Введение
Сварке подвергаютсяпрактически любые металлы и неметаллы в любых условиях на земле, в воде икосмосе. Соединения, получаемые сваркой, характеризуются высокими механическимисвойствами, небольшим расходом металла, низкой трудоемкостью и невысокойсебестоимостью. Надежность соединений, выполняемых сваркой, позволяет применятьее при сборке самых ответственных конструкций.
Научно-технические,экспериментальные и практические работы, выполняемые в последнее время(примерно с 1970-х годов) в области сварки, позволили создать принципиальноновые конструкции машин.
Главное требование- этосоответствие эксплуатационному назначению.
Конструкции должны бытьпрочными, жесткими и надёжными, а так же экономичными и минимально трудоемкимипри изготовлении и монтаже.
Каждая конструкцияпроходит 3 этапа: проектирование, изготовление и сборка или монтаж.
Основоположниками дуговойсварки являются российские ученые и инженеры- В.В.Петров, Н.Н.Бенардос, иН.Г.Славянов.
В дуговой электросваркеисточником тепла является электрическая дуга, которая возникает между электродоми металлом. Сущность электродуговой сварки в том, что свариваемый металлплавится теплом дуги.
При дуговой сваркеплавящимся электродом шов образуется за счет расплавления электрода исвариваемого металла. При сварке неплавящимся электродом шов заполняетсяметаллом свариваемых частей, но иногда присадочным металлом, подаваемым в зонудуги со стороны.
Темой данного проектаявляется сборка и сварка фланца.
1. Описание конструкции с анализом ее технологичности
Понятие технологичностисварной конструкции- это возможность изготовления всех деталей конструкции и сее наименьшими трудовыми затратами удобными способами и с применением самогопроизводственного оборудования, например штамповка деталей вместо кислороднойрезки.
Фланцы могут бытьэлементами трубы, фитинга, вала, корпусной детали и т.д. Фланец в видеотдельных деталей чаще всего приваривают или привинчивают к концам соединяемыхдеталей. Фланцы применяются для соединения изделий арматуры с трубопроводами,соединения отдельных участков трубопроводов между собой и для присоединениятрубопроводов к различному оборудованию. Фланцевые соединения обеспечиваютгерметичность и прочность конструкций, а также простоту изготовления, разборкии сборки.
При проектировании, а также при изготовлении сварных конструкций необходимо помнить, что очень большевнутренние напряжения (иногда- до частичного саморазрушения) возможны присварке электрозаклепками, поэтому следует избегать таких соединений, применяянахлесточную сварку либо в широких прорезях.
Конструкция технологична,т.к. ее можно сваривать ручной, полуавтоматической и автоматической сваркой.
2. Характеристики свариваемого материала
Свариваемость-этоспособность металлов и сплавов образовывать соединение с помощью сварки безтрещин, пор и других дефектов.
Низколегированные сталисодержат до 0,23% углерода, имеют легирующие добавки и иногда называютсясталями повышенной прочности.
Особенности сваркинизколегированных сталей: они ведут себя при сварке так же, как инизкоуглеродистая стал, но имеются отличия при действии термических циклов.
1. Больше склонность кросту зерен в околошовной зоне, особенно при перегреве.
2. Более склонны кподкладке при повышенных скоростях остывания.
3. Стойкость металла швапротив образования горячих трещин ниже из-за легирующих элементов.
4. Чувствительность кконцентраторам напряжений и даже к тепловым «ожогам».
Химический состав сталиC Si Mn S P Cr Ni 0,17-0,25 0,17-0,37 0,35-0,65 0,045 0,040 0,30 0,30
Механические свойствасталиПредел прочности кг/мм2 Отностительная удельная δ10% не меньше 40-52 22
3. Определение свариваемости материалаконструкции
Сэкв.=С + Mn/6+Cr/6+Si/5+P/2+Ni/12+S/5
Cэкв.=0,2+0,48/6+0,25/5+0,04/2+0,30/12=0,37
Если Сэкв.=0,46…0,59%, тосталь хорошо сваривается
Если Сэкв./>0,6%, то сталь плохосваривается
Вывод: Свариваемостьметалла хорошая, т.к. Сэкв.≤0,45
4. Разработкатехнологического процесса изготовления сварной конструкции
Способ изготовлениязаготовки и подготовка кромок.
Изготовление заготовкифланца можно разбить на следующие этапы:
1)правка листа
2)зачистка листа иподготовка поверхности
3)подготовка кромок подсварку
1)правка листа
Листа правильныемноговалковые машины предназначены для правки листового проката и листовыхзаготовок. Правкой осуществляет между рядами вращающихся валков, расположенныхв шахматном порядке расстояния между нижним и верхнем рядами валков регулируюти устанавливают в зависимости от толщины выправленного листа.При прохождениеммежду валками каждый участок листа получает многократный изгиб впротивоположены стороны и выправляется. В зависимости от величины искривлениялиста правка производится за один или несколько проходов листа правильныемноговалковые машины имеют 23 валка. Заготовка проходит между двумя рядами правильныхроликов, расположенных в шахматном порядке, многократно изгибается ивыправляется. Ролики выполняют сменными в зависимости от конфигурации сечениявыпрямляемого материала, что позволяет править на одно машин различныепрофилями.
2)зачистка листа иподготовка поверхности
Очистку применяют дляудаления с поверхности металла средств консервации, загрязнений, смазочно-охлаждающихжидкостей, ржавчины, окалин, заусенцев, грата и шлака, затрудняющих процесссварки, вызывающих дефекты сварных швов и препятствующих нанесению. Для очисткипроката, деталей и сварных узлов применяют механические и химические методы. Кмеханическим методам относятся способом очистки: дробеструйная, дробеметная, назачистных станках, в галтовочных барабанах, с помощью ручных пневматических иэлектрических машин. К химическим- обезжиривание и травление, выполняемыеванным или струйным способами.
Дробеструйный идробеметный способы применяют для очистки листов и профильного проката исварных узлов от окалины, ржавчины и загрязнений при толщине металла 3мм иболее. При дробеструйном и дробеметном способах очистки дробь выбрасывается сбольшой скоростью на очищаемый металл и ударяясь, удаляет имеющиеся на немзагрязнения, ржавчину и окалину.
Дробеструйная очисткаосуществляется дробеструйными аппаратами, которые выбрасывают дробь наочищаемую поверхность через сопло с помощью сжатого воздуха.
В дробеметных аппаратахдробь выбрасывается лопатками ротора в результате центробежной силы.Дробеметную и дробеструйную очистку производят в камерах, в которых установленыочистные аппараты, оборудованные для размещения и транспортировки очищаемыхизделий, устройства для сбора, сепарации (очистки), возврата дроби и длявытяжки загрязненного воздуха.
3)подготовка кромок подсварку
При назначении формподготовки кромок учитывают прежде всего глубину провара, технологические иэкономические условия процесса. Так например, стыковые соединения с V-образнойподготовкой кромок рекомендуется применять для металла толщиной 3-26мм. Привозможности кантовки стыкового соединения, при доступе с двух сторон, дляметалла толщиной 12-40мм выполняется К-образная подготовка кромок, при толщинедо 60мм Х-образная разделка. В данном курсовом проекте применяется именноХ-образная разделка кромок.
Выбор сварочныхматериалов.
Выбор сварочныхматериалов осуществляется с учетом химических и механических свойств сварочногометалла. Кроме того, нужно учитывать технологические особенности сварочнойконструкции и состав сварки. В данном случае для автоматической сварки фланцавыбирается следующие сварочные материалы:
1)сварочная проволокаСв-08А
2)флюс ФЦ-16
Электродная проволока приавтоматической сварке под флюсом является одним из основных элементов,определяющих качество сварного соединения. Ее выбирают в соответствии схимическим составом сварного материала и флюса. Механические свойстванаплавленного металла должны быть не менее нижнего предела механических свойствсварного металла.
Флюс является одним изважнейших элементов для успешного проведения сварки, и во многом определяеткачество металла шва. Основные требования:
-обеспечение устойчивогопроцесса сварки
-обеспечение отсутствиятрещин и пор в металле шва
-обеспечение требуемыхмеханических свойств металла шва
-обеспечение хорошегоформирования шва с легкой отделяемостью шлака
-минимальное выделениевредных газов при сварке
-сварка с их применениемдолжна быть экономически выгодной
Выбранный флюс долженсоответствовать требованиям ГОСТа и ТУ на данную марку.
Химический состав флюсаФЦ-16,% ОСТ 24.948.02-99SiO2 MnO MgO Al2O3 CaF2 CaO NaF Fe2O3 S P 26-32 3-6 6-9 17-21 12-18 15-21 3-8 1,0 0,03 0,035
Сварочная проволокаСв-08А ГОСТ 2246-70C Mn Si P S Cr Ni Al Cu 0.10 0.35-0.6 0.03 0.03 0.03 0.12 0.25 0.25 0.25
Выбор способов сборки исварки.
Для изготовления сварныхконструкций высокого качества требуется правильная сборка деталей свариваемогоизделия, т.е. правильная взаимная установка и закрепление.
Процесс сборкисвариваемого изделия из ряда последовательных операций. Сначала детали подаютсяна рабочее место, затем собирается изделие или сварной узел. Для этогонеобходимо установить детали в сборочном устройстве в определенном положении. Вэтих положениях детали должны быть закреплены, после чего их сваривают. Подачадеталей к месту сборки и установка их в требуемом положении осуществляетсяуниверсальным или специальным подъемно-транспортным оборудованием. Положениедеталей во время сборки определяется установочными элементами приспособленияили другими смежными деталями.
Таким образом, основнымназначением сборочного оборудования в сварочном производстве является фиксацияи закрепление свариваемых деталей. Сборочное оборудование делится на сборочноеи сварочно-сборочное.
На сборочном оборудованиисборка заканчивается прихваткой. На сборочно-сварочном- кроме сборки,производится полная или частичная сварка изделия, а иногда и выдержка послесварки с целью уменьшения сварочных деформаций. При этом сваривать можно как ипосле предварительной прихватки, так и без нее.
Назначение и конструкцияоборудования определяется техническим процессом, зависящим прежде всего отизделия: его формы, размеров, требуемой точности, типа производства, егопрограммы, наличия производственных площадей, загрузки рабочих мест, видасварки и других факторов.
При выборе способовсварки следует учитывать, что механизация и автоматизация сварочных работявляется важнейшим фактором повышения производительности труда, качествасварочного изделии и улучшений условий труда.
Выбор сборочно-сварочногооборудования.
Применяется при сваркеразличных типов соединений: стыковых (с разделкой и без разделки кромок),нахлёсточных, тавровых и угловых, прямолинейными и кольцевыми швами; прямым инаклонным электродом, а также для наплавки.
Наличие места длякрепления воздушной системы сбора флюса после сварки.
Сварочная головкакомплектуется микропроцессорным блоком управления автомата дуговой сваркиАДФ-1000.
Блок управления в составесварочной головки обеспечивает:
— плавную регулировкускорости подачи электродной проволоки — сварочного тока;
— стабилизацию скоростиподачи проволоки;
— цифровая индикациявеличины сварочного тока и напряжения;
предварительнуюустановку сварочного режима (сварочного напряжения, скорости подачи проволоки);
— работа автомата врежиме «Наладка» и «Сварка»;
— обеспечиваетстабилизацию режима сварки по напряжению, стабилизацию режима сварки по току;
Техническиехарактеристики автомата дуговой сварки АДФ-1000 Номинальное напряжение однофазной питающей сети частотой 50 Гц, В 42 Номинальный сварочный ток (при продолжительности включения ПВ = 100%), А 1000 Пределы регулирования сварочного тока, А
Определяются используемым
источником
питания Диаметры электродной проволоки, мм 2 — 5 Пределы регулирования скорости подачи электродной проволоки, м/ч (м/мин)
26 …360
(0,43 … 6,0) Угол поворота сварочной головки относительно вертикальной оси, град ±90 Угол поворота сварочной головки вокруг горизонтальной оси, град ±45 Угол наклона токоподвода относительно вертикальной оси, град
+45 («углом вперёд»)
–30 («углом назад») Ход вертикального суппорта, мм 100 Ход горизонтального суппорта, мм 100 Вместимость барабана (с внутренней заправкой проволоки) не более, кг 20 Вместимость кассетного устройства (для мотков проволоки) или кассеты (с наружной намоткой проволоки) не более, кг 30 Ёмкость бункера для флюса не менее, дм3 10
сварнойконструкция кромка оборудование
Расчёт режимов сварки.
Режимом сварки называетсясовокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получениесварных соединений заданных размеров, формы и качества.
Площадь поперечногосечения шва:
Fн.м.=1,5eq+4(S/2-C/2)2 .tgα+S.b
Fн.м=1,5.35.2,5+4(25/2-6/2).0,53+25=634,75мм2=6,34 см2
Примерное соотношениемежду диаметром электрода и толщиной свариваемого металла может быть сведена вследующую таблицу:Толщина свариваемого изделия, мм 1-2 3 4-5 6-12 13 и более Диаметр электрода, мм 1,5-2 3 3-4 4-5 5
Величина сварочного токарассчитывается по формуле:
I = />.100
I=/>
Напряжение на дуге:
U=40 B
Определяем коэффициентпровара:
/>пр.=1,5
Ширина шва:
/>пр… h=1,5.18=27 мм
Наплавка:
Fн=0,75.eq=0,75.3,5.27=70мм2=0,7 см2
Определяем коэффициентнаплавки:
/>= А + В/>
/>= 7+ 0,04/>=16,3 (A.u)
Действительныйкоэффициент наплавки:
/>н.д.= />+∆/>
/>н.д.=16,3+0,5=16,8 (А.ч)
Скорость перемещениядуги:
Vп.д. = />/>
Vп.д. = />/>=3,82м/ч
Скорость подачи сварочнойпроволоки:
/>
/>=123,5 м/ч
Расчет расхода сварочныхматериалов.
Расчёт расхода сварочныхматериалов производится исходя из расчётов поперечного сечения швов и их длины.
Электроды:
Gэл.=F.l.R=0,63.8179,7.7,8=40195гр=40,1кг
Флюс:
Gфлюса=40195.0,7=28136гр=28,1кг
Меры борьбы со сварочныминапряжениями и деформациями.
Сварка вызывает визделиях появление напряжений, существующих без приложения внешних сил.Напряжения возникают по ряду причин, прежде всего из-за неравномерногораспределения температуры при сварке, что затрудняет расширение и сжатиеметалла при его нагреве и остывании, так как нагретый участок со всех сторон окруженхолодным металлом, размеры которого не изменяются. Вследствие структурныхпревращений участков металла околошовой зоны, нагретых в процессе сварки вышекритических точек, в свариваемых конструкциях возникают структурные напряжения.В отличие от напряжений, действующих на конструкцию во время ее эксплуатации ивызываемых внешними силами, эти напряжения называют внутренними (собственными)и остаточными сварочными напряжениями. Бели значения сварочных напряженийдостигнут предела текучести металла, они вызовут изменение размеров и формы, т.е. деформацию изделия. Деформации могут быть временными и остаточными. Еслиостаточные деформации достигнут заметной величины, они могут привести кнеисправимому браку. Остаточные напряжения могут вызвать не только деформациюсварного изделия, но и его разрушение. Особенно сильно проявляется действиеэтих напряжений в условиях, способствующих хрупкому разрушению сварногосоединения, которое происходит в результате неблагоприятного сочетанияконцентрации напряжений, температуры и остаточных напряжений.
Для борьбы с остаточными деформациямии напряжениями следует соблюдать следующие правила:
1.При сборке конструкцийприменять по возможности сборочные приспособления (стяжные планки, клинья ит.п.), обеспечивающие свободное перемещение свариваемых конструкций от усадкишвов. Прихватки можно применять только для стыков деталей из тонкого металла(3—5 мм) и в нахлесточных соединениях. Следует строго соблюдать размерыпритуплений, зазоров и соосность элементов.
2.Выполнять необходимую последовательностьсварки швов; чередование слоев двухстороннего шва: чередование сварки поясныхшвов балок; строго выполнять последовательность и порядок сварки швов,указанные в типовой технологии или проекте производства сварочных работ.
3.Не допускать превышениявеличины тепловложения в шов (увеличения сила сварочного тока по сравнению срекомендуемой для электродов применяемого типа и диаметра).
4.Использовать жесткоезакрепление деталей перед сваркой для уменьшения их деформаций (если это предусмотренотехнологической запиской или инструкцией) с помощью прихваток илиприспособлений; использовать вибрацию конструкций в процессе сварки дляуменьшения деформаций и напряжений.
5.При сварке пластическихсталей и металлов использовать проковку слоев шва непосредственно за сваркой(еслиэто предусмотрено технологической запиской).
6.Использоватьпредварительный обратный выгиб листовых деталей (стенок и полок балок, листовкорпуса резервуаров и др.) для предупреждения угловой деформации.
7.При сварке листовыхрезервуарных конструкций (днищ и корпусов)сперва сваривать стыки между листами,а потом стыки между полосами или поясами, при обратном порядке не исключеныпоявление трещин в местах пересечений швов, а также увеличение коробленияконструкций.
8. В необходимых случаях применятьпредвари тельный и сопутствующий подогревы.
9.Применять в необходимыхслучаях общую или местную термическую обработку сварных соединений.
Из перечисленных способовснижения напряжений и деформаций обязательными для сварщика являются правила,указанные в п.п. 2, 3 и 7, остальные следует применять по указанию руководителясварочных работ или если они предусмотрены техническими условиями, а такжедругими технологическими документами.
Контроль качества сварныхсоединений.
Методы контроля качествасварных соединений могут быть разделены на две основные группы:
— методы контроля безразрушений образцов или изделий — неразрушающий контроль;
— методы контроля сразрушением образцов или производственных стыков — разрушающий контроль.
Группа методов контроля,объединенная общими физическими характеристиками, составляет вид контроля.
Все виды неразрушающегоконтроля классифицируются по следующим основным признакам:
• по характеру физическихполей или излучений, взаимодействующих с контролируемым объектом;
• по характеруаналогичных взаимодействий веществ с контролируемым объектом;
• по различным видаминформации о качестве контролируемого объекта.
Для контроля качествасварных соединений могут быть применены виды, имеющие наиболее широкое применениена практике: внешний осмотр, акустический, капиллярный и радиационный.
Каждый вид контроля имеетсвою оптимальную область применения, отличается определенными достоинствами инедостатками. Поэтому наиболее полную информацию о качестве изделия или сварногошва можно получить только при сочетании различных видов контроля.
Наиболее распространеннымвидом неразрушающего контроля является внешний осмотр и обмер сварных швов,который имеет существенное значение для получения качественных сварныхконструкций.
Широкое применениеполучил радиационный вид контроля, осуществляемый с помощью рентгеновского игамма-излучений, которые проникают через контролируемый объект и изменяютинтенсивность излучения в местах наличия дефектов. Это изменение регистрируетсяна рентгеновской пленке или на пластине (радиографический метод).
Радиационные методыпозволяют выявить скрытые внутренние дефекты в стыковых швах практически любыхматериалов. Невозможно обнаружить дефекты только в угловых швах.
Из акустических методовконтроля наибольшее распространение получила ультразвуковая дефектоскопия.Хорошо обнаруживаются дефекты с малым раскрытием, типа трещин, газовых пор ишлаковых включений, в том числе и те, которые невозможно определитьрадиационной дефектоскопией. Среди магнитных методов контроля следует отметитьмагнитографический и магнитопорошковый. Наибольшее распространение имеетмагнитопорошковый метод, так как он позволяет визуально наблюдать расположениеферромагнитного порошка вокруг дефекта. Однако этот метод применим только дляконтроля ферромагнитных материалов (углеродистые стали).
В капиллярном видеконтроля используют движение индикаторного вещества, т.е. проникновениеиндикатора по микропорам и микротрещинам, вглубь дефектов как бы по капиллярам.После нанесения индикаторов на поверхность шва и выдержки излишний индикаторудаляют. Оставшийся в дефектах индикатор под воздействием облучения начинаетвысвечиваться и тем самым обнаруживаются дефекты сварного шва.
6. Техникабезопасности при выполнении сборочных и сварочных работ
При сборке сварныхконструкций следует соблюдать следующие требования:
1)все обрабатываемыеизделия должны устанавливаться и надёжно закрепляться в приспособлениях
2)пользоваться толькопроверенным подъёмно-транспортным оборудованием
3)при работе совместно сэлектросварщиками нужно пользоваться очками или маской с тёмными стёклами
4)при заточке инструментана наждаке без защитного экрана и при работе со шлифовальной машиной работать вочках с прозрачными стёклами
При сварочных работахследует руководствоваться следующими требованиями:
1)работа должнапроизводиться только со щитком или маской, закрывающей все части лицаработающего и снабжённой необходимым светозащитным стеклом
2)спецодежда должнаудовлетворять установленным нормам
3)для защиты окружающихот действия электрической дуги рабочее место электросварщика должно бытьограждено
4)присоединение проводовк свариваемому изделию, электрододержателю и сварочным установкам должно бытьплотным и прочным
5)при сварочных токах,превышающих 600 А, токоведущий провод должен присоединяться кэлектрододержателю, минуя его рукоятку
6)рукояткаэлектрододержателя должна быть изготовлена из диэлектрического итеплоизолирующего материала
7)для защиты от флюсовойпыли, выделяющейся при сварке, используются флюсоотсосы, а рабочее местообеспечивается вентиляцией
8)горелки для сварки вуглекислом газе не должны иметь открытых токоведущих частей, а рукоятки должныбыть покрыты диэлектрическим теплоизолирующим материалом
9)в случае появленияискрения между корпусом горелки и деталью сварка должна быть прекращена доустранения неполадок
10)газовые и водяныекоммуникации должны быть герметичными и не иметь утечек газа или воды
Основными мерами защитыот пожара являются: наличие исправной электропроводки, сварочных проводов идругих источников, отсутствие при работе на участке легковоспламеняющихсявеществ, соблюдение всех требований противопожарных правил всеми работающими научастке.
Список литературы
1.Куркин С.А., Николаев Г.А. Сварные конструкции – М: Высшаяшкола, 1991
2.Рыжков Н.И. Производство сварных конструкций в тяжёломмашиностроении – М: 1980
3.Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением – Л:Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987
4.Сварка в машиностроении. Справочник под ред. В.А. Винокурова– М, 1978
5.Гитлевич А.Д., Этингоф Л.А. Механизация и автоматизациясварочного производства – 6.М: Машиностроение, 1979
Маслов Б.Г., Выборнов А.П. Производство сварных конструкций –М: Академия, 2008