Технологический процесс изготовления колонны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Институт металлургии, машиностроения и транспорта

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу «Технология сварки. Сварка плавлением»

Технологический процесс изготовления колонны

Выполнил:

Студент гр. з43315/4

Нужный А.Г.

Проверил:

Доцент, к.т.н.

Панченко О.В.

Санкт-Петербург

2018

1. Техническое задание и описание конструкции

дуговой сварка сталь

В курсовом проекте необходимо разработать технологию изготовления колонны, чертежи которой приведены ниже. Колонна - это металлическая конструкция, которая работает на сжатие или сжатие с продольным изгибом и применяется в качестве промежуточных опор для балок, ферм, перекрытий больших пролетов. Колонны широко применяются во всех видах сооружений: в промышленном строительстве - в качестве вертикальных элементов каркасов многоэтажных зданий и опор большепролетных покрытий, в мостостроении -- для опор эстакад и т. д.

Задачи обеспечения надежности и долговечности колонн, сокращения расхода материалов и трудозатрат на их строительство должны решаться уже в процессе проектирования путем правильного выбора типа колонны, оптимизации ее элементов, учета местных условий и назначения рациональной технологии строительства.

Рис. 1. Задание для расчета

2. Химический состав и свойства стали, свариваемость

Таблица 1. Общая характеристика стали

Марка:	15ХСНД (другое обозначение 15ХСНД-Ш)
Заменитель:	16Г2АФ, 15ГФ, 14ХГС, 16ГС, 14СНД
Классификация:	Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций
Дополнение:	Сталь хромокремненикелевая с медью
Применение:	Элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 до +450?С
Зарубежные аналоги:	Нет данных

Таблица 2. Химический состав стали 15ХСНД, %

С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	P	S	As	N
0,12-0,18	0,4-0,7	0,4-0,7	0,6-0,9	0,3-0,6	0,2-0,4	До 0,035	До 0,04	До 0,08	До 0,008

Таблица 3. Свойства стали

Свариваемость:	без ограничений
Флокеночувствительность:	не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости:	малосклонна

Таблица 4. Механические свойства материала 15ХСНД при Т=20?С

Сортамент	Размер	Напр.	ув	ут	д5	ш	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж/м2	-
Лист, ГОСТ 19282-73	5-9		500	350	21
Прокат, ГОСТ 6713-91			470-685	335-345	19-21		290

Важное требование при сварке - обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки, предыдущей и последующей термообработкой. Химический состав металла шва зависит от доли участия основного и присадочного металлов в образовании металла шва и взаимодействии между металлом, шлаком и газовой фазой. Повышенные скорости охлаждения металла шва также способствуют повышению его прочности, однако при этом снижаются его пластические свойства и ударная вязкость. Это объясняется изменением количества и строения перлитной фазы. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия.

Швы, сваренные из низкоуглеродистых сталей всеми способами сварки, обладают стойкостью против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием в них углерода. Степень влияния отдельных легирующих элементов различна и может быть оценена по различным признакам, одним из которых является эквивалент по углероду. По ГОСТ 27772-88 формула для подсчета эквивалента по углероду

Сэ=С+Mn/6+Si/24+Сr/5+Ni/40+Cu/13+V-14+P/2

Если СЭКВ 0,35%, то считается, что возможно образование холодных трещин при сварке и необходим подогрев. Рассмотрим нашу марку стали:

Cэ=0,18+0,55/6+0,55/24+0,75/5+0,45/40+0,3/13+0,020/2=0,48 %

СЭКВ 0,35%, следовательно, сталь 15ХСНД при максимальном содержании легирующих элементов склонна к образованию холодных трещин и нуждается в предварительном подогреве.

Температуру подогрева (Т, °С) можно очень примерно определить по формуле:

,

Где Соб - общий углеродный эквивалент, %

Соб = Сэ·(1 + 0,005·д), где д - толщина металла свариваемой детали, мм. В нашем случае используется листовой прокат таких толщин: 30, 25, 40 мм. Величина температуры подогрева будет соответственно:

Соб = 0,48·(1+0,005·30)=0,552 %

°С - для 30 мм

Соб =0,48·(1+0,005·25)=0,54 %

°С - для 25 мм

Соб = 0,48·(1+0,005·40)=0,576 %

°С - 30 мм

3. Расчет режимов ручной дуговой сварки

При сварке многопроходных швов первый проход должен выполняться электродами диаметром 3 мм, так как применение электродов большего диаметра не позволяет в необходимой степени проникнуть в глубину разделки для провара корня шва.

Сварка низколегированных сталей, которые имеют предел текучести не более 390 МПа, не представляется трудной. Она практически ничем не отличается от сварки низкоуглеродистых сталей. Стали данного вида не закаливаются и не расположены к перегреву, который ведет к снижению пластических свойств. Однако, стоит помнить, что с увеличением содержания углерода свойства стали меняются.

Например, сталь 15ХСНД содержит в своем составе 0,18% углерода и имеет склонность к образованию закалочных структур и перегревам в зоне влияния температуры. По этим причинам при сваривании сталей данного вида нужно подбирать оптимальный режим, который не будет допускать образование закалочных структур и перегрева металлической конструкции. Сваривание производится с использованием электродов диаметром 4-5 миллиметров. Сварочный процесс происходит в несколько шагов. Если толщина свариваемого металла превышает толщину в 15 мм, то сваривание производится методом блоков или каскадом, однако, металл в зоне сварки до высокой температуры не разогревается, чтобы не допускать перегрева зоны влияния.

Для сварки низколегированной стали 15ХСНД используют сварочные электроды типа Э50А марки УОНИ-13/55

тип соединения - дуговой, ручной, постоянным током обратной полярности;

покрытие (обмазка) - основное;

стержень изготовлен из проволоки Св-08 или Св-08А;

наплавочный коэффициент - 9 г/А·ч;

расход сварочных стержней на 1 кг наплавленного металла 1,6 кг.

Механические свойства:

временное сопротивление, Н/мм2 - 420-540;

относительное удлинение - не менее 22%;

ударная вязкость, Дж/см2 - не менее 128.

Расчет шва № 1 (ГОСТ 5264)

Разделка У8

Рис. 2. S = 30 мм, S1 = 25 мм, b =мм, с = мм, е = 223 мм, e1 = 202 мм g = мм, = 45020.

Для первого прохода выбираем электрод диаметром 3 мм.

Тогда

IСВ = (3045)dЭЛ = 90…135 A

Принимаем сварочный ток 120 А.

Выбор напряжения:

Uд=20+0,04·Iсв=25 В

Напряжение на дуге принимаем равным 25 В.

Для последующих проходов выбираем электрод диаметром 5 мм.

Тогда

IСВп = (4055)dЭЛ =200…275 A

Принимаем силу тока 250 А.

Uд=20+0,04·Iсвп=30 В

а напряжение на дуге 30 В.

Определим площадь наплавленного металла:



Рис. 3. Эскиз сварного соединения для расчета площади наплавляемого металла

F1= b·S=2·30=60 мм2

F2=(S-c)2/2=142/2=98 мм2

F3=(e·g)·0.75=22·0.5·0.75=8.25 мм2

F4=(S-c)2/2=142/2=98 мм2

F5=(e1·g1)·0.75=20·4.5·0.75=67.5 мм2

FН= 60+98·2+8.25+67.5=332 мм2

Площадь корневого прохода:

мм2 (принимаем 20)

Площади последующих проходов:

Fп=(8..12)·dЭЛ=40…60 мм2 (принимаем 55)

Количество проходов:

n=

Скорость сварки при выполнении первого и последующих проходов:



Определим погонные энергии при сварке первого и последующих проходов:

Таким образом, для шва №1 рассчитанный режим следующий:

Корневой проход выполняется на токе 120 А электродами диаметром 3 мм со скоростью 6,9 м/час постоянным током обратной полярности напряжением 25 В.

Последующие проходы (в количестве 7) выполняются на токе 250 А электродами диаметром 6 мм со скоростью 5,02 м/час постоянным током обратной полярности напряжением 30 В. Повторяем этот режим с двух сторон разделки.

Для остальных трех швов (№ 2, 3, 4) расчеты аналогичные.

Расчет шва № 5

Для шва № 5 выбираем разделку Т6 по ГОСТ 5264.



Рис. 4. Параметры разделки Т6.S = 30 мм, S1 = 40 мм, b =мм, , е = 363 мм, g = 0,15S - 0,5S=4,5-15 мм, = 45020

Для первого прохода выбираем электрод диаметром 3 мм.

Тогда

IСВ = (3045)dЭЛ = 90…135 A

Принимаем сварочный ток 120 А.

Выбор напряжения:

Uд=20+0,04·Iсв=25 В

Напряжение на дуге принимаем равным 25 В.

Для последующих проходов выбираем электрод диаметром 5 мм.

Тогда

IСВп = (4055)dЭЛ =200…275 A

Принимаем силу тока 250 А.

Uд=20+0,04·Iсвп=30 В

а напряжение на дуге 30 В.

Определим площадь наплавленного металла:

Рис. 5. Эскиз сварного соединения для расчета площади наплавляемого металла

F1=b·S=2·30=60 мм2

F2=S2/2=302/2=450 мм2

F3=(e·g)·0.75=36·30·0.25·0.75= 202 мм2

FН= 60+450+202=712 мм2

Площадь корневого прохода:

F1=20 мм2

Площади последующих проходов:

Fп=55 мм2

Теперь определим количество проходов:

n=

Определим скорость сварки при выполнении первого и последующих проходов:

Определим погонные энергии при сварке первого и последующих проходов:

Таким образом, для шва №5 рассчитанный режим следующий:

Корневой проход выполняется на токе 120 А электродами диаметром 3 мм со скоростью 6,9 м/час постоянным током обратной полярности напряжением 25 В.

Последующие проходы (в количестве 14) выполняются на токе 250 А электродами диаметром 5 мм со скоростью 5,18 м/час постоянным током обратной полярности напряжением 30 В.

Для остальных 7 швов (№ 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) расчеты такие же.

4. Расчет режимов механизированной сварки

В целях уменьшения времени на производство сварной конструкции, а также улучшения качества широко применяются механизированные и автоматизированные способы сварки.

Основные параметры режима механизированной сварки (автоматической или полуавтоматической), оказывающие существенное влияние на размеры и форму швов - сила сварочного тока, плотность тока в электроде, напряжение дуги, скорость сварки, род тока и его полярность.

Для соединения типа У8 примем механизированную сварку в среде углекислого газа, т.к. ее можно выполнять во всех пространственных положениях шва. Для соединения типа Т7 используем автоматическую сварку под слоем флюса, так как конструкция имеет большие размеры и изготавливается из толстых листов стали.

Расчет шва № 1 (2,3,4)

Для сварки стали 15ХСНД по ГОСТ 2246-70 выбираем сварочную проволоку Св-10Г2 (ГОСТ 2246-70) и газ СО2 (УП).

По ГОСТ 14771 выбираем разделку У8.

Рис. 6. S = 25 мм, S1 = 30 мм, b =мм, е = 16 2 мм, e1= 14 мм, g = g1 = 1 2 мм

Выбираем диаметр электродной проволоки 1.2 мм. Тогда сварочный ток составит:

Iсв = 60(2dэл2 - dэл +1) ± 50dэл = 101…221 А

Принимаем сварочный ток 160 А (постоянный, обратная полярность).

Тогда плотность тока j=169.8 А/мм2

Определим напряжение на дуге:

Принимаем напряжение на дуге 20 В.

Определим оптимальную скорость сварки:

Принимаем скорость сварки в 25,2 м/час=0,7 см/с.

Определим коэффициент формы провара:

Шпр = k'·(19-0.01·Iсв)·dэ·UД/Iсв=2,4

При k'=0,92 для постоянного тока обратной полярности при j ?120 А/мм2.

Определим вылет электродной проволоки:

Нэ = 10·dэ = 10·1,2 = 12 мм

Определим коэффициент наплавки. Для этого необходимо определить потери на угар и разбрызгивание.

ШПОГ = - 4,72 + 0,176 х j - 4.48 х 10-4 х j2 =

= -4.72+0.176х169,8-4,48х10-4х169,8 = 12,3 %

,

Где - результат воздействия тепла дуги; - результат подогрева вылета проволоки проходящим по ней током. Так как при обратной полярности анодное пятно находится на электроде, а тепловыделение на аноде практически не зависит от материала анода, то для обратной полярности:



с - теплоемкость, кал/г оС (при расчете для низкоуглеродистой стали может быть принято среднее значение, равное 0,16 кал/гоС)

- коэффициент теплопроводности, кал/см сек оС (для низкоуглеродистой проволоки = 0,09 кал/см сек оС)

= (0,24х169,82х14х10-6х104)/(0,072х0,16х7,86)=10709

- температурный коэффициент в оС-1(для низкоуглеродистой стали 0.0083)

0 - удельное сопротивление электродной проволоки при температуре 0о (для низкоуглеродистой стали 0 = 1410-6 Омсм)

,

где - масса одного погонного сантиметра проволоки, г.

gc = р·dэ2/4·с = 3.14·1.22/4·7.86 = 0.89 г



а - коэффициент температуропроводности, см3/сек

= 9,43 кал/сек = 94,3 Дж/с

Где - количество тепла, необходимое для плавления и перегрева 1г электродной проволоки (для низкоуглеродистых сталей =550кал/г).

Определим площадь наплавленного металла за один проход:

;

Глубина проплавления Н:



Площадь наплавленного металла:

Fн = S·b/2 + (S-c)2/8 ·tgб + 0.75·(e·g+e1·g)=110.43 мм2

Определим количество проходов:

;

будет произведено 3 прохода.

Сварка выполняется на токе 160 А проволокой диаметром 1,2 мм со скоростью 25,2 м/час постоянным током обратной полярности напряжением 20 В.

Расчет шва № 5 (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12)

Для сварки стали 15ХСНД выбираем сварочную проволоку Св-10Г2 и флюс АН-348-А. По ГОСТ 8713-79 выбираем разделку Т7.



Рис. 7. Параметры разделки Т7. S = 30 мм, S1 = 40 мм, b =мм, е= 45 мм, g = до 10 мм, б = 45є

Выбираем диаметр электродной проволоки 4 мм. Тогда сварочный ток составит:

Iсв=

Принимаем сварочный ток IСВ = 600А.

Определим напряжение на дуге:

35…41В

Принимаем напряжение на дуге UД = 38 В.

Определим оптимальную скорость сварки:

Vсв = 16000…20000/600 = 26,6…33,3 м/час

Принимаем скорость сварки VСВ = 30 м/час.

Величина коэффициента k' при плотности тока j?120 А/мм2 такова:

k'=0,367j0.1925=0.367*500.1925=0.779

Определим коэффициент формы провара:

Шпр = k'·(19-0.01·Iсв)·dэ·UД/Iсв=2,56

Определим вылет электродной проволоки

HЭ=10·dэ=10·4=40

Определим коэффициент наплавки. Для этого необходимо определить потери на угар и разбрызгивание.

=-4.72+0.176x50-4.48x10-4x502= 3 %

.

,

,

= 0.24x502x14x10-6x104 / 0.072x0.16x7.86=934

,



Тогда

=83.4 кал/сек,

Определим площадь наплавленного металла за корневой проход:

Глубина проплавления Н:



С=H+g=8+2=10 мм=1 см

Глубина проплавления притупления при зазоре 3 мм:

Расчет последующих проходов

Выбираем диаметр электродной проволоки 5 мм. Тогда сварочный ток составит:

Iсв=

Принимаем сварочный ток IСВ = 1000А.

Определим напряжение на дуге:

40…46В

Принимаем напряжение на дуге UД = 43 В.

Определим оптимальную скорость сварки:

Vсв = 25000…30000/1000 = 25…30 м/час

Величина коэффициента k' при плотности тока j?120 А/мм2 такова:

k'=0,367j0.1925=0.367*350.1925=0.727

Определим коэффициент формы провара:

Шпр = k'·(19-0.01·Iсв)·dэ·UД/Iсв=1.7

Определим вылет электродной проволоки

HЭ=10·dэ=10·5=50

Определим коэффициент наплавки. Для этого необходимо определить потери на угар и разбрызгивание.

=-4.72+0.176x35-4.48x10-4x352= 0.89 %

= 0.24x352x14x10-6x104 / 0.072x0.16x7.85=457.75

,

Тогда

=

=137.1 кал/сек

Определим площадь наплавленного металла за корневой проход:

Количество наплавленного металла:

Количество проходов равно:

Скорость сварки последующих проходов составит:

Проверяем ширину шва на принятом режиме. Для этого определяем погонную энергию и глубину провара, которая имела бы место при наплавке на данном режиме:



Таким образом, для шва №5 рассчитанный режим следующий:

Корневой проход выполняется на токе 600 А электродами диаметром 4 мм со скоростью 30 м/час постоянным током обратной полярности напряжением 38 В. Последующие проходы (в количестве 13) выполняются на токе 1000 А электродами диаметром 5 мм со скоростью 30 м/час постоянным током обратной полярности напряжением 43 В.

5. Расчет механических свойств шва

При оценке ожидаемых механических свойств металла шва необходимо учитывать действие следующих технологических факторов

долю участия основного металла в формировании шва и его химический состав

тип и химический состав сварочных материалов

метод и режим сварки

тип соединения и число проходов в сварном шве

размеры сварного соединения

величину пластических деформаций растяжения в металле шва при его растяжении.

Содержание рассматриваемого элемента в металле шва можно определить на основании правила смешения по формуле

,

где - доля участия основного металла в формировании шва.

,

где и - площади поперечного сечения расплавленных основного и дополнительного металлов.

,

где - полный тепловой КПД зависит главным образом от скорости сварки и плотности тока в электроде.

Химический состав проволоки Св-10Г2 по ГОСТ 2246 приведен в таблице 5:

Таблица 5. Химический состав проволоки Св-10Г2, %

С	Si	Mn	Cr	Ni	P	S
?0,12	?0,06	1,5-1,9	?0,2	?0,3	?0,030	?0,030

Расчет шва № 1

Принимаем = 0,22 [3].

С = 0,67 0,18 + 0,33 0,1= 0,15 %

Si = 0,67 0,21 + 0,33 0,04 = 0,15 %

Mn = 0,67 0,52 + 0,33 1,7= 0,9 %

Cr = 0,67 0,2 + 0,33 0,1 = 0,16 %

Ni = 0,67 0,2 + 0,33 0,2 = 0,2 %

P = 0,67 0,035 + 0,33 0,002 = 0,03 %

S = 0,67 0,04 + 0,33 0,002 = 0,03 %

Эквивалентное содержание углерода

Предел прочности металла шва

Пластичность металла шва

Определим ударную вязкость металла шва



Определим предел текучести металла шва

Расчет шва № 5

Принимаем = 0,25.

С = 0,74 0,18 + 0,26 0,1 = 0,16 %

Si = 0,74 0,21 + 0,26 0,04 = 0,16 %

Mn = 0,74 0,52 + 0,26 1,7 = 0,83 %

Cr = 0,74 0,2 + 0,26 0,1= 0,17 %

Ni = 0,74 0,2 + 0,26 0,2 = 0,2 %

P = 0,74 0,035 + 0,26 0,02 = 0,03 %

S = 0,74 0,04 + 0,26 0,02 = 0,035 %

Эквивалентное содержание углерода

Предел прочности металла шва



Пластичность металла шва

Определим ударную вязкость металла шва

Определим предел текучести металла шва

6. Нормативно-технические расчеты

Расчет массы изделия

,

Где - плотность материала, = 7,86 г/см3; - объем каждой части изделия.

M=(280·250·4·2·7.86)+(2.5·220·992·2·7.86)+(3·992·245·2·7,86)= 24,44 т

Расчет массы наплавленного металла при ручной дуговой сварке

Расчет массы шва №1

М1= с*Fн*l=7,85·332·9,92=25,8 кг

Расчет массы шва № 5

М1=Fнl=7,85·712·2,5=13,97 кг

Тогда общая масса наплавленного металла при РДС составит:

МН = 25,8·4+13,97·8 = 215 кг

Для электродов УОНИ-13/55 расход на один килограмм наплавленного металла составляет 1,6 кг. Тогда для сварки данной конструкции израсходуется

МЭ =2151,6 ?344 кг электродов.

Расчет массы наплавленного металла при механизированной сварке

Расчет массы шва № 1

М1=Fнl=7,85·110·9,92=8,6 кг

Расчет массы шва №5

М1=Fнl=7,85·789·2,5=15,4 кг

Тогда общая масса наплавленного металла при автоматической сварке составит:

МН = 8.6·4+15,4·8= 157.6 кг

Массу проволоки, которую надо израсходовать на сварку данной конструкции, принимаем равной 1,13 массы наплавленного металла (учитываем потери на угар, разбрызгивание и технологические планки).

Тогда: МПР = 157.6 1,13 ? 178 кг.

Расход сварочного флюса можно определить через расход сварочной проволоки по формуле:

Мф=Крф·Мп,

где Крф - коэффициент расхода флюса, Крф=1,1…1,3, принимаем Крф=1,1

Мф=1,1·15,4·8=135,5 кг

Расчет машинного времени при ручной дуговой сварке

Расчет времени при выполнении шва №1

Расчет времени при выполнении шва №5

Общее машинное время при ручной дуговой сварке составляет:

ф = 15.22ч·4+8,4ч·8= 128,08часов = 5 суток 8 часов

Определим часовую производительность сварки, как отношение массы наплавленного металла к суммарному машинному времени сварки:

G = 215 / 128 =1,68 кг/час.

Расчет машинного времени при механизированной сварке

Расчет времени при выполнении шва №1

Расчет времени при выполнении шва №5

Общее машинное время при механизированной сварке составляет:

ф = 71 мин ·4+90мин·8=1004 мин = 17 часов

Определим часовую производительность сварки, как отношение массы наплавленного металла к суммарному машинному времени сварки:

G = 178 / 17 =10,5 кг/час.

Расчет расхода электроэнергии при ручной дуговой сварке

Потребляемую для сварки электроэнергию можно вычислить по формуле:

Расчет расхода электроэнергии при выполнении шва №1

Расчет расхода электроэнергии при выполнении шва №5

Расчет расхода электроэнергии при механизированной сварке

Расчет расхода электроэнергии при выполнении шва №1

Расчет расхода электроэнергии при выполнении шва №5

Таблица 6. Нормативно-технические показатели способов сварки

№ шва	Вид сварки	Стандарт	Масса наплавленного металла, кг	Масса израсходованных материалов, кг	Часовая производи-тельность способа сварки, кг/час	Машинное время сварки, мин	Количество затраченной электроэнергии, кВтчас
1-4	РД	ГОСТ 5264-80	25,8	344	1,68	913	89
5-12			13,97			504	44
1-4	Автоматическая под флюсом	ГОСТ 8713-79	8,6	178 (проволока) 135,5 (флюс)	10,5	71	3
5-12			15,4			90	41

7. Разработка технологической последовательности сборки и сварки

Основная цель технологического процесса сборки заключается в определении наиболее выгодной последовательности сборки отдельных деталей, обеспечивающей выполнение технических требований на изготовление данного изделия при минимальных затратах рабочей силы, времени и вспомогательных материалов.

Сборкой называется процесс последовательного соединения деталей между собой в порядке, предусмотренном технологическим процессом и чертежом, для последующей сварки.

Сборочная оснастка должна обеспечивать требуемую геометрическую форму собираемой конструкции, плотное прижатие деталей при сборке и сохранение заданной геометрической формы при перемещении и кантовке элементов.

В сборочной оснастке должны беспрепятственно выполняться электроприхватки, а в сборочно-сварочной - наложение сварных швов.

Технология изготовления отправочных марок стальных конструкций мостов включает ряд технологических операций:

подготовка проката и изготовление деталей;

сборка элементов отправочной марки;

предварительный подогрев перед сваркой;

сварка элементов отправочной марки;

правка остаточных деформаций;

приемка отправочной марки ОТК предприятия и Мостовой инспекцией.

Кромки деталей под сварку обрабатывают в зависимости от принятого в чертежах КМ способа сварки в соответствии с ГОСТ 5262, ГОСТ 14771, ГОСТ 8713.

Проплавляемые при сварке поверхности и прилегающие к ним зоны металла шириной не менее 20 мм, а так же кромки листов в местах примыкания выводных планок перед сборкой-сваркой должны быть очищены от ржавчины, окалины и масляных загрязнений.

При сборке тавровых и угловых соединений под механизированную сварку зазоры в указанных соединениях должны быть в пределах 0...2 мм независимо от толщины стыкуемых деталей.

Электроприхватки в сварных соединениях следует полностью проплавлять сваркой основных швов проектного сечения.

Размеры прихваток должны быть:

для стыковых соединений - глубиной 3-4 мм, шириной 6-8 мм, длиной 50-80 мм;

для тавровых соединений - катет 3-5 мм, но не более 50% катета шва, длина 50-80 мм.

Расстояние между прихватками должно быть 300-500 мм. Крайние прихватки следует располагать сразу за выводными планками, причем длина прихватки в конце - не менее 100мм.

Прихватки можно выполнять, как ручной дуговой сваркой электродами типа Э50, диаметром 3 мм, так и механизированными способами сварки порошковыми проволоками или проволокой сплошного сечения марки Св-10Г2 в смеси защитных газов].

8. Выбор сварочного оборудования

Для изготовления колонны необходимо выбрать сварочное оборудование, которое бы обеспечивало требуемые сварочные режимы при хороших сварочно-технологических свойствах. Выбор сварочного оборудования будем вести на основе требований к качеству сварных швов и напряженности работы оборудования.

Трансформатор - наиболее простой и дешевый источник питания для сварки методом РДС на переменном токе. Состоит из силового трансформатора и дросселя. Применяется для сварки конструкций, не требующих высокого качества сварного шва.

Выпрямитель - источник питания для сварки методом РДС на постоянном токе. Основная часть - выпрямительный блок на диодах или тиристорах. Качество сварки выше, чем у трансформатора. Может применяться для сварки нержавеющих сталей.

Инвертор - источник питания для высококачественной сварки методом РДС. Полностью электронная схема на высокочастотных тиристорах или транзисторах. Отличается высоким качеством сварки и малой массой.

Сварочный автомат - сварочный аппарат, перемещающийся в процессе сварки или требующий механизированного перемещения обрабатываемого изделия. Если конструкция такого аппарата включает в себя механизм перемещения, то его называют самоходным. Закрепленный на месте автомат называют подвесным. Если автомат передвигается непосредственно по изделию или по направляющим линейкам, закрепленным на изделии, то такой автомат называют сварочный трактор.

Сварочная головка -- устройство для подачи сварочной проволоки, которое может функционировать отдельно или как часть сварочного автомата.

Рис. 8. Сварочный инвертор RilonПрофи Arc 315

Профессиональный сварочный инвертор RilonПрофи Arc 315 (рис. 8) применяется в строительстве, при проведении ремонтных и монтажных работах, при сварке трубопроводов, изготовлении металлоконструкций, широкое применение в общемашиностроительном производстве.

Имеет высокий КПД, малый уровень потребления энергии, высокую стабильность горения дуги, низкий уровень напряжения холостого хода, саморегулирование мощности дуги, простота управления.

Таблица 7. Технические характеристики RilonПрофи Arc 315

Параметры	Значение
Напряжение электросети, В	380+15%
Минимальное рабочее напряжение сети, В	310
Потребляемая мощность, кВт	12,8
Частота, Гц	50/60
Номинальный потребляемый ток, А	19,7
Номинальное напряжение дуги, В	30
ПВ, %	60
Диапазон регулировки MMA, A	30-300
Напряжение холостого хода, В	72
Класс защиты	IP 21
Потери на холостом ходу	80
Фактор мощности	0,93
КПД, %	85
Класс изоляции	F
Вес, кг	19,5

Рис. 9. Сварочный трактор-автомат Сварог MZ 1250

Сварочный аппарат Сварог MZ 1250 (рис.9) для автоматической сварки под флюсом, состоящий из инвенторного источника питания и сварочного трактора. Может быть использован для сварки стыковых и угловых швов, деталей разной толщины, качества и состава: углеродистых, низколегированных, жаропрочных и нержавеющих.

Трактор легко и устойчиво транспортируется, имеет широкий спектр сварочной проволоки диаметра от 2,0 до 6,0; легок в управлении; движение горелки происходит вместе со сварочной головкой; удобная регулировка высоты и наклона поперечной штанги; легкая установка флюсового контейнера; стабильный провод питания; высокая сила дуги.

Таблица 8. Технические характеристики Сварог MZ 1250

Параметры	Значение
Напряжение электросети, В	380
Потребляемая мощность, кВт	50,4
Частота, Гц	50
Номинальный сварочный ток при ПВ=100%, А	1250
ПВ, %	100
Пределы регулирования сварочного тока, A	160-1250
Класс защиты	IP 21
Пределы регулирования скорости подачи электродной проволоки, м/мин	0,5-2,5
Пределы регулирования скорости сварки, м/ч	15-72
КПД, %	85
Размеры, мм	960х450х820
Масса (без флюса и прволоки), кг	100

Рис. 10. Сварочный полуавтомат RilonПрофи MIG 300Y

Аппарат RilonПрофи MIG 300Y (рис. 10) предназначен для полуавтоматической сварки в среде защитных газов. В аппаратах используются силовые биополярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) производства фирмы Toshiba, многоплатовые схема, что обеспечивает надежность работы установки. Выпрямитель оснащен функциями ArcForce, HotStart и AntiStick, Digital (функция форсирования дуги, функция горячего старта и функция, предотвращающая залипание электрода, цифровая индикация). RilonПрофи MIG 300Y имеет защиту от тепловой перегрузки и от скачков напряжения в сети, плавное регулирование сварочного тока. Аппарат используется для сварки низкоуглеродистой, нержавеющей сталей и стальных сплавов в машиностроении, в производстве металлической мебели, металлических конструкций различного назначения, напорных резервуаров и сложных стальных конструкций.

Таблица 9. Технические характеристики RilonПрофи MIG 300Y

Параметры	Значение
Входное напряжение, В	380
Напряжение на выходе, В	16,5-24
Потребляемая мощность, кВт	11
Частота, Гц	50/60
Потребляемый ток, А	16,7
Скорость подачи, м/мин	2,5-13
ПВ, %	60
Диапазон сварочного тока, A	50-300
Диаметр проволоки, мм	0,8/1,0/1,2
Класс защиты	IP 21
Размеры, мм	655х290х660
Cos ц	0.93
КПД, %	85
Класс изоляции	F
Масса, кг	35

9. Оценка экономической целесообразности проекта

Произведем расчет себестоимости сварки корпуса и оценку целесообразности выбора того или иного способа сварки. Сравнивать будем ручную дуговую сварку и механизированную сварку в защитном газе.

Стоимость материала корпуса принимаем одинаковой для всех способов сварки.

Затраты на сварочные материалы и иные ресурсы, в том числе время сварки, могут быть разные при разных способах сварки, поэтому для каждого способа произведем отдельный расчет, в котором учитываются все сопутствующие материалы (проволока, электроды, защитный газ и т. п.) и потребляемая энергия.

Таблица 10. Расход ресурсов при ручной дуговой сварке

№	Наименование ресурса	Единица измерения	Количество	Цена	Стоимость, руб.
1	электроды УОНИ 13/55	Кг	344	40600 руб/тонн	13966
2	потребляемая электроэнергия	кВтчас	708	2,9 руб/кВтЧас	2053
Итого: 16019

Таблица 11. Расход ресурсов при автоматической сварке

№	Наименование ресурса	Единица измерения	Количество	Цена, руб.	Стоимость, руб.
1	Сварочная проволока Св - 10Г2	Кг	178	42500 руб/тонн	7565
2	Флюс АН-348-А	Кг	135,5	55900 руб/тонн	7574
3	Потребляемая электроэнергия	кВтчас	340	2,9 руб/кВтЧас	986
Итого: 16125

Для каждого способа сварки определяем стоимость технологического оборудования и приспособлений. В себестоимость входит не цена оборудования, а только его амортизация. Примем срок службы оборудования 8 лет. Результаты расчетов представляем в таблице 12 и 13.

Таблица 12. Используемое оборудование и его амортизация при ручной дуговой сварке

№	Наименование оборудования	Стоимость, руб.	Износ оборудования в процессе сварки конструкции
			часть износа, %	Стоимость износа, руб.
1	RilonПрофи Arc 315	38000	0,025	9.5
Итого: 9.5

Таблица 13. Используемое оборудование и его амортизация при автоматической сварке

№	Наименование оборудования	Стоимость, руб.	Износ оборудования в процессе сварки конструкции
			часть износа, %	Стоимость износа, руб.
1	Сварог MZ 1250 и RilonПрофи MIG 300Y	330000+35000	0,012	43,8
Итого: 43,8

Затраты на заработанную плату исчисляются на основе затрат времени производственного персонала по данным технического нормирования процесса и тарифных ставок сварщиков. Принимаем, что сборочные операции выполняет сварщик, а его рабочее время определяется с учетом этого условия. Пусть на сборку он затрачивает 1,2 от времени сварки. Потерями времени на естественные надобности пренебрегаем. Тогда время работы рабочего складывается из машинного времени сварки и времени сборки.

Таблица 14. Заработанная плата при ручной дуговой сварке

№	Специальность	Разряд	Часовая ставка (руб./час)	Время работы, час	Затраты на зарплату, руб.
1	Электросварщик	IV	200	128	25600
Итого: 25600

Таблица 15. Заработанная плата при автоматической сварке

№	Специальность	Разряд	Часовая ставка (руб./ч)	Время работы	Затраты на зарплату, руб.
1	Электросварщик	IV	200	17	3400
Итого 3400

Отчисления во внебюджетные фонды принимаем равными 40% от заработной платы (в пенсионный фонд - 28%, в фонд обязательного медицинского страхования - 5,6 %, в фонд занятости - 1 %, в фонд социального страхования - 4 %).

Тогда отчисления во внебюджетные фонды при ручной дуговой сварке составят 10240 руб., а при автоматической - 1360 руб.

В соответствии с «Положением о составе затрат…» все затраты на сварку конструкции сводятся в 4 группы:

- материальные затраты;

- заработанная плата;

- отчисления в социальные фонды;

- амортизационные отчисления.

Сгруппируем эти затраты для каждого способа сварки и сведем данные в таблицы 16, 17.

Таблица 16. Расчет себестоимости при ручной дуговой сварке

№	Наименование группировки	Затраты
1	Материальные затраты	16090
2	Заработанная плата	25600
3	Отчисления в социальные фонды	10240
4	Амортизационные отчисления	9,5
	Всего:	51940
5	Накладные расходы - 15 %	7791
Итого: Единовременные (капитальные) затраты: Сварочный инвертор RilonПрофи Arc 315	59731 38000

Таким образом, себестоимость ручной дуговой сварки одного корпуса составит 59731 руб., при единовременных (капитальных) затратах 38000 руб.

Таблица 17. Расчет себестоимости при автоматической и механизированной сварке

№	Наименование группировки	Затраты
1	Материальные затраты	16125
2	Заработанная плата	3400
3	Отчисления в социальные фонды	1360
4	Амортизационные отчисления	43,8
	Всего:	20929
5	Накладные расходы - 15 %	3139,4
Итого: Единовременные (капитальные) затраты: Сварочный трактор A2 Multitrac, Источник питания LAF 1601,	24068,4 365000

Таким образом, себестоимость механизированной сварки одного корпуса составит 24068 руб., при единовременных (капитальных) затратах 365000 руб.

Выводы

По итогам расчета себестоимости сварки конструкции можно сделать выводы:

- себестоимость при автоматической сварке намного меньше, чем при ручной дуговой сварке;

- единовременные (капитальные) затраты при автоматической сварке больше, чем при ручной дуговой сварке;

- автоматическая сварка предпочтительнее ручной дуговой при условии, серийности производства (флюс можно использовать много раз, время сварки значительно экономится), и капитальные затраты быстрее окупаются при большой производственной программе.

Список использованной литературы

1. Марочник сталей и сплавов / М.М. Колосков, Е.Т. Долбенко, Ю.В. Каширский и др.; Под общей ред. А.С. Зубченко - М.: Машиностроение, 2001. - 672 с.

2. СТО-ГК «Трансстрой»-012-2007 Стальные конструкции мостов. Заводское изготовление.

3. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. Учебник для студентов вузов. - М.: Машиностроение, 1977.- 432 с.

4. СНиП II - 23-81. Стальные конструкции.

5. Сварочные материалы: Каталог ООО «Северсталь-метиз: сварочные материалы» - Череповец: издательство «Череповецъ», 2008.- 72 с.

6. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М.: Машиностроение, 1974. - 240 с.

7. СНиП II - 23-81. Стальные конструкции.

8. Б.Л. Григорьев, В.А. Гаврилов, А.М. Левченко. Технология сварки плавлением. Технология изготовления сварного узла. Методические указания.- СПб.: СПбГТУ, 2001.- 47 с.

9. Попова Г.Н., Алексеев С.Ю. Машиностроительное черчение: Справочник.-3-е изд., перераб. и доп.-СПб.: Политехника, 1999.- 453 с.

Размещено на Allbest.ru

...