Технология сборки и сварки грейфера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Основная часть

1.1 Назначение и конструктивные особенности изделия

1.2 Выбор материала и сортамента сталей элементов сварной конструкции

1.3 Выбор и обоснование подготовительных операций

2. Специальная часть

2.1 Выбор и обоснование способа сварки, параметры режима сварки

2.2 Выбор сварочного оборудования для изготовления конструкции

2.3 Выбор сварочных материалов

2.4 Порядок сварки изделия

3. Контроль сварных соединений

3.1 Виды возможных дефектов и способы их устранения

3.2 Методика выполнения контроля

4. Экономическая часть

5. Охрана труда

5.1 Электробезопасность и пожарная безопасность

5.2 Техника безопасности при выполнении работ

Заключение

Литература

Приложения

Введение

В настоящее время одной из актуальных проблем машиностроения является повышение качества и надежности конструкций при одновременном повышение производительности труда и автоматизации производства.

Требования по улучшению качества и надежности сварных конструкций обеспечиваются путем правильного выбора вида сварки, сварочных материалов, расчета наиболее рационального режима сварки.

Сварка - один из ведущих технологических процессов современной промышленности, от степени развития и совершенствования которого во многом зависит уровень технологии в машиностроении, строительстве и ряде других отраслей хозяйства. Правильно разработанный технологический процесс сварки обеспечивает получение не только надежных соединений и конструкций, отвечающим всем эксплуатационным требованиям, но и допускает максимальную степень комплексной механизации и автоматизации всего производственного процесса изготовления деталей, экономически выгоден по затратам на энергию, на сварочные материалы и по затратам человеческого труда. Преимущества сварных конструкций в настоящее время общепризнанны, такие конструкции повсеместно применяют взамен литых и клепаных соединений. Эти преимущества сводятся к уменьшению расхода металла, снижению затрат труда, упрощению оборудования, увеличению производительности.

В проектируемом технологическом процессе особое внимание уделено повышению производительности труда, механизации сварочных работ за счет внедрения нового оборудования, применения новых сварочных материалов. В данном дипломном проекте разработана технология сборки и сварки грейфера. С помощью рационального выбора способа сварки и сварочных материалов можно существенно снизить себестоимость изготовления данного изделия по сравнению с аналогичными технологиями изготовления.

1. Основная часть

1.1 Назначение и конструктивные особенности изделия

Грейферный ковш - приспособление, предназначенное для извлечения и погрузки навалочных (сыпучих, пылевидных, кусковых) и штучных грузов.

Грейферами оснащаются грузоподъемные механизмы и копательная техника, такая как, подъемные краны и экскаваторы, на крюк или стрелу которых навешивается грейферный механизм, расширяя область их применимости. Конструктивная особенность грейферного ковша, состоящего из пары смыкающихся челюстей (ковша), позволяет работать "в глубину" без расширения границ копаемой области. Это нашло широкое применение в рытье (чистке) колодцев и бурении скважин.

Рис. 1.1. - Грейфер общий вид

Габаритные размеры изготавливаемого изделия:

длина - 1545мм;

ширина -812мм;

высота -1980мм;

толщина листового металла - 8…10мм;

вес - 360кг;

Состоит из следующих основных элементов: шарнирного механизма с набором тяг, траверс и крепежа (поз.1…4; 9…18), и двух «челюстей», режущие кромки которых усиливаются полосами из высокопрочной стали (не изображены на чертеже).

В процессе работы на грейфер действует динамическая нагрузка, трение в шарнирах, давление от перемещаемого материала, высокие нагрузки на рабочие поверхности челюстей при зачерпывании материала, сила тяжести.

В целом изделие можно отнести к ответственным конструкциям, должно соответствовать ГОСТ 24599-87, Грейферы канатные для навалочных грузов. Общие технические условия.

1.2 Выбор материала и сортамента сталей элементов сварной конструкции

Для адекватного выбора сварочного оборудования нам необходимо определиться со способом сварки, и при условиях вида шва рассчитать режим и параметры сварки. А после, на основе их, проводить выбор сварочного оборудования. Для изготовления изделия выбрана сталь 15ХСНД по ГОСТ 19281-89, сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций.

Используется в промышленности в качестве: 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.

По принятой классификации низколегированной называется сталь, легированная одним или несколькими элементами, если каждый из них не превышает 2% , а суммарное количество легирующих элементов не превышает 5 %. Низколегированные стали, применяемые для изготовления сварных конструкций, делят на три основные группы: низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали, низколегированные теплостойкие стали и низколегированные среднеуглеродистые стали.

Низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали, те, что предназначены для сварных конструкций, поставляют в основном в горячекатаном или нормализованном состоянии. Ряд сталей применяют в термически улучшенном состоянии (после отпуска), что дает возможность повысить их прочность и стойкость против хрупкого разрушения. Содержание углерода в низколегированных низкоуглеродистых конструкционных сталях не превышает 0,23 %. Стали этого типа легируют рядом элементов, например марганцем, хромом, кремнием, и др., что приводит к некоторому повышению их прочности. Поэтому их часто называют низколегированными сталями повышенной прочности. Необходимость обеспечения высокой устойчивости против перехода в хрупкое состояние и хорошей свариваемости ограничивает применение легирующих элементов, которые, способствуют повышению прочности стали, в то же время снижают ее устойчивость против перехода в хрупкое состояние и образования кристаллизационных трещин (например, углерода и кремния). Химический состав стали поплавочному анализу ковшовой пробы должен соответствовать нормали, приведённой в табл. 1.1.

Таблица 1.1. - Механические свойства листового и широкополосного универсального проката

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	у0,2 МПА	ув МПА	д5 (д4) %
			Не менее
ГОСТ 19281-89*	Сортовой и фасонный прокат	От 0,5 до 10	345	490	21
		От 10 до 32 вкл.	325	470	21
	Лист и полоса в состоянии поставки	До 32 вкл.	345	490	21
ГОСТ 17066-94*	Лист горячекатаный	От 0,2 до 3,9 вкл.	345	490	21
			--	490	(17)

Таблица 1.2. - Ударная вязкость КС (19281-89)

Состояние поставки	Сечение, мм	КС, Дж/смІ, при температуре, ° С
		-40	70
KCV
Сортовой прокат	0,5 до 10	39	34
	От 10 до 20 вкл.	29	29
	Св. 20 до 32 вкл.	29	--
KCU
Лист и полоса	0,5 до 10	39	29
	От 10 до 32 вкл.	29	29

Таблица 1.3. - Химический состав стали

Наимен. стали	Массовая доля элементов, %
	Углерода	Марганца	Кремния	Серы не более	Фосфора	Хрома	Никеля	Меди
15ХСНД	0,12-0,18	0,4-0,7	0,4-0,7	Не более 0,040	Не более 0,035	0,6-0,9	0,3-0,6	0,2-0,4

Влияние химических элементов на свойства стали.

Каждый из присутствующих химических элементов имеет свои специфические свойства, и в зависимости от их содержания мы можем оценить качество материала.

Углерод - увеличивает прочность, уменьшает пластичность, вязкость легирующей стали, он также повышает чувствительность к перегреву и закаливаемости стали, и поэтому оказывает отрицательное влияние на её свариваемость. Увеличение содержания углерода в стали при обычных условиях сварки способствует образованию трещин в ОШЗ и шве. В низколегированных сталях содержание углерода находится в пределах 0,18 - 0,25 %.

Марганец - повышает прочность стали и мало влияет на её пластичность. При содержании углерода до 0,2% марганец, в количестве до 1,2%, увеличивает ударную вязкость низколегированной стали. Повышенное содержание марганца до1,8% улучшает свойства стали при условии ограничения в ней содержания углерода до 0,14%. Если в стали более 2%, то свойства стали ухудшаются.

Кремний - увеличивает предел прочности, и предел текучести стали. С увеличением содержания кремния, ухудшается свариваемость стали.

Медь - повышает стойкость стали против коррозии атмосферной, если она находится в пределах 0,3 - 0,4%.

Никель - повышает запас вязкости. Не смотря на позитивное влияние никеля на свойства стали, в целом ряде случаев использование его ограничивают по причине дефицитности.

Свариваемость.

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.

Проверяем склонность металла шва к возникновению горячих трещин при наиболее неблагоприятных условиях (содержание легирующих примесей):

если HCS = 0,0098 ? 0,004 - это означает, что сталь склонна к образованию горячих трещин. Уменьшает вероятность образования горячих трещин ограничения сварочного тока и скорости сварки.

Склонность к образованию холодных трещин проверяем по формуле:

так как С_экв = 0,462 > 0,45 то металл условно склонен к образованию холодных трещин, однако в реальных условиях такое соотношение легирующих примесей маловероятно. Но в заводских условиях надо контролировать состав стали по соответствующим сертификатам. Повышение устойчивости шва против образования кристаллизационных трещин при сварке достигается за счет снижения в шве углерода, серы и некоторых других элементов за счет применения проволоки с пониженным содержанием указанных элементов, а также выбором соответствующей технологии сварки (последовательность выполнения швов, обеспечение благоприятной формы провара) и рациональной конструкции изделия.

Считают, что при С_экв<0.4% трещин нету, при С_экв ? 0.4 - 0.7% требуется предварительный подогрев, при С_экв?0.7- 1.0% - высокотемпературное подогревание. Как видно из расчета, нужен предварительный подогрев, который можно рассчитать по формуле:

=

Принимаем 160 градусов С.

1.3 Выбор и обоснование подготовительных операций

Что бы изготовить заготовки грейфера применяются следующие заготовительные операции: приёмка основного металла, правка, очистка, разметка, резка, подготовка поверхности металла под сварку, сверление технологических отверстий.

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.

Правка основного металла

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

Листы и сортовой прокат, имеющие внешнюю деформацию, подлежат правке. Листы следует править в многовалковых листоправильных вальцах.

Рисунок 1.2 - Схема правки листов на листоправильных вальцах.

Правка листового металла толщиной 6, 8, 10 мм осуществляется на листоправильной многовалковой машине W43-102000. Её технические характеристики представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Техническая характеристика листоправильной многовалковой машины W43-102000

Параметр	Значение
Размеры выправляемого листа, мм:
толщина	10
наибольшая ширина	2000
Предел текучести металла, МПа (кгс/мм2)	350 (35)
Число правильных валков	11
Диаметр правильных валков, мм	150
Шаг правильных валков, мм	160
Скорость правки, м/мин	9
Мощность электродвигателей привода вращения валков, кВт:	55
Габаритные размеры, мм:
отсека привода	3300х2800х1900
отсека правки	2600х4000х2700
длина входного и выходного рольганга	15000
Масса, т	58

Правку уголков проводим на сортоправильной машине СКМЗ 9х800, работающей по той же схеме, что и листоправильные.

Рисунок 1.3 - Схема правки сортового проката

Правка выполняется в холодном состоянии при температуре окружающего воздуха не ниже - 10^оС.

Разметка металла.

Лист, предназначенный для разметки, укладывают на разметочном столе маркой вверх. Разметку детали начинают с пробивки контрольной линии (продольной строевой) вдоль листа. Линию сначала наносят ниткой, натертой мелом, между точками положения контрольной линии, а затем -- чертилкой (или сразу чертилкой). Для деталей с прямыми кромками (при отсутствии контрольной линии) на листе пробивают линию одной из ее продольных сторон, от которой указаны размеры для построения контура.

Контур деталей располагают от кромок листа не ближе, чем 10-20 мм, в зависимости от толщины листа, иначе обрезка кромок на гильотине окажется затрудненной. Совмещение кромки детали с кромкой листа возможно в тех случаях, когда деталь по этой кромке имеет соответствующий припуск и кромка листа прямолинейна. На концах продольной строевой линии восставляют с помощью штангенциркуля или угольника перпендикуляры, от которых производят построение поперечных линий. Правильность построения проверяют при помощи диагоналей. После чего приступают к построению остальных линий размечаемой детали и мест приварки.

Для разметки контуров деталей с прямолинейными кромками, линий гиба и приварки деталей, нанесение маркировок может применятся разметочно-маркировочная машина. Разметка и маркировка происходит по программе в автоматическом режиме. Машины разметки устанавливаются на линиях резки. Учитывая программу выпуска и простоту форм деталей разметочно-маркировочная машина применяться не будет.

Резка металла

Резку производим на гильотинных ножницах НК3416. Разрезаемый лист, заводится между нижним и верхним ножами до упора и зажимается прижимом. Верхний нож, нажимая на лист, производит скалывание. Технические характеристики гильотинных ножниц НК3416 приведены в таблице 1.5

Рисунок 1.4 Схема резки на гильотинных ножницах: 1-нижний нож; 2-разрезаемый лист; 3- прижим; 4- верхний нож; 5 -упор.

Таблица 1.5 - Технические характеристики гильотинных ножниц НК3416

Параметр	Значение
Усилие реза, кН, не более	78
Толщина металла	8
Ширина металла, мм	2000
Частота ходов ножа в мин	25
Угол наклона подвижного ножа, град	1град.30мин.
Наибольшая ширина отрезаемой полосы, мм	700
Габаритные размеры, мм (дхшхв)	2610х2050х1510
Масса, кг, не более	2870

Резка сортового проката осуществляются на пресс-ножницах Kraft.

Очистка поверхности металла

Очистку применяют для удаления с поверхности металла средств консервации, загрязнений, ржавчины, окалины, заусенцев, шлака. Для очистки будем использовать бес пыльный дробеструйный аппарат DSG-100SP. Технические характеристики этого аппарата приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.6 - Технические характеристики пресс-ножниц KraftIW-45M

Параметр	Значение
Усилие, т	45
Рубка уголков (90*/45*), мм	80х80х8/50х50х6
Рубка плоских пластин, мм	350x8
V-образный вырез*, мм	90х90х8
Угловая высечка*, мм	160x6
Мощность, кВт	3,7
Габаритные размеры, мм (дхшхв)	1260х700х1350
Масса, кг, не более	830

Таблица 1.7 - Технические характеристики бес пыльного дробеструйного аппарата DSG-100SP

Параметр	Значение
Производительность, м2/ч	20
Давление сжатого воздуха, МПа	0,5-1,2
Расход воздуха, м3/мин	3,5-5,2
Объем резервуара, л	100
Масса дроби, загружаемой в аппарат, кг	150
Габаритные размеры, мм:	1320х620х620
Масса (без дроби), кг	91

Режим обработки: Если 430 мм, то используется дробь размером до 1,2 мм, материал дробь стальная рубленая (ДСР), давление воздуха 0,5 МПа, диаметр сопла 5 мм, угол расположения сопла к поверхности 80-90є.

Обработка кромок.

Для получения формы деталей типа «крепеж» будем использовать станок универсально-фрезерный MF4 Vario. Его технические характеристики представлены в таблице 1.8.

Таблица 1.8 - Техническая характеристика универсально-фрезерного станка MF4 Vario

Параметр	Значение
Скорость вращения, об/мин	0-10
Макс. d-сверления (d-фрезерования), мм	25 (100)
Размеры рабочей поверхности стола (длинаЧширина), мм	1370х254
Перемещение фрезерного стола по осям Х , Y и Z, мм	800x400x406
Габаритные размеры, мм:	1500х1400х2200
Масса, кг	1200
Электропитание, В/Гц	3x380/50
Потребляемая мощность, кВт	3,75

2. Специальная часть

2.1 Выбор и обоснование способа сварки, параметры режима сварки

Так как изначально в исходящих данных на изготовление сварного изделия заложен способ сварки (РДС), то мне приходится его выбирать. Ручная дуговая сварка - это сварка покрытым металлическим электродом. Является наиболее старой и универсальной технологией дуговой сварки.

Общепринятые обозначения РДС - ручная дуговая сварка,

MMA - ManualMetalArc (Welding) - ручная металлическая дуговая сварка;

SMAW - ShieldedMetalArcWelding - металлическая дуговая сварка в защитной атмосфере;

E - международный символ ручной дуговой сварки.

Рисунок. 2.1 -Ручная дуговая сварка: 1 -- электродное покрытие, 2 -- электрод, 3 -- защитный газ, 4 -- место расплава металла, 5 -- заготовка, 6, 7 -- шов

Основные преимущества:

допускается сварка в труднодоступных местах;

сварка в любых положениях в пространстве (под углом, вертикальная);

сварки большого вида сталей, чугуна, цветных металлов, из-за широкого выбора разных марок электродов;

простота и дешевизна сварочного оборудования.

Впоследствии имеем необходимость лишь подобрать оборудование для ручной дуговой сварки штучным электродом и сварочные материалы.

В результате конструктивно - технологического анализа изделия установлено, основной металл - Сталь 15ХСНД, имеет четыре типа угловых и тавровых сварных соединений. Толщина металла углового и таврового соединения 8…10мм. Находим типы соединений, которые подходят для наших толщин по ГОСТ 5264-80.

Шов №1;4; по ГОСТ 5264-80. Выполняется сварка верхней траверсы, тяг, приварка крепежа к боковине ковша.

а)- №1 тавровое соединение Т3-?8б)- №4а;

б) - тавровое соединение Т1-?8

Рисунок 2.2 - формы и размеры сварных соединения типа Т3; Т1 по ГОСТ 5264 - 80, S = 10 мм,k=8мм.

Расчет режима сварки

1. Определение расчетной глубины проплавления (мм):

h _р = К- 0,5 b = 8-0,5*2 = 7мм

Сварка ведется в два прохода, глубина проплавление h_р =3,5мм.

2. Выбор диаметра электрода (мм):

Выбор диаметра электрода выполняется в зависимости от толщины свариваемого металла (катета углового шва), типа сварного соединения, типа шва и положения шва при сварке.

d_э^в,г,п = = h _р^0,7 + 0,5 =3,5^0,7 + 1= 3,4мм

Принимаем диаметр штучного электрода 3мм.

3.Определение силы сварочного тока(А):

Величина силы сварочного тока зависит рода и полярности тока, вида покрытия электрода, положения шва при сварке; в общем случае можно принять такую зависимость:

I_св=(3060) d_э. =90…180А

В каждом конкретном случае значение силы сварочного тока можно определить по таким зависимостям:

I_св = 25 d_э^1,420 =25*3^1,420 =96….136А

Принимаем силу сварочного тока 100А

4. Расчет напряжения сварки:

Напряжение сварки зависит от величины сварочного тока, диаметра электрода, вида и толщины покрытия:

U _св=(12 +1,7 I_св) / d_э² = (12+170)/9 =20В

5.Расчет скорости сварки (м/ч):

Скорость ручной дуговой сварки зависит от вида сварного соединения, марки стали, марки электрода, положения шва при сварке.

V _св=_н^. I_св / F_н^._н = 9*100/20,2*7,8 =900/157,56= 5,7м/час

где _н - коэффициент наплавки 9г/А^.ч;^._н - плотность наплавленного металла: для углеродистых сталей _н=7,8 г/см³.

F_нк - площадь наплавленного метала шва: составляет 4,65мм²

6. Определение параметров сварного шва:

Ширина шва(мм) при сварке без колебаний электрода:

е = (0,81,5) d_э = 2,4…4,5

усиление шва (выпуклость): g 2 мм;

Шов №2; по ГОСТ 5264-80-У6. Выполняется сварка периметра верхней траверсы.

Рисунок 2.3 - формы и размеры сварных соединения типа У-6 по ГОСТ 5264 - 80, односторонний с разделкой одной кромки: s = 10 мм, b = 2^±1 мм, q=0,5мм, е = 16^±2мм. б= 45.

Расчет режима сварки

1. Определение расчетной глубины проплавления (мм):

h_р = 10мм

Сварка ведется в несколько проходов, закладываем глубину проплавления h_р =5мм.

2. Выбор диаметра электрода (мм):

Выбор диаметра электрода выполняется в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения, типа шва и положения шва при сварке.

d_э^в,г,п = = h _р^0,7 + 0,5 =5^0,7 + 1= 3,5мм

Принимаем диаметр штучного электрода 3мм.

3.Определение силы сварочного тока (А):

Величина силы сварочного тока зависит рода и полярности тока, вида покрытия электрода, положения шва при сварке; в общем случае можно принять такую зависимость:

I_св=(3060) d_э. =90…180А

В каждом конкретном случае значение силы сварочного тока можно определить по таким зависимостям:

I_св = 25 d_э^1,420 =25*3^1,420 =96….136А

Принимаем силу сварочного тока 100А

4. Расчет напряжения сварки:

Напряжение сварки зависит от величины сварочного тока, диаметра электрода, вида и толщины покрытия:

U _св=(12 +1,7 I_св) / d_э² = (12+170)/9 =20В

5. Расчет скорости сварки (м/ч):

Скорость ручной дуговой сварки зависит от вида сварного соединения, марки стали, марки электрода, положения шва при сварке.

V _св=_н^. I_св / F_н^._н = 9*100/20,8*7,8 =900/162,5= 5,5м/час

где _н - коэффициент наплавки 9г/А^.ч;^._н - плотность наплавленного металла: для углеродистых сталей _н=7,8 г/см³.

F_нк - площадь наплавленного метала шва: составляет 20,8мм²

6. Определение параметров сварного шва:

Ширина шва (мм) при сварке без колебаний электрода:

е = (0,81,5) d_э = 2,4…4,5

усиление шва (выпуклость): g 2 мм;

7. Определение количества проходов:

Количество проходов определяется по формуле:

;

где F₀ - площадь разделки шва, которую необходимо заполнить(62,5мм²); F_нк - площадь наплавленного метала корневого шва; F_нз - площадь наплавленного металла каждого заполняющего шва (принимаем 20мм²).

n = (62,5 -20)/20)+1 = 3,1

Принимаем 3 прохода (корень+заполняющий+облицовочный).

Шов №3; по ГОСТ 5264-80-У4. Выполняется сварка ковша грейфера.



Рисунок 2.4 - формы и размеры сварных соединения типа У-4 по ГОСТ 5264 - 80, односторонний, без разделки кромок: s = 10 мм, b =0⁺² мм, n=5мм, k=6мм.

Расчет режима сварки

1. Определение расчетной глубины проплавления (мм):

h_р = 6мм

Сварка ведется в несколько проходов, глубина проплавление h_р =3мм.

2. Выбор диаметра электрода (мм):

Выбор диаметра электрода выполняется в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения, типа шва и положения шва при сварке.

d_э^в,г,п = = h _р^0,7 + 0,5 =6^0,7 + 1= 3,15мм

Принимаем диаметр штучного электрода 3мм.

3.Определение силы сварочного тока (А):

Величина силы сварочного тока зависит рода и полярности тока, вида покрытия электрода, положения шва при сварке; в общем случае можно принять такую зависимость:

I_св=(3060) d_э. =90…180А

В каждом конкретном случае значение силы сварочного тока можно определить по таким зависимостям:

I_св = 25 d_э^1,420 =25*3^1,420 =96….136А

Принимаем силу сварочного тока 100А

4. Расчет напряжения сварки:

Напряжение сварки зависит от величины сварочного тока, диаметра электрода, вида и толщины покрытия:

U _св=(12 +1,7 I_св) / d_э² = (12+170)/9 =20В

5.Расчет скорости сварки(м/ч):

Скорость ручной дуговой сварки зависит от вида сварного соединения, марки стали, марки электрода, положения шва при сварке.

V _св=_н^. I_св / F_н^._н = 9*100/24*7,8 =900/187,2= 4,8м/час

где _н - коэффициент наплавки 9г/А^.ч;^._н - плотность наплавленного металла: для углеродистых сталей _н=7,8 г/см³.

F_нк - площадь наплавленного метала шва: составляет 24мм²

6. Определение параметров сварного шва:

Ширина шва(мм) при сварке без колебаний электрода:

е = (0,81,5) d_э = 2,4…4,5

усиление шва (выпуклость): g 2 мм;

7. Определение количества проходов:

Количество проходов определяется по формуле:

;

где F₀ - площадь разделки шва, которую необходимо заполнить(48,25 мм²); F_нк - площадь наплавленного метала корневого шва; F_нз - площадь наплавленного металла каждого заполняющего шва (принимаем 20мм²).

n = (48,25 -20)/20)+1 = 2,4

Принимаем 2 прохода.

2.2 Выбор сварочного оборудования для изготовления конструкции

Качество сварки в первую очередь определяется параметрами источника питания, его стабильностью и надёжностью работы, поэтому остановимся на этом вопросе подробнее. В проектируемом технологическом процессе, как упоминалось во введении, особое внимание уделено повышению производительности труда, механизации сварочных работ за счет внедрения нового высокопроизводительного оборудования и применения новых сварочных материалов.

В настоящее время используется три основных вида источников.

1) Сварочные трансформаторы. Громоздкие и тяжелые машины, вырабатывающие переменный ток. Так как в данной работе сварка производится только на постоянном токе, эти источники во внимание не принимаются.

2) Сварочные выпрямители.

Современные тиристорные сварочные выпрямители находят широкое распространение в цеховых условиях, где масса и габариты источника не играют большой роли. Развитая система управления последних моделей позволяет в широких пределах менять сварочные режимы, а применяемые схемы стабилизации режима позволяют использовать эти источники в производстве ответственных сварных конструкций.

3) Инверторные источники питания.

Сварочные инверторы используются как источники питания для сварочных аппаратов для всех методов дуговой сварки плавлением и в настоящее время являются наиболее современным видом сварочных источников питания.

Имеем необходимость подобрать оборудование для ручной дуговой сварки штучным электродом.

Оборудования для ручной дуговой сварки

Выберем источник сварочного тока для сварки штучным электродом.

Сравним технические характеристики инверторных аппаратов «Лидер-200» (производитель НПО «ФЕБ» г. Санкт-Петербург), Неон-160 (ООО «Электроинтел») и МС-160 (ООО «Эллой-ИК»).

Технические характеристики аппаратов приведены в сводной табл. 2.1

Рисунок 2.5 - Источники сварочного тока «Лидер-200» , Неон-160 и МС-160

Таблица 2.1 -Технические характеристики МС-500

Параметры	НЕОН-160	МС-160	Лидер-200Р
Напряжение питающей сети, В	220В+/-20%	220В+10%	140-265
Потребляемая мощность, кВа	4,2	5,4	6,6
Напряжение холостого хода, В	62	62	80
Диапазон рег. сварочного тока, А	15-160	15-160	20-200
Габаритные размеры, мм	135х200х355	370х150х235	305х140х210
Масса аппарата, кг	6,3	5,5	6,9

Широкий диапазон питающего напряжения, высокое напряжение холостого хода, достаточно высокий ПВ % (период включения) выгодно отличает аппарат «Лидер-200», но учитывая отсутствие гарантийного и послегарантийного обслуживания в городе, предпочтение отдаем аппарату «Неон-160» нижегородского завода «Электроинтел», так как, аппарат МС-160 фирмы «Эллой-ИК» относиться к оборудованию не профессионального класса, а скорее бытового.

Для ручной дуговой сварки выбираю электроды типа Э50 марки УОНИ 13\55 по ГОСТ 9467-75.Электроды данного типа относятся к электродам с фтористо-кальциевым покрытием и состоят из карбонатов кальция и магния, плавикового шпата и ферросплавов. Электроды с таким покрытием называют также низководородистыми, так как наплавленный металл содержит водорода меньше, чем при других покрытиях. Механические свойства сварного соединения характеризуются высокой прочностью и вязкостью, ударная вязкость для УОНИ 13/55 составляет 25-30 кГм/см². Качество сварки электродами указанной марки высокое, показатели механических свойств сварного шва и наплавленного металла получаются часто выше показателей основного металла.

Выбор вспомогательного оборудования

Огромное значение для комплексной механизации процесса сварки имеет наличие в составе сварочной установки механического и вспомогательного сварочного оборудования, так как продолжительность процесса сборки и сварки составляет соответственно около 30% и 33%. Для уменьшения трудоемкости и продолжительности работы, повышения качества и снижения себестоимости изделия применяют механизированные приспособления для сборки свариваемых под узлов конструкции и перемещения ее в процессе сварки.

К этому оборудованию относятся: приспособления и механизмы для укладки, наклона (стенды, стеллажи, кондукторы, кантователи, манипуляторы). Механическое сварочное оборудование можно с успехом использовать при изготовлении сварных узлов и конструкций на строительно-монтажной площадке, в мастерских, на базах строительно-монтажных управлений, в трубозаготовительных цехах и в цехах металлоконструкций.

Рисунок 2.6 - Сборочно-сварочный стол с набором позиционирующих и фиксирующих элементов разработан в среде 3D моделирования SolidWorks.

Сборочное оборудование делится на универсальное и специализированное. Универсальное сборочное приспособление для сборочно-сварочных работ (УСП) предназначено для сборки под сварку металлоконструкций в условиях единичного или мелкосерийного производства. Базовый элемент приспособления - сборочный стенд (стол). Помимо этого, в состав УСП входят унифицированные фиксирующие, установочные, прижимные и крепёжные детали и узлы многократного применения, из которых можно собрать требуемые сборочные приспособления для различных конструкций. Также оснастка должна обеспечивать неподвижность деталей в процессе изготовления изделия (детали), их точное позиционирование (допускаются отклонения в пределах допуска), должна быть удобной в эксплуатации, не должны возникать трудности с установкой и снятием заготовок. Необходимо обеспечить свободный доступ к оснастке рабочего персонала.

Для удобства изготовления и предотвращения упругих и пластических деформаций будет применяться плита сварочная (УСП), специальная оснастка для изготовления ковшей изготовлена из фасонного проката (уголка), прижимы. Применим сборочно-сварочный стол, размер рабочей поверхности 2000х800мм, вместо обычных стоек применяются ножничные опоры, чтобы обеспечить удобство сборки и проведение сварочных работ. Конструкция сборочно-сварочного стола представлена на рис. 2.6. (*изготовление ковша).

2.3 Выбор сварочных материалов

В качестве сварочных материалов будем использовать плавящиеся стальные электроды. Производим выбор типа и марки электрода:

Э50-УОНИ-13/55-3,0-УД2 ГОСТ 9466- 75, ГОСТ 9467- 75 Е43 2(5)-Б10

1) тип электрода Э50

2) марка электрода УОНИ 13/55

3) диаметр электрода 3,0 мм

4) У - назначение электрода (для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 600 МПа)

5) Д- толстое покрытие

6) группа качества электрода - 2

7) группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва по действующим стандартам Е43 2 (5)

8) Б- основное покрытие

9) допустимы все пространственные положения сварки или наплавки - 1 электроды применяют для сварки на обратной полярности - 0

10) обозначение стандарта на электроды покрытие металлические для ручной дуговой марки сталей и наплавки ГОСТ 9466- 75

11) обозначение стандартов тип электродов ГОСТ- 9467- 75.

2.4 Порядок сварки изделия

Общие требования к выполнению сборочно-сварочных операций:

- перед выполнением прихваток и каждого сварного шва свариваемые кромки и прилегающая поверхность должны быть зачищены от грязи, масла на ширину не менее 25 мм;

- перед выполнением каждого последующего слоя шва, поверхность прихваток и предыдущего слоя должна быть очищена от шлака и брызг наплавленного металла;

- после окончания сварки поверхность облицовочного слоя шва также должна быть очищена от шлака и брызг;

- после каждой операции проводится контроль внешним осмотром и измерением на соответствие НД.

Табл. 2.2 Технологический процесс сборки-сварки конструкции:

№	Название операции	Основные переходы	Необходимое оборудование
005	Транспортная	1.Транспортировать уголок, трубы, листовой металл, на склад. Разгрузить.	Автомобиль КАМАЗ- 53215. Кран балка
010	Транспортная	1.Загрузить материал на самоходную тележку. 2. Транспортировать на заготовительный участок. 3. Разгрузить.	Кран балка Самоходная тележка
015	Очистка	Очистить материал от загрязнений.	Дробеструйный аппарат DSG-100SP
020	Правка	Выполнить правку основного материала.	Вальцы, сортоправильная машина
025	Резка	Резать уголок, трубы, листовой металл на нужные заготовки.	Ножницы НК3416.пресс-НожницыKraft IW-45M
030	Механическая обработка	Выполнить зачистку обработанных поверхностей. Сверлить отверстия на фрезерном станке.	Болгарка. Круги 3м. Станок MF4 Vario.
035	Транспортная	1. Загрузить детали в тару. 2. Загрузить тару на электрокар. 3. Транспортировать тару к сборочно-сварочному столу. 4. Разгрузить.	Самоходная тележка
040	Техника безопасности	Выполнить мероприятия по технике безопасности и охране труда. Организовать обще обменную вентиляцию.	Щиток НИС 6/05 ГОСТ 12.4.035-78. Спецодежда ТР ГОСТ 12.4.127-83. Рукавицы ГОСТ 12.4.127-83.
045	Сборочно-сварочная	1.Собрать детали узла верхней траверсы (поз.1)по упорам на сборочно-сварочном столе, контролировать взаимное расположение деталей, согласно конструкторской документации, поочередно фиксировать детали. Выполнять прихватки, длиной l = 5 мм. 2. Провести процесс РД сварки по расчетным режимам, шов №1, после шов №2, по ГОСТ 5264-80. 3. Параллельно собрать согласно КД тягу (поз.4) с крепежом (поз.11). Проставить прихватки, после провести процесс РД сварки, швы №1, 4б по ГОСТ 5264-80. 4. Собрать детали ковка в один узел, (детали для сборки поз.5;6;7;8), используя разработанную оснастку из фасонного проката (уголка). Детали укладываются поэтапно на поверхность оснастки, фиксируются, прихватываются. После ведется процесс РД сварки штучным электродом, швы №3 по ГОСТ 5264-80. 5. Приварить крепежные элементы к поверхности ковша, швы №4а по ГОСТ 5264-80.	Стол УСП с комплектом оснастки. «Неон-160»
050	Механическая обработка	Зачистить все сварные швы и около шовную зону от цветов побежалости и брызг.	Болгарка, круги 3М.
055	Контрольная	Провести визуальный и измерительный контроль швов в объеме 80%.	Шаблон-катетоизмеритель. штангенциркуль.
060	Транспортная	С помощью самоходной тележки переместить к месту сборки и сварки грейфера. Провести контрольную сборку грейфера, передать на следующие технологические операции.	Самоходная тележка

3. Контроль сварных соединений

3.1 Виды возможных дефектов и способы их устранения

Производственный контроль качества сварочных работ при изготовлении грейфера должен осуществляться инженерно-техническими работниками, руководящими сварочными работами, сотрудниками сварочных лабораторий, отделов технического контроля и органов технического надзора заказчика в соответствии с требованиями КД, ППР и технологических карт. Основные контрольные операции по определению качества в процессе производства и приемки сварочных работ подразделяются на:

· входной контроль;

· операционный контроль;

· приемочный контроль.

В результате контрольных операций устанавливается возможность проведения сварочных работ, обеспечивающих качество продукции в соответствии с требованиями НД, выявляются причины появления брака, разрабатываются и осуществляются меры по его устранению и недопущению впредь.Результаты контроля должны быть зарегистрированы в соответствующей документации.

Входной контроль осуществляется до начала выполнения сборочно-сварочных работ и включает в себя:

· контроль за наличием рабочей технологической документации (ППР, ППСР, аттестованных технологических карт и инструкций);

· контроль квалификации сварщика, дефектоскопистов и инженерно-технических работников, руководящих работами по сборке, монтажу, сварке и контролю;

· контроль качества основных материалов;

· контроль качества сварочных, вспомогательных материалов и материалов для дефектоскопии;

· контроль работы оборудования, приборов, наличие и исправность инструмента и приспособлений;

· наличие результатов испытаний пробных (технологических, допускных) образцов (если это предусмотрено НД или ППР, ППСР);

· контроль правильности выбранного режима сварки (прихватки).

Пооперационный контроль

Пооперационный контроль конструкций состоит из:

- надзора за наличием и сроками действия удостоверений сварщиков на право выполнения сварочных работ;

- подготовки и использования сварочных материалов;

- контроля зачистки сварочных кромок от грязи, масла, ржавчины и других загрязнений;

- контроля подготовки свариваемых кромок под сварку, отсутствие на них наружных дефектов (раковин, трещин);

- контроля количества, размеров и качества прихваток;

- контроля зазора в соединениях;

- контроля правильности сборки деталей под сварку, их крепление со сборочными приспособлениями и устройствами;

В процессе сварки контролируются:

- режим сварки;

- размеры накладываемых валиков, слоев, окончательные размеры шва;

- контроль техники сварки;

- послойная зачистка сварных швов;

- зачистки сварных швов от шлака и наплывов;

- наличие дефектов в сварных швах;

Приемочный контроль

Качество сварных соединений оценивается по результатам внешнего осмотра, обмеров сварных швов, результатам неразрушающего контроля и механических испытаний. Методы и объем контроля качества сварных соединений устанавливаются НД, ППР и ППСР. В конструкциях и узлах, характеризующихся опасностью образования холодных и слоистых трещин в сварных соединениях, контроль качества следует производить не ранее, чем через двое суток после окончания сварочных работ. Выборочному контролю в первую очередь должны быть подвергнуты швы в местах их взаимного пересечения и в местах с признаками дефектов. Если в результате выборочного контроля установлено неудовлетворительное качество шва, контроль должен быть продолжен до выявления фактических границ дефектного участка.

Устранение дефектов сварных соединений

Нормы дефектов - поры допускаются диаметром 0,8мм на 100мм шва.

Недопустимые дефекты: 1.Любые трещины 2. Местные наплывы общей длиной более 10мм на участке шва 1000мм 3. Подрезы глубиной более 0,5мм при толщине металла до 20мм. 4. Подрезы глубиной более 3% толщины металла свыше 20мм. 5. Не заваренные кратеры, прожоги, свищи.

Дефекты сварных соединений, наличие которых не допускается нормативными документами, должны быть устранены и заварены ручной электродуговой сваркой. Дефектные швы могут быть исправлены одним из следующих способов: путем механической зачистки, путем переварки дефектных участков, путем частичного или полного их удаления с последующей переваркой. Шероховатость поверхности после механической обработки - не грубее RZ 40. Наплывы и недопустимое усиление швов обрабатывают абразивным инструментом. Неполномерные швы, недопустимые подрезы, незаплавленные кратеры, непровары и несплавления по кромкам подваривают с последующей зачисткой. Участки швов с недопустимым количеством пор и шлаковых включений полностью удаляют и заваривают вновь.

У обнаруженных в металле сварных соединений трещин должна быть установлена протяженность и глубина. Концы трещины должны быть засверлены (диаметр отверстия 5-8 мм) с каждого конца. Затем производится подготовка участка под заварку путем создания V-образной разделки кромок (угол раскрытия 60-70 °). Ремонтопригодность поврежденных элементов и конструкций в целом определяется в каждом отдельном случае с учетом характера и размеров дефектов и ответственности конструкции. Заварку подготовленного к ремонту дефектного участка необходимо осуществлять, как правило, тем же способом сварки, которым выполнен шов. Короткие дефектные участки и дефектные участки любой протяженности без разделки или с незначительной разделкой шва допускается исправлять ручной дуговой сваркой электродами диаметром 3-4 мм.

Исправленные участки швов должны быть подвергнуты повторному контролю. Остаточные деформации конструкций, возникшие после сварки, должны быть исправлены. В процессе правки должно быть исключено образование вмятин, забоин и других повреждений. Деталям и элементам, подлежащим сварке, следует по возможности придавать предварительное обратное смещение или обратную деформацию, компенсирующие перемещения и деформации от сварки. Запрещается охлаждать нагретый металл водой. Требования к технологии заварки дефектных участков сварных соединений предъявляются те же, что и при сварке изделий. При этом рекомендуется использовать минимальные режимы сварки, установленные технологическим процессом. Если при контроле качества исправленного участка в нем вновь будут обнаружены дефекты, превышающие допустимые, необходимо провести повторное исправление в таком же порядке, как и первое. Исправленные сварные соединения подлежат повторному контролю в полном объеме, предусмотренном чертежом или техническими условиями на изделие.

3.2 Методика выполнения контроля

Визуальный и измерительный контроль (ВИК)

Визуальному и измерительному контролю подвергаются 100% сварных соединений. Результаты контроля швов должны быть оформлены протоколом или актом. Внешний осмотр сварных соединений производиться для выявления: трещин в шве и околошовной зоне, пор, раковин, подрезов, свищей, наплывов, протеков металла, прожогов, не заваренных кратеров, не заполнения разделки металлом, шлаковых и неметаллических оксидных включений на поверхности шва, не плавности перехода шва к основному металлу, западанию между валиками, бугристости и чешуйчатости (высота и глубина впадин не должна превышать 1 мм).

Измерительный контроль сварных соединений следует выполнять в стыках, где допустимость этих показателей вызывает сомнение при визуальном осмотре. Измерение деталей производиться для проверки: угла разделки кромок, глубины разделки кромок, размера притупления кромок. Измерения на соединениях, собранных под сварку, выполняются для проверки: общего угла разделки, величины зазора между деталями, правильность совмещения поверхности детали в стыковых соединениях, местоположения и размеры прихваток. Измерение сварных швов и соединений производиться для проверки: ширины шва, формы и высоты усиления шва, длины и шага прерывистых швов, величины несовпадения поверхностей деталей в стыковых соединениях, величины сопряжения наплавленного металла с основным. Размеры дефектов проверять с помощью измерительных инструментов.

При обнаружении недопустимых дефектов вопрос о продолжении сварки или способе исправления дефектов должен решать руководитель сварочных работ. Выявленные при визуальном и измерительном контроле дефекты, которые могут быть исправлены (удалены) без последующей заварки выборок, должны быть исправлены.

4. Экономическая часть

Расчет расходов сварочных материалов

Общая длина швов конструкции- L.

Шов №1 - 6080мм

Шов №2 -640мм

Шов №3 - 7692мм

Шов №4 -2560мм

Площадь сечения сварного шва- F в зависимости от толщины металла и подготовки кромок. Расчет площади поперечного сечения был выполнен с помощью автоматизированной программы в Excel.

Шов №1

F1=80,8мм²

Шов №2.

F2=62,5мм²

Шов №3.

F3=48,25мм²

Шов №4.

F4=40,4мм²

Объем наплавленного металла (V) по формуле: V=FL

Шов №

V=FL =80,8*6080=491264мм³ =491см³

Шов №2.

V=FL =62,5*640=40000мм³ =40см³

Шов №3.

V=FL = 48,25*7692 =371139мм³ =371см³

Шов №4.

V=FL = 40,4*2560 =103424мм³ =103см³

?V =40+371+103=514см³

Вес наплавленного металла G_н.ме=Vj, где j- плотность наплавленного металла, для стали равно 7,8 гр/см³.

Шов №1 а; б

G_н.ме=514*7,8=4009г =4кг

Примечание: обращайте внимание на единицы измерения (рекомендуется все размеры брать в см).

Расход электродов (Q_эл):

Q_эл=к_рG_н.ме,

где к_р - коэффициент, учитывающий массу огарков и металл, идущий на разбрызгивание и угар во время сварки, а также вес шлака.

Q_эл=к_рG_н.ме =1,2*4 =4,8кг

5. Охрана труда

5.1 Электробезопасность и пожарная безопасность

Электробезопасность: Проектируемый участок относится к категории особо опасных помещений. По ПУЭ-03 помещение особо опасное характеризуется наличием одного из следующих условий:

-высокой влажности;

-химически активной среды;

-высокой температуры и вероятности прикосновения человека к металлическим корпусам электрооборудования и токопроводящим строительным конструкциям.

Поэтому большое значение на участке придается обеспечению электробезопасности. Все оборудование подключено к трехфазной четырехпроводной сети напряжением 380/220 В с заземленной нейтралью. Для предотвращения поражения током проводится следующие мероприятия:

-элементы сварочного оборудования, находящиеся в соприкосновении с рабочими, имеют усиленную изоляцию (5Мом);

-согласно ПУЭ - 03 электропроводка силовой и осветительной сети изолируются (сопротивление изоляции не менее 1 МОм) и защищается от механических повреждений специальным металлическим шлангом;

-все электросварочное оборудование зануляется согласно ССБТ ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление»;

-проверку изоляции токоведущих проводников проводить не реже двух раз в год;

-пользоваться сухой и прочной спецодеждой и рукавицами;

-электрооборудование подсоединяется к сети через плавкие предохранители ПР 2-600, а для защиты от перегрузок - применяются устройства защитного отключения;

-устранение неисправностей в источнике питания и электроаппаратуре осуществляется квалифицированным электриком (4 разряда)

Производственное освещение

Правильная организация освещения рабочих мест, в производственных помещениях имеет большое значение для безопасного высокопроизводительного труда. Освещение производственных и вспомогательных помещений удовлетворяет требованиям СНиП 23-05-95 “Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение”. Во всех производственных помещениях предусмотрено естественное освещение, которое осуществляется через световые проемы в кровле. В вечернее время и при недостаточности естественного освещения в дневное время применяют искусственное освещение. Искусственное освещение общее равномерное. Предусмотрено эвакуационное освещение, которое составляет 10% от общего. Для данных условий зрительной работы нормированное значение освещенности составляет Ен = 200 лк, норма естественного освещения КЕО = 1,5%.

Меры защиты от шума

На проектируемом участке имеются следующие источники шума:

-от движения мостового крана;

-от вентилируемых установок;

-от работы электродвигателей и редукторов;

-от работы сварочных установок.

Шум на участке непостоянный прерывистый по времени и тональный по спектру.

Согласно ССБТ ГОСТ 12.1.003-83 «Шум. Общие требования безопасности» эквивалентный уровень шума в производственном помещении не должен превышать 80 дБ. Согласно ССБТ ГОСТ 12.1.035-81 «Оборудование для дуговой и контактной сварки. Допустимые уровни шума и методы измерения» уровень шума от сварочных машин и установок не должен превышать 80 дБ.

Снижение шума осуществляется сл...