Участок сборки и сварки сосуда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сварка является одним из ведущих технологических процессов обработки металла. Она широко применяется в основных отраслях производства, потребляющих металлопрокат, т.к. резко сокращается расход металла, сроки выполнения работ и трудоемкость производственных процессов. Современный технический прогресс в промышленности неразрывно связан с совершенствованием сварочного производства. Сварка как высокопроизводительный процесс изготовления неразъемных соединений находит широкое применение при изготовлении металлургического, химического и энергического оборудования, различных трубопроводов, в машиностроении, в производстве строительных и других конструкции.

Сварка - такой же необходимый технологический процесс, как и обработка металлов, резанием, литье, ковка. Большие технологические возможности сварки обеспечили ее широкое применение при изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, реакторов, мостов и других конструкций. Перспективы сварки, как в научном, так и в техническом плане безграничны. Её применение способствует совершенствованию машиностроения и развития ракетостроения, атомной энергетики, радио электроники [5].

Целью данного курсового проекта является разработка технологического процесса сборки и сварки сосуда с указанием применяемого механического и электротехнического оборудования.

1. Общая часть

1.1 Описание и назначение конструкции, условия ее работы, ТУ на изготовление изделия, требования к сварным соединения

Данное изделие сосуд предназначен для хранения и транспортировки жидкостей и газов. Сосуды применяют в различных отраслях промышленности: в нефтегазовой, горнодобывающей, металлургической. Он является вертикальным цельносварным емкостным изделием. Оно состоит из обечайки, квадратного днища, квадратной крышки и штуцера для присоединения шланга, по которой идет жидкое или газообразное вещество.

Днище и крышка сосуда квадратные. На крышке имеется отверстие для присоединения штуцера. Штуцер предназначен для подачи жидкости через насосы, так и для выхода жидкости из сосуда к потребителю.

Схематическое изображение сосуда представлено на рисунке1.

Рисунок 1. Сосуд

Конструкция сосудов должна обеспечивать надежность и безопасность эксплуатации в течение расчетного срока службы и предусматривать возможность проведения технического освидетельствования, очистки, промывки, полного опорожнения, продувки, ремонта, эксплуатационного контроля металла и соединений.

Для каждого сосуда должен быть установлен и указан в паспорте расчетный срок службы с учетом условий эксплуатации.

Устройства, препятствующие наружному и внутреннему осмотрам сосудов (мешалки, змеевики, рубашки, тарелки, перегородки и другие приспособления), должны быть, как правило, съемными.

При применении приварных устройств должна быть предусмотрена возможность их удаления для проведения наружного и внутреннего осмотров и последующей установки на место. Порядок съема и установки этих устройств должен быть указан в руководстве по эксплуатации сосуда.

Сосуды, которые в процессе эксплуатации изменяют свое положение в пространстве, должны иметь приспособления, предотвращающие их самоопрокидывание. Конструкция сосудов, обогреваемых горячими газами, должна обеспечивать надежное охлаждение стенок, находящихся под давлением, до расчетной температуры [10]..

Применяемые для изготовления сосудов материалы должны обеспечивать их надежную работу в течение расчетного срока службы с учетом заданных условий эксплуатации, состава и характера среды и влияния температуры окружающего воздуха.

Термической обработке подлежат сосуды, в стенках которых после изготовления (при вальцовке, штамповке, сварке и т.д.) возможно появление недопустимых остаточных напряжений, а также сосуды, прочность которых достигается термообработкой. В процессе термообработки в печи температура нагрева в любой точке сосуда (элемента) не должна выходить за пределы максимальной и минимальной, предусмотренной режимом термообработки. Среда в печи не должна оказывать вредного влияния на тер- мообрабатываемый сосуд (элемент). Термическая обработка должна производиться таким образом, чтобы были обеспечены равномерный нагрев металла.

Климатические условия эксплуатации: эксплуатируется в закрытом помещении нормальной влажности в нормальной среде. Климатическое исполнение оборудования должно быть УХЛ1по ГОСТ 15150 - 69 для работы при температуре от - 40 до +40°С.

Изготовленный сосуд должен соответствовать всем требованиям чертежа и настоящих технических условий.

Сборка должна производиться в сборочном приспособлении, принятом ОТК.

При сборке сосуда должны выполняться следующие требования:

1. Все детали и узлы должны быть изготовлены в строгом соответствии с чертежами и шаблонами.

2. Все детали должны быть изготовлены из материалов, указанных в чертежах. Качество материалов должно отвечать требованиям, соответствующих ТУ на поставку входящих деталей и материалов.

3. Все детали должны быть проверенными ОТК.

4. При изготовлении деталей и сборке узлов должны выполняться все требования и производственные инструкции.

5. Сборка узлов должна обеспечить взаимную увязку (стыковку) с другими агрегатами.

6. При сборке в приспособлении должны быть удалены все посторонние предметы.

Основное требование, предъявляемое к сварным швам - это их герметичность, то есть недопущение протекания через шов содержимого сосуда. Герметичность сварных швов должна контролироваться воздушно - пузырьковым методом. Шов должен быть также достаточно прочным, также материал шва должен обеспечивать его надежную работу в течение расчетного срока службы с учетом заданных условий эксплуатации, состава и характера среды и влияния температуры окружающего воздуха [5].

Методы сборки элементов под сварку должны обеспечивать правильное взаимное расположение сопрягаемых элементов и свободный доступ к выполнению сварочных работ в последовательности, предусмотренной технологическим процессом.

Разделка кромок и зазор между кромками металла, подлежащими сварке, должны соответствовать требованиям ГОСТ 8713 - 79. Сварку следует выполнять после подтверждения правильности сборки и устранения дефектов на всех поверхностях, подлежащих сварке.

1.2 Материал изделия

В качестве материала для конструкции выбираем сталь Вст3пс (В - сталь группы В, поставляемую по механическим свойствам и химическому составу, ст-сталь, 3 - содержание углерода в сотых долях процента - до 0,03%, пс - полуспокойная) - сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества полуспокойная. Выбираем ее, так как она обладает очень хорошей свариваемостью, низкой себестоимостью, применяется при производстве стальных конструкций и деталей, работающих при положительной температуре. По сравнению со сталью ст3кп сталь 3 кипящая, которая почти не содержит кремний (до 0,05%), сталь 3 полуспокойная содержит кремний от 0,15% до 0,3%. Поэтому сталь Вст3пс применяют в более ответственных случаях, чем ст3кп, например, для несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах.

Химический состав стали 3 представлен в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав стали ст3пс

С	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu	As
0,14 - 0,22	0,05 - 0,15	0,4 - 0,65	до 0,3	до 0,05	до 0,04	до 0,3	до 0,008	до 0,3	до 0,08

Данная сталь не флокеночувствительна, т.е. стойка к появлению флокенов - внутренних трещин, резко снижающих механические свойства стали, а также не склонна к отпускной хрупкости - резкому понижению ударной вязкости при некоторых условиях отпуска. Температура ковки - начала 1300°С, конца - 750°С.Обраатываемость резанием - в горячекатаном состоянии при НВ124 у_В =400 МПа, К_{uтв.спл.}=1,8 и К_uб.ст=1,6.

Механические свойства листового проката из стали Вст3пс - в таблице 2.

Таблица 2 Механические свойства при Т = 20°С стали Ст3пс

	Предел кратковременной прочности ув, МПа	Твердость НВ 10-1, МПа	Предел текучести ут, МПа	Относительное удлинение на разрыв д5, %
Прокат горячекатанный ГОСТ 535-2005	370 - 480	131	205- 245	23 - 26

Физические свойства стали Вст3пс представлены в таблице 3.

Таблица 3. Физические свойства стали ст3пс при 20°С

Толщина проката, мм	Плотность с, кг/м3	Ударная вязкость, Дж/см2, не менее
		KCU	KCV
		+20°С	- 20°С	После механического старения	+20°С	-20°С
0 -5	7850	108	49	49	34	-

Ударная вязкость металлов позволяет определить склонность к деформации. КС -это обозначение самой ударной вязкости, третья буква - вид надреза при испытании U - имеет радиус закругления, V - является острым [6].

1.3 Свариваемость основного металла изделия

Под технологической свариваемостью понимают способность материала образовывать при рациональном технологическом процессе сварки прочное соединение без существенного снижения технологических свойств свариваемого материала в самом соединении и в прилегающей зоне.

Обязательными критериями при оценке свариваемости являются стойкость сварного соединения против образования горячих и холодных трещин, а также равноценность механических свойств сварного соединения основному металлу.

Для углеродистых и низколегированных сталей стойкость сварного соединения против образования горячих и холодных трещин оценивается косвенным способом по эквиваленту углерода [6].

1) Оценка стойкости углеродистых сталей против образования горячих трещин по эквиваленту углерода

Сталь не склонна к горячим трещинам.

2) Оценка стойкости углеродистых сталей против образования холодных трещин по эквиваленту углерода:

Сталь не склонна к холодным трещинам.

Сталь Вст3пс сваривается без ограничений; способы сварки: ручная дуговая сварка, автоматическая дуговая под флюсом и газовой защитой, электрошлаковая сварка, контактно-точечная сварка. Для толщины более 36 мм рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

1.4 Оценка технологичности конструкции

Под технологичностью конструкции понимают комплекс ее свойств, позволяющих при сохранении заданных эксплуатационных показателей, включая и ремонтопригодность, изготовлять рассматриваемую конструкцию с меньшими производственными затратами и в наиболее короткие сроки.

Технологичность конструкции является важной характеристикой совершенства изделий, так как она в значительной мере предопределяет уровень технико-экономических показателей производства.

Технологичность конструкции - условная характеристика совершенства изделия. Она приобретает определенность лишь применительно к конкретным условиям производства. Например, технологичность одной и той же конструкции обычно резко различна по отношению к мелкосерийному и крупносерийному производству. Поэтому и конструкция, хорошо приспособленная для изготовления ее с применением процессов, характерных для мелкосерийного производства, является высокотехнологичной лишь при мелкосерийном изготовлении; при освоении в крупносерийном производстве та же конструкция может оказаться весьма нетехнологичной. Напротив, конструкция, ориентированная на применение технологических процессов крупносерийного производства, может оказаться технологичной лишь при массовом ее изготовлении; при изготовлении мелкими сериями она может проявить себя как нетехнологичная.

Производство данной конструкции предусматривает единичное или мелкосерийное производства.

Технологичность конструкции закладывается в процессе проектирования изделия и может быть улучшена в процессе внедрения и производства. Однако выбор наиболее экономичных и производительных технологических процессов изготовления конструкции изделия представляет довольно сложную задачу.

Для обеспечения технологичности конструкции при проектировании необходимо учитывать ряд общих требований предъявляемых к конструкции:

а) Простота форм частей изделия.

В общем случае обработка линейчатых (плоских, цилиндрических, конических) поверхностей проще, чем поверхностей двойной кривизны. Поэтому желательно максимальное использование в конструкции линейчатых поверхностей.

б) Рациональное членение конструкции на элементы.

Конструкция должна быть расчленена на агрегаты, узлы и детали таким образом, чтобы при изготовлении и сборке всех ее элементов можно было широко использовать имеющиеся средства механизации технологических и вспомогательных процессов и обеспечить удобство выполнения ручных работ.

в) Максимальное использование в конструкции изделия легкообрабатываемых материалов.

г) Отсутствие чрезмерно высоких требований к точности размеров, формы, расположения и к чистоте обработки поверхностей элементов конструкции. В общем случае обработка и сборка элементов конструкции значительно усложняется при повышении требований к их точности.

д) Наличие подходов для контроля качества всех элементов конструкции непосредственно в изделии.

е) Возможно более широкое применение в конструкции нормализованных и стандартных деталей и узлов. В процессе стандартизации и нормализации элементы конструкции подвергаются тщательному всестороннему анализу, отработке и практической проверке. В результате стандартные элементы аккумулируют в себе широкий коллективный опыт конструкторов, технологов и потребителей. Поэтому их применение в конструкциях значительно облегчает получение изделий высокого качества.

ж) Возможно большая унификация элементов конструкций.

Унификация приводит к увеличению повторяемости отдельных элементов в конструкции и, следовательно, к увеличению масштаба производства этих элементов при неизменном масштабе выпуска собранных изделий.

з) Возможно большая преемственность конструкции.

Преемственность конструкции, это, возможно более широкое использование в конструкциях отдельных элементов ранее созданных, освоенных в серийном производстве и проверенных в эксплуатации изделий. Это создает возможность широкого применения в производстве хорошо отработанных, уже освоенных процессов обработки и сборки, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели.

и) свариваемость материала конструкции. При изготовлении используются материалы с хорошей свариваемостью, и металл шва практически не уступает основному металлу по механическим свойствам при соблюдении технологии.

к) положение в пространстве, протяженность сварных швов, и конфигурация.

В процессе сварки все швы изделия находятся в горизонтальном положении.

Основная часть сварных швов имеют прямолинейную форму. Это позволяет легко автоматизировать процесс сварки. Доступность сварных соединений для выполнения механизированным способом сварки.

Данная сварная конструкция удовлетворяет следующим требованиям:

1) конструкция является жесткой, (жесткость обеспечивается конструктивной формой свариваемого изделия и узлов.)

2) свариваемость основного материала: без ограничений.

3) возможно подобрать сварочные материалы, максимально близкие по химическому составу к основному металлу конструкции.

4) данную конструкцию можно разбить на узлы и подузлы,

5) конструкция обеспечивает свободный доступ для выполнения сварочных работ.

6) детали конструкции получают из листового материала и сортамента путем рубки, резки и механической обработки [6].

1.4.1 Количественная оценка технологичности сосуда

1. Коэффициент применяемости унифицированных деталей КУД.

К уд = D у_Н / D = 0/4 =0,

где Dу- количество унифицированных деталей, D_yH =0; D - количество деталей сосуда, D=4.

2. Коэффициент применяемости стандартных деталей (кроме крепежа).

K _CT = D _CT / D = 0/4=0,

Dст - количество стандартных деталей в сосуде, Dct=0;

3. Коэффициент повторяемости элементов конструкции;

К пов = N_H / N_K =0/4=0,

где Nk - общее число составных частей конструкции; N_Н - количество одинаковых деталей;

4. Коэффициент повторяемости элементов в узле:

К пов = п/Д,

где п - количество повторяющихся деталей; Д - общее количество деталей К повД = 0/4 = 0;

5. Коэффициент повторяемости материала:

К пов.мат. = 1 - Q m */ Q m,

где Qm*- количество марок материала;

Qm -- количество наименований материала(по кол-ву деталей)

К повмет = 1- Q m */Q m = 1- 1/4=0 /4= 0

1.4.2 Качественная оценка технологичности

Все детали сосуда имеют простую геометрическую форму.

В конструкции применяется один вид соединений - сварочное. Это позволяет сократить номенклатуру применяемого инструмента.

Наличие в конструкции сосуда однотипных деталей позволяет применять для их изготовления типовые техпроцессы или изготавливать их пакетами, и снизить затраты на оборудование и приспособления [6].

1.4.3 Выводы

Технологичность конструкции закладывается в процессе проектирования изделия и может быть улучшена в процессе внедрения в производство.

Сосуд имеет рациональное технологическое членение; свободный подход к соединениям любого вида; возможность автоматизации выполнения соединений; возможность применения типовых технологических процессов.

В целом его можно отнести к категории изделий средней степени сложности и обладающей высокой степенью технологичности.

1.5 Описание и анализ существующего технологического процесса, его недостатки

Данное изделие выполняется с помощью ручной дуговой сварки штучными электродами. Вначале прихватывается обечайка, затем к ней прихватываются днище и крышка, а затем к крышке прихватывается штуцер. Все это выполняется на сборочной плите. Затем после 100% контроля сборки и прихватки на контрольной плите сосуд проваривается, отбивается шлак и изделие предстает также на контроль сварки. Если дефектов не обнаружено, то изготовление можно считать законченным.

Данный вид сварки имеет ряд преимуществ:

1) Ручная дуговая сварка проста в применении, не требует специального дорогостоящего оборудования и расходных материалов.

2) Работает от сети 220 в, 380 в при использовании соответствующего аппарата.

3) Возможно производить сварку конструкций, расположенных под разным углом наклона.

4) Соединение сваркой деталей в труднодоступных местах.

5) При использовании соответствующих электродов есть возможность сваривать разные виды стали.

6) Аппараты небольшого размера, легко транспортируются и подключаются практически везде, где есть электросеть.

Но этот вид имеет и ряд недостатков:

1) Вредные для здоровья факторы: выделение газов, высокая температура, яркий свет горения дуги.

2) При отсутствии специальной защиты, возможность поражения электротоком.

3) Необходимость замены электрода при его сгорании, что приводит к образованию кратеров, ухудшающих качество соединения в месте окончания, и начала использования нового электрода.

4) При недостаточной квалификации сварщика, низкое качество соединения.

В данном технологическом процессе недостатком является то, что изделие собирается и сваривается на сборочной и сварочной плитах без приспособлений, что отрицательно сказывается на качестве готового изделия, образуется много дефектов во время сборки и сварки сосуда. Кроме того, без использования приспособления тратится намного больше времени, которое тратится на выставление всех размеров, приладке кромок при варке обечайки и т.д [2]..

Поэтому для изготовления данного изделия разработаем стенд для сборки обечайки. Это повысит производительность труда и значительно уменьшит количество дефектов на данном этапе изготовления сосуда.

2. Расчетно-технологическая часть

2.1 Заготовительные операции

При изготовлении сосуда применяются следующие заготовительные операции: приемка основного металла, правка, резка, вальцевание, подготовка поверхности металла под сварку, механическая обработка детали «крышка», изготовление детали «щтуцер» [4]..

2.1.1 Приёмка основного металла

Прокат принимается партиями. Партия должна состоять из проката одного класса прочности, одного размера по толщине, одного базового химического состава. Масса партии не должна превышать 10 т.

Каждая партия проката сопровождается документом о качестве, содержащим:

- товарный знак или наименование и товарный знак предприятия-изготовителя;

- наименование потребителя;

- номер заказа;

- дату выписки документа о качестве;

- номер вагона или транспортного средства;

- наименование продукции, размеры, количество мест, их общая масса и, в случае поставки по сдаточной (теоретической) массе, знак ТМ;

- класс прочности;

- фактический химический состав;

- точность прокатки;

- механические свойства;

- вид плоскостности для листа;

- характер кромки для листа;

- номер НТД;

- штамп отдела технического контроля.

Для проката, принимаемого с характеристиками, устанавливаемыми потребителем, в документе о качестве дополнительно указывают результаты испытаний по заказываемым показателям (гарантия свариваемости, зачистка заусенцев и без смятия концов, прокат с ультразвуковым контролем сплошности).

Для проверки качества проката от каждой партии отбирают два листа.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному показателю проводят повторные испытания [4].

2.1.2 Правка основного металла

Пластины для изготовления конструкции вырезаются из листов горячекатаной стали ГОСТ 19903-74.

Листы, имеющие внешнюю деформацию, подлежат правке.

Листы следует править в многовалковых листоправильных вальцах.

Рисунок. 2 Схема правки листов на листоправильных вальцах.

Правку металла толщиной 3 - 4 мм будем осуществлять с помощью листоправильной многовалковой машины модели PRH 120/2500. Ее технические характеристики представлены в таблице 4.

Таблица 4. Технические характеристики листоправильной многовалковой машины PRH 120/2500

Характеристика	Значение
Тип привода	Механический
Рабочая толщина листа, мм	0-5
Рабочая ширина листа, мм	2500
Мощность электропривода, кВт	2,2
Наименьший предел текучести выправляемого металла, МПа	270
Наибольший предел текучести выправляемого металла, МПа	350
Количество валков	7
Диаметр правильных валков, мм	120
Диаметр подающих валков, мм	120

Правка выполняется в холодном состоянии при температуре окружающего воздуха не ниже - 10°С.

Правка заготовки для штуцера осуществляется на роликовых машинах, работающих по той же схеме, что и листоправильные.

Рисунок 3. Схема правки сортового проката

2.1.3 Резка металла

Для нарезания листовых деталей применяют гильотинные ножницы типа НК3416.

Гильотинная рубка листового металла основана на принципе сдвига металла, помещенного между верхним и нижним ножами гильотины, режущие кромки которых расположены одна за другой с небольшим зазором (см. рис 3а). Двигаясь вниз, верхний нож сдвигает листовой металл расположенный под ним относительно листа, расположенного над нижним ножом, и происходит разделение (разрубка) металла на две части - на ту, которая расположена за режущей кромкой верхнего ножа, и ту, которая перед ней (рис.4 б).



Рисунок 4 Принцип действия гильотинных ножниц

Технические характеристики гильотинных ножниц приведены в таблице 5.

Таблица 5 Технические характеристики гильотинных ножниц НК3416

Параметр	Значение
Толщина металла, мм	4
Ширина металла, мм	200
Частота ходов ножа в мин-1	68
Угол наклона подвижного ножа, град	1град.30мин
Наибольшая ширина отрезаемой полосы, мм	2000
Мощность электродвигателя, кВт	5,5
Габаритные размеры, мм (дхшхв)	2610х2050х1510
Масса, кг, не более	2870

сборка сварка сосуд

Резка круглого проката под заготовку детали «штуцер» осуществляются на комбинированных пресс-ножницах типа НБ5222. Пресс-ножницы комбинированные, предназначены для отрезки полосового, сортового и фасонного проката, пробивки отверстий в листовом, полосовом и фасонном прокате, а также вырубки открытых пазов[2].

Таблица 6 Технические характеристики пресс-ножниц НБ 5222

Параметры	Значения
Наибольшая толщина листа, мм	16
Наибольший диаметр круга, мм	140
Мощность двигателя главного движения, кВт	6,8
Габариты станка ДлинаЧ Ширина ЧВысота,мм	2185Ч1080Ч1880
Масса,кг	3100

2.1.4 Вальцевание

Вальцевание - технологическая операция деформирования листового материала вдоль некоторого направления или радиального деформирования трубы.Обработке подвергаются любые пластичные металлы, резиновые смеси, пластмассы. С помощью вальцевания получают готовые детали, точные заготовки для штамповки и др.

Принцип действия оборудования, предназначенного для деформирования заготовки с локальным очагом пластической деформации, основан на вращательном, а в некоторых случаях на возвратно-поступательном движении рабочего органа.

КШМ, у которых исполнительный механизм или рабочий орган совершает вращательное движение, относят к классу ротационных машин.

При асимметричном расположении валков только один передний конец заготовки остается прямым. Для получения полностью изогнутой заготовки нужно дважды пропускать ее через валки (рисунок 4).Недостатком асимметричного расположения валков является необходимость приложения больших значений деформирующей силы, крутящего и изгибающего моментов.

В зависимости от расположения валков трехвалковые гибочные машины называют симметричными и асимметричными. Первые применяют для гибки толстых листов, вторые - тонких и средних.

Основным узлом трехвалковой машины (рис. 5) является станина из сварной рамы 1 и литых чугунных стоек 6. Средний 4 и боковые 5 валки опираются на подшипники скольжения, расположенные в стойках станины; боковые валки приводные.

Привод, механизмы запрокидывания и регулировки положения среднего валка установлены на раме станины.



Рисунок 4. Схема вальцевания

Привод состоит из реверсивного электродвигателя, червячного редуктора и зубчатой передачи.

Рисунок 5. Трехвалковая машина

Для вальцевания используется трехвалковые листогибочные вальцы типа ВГМ 6*2000 [2].. Их технические характеристики приведены в таблице 7.

Таблица 7. Технические характеристики трехвалковых листогибочных вальцов

Параметр	Значение
Наибольшая ширина изгибаемого листа, мм	2000
Наибольшая толщина изгибаемого листа при гибке, мм	6
Диаметр верхнего валка, мм	170
Диаметр нижних валков,мм	170
Расстояние между центрами нижних валков,мм	280
Скорость скручивания, м/мин	4,5
Мощность привода главного движения, кВт	5
Мощность дополнительного привода, кВт	-
Габариты: длинаЧширинаЧвысота, мм	3000Ч1100Ч1600
Масса, кг	2500

Подготовка поверхности металла под сварку включает в себя очистку поверхности металла и подготовку кромок под сварку.

2.1.5 Очистка поверхности металла

Очистку применяют для удаления с поверхности металла средств консервации, загрязнений, ржавчины, окалины, заусенцев, шлака. Для очистки будем использовать беспыльный дробеструйный аппарат DSG-100SP [2].. Технические характеристики этого аппарата приведены в таблице 8.

Таблица 8 Технические характеристики беспыльного дробеструйного аппарата DSG-100SP

Параметр	Значение
Производительность, м2/ч	5-20
Рабочее давление, МПа	5-7
Расход воздуха, м3/мин	3,5-5,2
Объем резервуара, л	100
Габаритные размеры, мм:
Длина	620
Ширина	620
Высота	1320
Масса, кг	91

Режим обработки: Если 3<d<30 мм, то используется дробь размером до 1,2 мм, материал дробь стальная рубленая (ДСР), рабочее давление 5 МПа, диаметр сопла 5 мм, угол расположения сопла к поверхности 80-90є[5]..

2.1.5 Подготовка кромок под сварку

Так как металл изделия имеет небольшую толщину (3мм и 4мм), то специальной разделки кромок не требуется. При подготовке кромок заготовок под сварку применяют шлифовальные машинки для шлифования кромок, например модели USM1050A. Ее технические характеристики - в таблице 9.

Таблица 9. Технические характеристики угловой шлифовальной машинки USM1050A

Параметр	Значение
Напряжение питания	220 - 230 В, 50 - 60 Гц
Потребляемая мощность	1050 Вт
Количество оборотов без нагрузки	4000 - 11000 об/мин
Диаметр диска	125 мм
Масса	2,4 кг

2.1.6 Механическая обработка детали «крышка»

В детали «крышка» необходимо просверлить отверстие диаметром Ш15 мм. Выполняют данную операцию на радиально - сверлильном станке типа 2М57 - 2 Этот тип конструкции предназначен для сверления, зенкования и развертывания отверстий в стальных заготовках. Для выполнения этих функций оборудование включает в себя опорную плиту, на которую установлена несущая колонна [2]. Она необходима для фиксации рукава, вдоль которого смещается шпиндельный блок с электродвигателем главного вращательного движения. Технические характеристики станка - в таблице 10.

Таблица 10. Технические характеристики радиально - сверлильного станка типа 2М57 - 2.

Параметр	Значение
Класс точности станка по ГОСТ 8338ы-82	Н
Наибольший условный диаметр сверления, мм	80
Вылет шпинделя, мм	2500
Наибольшее перемещение шпинделя,мм	500
ЧПУ	-
Пределы частот вращения шпинделя мин/макс, об/мин	12,5/1600
Мощность, кВт	7,5
Габариты,мм	3930Ч12800Ч4080
Масса,кг	10800

Заготовку закрепляют в кондукторе и сверлят простым сверлом диаметром Ш 14,75 мм.

2.1.7 Изготовление детали «щтуцер»

Данная деталь изготавливается на токарном станке типа 16К20. Станок представляет собой универсальный токарно-винторезный агрегат, на котором можно производить нарезание модульной, метрической, питьевой и дюймовой резьбы, а также осуществлять широкий спектр токарных процедур (сверление с использованием разных видов сверл, зенкерование и так далее) [2] с изделиями из горячекатаного и холоднокатаного проката. Преимущества данного агрегата:

· безопасности использования;

· надежности в работе;

· точности;

· удобству обслуживания;

· долговечности при активной эксплуатации;

· производительности.

Агрегат чаще всего применяется при единичном и мелкосерийном производстве в ремонтных и инструментальных производственных цехах на получистовых и чистовых работах. Технические характеристики станка представлены в таблице 11.

Таблица 11. Технические характеристики станка 16К20.

Параметры	Значение
частота вращения шпинделя: наибольшая/ наименьшая, об/мин	1600/12,5
максимальное сечение обрабатываемой детали:	над выемкой,мм	310
	над суппортом,мм	220
	над станиной,мм	440
быстрые перемещения (скорость):	поперечные,м/мин	1,9
	продольные, м/мин	3,8
максимальная длина заготовки,мм	2000
число подач	24 и 22
максимальный вес детали,кг	1300
число скоростей шпинделя (прямых)	22
сечение отверстия в шпинделе,мм	52
масса, кг	2835
мощность, кВт	11

2.2 Обоснование выбора вида сварки

Выбор способа сварки производится с учетом толщины деталей в месте их соединения, типа и конструктивного оформления, протяженности и конфигурации, доступности и положения шва в пространстве, особенностей свариваемости, программы выпуска и т.д.

При изготовлении сосуда необходимо сваривать детали толщиной 3 и 4 мм.

Технологию сварки выбираем исходя из следующих требований:

1. Равнопрочность металла шва с основным металлом;

2. Отсутствие трещин, непроваров, пор, подрезов, шлаковых включений;

3. Изменение форм и размеров (деформации), должны находиться в разумных пределах, не отражающихся на работоспособности конструкции;

Сварку деталей из данного материала можно осуществлять практически любым из существующих способов сварки [5].

Рассмотрим наиболее распространенные способы сварки и выберем оптимальный для заданной конструкции.

2.2.1 Сварка в среде защитных газов плавящимся электродом

Основными преимуществами дуговой сварки в среде защитного газа являются: высокая производительность процесса, надежная защита металла шва и зоны термического влияния, высокая степень концентрации дуги, обеспечивающая минимальную зону термического влияния и относительно небольшие деформации изделия, возможность наблюдения за формированием шва, возможность сварки в любых пространственных положениях.

К достоинствам дуговой сварки в защитных газах относятся:

- высокая степень концентрации дуги, обеспечивающая минимальную зону структурных превращений и относительно небольшие деформации изделия;

- высокая производительность;

- эффективная защита расплавленного металла, особенно при применении в качестве защитной среды инертных газов;

- возможность наблюдения за ванной и дугой;

- низкая стоимость выполнения сварочных работ при применении в качестве защитной среды активных газов;

- возможность сварки металлов различной толщины;

- отсутствие необходимости применения флюсов или обмазок;

- широкая возможность автоматизации и механизации;

- возможность сварки в различных пространственных положениях;

Недостатки:

- необходимы меры по снижению разбрызгивания;

- сквозняки ухудшают газовую защиту дуги, поэтому сварка на открытом воздухе затруднена;

- необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги.

Сварку в среде защитных газов применяют при крупносерийном и массовом производстве, а наше производство мелкосерийное, к тому же длина сварных швов небольшая, поэтому данный вид сварки нам не подходит.

- Газовая сварка применяется в основном для ремонта, и тоже применяться не будет.

- Автоматическая сварка под флюсом: для данной конструкции применять этот способ нецелесообразно, так как конструкция имеет малые габариты, протяженность сварных швов небольшая.

Лазерную и электронно-лучевую сварку тоже нецелесообразно использовать для сварки данной конструкции, так как они имеют большую стоимость и применяются в основном для сварки цветных металлов и сплавов [5].

2.2.2 Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

В настоящее время остается одним из распространенных методов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Это объясняется простотой и мобильностью применяемого оборудования, возможностью выполнения сварки в различных пространственных положениях и в местах, труднодоступных для механизированных способов сварки. Существенный недостаток ручной дуговой сварки металлическими электродами с покрытием - малая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от практических навыков сварщика.

Таким образом, достоинства ручной дуговой сварки:

- простота и мобильность способа сварки;

- наличие широкой номенклатуры электродов;

- низкая стоимость сварки.

Недостатки:

- невысокая производительность сварки (3 кг/час);

- невысокое качество металла шва;

- некрасивый внешний вид шва;

- высокий коэффициент разбрызгивания.

Следовательно, наиболее рациональным способом сварки будет ручная дуговая сварка плавящимися электродами[5].

2.3 Выбор сварочных материалов

Присадочный металл и другие вещества, используемые при сварке плавлением с целью получения непрерывного, неразъёмного соединения, удовлетворяющего определённым требованиям, принято называть сварочными материалами.

К сварочным материалам относится сварочная проволока, присадочные прутки, порошковая проволока, плавящиеся покрытые электроды, неплавящиеся электроды, различные флюсы и защитные газы, которые должны обеспечить требуемые геометрические размеры и свойства шва, хорошие технологические условия ведения процесса сварки, высокую производительность и экономичность процесса, необходимые санитарно-гигиенические условия труда при их производстве и сварке.

Суть процесса ручной сварки электродами заключается в том, что при нагревании электродом соединяемых деталей их кромки расплавляются, и его металл полностью заполняет шов.

К электроду предъявляются следующие требования:

1) Получение ровного шва.

2) Постоянство дуги.

3) Минимальное разбрызгивание и выделение газов в процессе работы.

4) Быстрое удаление шлака.

5) Защита поверхности от прямого контакта с воздухом.

Процесс сварки сопровождается сильным термическим воздействием на обрабатываемые детали (температура в области шва очень высокая). Это влечет такие негативные последствия, как выгорание специальных (легирующих) добавок в материалы, их окисление, поглощение из окружающей среды азота. Все это нарушает структуру, объем (иногда вызывает и коробление) деталей, и как следствие - снижает прочность места соединения. Для уменьшения таких негативных явлений сварка производится электродами, имеющими поверхностное покрытие (обмазку) [9].

Тип электрода выбирают, исходя из нескольких критериев:

1) тип тока, выдаваемый аппаратом;

2) толщина и состав свариваемого металла;

3) пространственное положение свариваемого шва;

4) удобство в работе и качество сварки.

Так как источником питания будет трансформатор, т.е. переменный ток, то выбираем электроды, которые работают на переменном токе. В этом случае электроды

для ручной дуговой сварки (электродуговой) обязательно нужно подбирать со стабилизирующим дугу покрытием. Это связано с движением тока: электроны идут от фазы к земле в одном направлении, затем наступает момент изменения полярности и движение меняется в другую сторону. И в момент нулевого значения тока (при переходе полярности), электрическая дуга между электродом и сварным изделием рвется.

Толщину электрода необходимо выбирать согласно толщине металла. Так как толщина металла сосуда 3 и 4 мм, то выбираем диаметр электрода 3 мм. Состав свариваемого металла также влияет на выбор электродов. Сталь 3 - углеродистая сталь, поэтому необходимо выбирать электроды для сварки углеродистых сталей.

Пространственное положение, в котором будет производиться сварка, также нужно учитывать. Самым высокопроизводительным и легким считается нижнее положение сварки, на него рассчитаны все виды электродов.

Существует пять видов электродов, классифицирующихся по критерию пространственного положения шва, и маркировка электродов для ручной дуговой сварки имеет соответственные цифровые значения от 1 до 5, расшифровка которых приведена ниже.

1. Сварка во всех пространственных положениях шва.

2. Сварка во всех положениях, кроме вертикальных сверху вниз.

3. Сварка в нижнем, горизонтальном на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх.

4. Сварка в нижнем и нижнем «в лодочку» положениях.

5. Аналог №3, для вертикального пространственного положения сварки.

Простота сварки в нижнем положении заключается в том, что сварная ванна не выпадает, как это может случиться в вертикальном и горизонтальном положении (по причине гравитации).

Стабильность дуги, качество шва и легкость в работе определяется в наибольшей степени покрытием электрода.

Причем важно, что покрытые электроды для ручной дуговой сварки отличаются не только составом, но и толщиной слоя, которая определяет качество шва и выглядит на маркировке упаковки в виде букв: М - тонкое покрытие; С - среднее; Д - толстое; Г - особо толстое покрытие электрода.

Качество же изготовления самого изделия электрода на маркировке выглядит в виде чисел: 1 - высокое качество; 2 - среднее; 3 - низкое.

Покрытие электрода - это также самая уязвимая его часть, которая может отсыреть или растрескаться/отвалиться при небрежной перевозке, хранении в сырости и под давлением; также обратите внимание на срок годности, чтобы успеть использовать покрытые электроды до его окончания. Всего существуют электроды с четырьмя основными видами покрытия, плюс еще два вида: смешанные и прочие.

Всем выбранным параметрам соответствуют электроды марки ОЗС - 6.

Сварочные электроды данной марки предназначены для сварки конструкций из углеродистых сталей с временным сопротивлением до 460 МПа во всех пространственных положениях шва переменным током и постоянным током обратной полярности

Покрытие электродов ОЗС-6 рутиловое. Коэффициент наплавки этого вида электродов составляет 8,5. Производительность наплавки электродов ОЗС-6 для диаметра 3 миллиметра составляет 1,8 килограмм в час. Для того чтобы наплавить 1 килограмм, необходимо использовать 1,5 килограмма электродов ОЗС-6.

Также отличной особенностью является то, что с их помощью можно производить сваривание окисленной поверхности. Это показывает, что использование электродов ОЗС-6 является ключом к успешному свариванию. Заводы-изготовители электродов и сварочного оборудования допускают использование сварки удлиненной дугой. Также обязательным условием является прокалка электродов ОЗС-6 в специальной печи для прокалки. Процесс прокалки проходит при температуре от 150 до 180 градусов в течение одного часа. Использование специальной печи для прокалки электродов, сушильного шкафа или термопенала является гарантией того, что изделие из металла будет иметь высокое качество сварных швов, а, соответственно, и долговечность изделия [9].

В таблице 12 представлены механические свойства металла шва электродов ОЗС - 6, а в таблице 13 - химический состав наплавленного металла, %.

Таблица 12. Механические свойства металла шва электродов ОЗС - 6

Временное сопротивление уВ,МПа	Предел текучести уТ,МПа	Относительное удлинение д5,%	Ударная взэкость аН, Дж/см2
480	390	26	120

Таблица 13. Химический состав наплавленного металла, %

С	Mn	Si	S	P
0,1	0,55	0,16	0,02	0,03

Для диаметра 3,0 мм сила тока в нижнем положении будет изменяться в пределах 100 - 140 А при длине электрода 350 мм.

В электродах марки ОЗС - 6 используются электроды типа Э - 46. Одним из главных преимуществ считается отсутствие высоких требований по чистоте поверхности. Сварка может производиться и со ржавыми металлами, с небольшим количеством загрязнений или даже влаги. Химический состав металла электродов представлен в таблице 14, а механические свойства- в таблице 15.

Таблица 14. Химический состав металла электродов типа Э - 46

С	Si	Mn	S	P
0,1	0,2	0,65	0,04	0,045

Таблица 15. Механические свойства электродов Э -46

Температура исытаний,°С	Временное сопротивление разрыву, Н/мм2	Относительное удлинение,%	Ударная вязкость,Дж/см2	KCV>34 Дж/см2 при температуре,°С
+20	460	18	78	-20

Электроды с рутиловым покрытием самые распространенные и легкие в работе, которые также чаще всего применяют в хозяйственной практике. Они хороши легким возбуждением дуги, ее стабильным горением (в т. ч. при изменении ее длины) и хорошим видом шва с минимумом брызг, качество прочности которого также на высоте.

Рутиловое покрытие содержит 95% TiO2, позволяют варить по второму разу по шлаку предыдущего слоя шва, не удаляя его. Достоинствами электродов с рутиловым покрытием также являются:

1) низкое выделение токсичных веществ в воздух;

2) стойкость к порообразованию;

3) хорошая отделяемость шлака.

В его состав также входят алюмосиликаты и карбонаты. Для раскисления используется ферромарганец, газовая защита выполняется за счет того, что в составе есть около 4-5% целлюлозы. Как связующий элемент используют жидкое стекло. Кислород начинает образовываться, когда разлагается целлюлоза и происходит диссоциация карбонатов, атмосфера дуги получается слабо окислительной.

Кроме того, что расплавленный металл окисляется кислородом, процесс окисления идет еще и во время кремниево-восстановительного процесса. За счет того, что температура очень высокая и в покрытии электродов есть марганец, происходит восстановление кремния, восстанавливается он и железом. Образовавшиеся оксиды железа перемещаются в шлак, после чего они растворяются в металле.

Пока температура высокая, реакции между кислородом, марганцем и кремнием нет, но как только температура уменьшается, такие реакции активируются. В сварочном шве образуются включения оксидов Si, имеющие мелкодисперсную структуру.

Преимуществом электродов, имеющих данную оболочку, является то, что по сравнению с кислым покрытием получаются лучшие характеристики сварочного шва. Это достигается за счет меньшего количество в нем включений и того, что в сварочном шве мало кислорода.

Электроды, которые имеют рутиловое покрытие, обладают более высокими характеристиками. Работать ими можно как на переменном, так и на постоянном токе, в любом положении, шов формируется хорошо, шлак отделяется легко. Немаловажным плюсом является и то, что они имеют низкую токсичность во время работы.

Условное обозначение электродов данной марки

Э46-ОЗС-6-3-УД	ГОСТ 9466-75,ГОСТ 9467-75,
Е 430-Р13

Расшифровка:

По ГОСТ 9466 - 75:Э46 - тип электрода: Э - электрод для ручной дуговой сварки, 46 - 460 МПа- характеристика прочности наплавленного металла;

ОЗС - 6 - марка электрода;

3- диаметр электрода;

У - тип металла сварки - предназначен для сварки углеродистых и низколегированных сталей;

Д - толщина покрытия электрода - толстое покрытие;

По ГОСТ 9467 - 75: Е - для ручной дуговой сварки;

430 - индекс прочностных характеристик шва;

Р - рутиловое покрытие;

1 - допустимое пространственное положение - сварка во всех пространственных положениях шва.

3- варить переменным током или постоянным током обратной полярности, напряжение холостого хода 50 ±5 В [9].

2.4 Разработка технологического процесса изготовления конструкции

2.4.1 Выбор режимов сварки

Выбор режима сварки в углекислом газе зависит от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.

К основным параметрам режима сварки относятся:

а) сила сварочного тока (Iсв, А);

б) напряжение на дуге (Uс,В);

в) диаметр электрода(d эл, мм);

г) вылет электрода (L_эл, мм);

д) скорость сварки (Vс, м/ч);

1) Сварочный ток определяется по формуле:

где К - коэффициент, зависящий от диаметра электрода, А/мм;

- диаметр электрода, мм.

Коэффициент К в зависимости при диаметре электрода, равного примем равным К=35 А/мм. Отсюда

Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве [10].

Для толщины металла s=3мм сила сварочного тока не корректируется, а для толщины металла s=4мм, что является 1,33 частью от диаметра электрода, сварочный ток уменьшают на 10 - 15%. То есть сварочный ток при этом условии будет равен

2) Напряжение сварочной дуги определяется по формуле:

3) Определяется скорость сварки:

где коэффициент наплавки, г/А*ч;

- плотность металла, г/см³;

площадь поперечного сечения шва, мм².

Коэффициент наплавки для данного типа электродов

Плотность металла г/см³;

Площадь поперечного сечения

где К_у - коэффициент, учитывающий выпуклость шва и зазоры;

К - катет шва, мм.

Так как толщина металла небольшая, то сварка выполняется в один проход.

Для стыковых швов катет шва равен толщине металла.

К_у определяется по таблице для толщины металла s=4 мм К_у=1,5.

Поэтому площадь поперечного сечения для стыкового шва определяется как:

По таблице для тавровых швов определяем К_у: при катете шва 8 мм К_у=1,25.

Так как тавровых швов 3, то общая масса будет в 3 раза больше: F_H.M.2=3·40=120мм².Общая площадь поперечного сечения будет равна:

Скорость сварки равна:

4) Определим массу наплавленного металла:

G_H.M=F_H.M.·L·с,

где F_H.M. - площадь поперечного сечения наплавленного металла, см²;

L - длина сварных швов на изделие, см;

с - плотность металла, г/см³.

Длина всех сварных швов равна:

где - длина стыкового шва, см;

длина тавровых швов крышек, см;

длина таврового шва штуцера, см.

Длина стыкового шва определяется шириной заготовки обечайки:

Длина таврового шва крышек равна:

где d - диаметр обечайки, см.

d = 6,8+2s=6,8+2·4=7,6 см.

Длина таврового шва штуцера равна внешнему диаметру штуцера:

Общая длина сварных швов:

Плотность с металла равна 7,85 г/см³.Отсюда

G_H.M=1,32·_.60,13·7,85=623 г

5) Установим время сварки. Оно равно:

где t₀ - время горения дуги, с;

К_и - коэффициент использования сварочного поста, принимается равным 0,5.

где - коэффициент наплавки, г/А·ч.

Теперь найдем время сварки:

6) Найдем расход электродов:

где коэффициент, учитывающий расход электрода на 1кг наплавленного металла. В предыдущем разделе было определено, что этот коэффициент равен 1,5.

7) Расход электроэнергии определяем по формуле:

где з - КПД источника питания сварочной дуги;

- мощность, расходуемая источником питания сварочной дуги при холостом ходе, кВт.

По таблице в зависимости от тока(постоянный или переменный) з=0,8, W₀=0,2 кВт.

Принятые режимы прихватки и сварки представлены в таблице 16.

Таблица 16. Режимы прихватки и сварки

	Напряжение на дуге UсВ,В	Сварочный ток Iсв, А	Род тока	Масса наплавленного металла GH.M, г	Время сварки Тсв,ч	Скоростьсварки Vcв, м/ч	Расход электродов Gм, г
Прих- ватка	22 - 24	70 - 90	Переменный	374	0,8	0,022	515
Сварка	26 - 28	94 - 105	Переменный	623	1,4	0,022	934,5

2.4.2 Выбор источников питания

Источники питания ...