Технология сварки металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сварка является одним из наиболее прогрессивных методов обработки металлов.

Способ получения неразъемных соединений деталей путем сварки и пайка был известен людям еще в глубокой древности. Так, в египетских пирамидах археологи нашли золотые изделия, детали которых соединялись между собой с помощью пайки.

Свое развитие сварка получила в XIX столетии.

В 1802 г. русский ученый, академик В.В. Петров открыл явление электрической дуги - одного из видов электрического разряда в газовой среде и указал на возможность ее использования для расплавления металла. Через 80 лет, в 1882 г/ русский инженер Н.Н. Бенардос открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Способ дуговой сварки получил дальнейшее развитие в работах русского инженера Н.Г. Славянова.

Метод сварки металлов и неметаллических материалов получил всемирное признание и применяется практически везде, в любой отрасли, в вакууме.

Сварка применяется для изготовления конструкций самого различного назначения. С помощью сварки могут быть изготовлены легкие ажурные конструкции различных башен и мачт, мощные листовые конструкции металлургических агрегатов (кожухи доменных печей и воздухонагревателей).

Среди многочисленных сварных металлоконструкций особые места отводятся различным балкам. Балки являются основными и простейшими конструктивными элементами, которые применяются в конструкциях гражданских и промышленных зданиях, мостах, эстакадах и т. д. Широкое распространение балок определяется простотой конструкции и надежностью в работе.

1. Технологическая часть

1.1 Описание конструкции

1.2 Обоснование выбора основного металла

Для обеспечения необходимых свойств, сварных соединений и конструкций, решающее значение имеет выбор материала конструкции и сварочных материалов. Основной материал, применяемый для изготовления балки покрытия, подбирается согласно СНиП II 23-81*

Таблица 1 - Химический состав стали C245 ГОСТ 27772-78* в процентах [1]

С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	P	S
до 0,22	0,05-0,15	до 0,65	до 0,3	до 0,3	до 0,3	до 0,04	до 0,05

Качество и характеристики основного материала должны подтверждаться сертификатами. При отсутствии сертификата на материалы в заводских условиях необходимо провести испытания, предусмотренные ГОСТами.

Материалы должны выбираться с учётом условия эксплуатации, и среды в которой будет работать балка. На поверхности листов не должно быть трещин и раковин; на кромках листов не должно быть расслоений. Для изготовления балки покрытия применяется низколегированная сталь перлитного класса марки C245. По ГОСТу 19282-73*. Нормами СНиП II 23-81* рекомендуется применять низколегированные металлы для конструкций, подвергающихся непосредственному динамическому воздействию, подвижных или вибрационных нагрузок, предназначенных для эксплуатации на открытом воздухе или в не отапливаемых помещениях с расчётной температурой воздуха ниже минус 40 °С.

Таблица 2 - Механические свойства стали C245 ГОСТ 19282-73* [1]

Толщина	ув, МПа	ут, МПа	уs, %	KSU, Дж/см 2
				+ 20 С	- 40 С	- 10 С
до 20 мм	420	225	25	59	34	29

1.3 Выбор и обоснование способов сборки и сварки

При выборе последовательности сборочно-сварочных операций, необходимо выбрать оптимальный вариант. Оптимизация должна производиться по следующим признакам:

- технологичность процесса сборки и сварки, включая удобство и безопасность работы; сварка металлическая оборудование экономика

- производительность процесса;

- качество сборки и сварки;

- экономичность.

Для выполнения заданных условий необходимо руководствоваться следующими соображениями:

- свободный доступ к швам при сварке;

- возможность применения специального инструмента и вспомогательного оборудования.

Проектом предлагается следующая последовательность сборочно-сварочных операций:

- сборка на стенде верхних и нижних поясов балки с помощью РДС или механизированным способом;

- сбору и сварку стенки балки теми же способами;

- сборку Н - образного сечения балки следует производить в кондукторе. В этом случае гарантируется точность сборки, улучшается качество и увеличивается производительность;

- сварка поясов Н - образного сечения производится автоматической сваркой под слоем флюса. Собранное Н - образное сечение устанавливается в двухстоечный кантователь. Применение кантователя позволяет избегать, многочисленные кантовки и использования мостового крана;

- после правки грибовидности поясов будем производить установку рёбер жесткости, и приваривать их с помощью механизированной сварки.

1.4 Выбор сварочных материалов

Эффективность качества сварочных работ зависит от правильного выбора сварочных материалов и технологической оснастки. Для сварки под слоем флюса выбранного основного материала для изготовления балки покрытия из стали марки C245 берётся проволока СВ-08ГА (для сварки под флюсом) ГОСТ 2246-70, СВ-08 Г 2С (сварка в CO₂, флюс АН-348А,), которая в большей степени отвечает всем требованиям, предъявляемым к сварным швам по механическим свойствам и химическому составу.

Таблица 3 - Химический состав стальной сварочной проволоки СВ - 08ГА в процентах [1]

C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
0,1	?0,03	0,8-1,1	?0,1	?0,25	?0,025	?0,03

Таблица 4 - Химический состав стальной сварочной проволоки СВ - 08Г 2С ГОСТ 2246-76 в процентах [1]

C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
0,05-0,11	0,7-0,95	1,8-2,1	?0,2	?0,25	?0,025	?0,03

Флюс для автоматической сварки должен иметь хорошие технологические свойства и не быть опасным для исполнителей. Для автоматической сварки выбираем флюс марки АН-348А ГОСТ 9087-81*. Флюс АН 348А применяют как сыпучее вещество при автоматической и полуавтоматической дуговой и электрошлаковой сварке, под слоем флюса ан-348 горит сварочная дуга или происходит процесс электрошлаковой сварки.

Плавильные флюсы АН 348а, применяемые в процессах электрической сварки, гарантируют надежную защиту зоны сварки от атмосферных и прочих газов, создают условия стабильного горения дуги, обеспечивают надежное формирование качественного сварного шва. При сварке электродом под флюсом АН-348 швы формируются плотными, не поддающимися кристаллизационным трещинам. После остывания сварного шва шлаковая корка легко удаляется. Сварочные флюсы АН-348 обеспечивают наименьшее выделение опасной пыли и вредных газов, негативно влияющих на здоровье сварщика. Высококремнистый высокомарганцовистый оксидный флюс ан-348 А с химической активностью Аф = 0,7-0,75. При сварке-наплавке под флюсом интенсивно протекают кремне- и марганцево восстановительные процессы. Содержание кислорода в металле шва в виде оксидных мелкодисперсных включений составляет 0,06 %(для однопроходных) и до 0,1 % (для многослойных). Особо интенсивно взаимодействие между флюсом и металлом при сварке проволокой малых диаметров (до 3 мм).

Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет 0,04 % каждого. Не рекомендуется для сварки конструкций, работах в условиях Севера или при температуре ниже -30 0C.

Таблица 5 - Химический состав флюса АН-348ГОСТ 9087-81* в процентах [2]

SiO2	MnO	CaO	MgO	Al2O3	Fe2O3	S	P	CaF2
40,0-44,0	31,0-38,0	<12,0	<7,0	<13,0	0,5-2,2	<0,11	<0,12	3,0-6,0

Для защиты зоны сварки механизированным способом применяют углекислый газ.

Углекислый газ (CO₂) - широко распространённый в природе бесцветный газ, имеет слабый кисловатый вкус, хорошо растворим в воде, образуя угольную кислоту, придаёт ей кислый вкус.

Двуокись углерода не токсична, невзрывоопасна. Но при концентрации более 5 % оказывает вредное влияние на человека, так как она тяжелее воздуха в 1,5 раза и может скапливаться на полу. При этом снижается доля кислорода в воздухе, что может вызвать удушье. Для сварки используют CO₂ высокой частоты, высшего и первого сортов.

Таблица 6 - Состав CO₂ ГОСТ 8050-85 [2]

Показатель	Сорт
	высший	первый
Объёмная доля (CO2), %, не менее	99,8	99,5
Объёмная доля CO	нет	нет
Массовая концентрация минеральных масел и механических примесей, мг/кг, не более	0,1	0,1
Массовая доля воды, %,не более	нет	нет
Массовая концентрация водяных паров при температуре 20 С и давлении 101,3 кПа • г/см 3, не более, что соответствует температуре насыщения CO2 водяными парами при давлении 101,3 кПа и температуре, С, не выше	0,037 -48	0,184 -48

Согласно ГОСТ 8050-85 двуокись углерода не должна содержать сероводород, кислоты, органические соединения (спирты, эфиры), аммиак, эталомины и ароматизированные углеводороды.

Таблица 7 - Режим сварки в CO₂

Размер катета, мм	Толщина свариваемого метала, мм	Количество слоёв	Диаметр сварочной проволоки, мм	Сварочный ток, А	Напряжение дуги, В	Расход газа, л/мин
7,0ч9,0	?5,0	1ч2	2,0	300ч350	30ч32	17ч18

1.5 Расчет режимов автоматической сварки

1.5.1 Расчет режимов сварки стыковых соединений

Расчёт режима сварки стыка стенки толщиной 12 мм

а) Расчет режимов сварки начинается с задания требуемой глубины провара с одной стороны.

h = + (1 ч 3), мм

где S - толщина свариваемого металла

h = +2 = 8 мм

Затем, определяется сварочный ток

I_св=(80 ч 100) h, А

Имея в виду, что каждые 80 ч 100 А дают глубину провара 1мм.

I_св= 90 • 8 = 720 А

Скорость сварки устанавливается в зависимости от силы тока.

V_св= , > >

V_св= = 34,722 = 3472,2= 0,96

Диаметр электрода определяется по формуле:

d_э=2 , мм

где - плотность тока, А/мм ²

d_э=2 = 3,9 мм

Конструктивно принимаем d_э=4мм

При U_д =38 В, Ш_пр = 2,2

Определяем эффективную тепловую мощность дуги.

Q_эф = 0.24• I_св• U_д • з,

где з-эффективный КПД дуги, для автоматической сварки под флюсом з=0.8ч0.95.

Q_эф= 0,24• 720 • 38 • 0,9 = 5909,76

Фактическая глубина провара определяется по формуле:

h = 0,0156,см> мм

где Q_эф - эффективная тепловая мощность дуги,

V_св - скорость сварки (см/с)

h = 0,0156 = 0,825см = 8,25мм

Определяем площадь наплавленного металла.

F_н =, см

где V_св - скорость сварки (см/ч)

г - удельный вес металла (для стали 7.8 г/см ³)

б_н - коэффициент наплавки (г/А•ч)

Для постоянного тока обратной полярности

б_н = 11,6 0,4,

F_н = = 0,319см ² = 31,9мм ²

Определяется ширина шва:

е = Ш_пр• h

е = 2,2 • 8,25 = 18,15мм

Определяется высота усиления шва:

q= , мм

q = = 2,4мм

Определяется коэффициент формы валика:

Ш_в = ,

Ш_в = = 7,56

Найдём перекрой сварного шва:

K = 2h - S, мм

К = 2 • 8,25-14 = 2,5 мм.

Рисунок 1 - Сварное соединение С 7 Аф ГОСТ 8713-79

1.5.2 Расчет режимов сварки стыковых соединений

Расчёт режима сварки стыка полки толщиной 20 мм

а) Расчет режимов сварки начинается с задания требуемой глубины провара с одной стороны.

h = + (1 ч 3), мм

где S - толщина свариваемого металла

h = +2 = 12 мм

Затем, определяется сварочный ток

I_св=(80 ч 100) h, А

Имея в виду, что каждые 80 ч 100 А дают глубину провара 1мм.

I_св= 80 • 12 = 960 А

Скорость сварки устанавливается в зависимости от силы тока.

V_св= , > >

V_св= = 20,83 = 2083= 0,57

Диаметр электрода определяется по формуле:

d_э=2 , мм

где - плотность тока, А/мм ²

d_э=2 = 4,9 мм

Конструктивно принимаем d_э=5мм

При U_д =40 В, Ш_пр = 2,2

Определяем эффективную тепловую мощность дуги.

Q_эф = 0.24• I_св• U_д • з,

где з-эффективный КПД дуги, для автоматической сварки под флюсом з=0.8ч0.95.

Q_эф= 0,24• 960 • 40 • 0,8 = 7372,8

Фактическая глубина провара определяется по формуле:

h = 0,0156,см> мм

где Q_эф - эффективная тепловая мощность дуги,

V_св - скорость сварки (см/с).

h = 0,0156 = 1,19см = 11,9 мм

Определяем площадь наплавленного металла.

F_н =, см

где V_св - скорость сварки (см/ч)

г - удельный вес металла (для стали 7.8 г/см ³)

б_н - коэффициент наплавки (г/А•ч)

Для постоянного тока обратной полярности

б_н = 11,6 0,4,

F_н = = 0,709см ² = 70,9мм ²

Определяется ширина шва:

е = Ш_пр• h

е = 2,2 • 11,9 = 26,18мм

Определяется высота усиления шва:

q= , мм

q = = 3,66 мм.

Определяется коэффициент формы валика:

Ш_в =

Ш_в = = 7,15.

Найдём перекрой сварного шва:

K = 2h - S, мм

К = 2 • 11,9-20 = 3,8 мм.

Рисунок 2 - Сварное соединение С 29 Аф_ф ГОСТ 8713-79

1.5.3 Расчет углового шва

Подбираем d_э = 4мм, при d_э = 4мм К=11мм, = 50.

Затем, определяется площадь наплавленного металла.

F_н = ,

F_н = =0,6см ² = 60,5мм ²

Сварочный ток:

I_св = • , А

I_св = • = 628А

По номограмме находим U_д и коэффициент формы провара.

U_д = 35 В, Ш_пр = 2,8

Принимаем коэффициент наплавки б_н = 12

Определим скорость сварки:

V_св= > >

V_св = =1610,3= 16,10= 0,45.

Определяем эффективную тепловую мощность дуги.

Q_эф = 0.24• I_св• U_д • з,

Q_эф = 0.24• 628 • 35 • 0.8 = 4220,16

Определяется глубина проплавления.

h = 0.0156, мм

h = 0.0156= 0,90см = 9мм

Ширина шва:

е = h • Ш_пр, мм

е = 9 • 2,8 = 25,2 мм

Определяется высота валика шва.

q= , мм

q = = 3,29 мм.

Общая высота сварного шва.

Н = h + q, мм

Н = 9 + 3,29= 12,29 мм

Глубина заполнения разделки углового шва.

= , мм

= = 7,78 мм

Глубина провара:

h_пр = Н -

h_пр = 12,29-7,78 = 4,51 мм

Определяется коэффициент формы шва.

Ш = мм

Ш = = 2,05.

I_кр = 350 + m • V_св

I_кр = 350 + 7 • 16,10 = 462,7 А

Соотношение тока сварочного и критического определяет.

I_св>I_кр - шов выпуклый.

I_св<I_кр - шов вогнутый.

I_св= 628 А>I_кр= 462,7 А

Шов выпуклый.

Рисунок 4 - Сварное соединение Т 3 ГОСТ 3713-79

1.6 Расчёт потребностей сварочных материалов

Определяем площадь наплавленного металла.

Для двухстороннего стыкового шва толщиной 12 мм:

F_н = 0,75 • е • q • 2, мм²

F_н = 0,75•18,15•2,4• 2 = 65,34мм ² = 0,653 см²

Для двухстороннего стыкового шва толщиной 20 мм:

F_н = 0,75 • 21,84 • 2,87• 2 = 143,72 мм ² = 1,43 см ²

Для углового шва с сечениями толщиной 12Ч20 мм:

F_н = K² / 2 ± 0,75 • e • q, мм ²

F_н = (11² / 2 + 0,75 • 25,2 • 3,29) = 122,68мм ² = 1,22 см ²

Определяем массу наплавленного металла:

Gн = Fн • Lш • У, г

где Fн - площадь наплавленного металла, в см²;

Lш - длина шва, в см;

- плотность металла (для стали У = 7,8);

Для двухстороннего стыкового шва толщиной 12 мм:

Gн = 0,653 •! • 7,8 = 183,36 г = 0,183 кг

Для двухстороннего стыкового шва толщиной 20 мм:

Gн = 1,43 • 32 • 7,8 = 356,92г = 0,356 кг

Для углового шва с сечениями толщиной 12Ч18 мм:

Gн = 1,22 • 652,5 • 7,8 = 6209,19 г = 6,209 кг

?G = 0,183+0,219 + 10,357= 10,759 кг

Определяем необходимое количество сварочной проволоки для сварки под флюсом.

Р_пр = К_пр • ?G, кг

где К_пр - коэффициент для сварки под флюсом = 1,1

Р_пр = 1,1 • 10,759 = 11,83 кг.

Определяем необходимое количество флюса.

Р_фл = К_ф • ?G

где К_ф =1,2.

Р_фл = 1,2 • 10,759 = 12,91 кг.

Определим необходимое количество сварочной проволоки для сварки в защитном газе.

Находим площадь поперечного сечения угловых швов для катетов К=9,

F = K² / 2 = 1²/2 = 0,5 см²

Находим длину угловых швов:

L_Р= 18676 мм = 1867,6 см

L_ОФ = 13804 мм = 1380,4 см.

Определяем массу наплавленного металла

G_Р = F•L_Р•= 0,5 • 1867,6• 7,8 = 7283,64 г = 7,283 кг

G_ОФ = F•L_ОФ•= 0,5• 1380,4• 7,8 = 5383,56 г = 5,383 кг

G = G_Р + G_ОФ = 7,283 + 5,383 = 12,666 кг.

Определяем необходимое количество сварочной проволоки.

Р_пр = К_пр • G,

где К_пр - коэффициент для сварки в смеси защитных газов К_пр = 1,05

Р_пр = 1,05 • 12,666 = 13,3 кг.

Определяем требуемое количество углекислого газа:

Vr = t₀• 60 •К_Р

где t₀ - время горения дуги, ч

К_Р - расход газа, л/мин.

t₀ = G/б_н • I_св, ч

t₀ = 12,666/(12 • 628) = 0,001 ч.

Vr = 0,001 • 60 • 18 = 1,08 м³.

1.7 Выбор и обоснование технологического оборудования

1.7.1 Заготовительное оборудование

Правка. Правку осуществляют на листоправильных машинах. Листоправильные машины предназначены для правки листов, полос и листовых заготовок в холодном состоянии.

· В качестве представителя гаммы листоправильных машин выбираем машину серии WDUBR. Правильная часть - представляет собой сварную конструкцию, состоящую из: основания, левой и правой стоек, нижней валковой клети с пятью приводными роликами, верхней подвижной валковой клети с четырьмя приводными роликами, для уменьшения износа правильных роликов на верхней и нижней валковой клети установлен ряд дополнительных поддерживающих роликов, механизма подъема и опускания верхней валковой клети, системы принудительной смазки всех правильных и поддерживающих роликов.

· Отсек движущей силы состоит из: основного двигателя, понижающего редуктора, раздаточного редуктора, тормоза, двигателя охлаждения.

· Транспортировочной системы, состоящей из: входного приводного рольганга, привода рольганга и выходного не приводного рольганга.

· Передаточные валы и карданы.

· Электрической системы, состоящей из: пульта управления и шкафа электроуправления.



Рисунок 1 - Схема правки листов

Таблица 8 - Техническая характеристика машины WDUBR

Параметр		Значение
Предел текучести стали заготовки	мра	360
Максимальная толщина заготовки	мм	32
Минимальная толщина заготовки	мм	6
Ширина заготовки	мм	80-1600
Количество валков	шт	9
Диаметр валков	мм	300
Ширина валков	мм	1700
Точность правки лист 6~8	мм	3
Точность правки лист 9~32	мм	2
Рабочий ход верхних роликов	мм/мин	-5~+60
Скорость правки	м/мин	9
мощность главного двигателя	Квт	180
Габариты правильной части	мм	2680Ч2400Ч2720
Габариты приводной части	мм	2995Ч2450Ч1535
Длина входного и выходного рольганга	мм	15000
Вес	кг	62000

Подготовка поверхности. Для подготовки поверхности под сварку применяют дробемётную очистку. Дробемётную очистку производят в дробеструйных машинах, которые предназначены для очистки от окалины и ржавчины листового и профильного проката, и длинномерных заготовок из чёрных металлов.



Рисунок 2 - Схема дробемётной очистки: 1) Дробемётная камера; 2) Дробемётные аппараты; 3) Элеватор; 4) Очищаемый лист; 5) Механизм передвижения листа; 6) Отсос пыли из камеры

Таблица 9 - Техническая характеристика дробемётной машины АДК 9699 08054

Производительность, кГ/мин.	600…900
Диаметр рабочего колеса, мм	500
Частота вращения рабочего колеса, об/мин	2250
Мощность электродвигателя, кВт	55
Ширина лопасти рабочего колеса, мм	100
Число лопастей, шт.	8
Направление вращения	Правое, Левое
Рекомендуемый абразив	Дробь стальная или чугунная по ГОСТ 11964-81 № 0,8...3,6
Скорость схода дроби с лопастей, м/с	70...80
Габаритные размеры без электродвигателя:
Длина	1090 мм
Ширина	1135 мм
Высота	680 мм
Масса без электродвигателя, кг, не более	585

Резка. Для резки сортового и профильного металла применяют ножницы сортовые НГ 1430.

Для фигурной резки листового металл применяем газопламенную машину с устройством числового программного управления (УЧПУ) PROXIMA

Таблица 10 - Технические характеристики газопламенной машины "КОМЕТА М"

	Наименование параметров и размеров	Нормы
1	Габариты разрезаемого листа, мм. - длина - ширина	6000, 12000, 24000 2500, 3600, 6300, 7600
2	Диапазон разрезаемых толщин низкоуглеродистой стали, мм - одним кислородным резаком - двумя и более резаками одновременно	3-300 3-100
3	Наибольшая скорость перемещения резака, мм/мин	12000
4	Число суппортов	До 9
5	Точность воспроизведения контура по ГОСТ 5614-74, мм	0,35
6	Напряжение питания машины	3х 380В, 50Гц
7	Применяемые горючие газы	Природный, ацетилен, пропан-бутан
8	Давление горючих газов перед машиной, кг/см 3	0,8
9	Система управления	ЧПУ CNC-4000

Механическая обработка кромок под сварку. Механическая обработка кромок заготовок осуществляется на кромкострогальных станках 7808, и 7814. Выбираем кромкострогальный станок 7808. Он предназначен для обработки кромок листов и пакетов листов толщиной до 200 мм, шириной до 2000 мм или других деталей, укладывающихся в эти габариты. Главное движение осуществляется от электродвигателя постоянного тока. Изменение скорости движения каретки бесступенчатое. Привод обеспечивает плавное врезание резца и замедленный выход его. Станки имеют два расположенных один напротив другого суппорта, что позволяет производить строгание при ходе каретки в обе стороны одним из суппортов. Индивидуальные коробки подач обеспечивают все комбинации перемещения суппортов. Станки оснащены механизмом загрузки выгрузки листа с гидравлическим приводом. Управление станком осуществляется непосредственно с рабочего места на подвижной каретке.

Таблица 11 - Техническая характеристика кромкострогального станка 7808

Рабочая поверхность стола, мм	11800Х 770
Наибольшие размеры устанавливаемого изделия, мм	8000Х 2000Х 200
Перемещение суппортов, мм: вертикальное горизонтальное	280 200
Пределы скоростей перемещения каретки, м/мин	4-40
Пределы подачи суппортов на двойной ход каретки, мм	0,4-12
Наибольшее усилие резания, кН	55
Тяговое усилие механизма загрузки (выгрузки) листа, кН	35
Мощность электродвигателя привода каретки, кВт	37
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	14150 4500 3250
Масса, кг	38500
Изготовитель	Минское станкостроительное предприятие [36]

1.7.2 Выбор сборочного оборудования

Сборку Н - образного сечения балки следует производить на специальном кондукторе, который обеспечивает достаточную точность сборки. Кондуктор состоит из рамы с рельсами, по которым передвигается портал. На портале установлены два вертикальных пневмоприжима, один из которых передвижной, другой - неподвижный. На портале находится каретка с подвижным горизонтальным пневмоприжимом, с другой стороны портала установлен неподвижный горизонтальный пневмоприжим. На раме кондуктора установлены две направляющих балки. Одна из направляющих балок передвижная, другая - неподвижная. На опорные балки кондуктора с помощью крана и листозахватов, выкладывают лист стенки. После этого устанавливают пояса и выравнивают торцы собираемого элемента. Портал с прижимами перемещаем на сборочный элемент, включаем вертикальный пневмоприжим и прижимаем лист стенки к опорным балкам. Затем включаем горизонтальные пневмоприжимы, подвигая пояса к стенке. В местах поджатия проверяют перпендикулярность поясов относительно стенки, стальным угольником и ставят прихватки. Для сохранения прямого угла между поясами и стенкой по концам элемента устанавливают распорки из уголка или швеллера.

Рисунок 3 - Сборочный кондуктор: 1) рама кондуктора с рельсами; 2) портал; 3) неподвижный горизонтальный поршень; 4) неподвижная направляющая балка; 5) вертикальный неподвижный поршень; 6) передвижной вертикальный поршень; 7) каретка с подвижным горизонтальным поршнем; 8,9) регулирующие винты; 10) передвижная направляющая балка

Рисунок 4 - Позиционер-контователь: 1) передняя приводная стойка; 2) механизм вращения шпинделя; 3) пиноль; 4) не приводная передвижная стойка; 5) захваты; 6) рельсовые пути

Для поворота балки применяют позиционеры-кантователи.

В центровом кантователе предварительно собранную балку закрепляют в подвижной и неподвижной опорах.

Балку устанавливают в требуемое положение с помощью привода (червячного редуктора) расположенного в неподвижной опоре.

Технические данные КД-4:

Грузоподъемность 4т,

Допустимый момент на оси вращения 800 кгс. м,

Допустимая консольная нагрузка на одну цапфу, 3000 кгс,

Высота центров 1000 мм,

Скорость вращения шпинделя 2об/мин,

Габаритные размеры мм (ширина 1500, высота 1700, масса 3800 кг).

1.7.3 Выбор сварочных автоматов

АДФ-1000 - это самоходный механизм, в котором подвод сварочной проволоки, смещение автомата по ходу сварки и защита дуги происходят синхронно по заданной программе.

Сварочный трактор АДФ-1000 способен производить сварку соединений встык или вплотную с разделкой кромок и без разделки, а также угловых швов наклонной сварочной головкой, швов в "тавр" и нахлесточных швов. При этом швы могут иметь форму либо прямолинейную, либо кольцевую. В момент работы трактор может передвигаться по свариваемому изделию или по лежащей на нем направляющей линейке.

Сварка осуществляется при постоянном токе независимо от параметров дуги и скорости подачи электродной проволоки.

Таблица 12 - Техническая характеристика сварочного автомата АДФ-1000

Напряжение питания сварочного трактора, В	42
Вид регулировки сварочного тока и скорости сварки	плавное
Номинальный сварочный ток, при ПВ=100 %, А	1000
Диаметр электродной проволоки, мм	2-5
Пределы регулирования скорости подачи электродной проволоки, м/ч	50-360
Пределы регулирования скорости сварки, м/ч	12-120
Пределы регулирования времени заварки кратера, с	0,5-7
Пределы регулирования времени растяжки дуги, с	0,1-2
Угол поворота сварочной головки - вокруг вертикальной оси -вокруг горизонтальной оси	± 90? ± 45?
Угол отклонения оси токоподвода от вертикальной оси	от + 45? до - 30?
Регулировка сварочной головки, мм - вертикальная - горизонтальная	100 100
Мощность, потребляемая сварочным трактором, ВА, не более	400
Межосевое расстояние колес, мм	260
Колесная колея, мм	325
Вместимость кассеты для проволоки, кг	20
Емкость бункера для флюса, дм куб.	10
Масса, без флюса и проволоки, кг	85
Габаритные размеры, мм, (ДхШхВ)	720х 500х 980

1.7.4 Выбор оборудования для механизированной сварки

Для механизированной сварки в среде защитного газа следует применять полуавтомат ПДГ-508, так как технические характеристики данного полуавтомата подходят к ранее выбранному режиму. Полуавтомат является универсальным, потому что его можно применять для сварки и наплавки в углекислом газе, сплошной и порошковой проволокой.

При механизированной сварки, сварочная головка чаще всего разделена на две части - подающий механизм и держатель (сварочная горелка), они соединёнными между собой гибким шлангом. Гибкий шланг полуавтомата предназначен для подачи электродной проволоки, сварочного тока, защитного газа, а иногда и охлаждающей воды к горелке.

Таблица 13 - Технические характеристики сварочного полуавтомата ПДГ-508 М [6]

Тип выпрямителя	ВДУ-506
Напряжение питающей 3х фазной сети частотой 50Гц, В	380
Номинальный сварочный ток при ПВ-50 %	500
Пределы регулирования сварочного тока, А	150-500
Диаметр электродной проволоки, мм	1,2-2,0
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч	120-1200
Регулирование скорости подачи электродной проволоки	Ступенчатое
Габаритные размеры, мм подающее устройство шкаф управления	445Х 316Х 370 450Х 300Х 240
Масса, кг	25

В качестве источника питания для полуавтомата ПДГ-508 М при сварке в среде защитного газа (СО ₂) применяем выпрямитель типа ВДУ-506. Данный выпрямитель предназначен для однопостовой сварки постоянным током.

Выпрямители типа ВДУ являются универсальными, они состоят из силового трёхфазного трансформатора и выпрямительного блока, собранного из тиристоров по шестифазной схеме. Выпрямители имеют универсальную внешнюю вольтамперную характеристику.

Таблица 14 - Техническая характеристика выпрямителя ВДУ-506 [6]

Номинальное напряжение питающей сети, В	380
Номинальный сварочный ток, А	500
Пределы регулирования сварочного тока, А при крутопадающей характеристике при жесткой характеристике	50-500 60-500
Пределы регулирования рабочего напряжения, В при крутопадающей характеристике при жесткой характеристике	22-46 18-50
Габариты, мм	830Х 620Х 1020
Масса, кг	290

Источник питания для автоматической сварки под флюсом назначает выпрямитель ВДУ-1001.

Сварочный выпрямитель с универсальными внешними характеристиками, обеспечивающими получение как падающих, так и жестких характеристик. Он представляет собой установку преобразующую энергию переменного тока в энергию постоянного тока, и состоит из следующих основных узлов: понижающий трансформатор, выпрямительный блок, пускорегулирующая, измерительная и защитная аппаратура.

Таблица 15 - Техническая характеристика выпрямителя ВДУ-1001 [6]

Напряжение питающей сети частотой 50Гц, В	380
Номинальный сварочный ток, А	1000
Пределы регулирования рабочего напряжения, В	24-60
Габаритные размеры, мм	1340х 760х 1220
Масса, кг	500
Изготовитель	АО "Искра"

1.7.5 Выбор вспомогательного оборудования

СтанокСППС-2, предназначен для очистки и намотки проволоки в открытые и закрытые кассеты.

При грибовидности и перекосе полки тавра после сварки поясных швов тавра применяем специальный станок для правки грибовидности.

Устранение сварочных деформаций. В тех случаях, когда не удается предупредить возникновение остаточных деформаций и они выходят за пределы допустимых, их устранения добиваются искусственным путем с помощью операции правки. В зависимости от конструкции изделия, величины деформации, типа материала и его термического состояния используют три основных вида правки: холодную с применением статических или динамических нагружений, с местным нагревом, с общим нагревом.

Рисунок 7 - Схема правки грибовидности

1.8 Мероприятия по снижению уровня напряжений и деформаций в сварных соединениях

В процессе выполнения сварочных работ большое значение имеет выбор рациональной последовательности выполнения сварных соединений в конструкции, при этом следует стремиться к достижению взаимоуравновешивания возможных деформаций от последовательно выполняемых швов, а замыкающие соединения, создающие жесткий контур в изделии, сваривать в последнюю очередь. Каждый последующий валик при многослойной сварке рекомендуется выполнять в направлении, обратном предыдущему. При ручной и механизированной сварке швы большой протяженности рекомендуется выполнять в обратноступенчатом порядке. Рекомендуется закреплять узлы в жестких приспособлениях, а выполнение сварки осуществлять на режимах с меньшими значениями погонной энергии, в некоторых случаях применяют предварительную деформацию кромок свариваемых заготовок, обратную по знаку ожидаемым сварочным деформациям; предварительный или сопутствующий подогрев, особенно для материалов, склонных к закалке.

После сварки для снятия сварочных напряжений применяют термическую операцию отпуска. Отпуск после сварки является наиболее эффективным способом уменьшения остаточных напряжений и одновременно позволяет улучшить пластические свойства сварных соединений. Отпуск может быть общим, при котором нагревается все изделие, и местным, когда нагреву подвергают лишь часть его в зоне сварного соединения. Преимущество общего отпуска состоит в том, что снижение напряжений происходит во всей сварной конструкции независимо от ее сложности. Наиболее часто применяют высокий отпуск при температуре нагрева 550-680°С. Операция отпуска выполняется в три стадии: нагрев, выдержка при температуре отпуска и охлаждение. Выдержка обычно составляет 2-4 ч, после чего производится естественное охлаждение на воздухе. Местный отпуск применяют для снятия остаточных напряжений и восстановления пластических свойств в зоне сварных соединений.

Для снятия остаточных напряжений используют также механические способы обработки после сварки - проковку, прокатку, вибрацию, обработку взрывом и др., основанные на создании пластической деформации металла сварных соединений, приводящих к снижению растягивающих остаточных напряжений.

1.9 Контроль качества сварных соединений

Контроль качества заключается в проверке соответствия показателей качества продукции установленным требованиям. Каждое такое несоответствие называется дефектом. Критериями качества могут являться физические, геометрические, функциональные и технологические показатели.

Причинами появления дефектов могут являться неправильный выбор основных и присадочных материалов, нарушения технологии сварки (неправильная подготовка, сборка, режим сварки или термообработки и т. п.), а также низкая квалификация сварщиков. При автоматической и механизированной сварке дефектов возникает, как правило, меньше чем при ручной. Дефекты в изделиях выявляют при испытаниях двух видов: разрушающих и неразрушающих.

Разрушающие испытания, которые проводят на образцах-свидетелях, моделях или натуральных образцах изделий, предназначены для определения характера, места расположения и размеров дефектов, их влияние на работоспособность сварных соединений. Разрушающий контроль осуществляют сверлением, технологической пробой, механическими испытаниями на растяжение, изгиб, срез, удар и твёрдость, а также проводят металлографические исследования макро- и микроструктуры сварных соединений. Получаемые при испытании показатели позволяют количественно определить характеристики качества, например, прочность изделий, их долговечность, коррозионную стойкость и т. п.

Неразрушающие испытания позволяют определить наличие дефектов в изделиях без их разрушения и косвенно характеризуют их эксплуатационные характеристики. Методы неразрушающих испытаний основаны на различных физических явлениях, имеющих место при исследованиях качества: прохождении и передаче энергии или прохождении вещества через объект контроля. Поэтому такие методы часто называют физическими. Существуют различные виды и методы контроля.

Методом контроля называют правила применения определённых принципов и средств контроля, при этом метод контроля может содержать в себе информацию об определенной последовательности применения этих принципов на практике.

Различают 10 видов неразрушающего контроля: акустический, капиллярный, магнитный, оптический, радиационный, радиоволновой, тепловой, электрический и электромагнитный.

Средства контроля, исполнители и контролируемые объекты представляют собой систему контроля, элементы которой взаимодействуют между собой по правилам, установленным нормативно-технической документацией на контролируемые изделия. Такая система включает в себя 3 этапа: предварительный, пооперационный (технологический) и приёмочный (окончательный) контроль.

Предварительный контроль включает в себя проверку квалификации исполнителей, состояние контрольного оборудования, аппаратуры и приспособлений, применяемых материалов, а также контроль качества сборки и подготовки стыков под сварку.

Пооперационный (технологический) контроль предусматривает проверку качества подготовки изделия или его элементов к проведению технологического процесса, а также правильности порядка его выполнения. Такой контроль позволяет своевременно корректировать технологические процессы сварки в случае их нарушения и оперативно исправлять дефектные места в изделиях.

Приёмочный контроль завершает технологический процесс изготовления изделий, разделяя их на две группы: годные и негодные (бракованные). Приёмочный контроль бывает сплошным или выборочным.

Сварные изделия могут быть подвергнуты внешнему осмотру и измерениям, различным видам физических методов контроля, механическим испытаниям, металлографическим исследованиям и прочим видам испытаний, если таковые предусмотрены техническими условиями на изготовление конструкции.

В сварочном производстве различают следующие типы дефектов сварных соединений:

· дефекты подготовки и сборки деталей под сварку;

· дефекты формы швов;

· дефекты сварных соединений.



2. Охрана труда

2.1 Охрана труда при выполнении сварочных работ

Рабочее место сварщика должно содержаться в чистоте и порядке, не допуская ничего лишнего, мешающего работе на рабочем месте, а также в проходах и проездах. Детали и заготовки следует держать в устойчивом положении на подкладках и стеллажах, высота штабелей не должна превышать полторы ширины или полтора диаметра основания штабеля и во всех случаях не должна быть более 1 м.

Сварочные кабели нельзя располагать рядом с газосварочными шлангами и трубопроводами, находящимися под давлением, или по участкам с высокой температурой, а также вблизи кислородных баллонов и ацетиленовых генераторов.

Не должны производиться сварка и резка внутри сосудов с закрытыми люками или невывернутыми пробками, у неогражденных или незакрытых люков, проемов, колодцев и т. п.

2.2 Средства индивидуальной защиты

При электродуговой ручной сварке зона сварки является источником возможного травмирования электросварщика излучением и теплом сварочной дуги и брызгами расплавленного металла. Для защиты глаз, лица, кожного покрова головы и шеи сварщика от излучения и брызг металла, а также частичной защиты органов дыхания от непосредственного воздействия выделяемых при сварке паров металла, шлака и аэрозолей (мелких частичек расплавляемого металла и шлака, взвешенных в парах) предназначены защитные щитки. Щитки изготовляются двух основных видов: наголовные и ручные. Для защиты от вредного излучения дуги в щитки вставляют стеклянные светофильтры темно-зеленого цвета, которые не пропускают вредного излучения, но позволяют видеть дугу, расплавляемый металл и манипулировать электродом для лучшего формирования шва. Применяют 13 классов светофильтров типа С для сварки на токах от 13 до 900 А.

Важными средствами индивидуальной защиты сварщика являются спецодежда и спецобувь. Спецодежда (куртки и брюки) изготовляется из материала, предохраняющего сварщика от излучения и имеющего противоискровые нашивки. Для работы в стационарных постах сварщик использует фартук, предохраняющий от брызг, особенно опасных при дуговой резке. К средствам индивидуальной защиты относятся также резиновый коврик, резиновые перчатки и галоши, применяемые при работе в особо опасных местах. Во время работы сварщик должен застегивать куртку, не допуская оголения и поражения лучами дуги открытых мест тела. Клапаны куртки должны быть закрыты, брюки носятся на выпуск так, чтобы они закрывали ботинки во избежание попадания брызг металла на ноги.

При проведении сварочных работ на открытом воздухе в холодное время года спецодежда должна комплектоваться теплозащитными подстежками в соответствии с климатическими зонами.

При использовании материалов, выделяющих повышенное количество сварочных аэрозолей, применяют усиленную вентиляцию, обеспечивающую подачу чистого воздуха к сварщику. Однако общая вентиляция не всегда достигает нужного эффекта, поэтому прибегают к средствам индивидуальной защиты. Для этого в основном используют фильтрующие противопылевые респираторы и реже - изолирующие шланговые и автономные дыхательные аппараты. Необходимо отметить, что работа с использованием респиратора или противогаза вызывает быструю утомляемость рабочего, поэтому в каждом случае следует подобрать наиболее эффективный способ защиты.

Для снижения концентрации вредных веществ на рабочих местах до предельно допустимой необходимо применять отсосы различных типов.



3. Экономическая часть

3.1 Расчет затрат на основные и вспомогательные материалы

К основным материалам относятся те материалы, которые непосредственно участвуют в процессе изготовления конструкции, например: металлопрокат, сварочная проволока, электроды.

К вспомогательным материалам относятся те материалы, которые способствуют качественному изготовлению продукции, например: газ, грунт, флюс.

Себестоимость продукции - синтетический, обобщающий показатель, характеризующий все стороны деятельности предприятия, а также отражающий эффективность его работы. Калькулирование цеховой себестоимости производится по сырью и материалам за вычетом возвратных отходов. Классификацией материалов называется распределение их по однородным признакам на группы, подгруппы с дальнейшей дифференциацией по профилям, размерам, сортам, химическому составу.

Экономия материальных ресурсов при изготовлении металлопродукции достигается путем применения рациональных методов раскроя, уменьшения массы конструкции, использования заменителей дорогостоящих и дефицитных материалов, уменьшения отходов и дальнейшее использования.

Нормативная база включает нормы расхода материальных ресурсов, норму производственных запасов.

Норма расхода - это максимально допустимая величина затрат, сырья, материалов, топлива и электроэнергии на изготовления единицы продукции при рациональном технологическом процессе и передовой организации производства. Нормы расхода должны быть прогрессивными и техническими обоснованными. Они служат основой для определения потребностей для всех видов материальных ресурсов.

Таблица 1 - Затраты на основные и вспомогательные материалы

Наименование материала	Единица измерения	Чистая масса	Расход материала	Затраты на 1 тонну, руб.	Стоимость материала, руб.
			На 1 тонну	На весь объем
1.Основные материалы
1.1 Лист 10 мм Ст.3 ГОСТ 380-2005	т	0,2538	1,045	0,26522	24150,00	6405,00
1.2 Лист 12; 16 мм Ст.3 ГОСТ 380-2005	т	0,92247	1,045	0,96631	24100,00	23286,00
1.3 Уголок 160х 10; Уголок 100х 70 Ст.3 ГОСТ 380-2005	т	0,0322	1,052	0,03387	25090,00	850,00
1.4 Лист 20 мм Ст.3 ГОСТ 380-2005	т	0,8625	1,045	0,90131	24120,00	21740,00
1.5 Сварочная проволока d=4 мм Св-08ГА ГОСТ 2246-70	т	1,6516	0,0031	0,00511	63100,00	321,00
1.6 Сварочная проволока d=2 мм Св-08Г 2С ГОСТ 2246-70	т	0,4216	0,0064	0,00269	62500,00	169,00
1.7 Сварочная проволока d=2 мм Св-08Г 2С ГОСТ 2246-70 (прихватки)	т	2,0732	0,0012	0,00248	62500,00	155,00
Итого по основным материалам:	52626,00
2. Вспомогательные материалы
2.1 Флюс АН-348А ГОСТ 9087-81	т	1,6516	0,0028	0,00462	42600	197,00
2.2 Газ СО 2 ГОСТ 8050-76	м 3	0,4216	8,68	3,65948	10,82	40,00
2.3 Грунт ГФ - 021 ГОСТ 25129-82	т	2,0939	0,00312	0,00646	72100	471,00
2.4 Пропан-бутан	м 3	2,0732	4,52	9,37086	8,78	82,00
2.5 Кислород	м 3	2,0732	5,18	10,73917	10,64	114,00
2.6 Газ СО 2 ГОСТ 8050-76 (прихватки)	м 3	2,0732	3,42	7,09034	10,82	77,00
Итого по вспомогательным материалам:	981,00
Всего по материалам:	53607,00
3. Отходы	т	2,0732	0,048	0,09950	6100	607,00
Итого за вычетом отходов:	53000,00

3.2 Расчет трудовых затрат и заработной платы

Тарифно-квалификационные справочники определяют требования, предъявляемые к исполнителям (основным и вспомогательным рабочим) различных ...