведением электрода, особенно при сварке горизонтальных швов на вертикальной плоскости.

При сварке с принудительным формированием подрезы появляются тогда, когда нарушается охлаждение ползунов, повышается напряжение процесса, ползуны смещаются с оси стыка.

Подрезы выявляют внешним осмотром и если их глубина и протяженность превышают допустимые, то дефектный участок заваривают и зачищают.

Наплывы -- дефекты сварного соединения, получающиеся когда металл шва натекает на основной металл, но с ним не сплавляется. Наплывы могут образовываться из-за недостаточного напряжении дуги, наличия на свариваемых кромках толстого слоя окалины, излишнего количества присадочного металла, из уменьшающегося в разделке или зазоре. При сварке с принудительным формированием наплывы возникают при неплотном поджатии ползунов. В кольцевых поворотных стыковых швах появление наплывов вызывается неправильным расположением электрода относительно зенита. Наплывы могут иметь небольшую длину или быть протяженными.

Прожоги -- дефекты сварки, заключающиеся в вытекании металла сварочной ванны через отверстие в шве с образованием в нем полости. Причиной возникновения прожога может служить большая сила сварочного тока, увеличение зазора между кромками, недостаточная толщина подкладной полосы или ее неплотное прилегание. При сварке поворотных кольцевых швов появлению прожогов способствует смещение электрода от зенита в сторону вращения изделия, что вызывает стекание жидкого металла из-под конца электрода и более активное прожигающее воздействие дуги. Дефектные места должны быть удалены и заварены заново.

Кратеры -- дефекты сварных швов в виде углублений, остающихся в местах обрыва дуги. Усадочные рыхлоты в кратерах часто служат очагом образования трещин. Поэтому дефектные места должны быть зачищены и заварены. В случае механизированных видов сварки применяют выводные планки, на которых заканчивают швы. Затем планки с концами швов и имеющимися кратерами удаляют. В электрических схемах автоматов предусматривают такие элементы, которые обеспечивают возможность автоматической заварки кратера.

Свищи--дефекты в виде полостей в сварных швах, выходящие на их поверхность. Свищи, как правило, развиваются из канальных пор [12].

3.3 Внутренние дефекты

Образование внутренних дефектов при сварке связано с металлургическими, термическими и гидродинамическими явлениями, происходящими при формировании сварного шва.

К внутренним дефектам относятся трещины (горячие и холодные), непровары, поры, шлаковые вольфрамовые и окисные включения. Эти шесть основных видов дефектов следует различать в соответствии с ГОСТ 23055--78. Они также совпадают с основными группами дефектов согласно рекомендациям СЭВ по стандартизации РС 2192--82.

Трещины -- дефекты сварных швов, представляющие собой макроскопические и микроскопические межкристаллические разрушения, образующие полости с очень малым начальным раскрытием. Под действием остаточных и рабочих напряжении трещины могут распространяться с высокими скоростями. Поэтому вызванные ими хрупкие разрушения происходят почти мгновенно и очень опасны.

В зависимости от температуры, при которой происходит их возникновение, различают горячие и холодные трещины.

Горячие трещины представляют собой разрушения кристаллизующегося металла, происходящие по жидким прослойкам под действием растягивающих напряжений. Эти напряжения появляются вследствие несвободной усадки металла шва и примыкающих к нему неравномерно нагретых участков основного металла.

Образование горячих трещин связано с совокупным действием двух факторов. По мере кристаллизации сокращается количество жидкой фазы, что приводит к уменьшению деформационной способности сплава. Кроме того, в температурном интервале хрупкости (ТИХ) пластические свойства сплава наиболее низки. Кристаллизационные трещины образуются, если пластическая деформация за время пребывания металла в ТИХ превзойдет пластичность сплава в этом интервале температур.

Характерным для горячих трещин является межкристаллитный вид разрушения, развивающегося по границам зерен при наличии между ними жидкой прослойки или за счет межзеренного проскальзывания, происходящего при повышенных температурах после окончания процесса кристаллизации.

Горячие трещины могут возникать как в основном металле, так и в металле зоны термического влияния. Они могут быть продольными, поперечными, продольными с поперечными ответвлениями, могут выходить на поверхность или оставаться скрытыми. Вероятность образования горячих трещин зависит от химического состава металла шва, скорости нарастания и величины растягивающих напряжений, формы сварочной ванны и шва, размера первичных кристаллитов. Она увеличивается с повышением содержания в металле шва углерода, кремния, никеля, вредных примесей серы и фосфора. Повышению стойкости сварных швов, образованию горячих трещин способствуют марганец, хром и отчасти кислород, а также снижение величины и скорости нарастания растягивающих напряжений, что достигается уменьшением жесткости узлов, применением способа сварки с оптимальным термическим циклом, например, сварки с ППМ (крупка), использованием специальных технологических приемов, таких как предварительный подогрев и т.п. Влияние коэффициента формы шва на вероятность образования горячих трещин не однозначно. При значениях коэффициента формы шва менее 1,8 и более 10 сопротивляемость возникновению горячих трещин понижается даже при относительно невысоком содержании углерода.

Холодные трещины образуются чаще всего в зоне термического влияния, реже в металле шва сварных соединений среднелегированных и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов. Появление холодных трещин объясняют действием комплекса причин. Одна из них -- влияние высоких внутренних напряжений, возникающих в связи с объемным эффектом, сопутствующим мартенситному превращению, происходящему в условиях снижения пластичности металла. Поэтому холодные трещины наблюдаются как при температурах распада остаточного аустенита (120 °С и ниже), так и при комнатной температуре через несколько минут, часов, а иногда и через более длительное время после окончания сварки. Высокие внутренние напряжения могут также развиваться вследствие адсорбции растворенного в металле водорода на поверхностях внутренних дефектов и накопления его в микронесплошностях. Возникновение холодных трещин связывают также с замедленным разрушением металла под действием напряжений, которые согласно схеме Зинера накапливаются по границам зерен, перпендикулярным направлению действия нормальных напряжений.

Непровары -- это участки сварного соединения, где отсутствует сплавление между свариваемыми деталями, например, в корне шва, между основным и наплавленным металлом (по кромке) или между смежными слоями наплавленного металла.

Поверхности непроваров обычно покрыты тонкими окисными пленками и другими загрязнениями. Очень часто полости, образованные непроварами, заполняются шлаком. Окончания непроваров в металле шва

или на границе сплавления,.как правило, имеют очень малое раскрытие. Непровары уменьшают рабочее сечение сварного шва, что может привести к снижению работоспособности сварного соединения. Являясь концентраторами напряжении непровары могут вызвать появление трещин, уменьшить коррозионную стойкость сварного соединения, привести к коррозионному растрескиванию.

Непровары могут быть вызваны многими причинами: малым углом раскрытия кромок, малым зазором, большим притуплением при недостаточной силе тока; большой скоростью сварки; смещением электрода от оси шва, особенно при сварке двухсторонних швов; плохой очисткой шлака перед наложением последующих слоев; излишним количеством ППМ при недостаточной силе тока при большой скорости сварки; низкой квалификацией сварщика.

Непровар является очень опасным дефектом сварки.

Поры -- это полости в металле шва, заполненные газами. Обычно они имеют сферическую или близкую к ней форму. В сварных швах углеродистых сталей норм зачастую имеют трубчатую форму. Первоначально, возникнув в жидком металле шва за счет интенсивного газообразования, по все пузырьки газа успевают подняться па поверхность н выйти в атмосферу. Часть из них остается в металле шва. Размеры таких пор колеблются от микроскопических, до 2...3 мм в диаметре, н за счет диффузии газов (в первую очередь, водорода) могут расти. Образуются раковины (полости неправильной формы и больших, чем поры размеров), а также свищи, выходящие на поверхность. Кроме одиночных пор, вызванных действием случайных факторов, в сварных швах могут появляться поры, равномерно распределенные но всему сечению шва, расположенные в виде цепочек или отдельных скоплении.

К основным причинам, вызывающим появление пор, относятся: плохая очистка свариваемых кромок от ржавчины масел и различных загрязнений; повышенное содержание углерода в основном или присадочном металле большая скорость сварки, при которой не успевает пройти газовыделенне и поры остаются в металле шва: большая влажность электродных покрытий, флюса, сварка при плохой погоде.

Шлаковые включения -- это полости в металле сварного шва, заполненные шлаками, не успевающими всплыть на поверхность шва. Шлаковые включения образуются при больших скоростях сварки, при сильном загрязнении кромок и при многослойной сварке в случаях плохой очистки от шлака поверхности швов между слоями. Размеры шлаковых включений могут достигать нескольких миллиметров в поперечном сечении и десятков н более миллиметров по протяженности. Форма шлаковых включений может быть самой разнообразной, вследствие чего они являются более опасными дефектами, чем округлые поры.

Вольфрамовые включении могут появляться в металле сварного шва при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, например, алюминиевых сплавов, в которых вольфрам не растворим. Частички вольфрама, попадающие вследствие нестабильности режима в расплавленную сварочную ванну, обычно погружаются в нее из-за большой плотности. На рентгеновских снимках вольфрамовые включения выглядят как ясно видимые светлые пятна неправильной формы, располагающиеся изолированно или группами.

Окисные включения -- могут возникать в металле сварных швов при наличии труднорастворимых окислов, например А1₂Оэ при больших скоростях кристаллизации шва. Располагаясь в виде пленок, они образуют в металле шва несплошности с малым раскрытием и их неблагоприятное воздействие на механические свойства сварных швов может быть более сильным, чем пор и шлаковых включении [12].

3.4 Методы контроля

Все методы, применяемые для неразрушающего контроля качества сварных соединений, осуществляются либо передачей энергии, либо передачей вещества.

...