Дипломная (вкр): Разработка технологии сварки балки двутавровой

Разработка технологии сварки балки двутавровой

СОДЕРЖАНИЕ

1. Анализ конструкции изделия

.1 Назначение, особенности и условия эксплуатации сварной конструкции

.2 Материал сварной конструкции, количество конструкционных элементов, габаритные размеры конструкционных элементов, толщина металла

.3 Характеристика основного металла по химическому составу

.4 Характеристика основного металла по механическим свойствам

.5 Характеристика основного металла по свариваемости

2. Выбор и обоснование выбора способа сварки конструкции

.1 Выбор и обоснование выбора сварочного оборудования

.2 Выбор и обоснование выбора сварочных материалов

.3 Определение параметров сварных швов и режимов сварки

. Разработка технологии изготовления сварной конструкции

.1 Заготовительные операции

.1.1 Оборудование, приспособления, инструмент для выполнения заготовительных операций

.2 Сборочные операции

.2.1 Оборудование, приспособления, инструмент для выполнения сборочных операций

.3 Сварочные операции

.3.1 Оборудование, приспособления, инструмент для выполнения сварочных операций

.4 Отделочные операции (зачистка сварных швов)

.4.1 Оборудование, приспособление, инструмент для выполнения отделочных операций

.5 Контроль качества продукции

4. Расчет основных нормативов процесса производства

.1 Определение расхода сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки)

.2 Определение основного технологического времени

.3. Определение расхода электрической энергии

Список использованных источников

1. Анализ конструкции изделия

.1 Назначение, особенности и условия эксплуатации сварной конструкции

Балки двутавровые больше известны как элементы перекрытий каркасов промышленных зданий, имеющих большие пролеты. Их используют также при возведении мостов и других подвесных путей, колонн и другого во всех тех местах, где присутствуют повышенные нагрузки и им необходимо противостоять. Они воспринимают нагрузку от вертикального поперечного воздействия, которая одновременно отражается на стенах, колоннах и других опорах.

1.2 Материал сварной конструкции, количество конструкционных элементов, габаритные размеры конструкционных элементов, толщина металла

Для выбора материалов для сварных конструкций, рассматривают следующие вопросы:

обеспечение надежности эксплуатации конструкции при заданных нагрузках, агрессивных средах и переменных температурах;

область применения выбранной марки стали;

обосновав выбор марки стали, необходимо указать химический состав и механические, технологические и физические свойства стали.

Балка двутавровая изготовлена из стали мари 10ХСНД. Расшифровка стали 10ХСНД: 0,10% углерода, до 1% хрома, до 1% кремния, до 1% никеля, до 1% меди. Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций. 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.

Балка двутавровая чертеж № КР 00.00.00СБ изготовлена с учетом следующих деталей: 2 полки (позиция 1), 1 стенка (позиция 2), 4 ребра жёсткости (позиция 3).

Размеры балки двутавровой: длина 4000 мм, ширина 600 мм, высота 600 мм. Толщина деталей 8 мм.

1.3 Характеристика основного металла по химическому составу

Сталь марки 10ХСНД конструкционная низколегированная для сварных конструкций. Применяется в элементах сварных металлоконструкций и различных деталях, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 до 450 °С.

Таблица 1. Химический состав стали марки 10ХСНД

сварка балка двутавровый шов

1.4 Характеристика основного металла по механическим свойствам

Механические свойства описывают и объясняют способность того или иного металла осуществлять сопротивление на силовые факторы из внешней среды. И соответственно есть числовые показатели, указывающие степень сопротивления того или иного металла. К основным механическим свойствам металлов и сплавов на сегодняшний день относят твердость, прочность, и ударную вязкость. Величины этих свойств определяют во время опытов, предусматривающие силовую нагрузку на металл или сплав.

Твердость - способность стали сопротивляться проникновению в нее других твердых тел.

Прочность - способность материала выдерживать внешнюю нагрузку без разрушения.

Ударная вязкость - способность стали противостоять динамическим нагрузкам.

Таблица 2. Механические свойства стали марки 10ХСНД

σ0,2  - предел текучести условный, МПа

σв      - предел прочности при растяжении, МПа

δ5      - относительное удлинение после разрыва, %

1.5 Характеристика основного металла по свариваемости

Свариваемость - это свойство металлов образовывать неразъемные соединение.

Углерод (С) - одна из важнейших примесей, определяющая прочность, пластичность, закаливаемость и др. характеристики стали. Содержание углерода в сталях до 0,25% не снижает свариваемости. Более высокое содержание "С" приводит к образованию закалочных структур в металле зоны термического влияния и появлению трещин.

Сера (S) и фосфор (P) - вредные примеси. Повышенное содержание "S" приводит к образованию горячих трещин <#"864120.files/image001.gif">

Рисунок 2. Схема сварки в среде углекислого газа

2.3 Определение параметров сварных швов и режимов сварки

В режимы полуавтоматической сварки в среде углекислого газа входят: род электрического тока и полярность, сила сварочного тока, напряжение дуги, скорость сварки, расход защитного газа, диаметр электродной проволоки, скорость подачи проволоки.

При полуавтоматической сварке в углекислом газе обычно применяют постоянный ток обратной полярности, так как сварка током прямой полярности приводит к неустойчивому горению дуги.

С увеличением силы сварочного тока увеличивается глубина провара и повышается производительность процесса сварки. Чем длиннее дуга, тем больше напряжение. Чем короче дуга, тем стабильней процесс сварки, меньше разбрызгивание и выше качество шва. С увеличением напряжения дуги увеличивается ширина шва и уменьшается глубина его провара. Скорость подачи электродной проволоки подбирают так, чтобы обеспечивалось устойчивое горение дуги при выбранном напряжении. С увеличением вылета электрода из токоподводящего мундштука ухудшается устойчивость горения дуги и формирование шва, а также увеличивается разбрызгивание.

Таблица 4. Режимы полуавтоматической сварки

При сварке с малым вылетом из сопла горелки затрудняется наблюдение за процессом сварки и подгорает контактный наконечник. При чрезмерном увеличении этого расстояния возможно загрязнение металла шва кислородом и азотом воздуха, и образование в нём пор. Для получения хорошего качества сварных швов необходимым условием является поддержание постоянной длины дуги.

Плотность тока обычно составляет 30-100 А/мм², при этом глубина проплавления металла равна 7-20 мм.

Скорость подачи электродной проволоки подбирают с таким расчётом, чтобы обеспечивалось устойчивое горение дуги при выбранном напряжении на ней.

Расход углекислого газа определяют в зависимости от силы тока, скорости сварки, типа соединения и вылета электрода. В среднем газа расходуется от 5 до 20 л/мин. Наклон электрода относительно шва оказывает большое влияние на глубину провара и качество шва. В зависимости от угла наклона сварку можно производить углом назад и углом вперёд.

При сварке углом назад в пределах 5 - 10 град. улучшается видимость зоны сварки, повышается глубина провара и наплавленный металл получается более плотным.

Скорость сварки устанавливается самим сварщиком в зависимости от толщины металла и необходимой площади поперечного сечения шва.

Рисунок 3. Геометрические параметры сварных швов таврового соединения Т8

Определяем расчетную длину проплавления по формуле:

 = (0.4÷1.1)*К (1)

где, К - катет шва, мм.

Принятые числовые значения символов:

К = 8мм

Решение:

Hp = 1,0 * 8мм = 8 мм

Определяем площадь поперечного сечения

 = π * d²/4 (2)

Решение:= 3, 14 * 22 / 4 = 3, 14 * 4 / 4 = 12,56 / 4 = 3,14 (см2)

Определяем диаметр электронной проволоки по формуле:

эл = 4√Hp ± 0.05Hp (3)

Решение:

Dэл = 4√8мм ± 0.05 * 8 = 2,0мм ± 0,4 мм = 2,0 мм

Dэл = 2,0 мм

св = I * Fэ, (4)

Решение:

Iсв = 100 * 3,14 = 314 А

В целях уменьшения разбрызгивания и стабилизации дуги принимаем сварочный ток 260 А.

Определяем напряжение сварочной дуги по формуле:

св=14+0,05*Iсв (5)

Решение:

Uсв=14+0,05*260А=27В

Принимаем Uсв=27В.

Определяем вылет электродной проволоки по формуле:

ℓэл = 10 * dэл ± 2 * dэл (6)

Решение:

ℓэл = 10 * 2,0 мм + 2 * 2,0 мм = 20 мм + 4,0 мм = 24,0 мм

ℓэл = 10 * 2,0 мм - 2 * 2,0 мм = 20 мм - 4,0 мм = 16,0 мм

Определяем скорость подачи электродной проволоки по формуле:

υэл = 0,53 * Iсв / dэл + 6,94 * 10-4 (Iсв / dэл3) (7)

Решение:

υэл = 0,53 * 260А / 2,0 мм + 6,94 * 10-4 (260А / 2,03 мм) = 69 м/ч

Принимаем υэл = 69 м/ч

Определяем оптимальный расход защитного газа по формуле:

3 = 3,3 * 10-3 * Iсв (8)

Решение:

g3 = 3,3 * 10-3 * 260 = 3,3 * 0,001 * 260 = 0,8 л/мин

3. Разработка технологии изготовления сварной конструкции

Для сварки подкрановой балки будет применяться полуавтоматическая сварка в середе СО2 ГОСТ 14771-76 (Дуговая сварка в защитном газе).

Полуавтоматическая сварка - это вид дуговой сварки, при котором сваривание происходит благодаря автоматически подающейся в зону сварки электродной проволоки с одновременной подачей в ту же зону защитного газа. В состав сварочного полуавтомата входит источник сварочного тока и сварочный аппарат. Составные части сварочного полуавтомата и их функции определяются уровнем механизации и автоматизации процесса, параметрами режима сварки, необходимостью их установки и регулировки в режиме наладки и сварки (рисунок 3).

Рисунок 3. Установка для дуговой механизированной сварки в СО2:

- изделие; 2 - кнопка "Пуск"-"Стоп"; 3 - горелка; 4 - гибкий шланг; 5 - механизм подачи электродной проволоки; 6 - пульт управления; 7 - катушка; 8 - кабель цепей управления; 9 - блок управления полуавтоматом; 10 - шланг для подачи защитного газа; 11 - газовый редуктор; 12 - подогреватель СО2; 13 - баллон с СО2; 14 - сварочный выпрямитель.

На основании выбранного сварочного оборудования, рассчитанных режимов сварки, разрабатываем технологический процесс сборки.

Сборка подкрановой балки выполняется по технологическому процессу в следующей последовательности: подача деталей; их ориентация относительно друг друга или какой-либо одной детали; соединение; закрепление; снятие собранного узла и контроль. Немалую роль при сборке подкрановой балки играет точность сборки. К основным показателям точности сборки относят: точность относительного движения исполнительных поверхностей; точности их геометрических форм и расстояний между этими поверхностями; точность их относительных поворотов.

Технологический процесс сборки изделия разрабатывается с учетом типа производства, заданной программы, применяемого оборудования и материалов, необходимого количества рабочих и рабочих мест. На основании разработанного технологического процесса производится расчет норм времени на изготовление узлов, определяется количество оборудования, приспособлений, рабочих.

Сварка - это процесс получения неразъемного соединения. Сварка является одним из ведущих технологических процессов получения металлических конструкций. Технологический процесс сварки включает в себя последовательность технологических операций; (а именно подготовку металла, сборку заготовок на прихватках, сварку, зачистку, контроль); разбивку конструкции на отдельные технологические узлы или элементы.

Технологические процессы заводской и монтажной сварки подкрановой балки должны обеспечивать получение сварных соединений, в полной мере удовлетворяющих требованиям проекта.

3.1 Заготовительные операции

В заготовительные операции входят: правка металла, резка, очистка, разделка кромок.

Технологический процесс заготовки деталей изделий из проката начинается с подбора металла по размерам и маркам стали. Металл, поступающий с металлургических заводов, заготовки после резки и других заготовительных операций, требует правки. Вследствие неравномерного остывания, после прокатки металл деформируется, получает дополнительную деформацию при вырезке деталей.

Правка деформированного металла осуществляется путем создания местной пластической деформации и может производится в холодном стоянии или при предварительном подогреве.

Разметка - это процесс нанесения на металл в натуральную величину контура детали. В процессе разметки необходимые указания по обработке наносят на металл с использованием мерительного и специального инструмента: металлических рулеток, линеек, чертилок, угольников, молотков и др. Качество разметки во многом зависит от точности мерительного инструмента.