Курсовая. ВВЕДЕНИЕ(н). 1. Общая часть Описание сварной конструкции изделия
 Скачать 1.41 Mb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Сварка – технологический процесс, как и обработка металлов резанием, литье, ковка, штамповка. Большие технологические возможности сварки обеспечили её широкое применение при изготовлении и ремонте судов, автомобилей, турбин, котлов, реакторов, мостов и других металлических конструкций. Перспективы сварки как в научном, так и в техническом плане безграничны. Её применение способствует совершенствованию машиностроения и развитию ракетостроения, атомной энергетики, радиоэлектроники. Одно из наиболее развивающихся направлений в сварочном производстве – широкое использование механизированной и автоматической сварки. Речь идет как о механизации и автоматизации самих сварочных процессов (переход от ручного труда сварщика к механизированному), так и о комплексной механизации и автоматизации, охватывающей все виды работ, связанных с изготовлением сварных конструкций и созданием потолочных и автоматических производственных линий. С развитием техники возникает необходимость сварки деталей разных толщин из разных материалов, в связи с этим постоянно расширяется набор применяемых видов и способов сварки. В настоящее время сваривают детали толщиной от нескольких микрометров (в микроэлектронике) до десятков сантиметров и даже метров (в тяжелом машиностроении). Наряду с конструкционными углеродистыми и низколегированными сталями все чаще приходится сваривать специальные стали, легкие сплавы на основе титана, молибдена, хрома, циркония и других материалов, а также разнородные материалы. Выполнение дипломного проекта учит самостоятельно решать несложные технологические задачи при проектировании сварной конструкции, пользоваться сварочно-технической литературой по сварке, увязывать теоретические знания с практикой. 1. Общая часть 1.1. Описание сварной конструкции изделия Колонна - это металлическая конструкция которая работает на сжатие и применяется в качестве промежуточных опор для балок, ферм, перекрытий больших пролётов. Колонна состоит из оголовка, стержня и базы. Оголовок состоит плиты, вертикальных и горизонтальных рёбер жёсткости и предназначен для установки конструкций нагружающих колонну. Стержень состоит из двух швеллеров, расположенных полками вовнутрь, соединённых планками. Стержень является основным несущим элементом колонны. База служит для распределения равномерно по площади опирания и обеспечивает закрепление нижнего конца в фундаменте. База состоит из опорной плиты и траверс. Сечения элементов выбирают такими, чтобы обеспечить одинаковую жесткость в обоих направлениях. Такие колонны имеют достаточно высокую технологичность в изготовлении и экономичны то затратам металла. С точки зрения экономики еще более рациональны колонны трубчатого сечения. Однако ввиду дефицита труб такие колонны применяются редко. 1.2. Материалы сварной конструкции Для обеспечения необходимых условий работы сварных соединений и конструкций решающее значение имеет выбор материала. Правильным выбором основного металла можно обеспечить не только необходимую прочность несущих элементов в конструкции, но также и прочность околошовных зон. Для строительных конструкций применяют, стали обладающие достаточной прочностью и пластичностью, хорошей свариваемостью, прочностью при динамических воздействиях, стойкостью при низких и отрицательных температурах. Выбор марки стали для конструкции К3т производен согласно СНиП II-23-81* в соответствии с режимами работы конструкции и температуры ее эксплуатации. Качество и марки материалов, применяемых в соответствии с проектом при изготовлении и монтаже конструкций, должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов и технических условий и удостоверяться сертификатами или паспортами заводов-поставщиков. С учетом приложения 5 СНиП 2.01.-85 «Карты районирования территорий России по климатическим характеристикам», колонна располагается в области со среднегодовой температурой окружающей среды до -40С. В зависимости от степени ответственности конструкций зданий и сооружений, а также от условий их эксплуатации все конструкции разделяются на четыре группы. Согласно СНиП II-23-81* табл. 50* сварные конструкции и их элементы, работающие при статической нагрузке подверженные сжатию или сжатию с изгибом, относятся ко 3 группе (колонны), наиболее ответственные элементы конструкции изготавливается сталь 375 поз.1-3;8,9,15-18, остальные сталь 245 поз. 4-7;10-14. Это группа конструкционных низкоуглеродистых сталей содержание каждого из легирующих компонентов не превышает 2%, а суммарное содержание легирующих компонентов менее 3,5%. Конструкционными называют, стали, предназначенные для изготовления деталей машин, приборов и инженерных конструкций, подвергающихся механическим нагрузкам. Изделия из таких сталей работают при невысокой температуре (до 450 °С) и в неагрессивных средах. Содержание углерода в стали определяет ее основные физические, механические и технологические характеристики. Отличительной особенностью этих сталей является малое содержание углерода и высокие механические характеристики. Сваривается, без ограничений всеми способами плавления имеют высокие показатели по ударной вязкости. Полученное после сварки равнопрочное соединение, швы которого обладают удовлетворительной стойкостью к образованию кристаллизационных трещин. Что обусловлено низким содержанием углерода до 0.25%. Условия поставки стали следует оговаривать на рабочих (КМ) и на деталеровочных (МКД) чертежах стальных конструкций и в документации по заказу. Сталь должна поставляться в соответствии с ГОСТ 27772-88, химический состав стали по плавочному анализу ковшовой пробы должен соответствовать нормам приведенным в табл. 1. Таблица 1.
Механические характеристики дифференцированы в зависимости от толщины проката и марки стали. Механические свойства при растяжении, ударная вязкость, а также условия испытаний на изгиб должны соответствовать для листового и широкополосного универсального проката табл. 2.
Учитывая эксплуатационные нагрузки, климатические и температурные условия на основании СНиП II-23-81*табл.55* материалы для соединения элементов стальной конструкции представлены в табл. 3. Таблица 3. Материалы для сварки
При сборе на прихватку использовать электроды типа Э46, Механические свойства электрода указанные в табл.4, должны соответствовать ГОСТ 9467-75. Временное сопротивление разрыву шва 46кгс/мм. Покрытие электродов обеспечивает стабильное горение сварочной дуги, получение металла шва с заранее заданными свойствами. Дуга должна легко возбуждаться и стабильно гореть. Равномерное расплавление покрытия, без чрезмерного разбрызгивания отваливания кусков и образования чехла или козырька, препятствующих нормальному плавлению электрода при сварке во всех пространственных положениях. Рекомендованных для электродов данной марки; в металле шва, а так же в металле, наплавленном предназначенными для сварки электродами, не должно быть трещин, надрывов и пор; образовавшийся при сварке шлак должен обеспечивать правильное формирование валиков шва и легко удаляться после охлаждения. Покрытие должно быть плотным, прочным, без вздутий, пор, наплывов. На поверхности покрытия электродов допускаются продольные трещины и местные сетчатые растрескивания суммарным числом не более двух на электрод при протяжении каждой трещины или участка растрескивания не более 10мм для электродов диаметром до 4мм включительно и не более 15мм для электродов диаметром более 4мм. Данный тип электродов соответствует марке АНО 4. АНО 4 имеют в своем составе преобладающее количество рутила (ТiО2), которое технологично и менее вредно для органов сварщика, чем другие. Электроды должны соответствовать техническим требованиям ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические, для ручной дуговой сварки наплавки» Таблица 4.
Общая сварка колонны производится полумеханизированным способом в защитном газе СО2. Сварка ведется проволокой СВ08Г2С. СВ08Г2С является специальной, т.к. стандартом к ней предусмотрены специальные требования, по химическому составу, способу, точности изготовления и упаковки, в отличии от обычной товарной проволоки. Технические требования к проволоке должны соответствовать ГОСТ 2246-70. Проволока поставляется в мотки с внутренним диаметром от 150 до 750мм, массой от 1.5 до 40кг. Проволока в мотках, катушках или кассетах должна состоять из одного отрезка, свернутого неперепутанными рядами и плотно укатанного таким образом, чтобы исключить возможность разпушивания или разматывания мотка. Концы проволоки должны быть легко находимы. Допускается контактная стыковая сварка отдельных кусков проволоки одной плавки. Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой. Без трещин, расслоений, плен, закатов. Раковин, забоин, окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. Проволока поставляется партиями. Каждая партия должна состоять из проволоки одной марки, одной плавки, одного диаметра, одного назначения и одного вида поверхности. Каждый моток или бухта должны иметь бирку, на которой указано наименование завода изготовителя, условное обозначение проволоки, номер партии, клеймо технического контроля. Каждая партия должна иметь сертификат, удостоверяющий качество, повторная прокалка при температуре указанной в сертификате; проволока подлежит механической или химической очистке, перед механической очисткой прокалить проволоку при температуре 150°С, после химической очистки просушка на открытом воздухе. Химический состав сварочной проволоки СВ08Г2С указан в табл. 5. Таблица 5
В качестве защиты зоны сварки и физической изоляции сварочной ванны от атмосферного воздействия, стабилизации дугового разряда, химического воздействия с жидким металлом и формирования поверхности шва при полумеханизированной сварке использовать углекислый газ СО2 по ГОСТ 8050-85 высшего сорта с содержанием жидкого газа 99.8%, поставляемого в баллонах по ГОСТ 949-73 под давлением 20 МПа в жидком виде. Углекислый газ относится к окислительным газам, поэтому его в основном применяют для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. СО2 является активным газом может вступать в химическое взаимодействие со свариваемыми металлами или растворяться в нем. Жидкую двуокись углерода в баллонах транспортируют всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов. Транспортируемые баллоны должны находиться в горизонтальном положении с прокладками между ними или в вертикальном положении при наличии защитных колец и при условии плотной погрузки. Транспортная маркировка наносится в соответствии с ГОСТ 14192-77 с нанесением манипуляционного знака «Боится нагрева» и предупредительной надписью «Не бросать». На каждый баллон наклеивают ярлык с обозначениями: наименования предприятия изготовителя и его товарный знак; наименования и сорта продукта; номера партии и даты их изготовления; обозначение настоящего стандарта. Баллоны окрашивают в черный цвет. Для двуокиси углерода получаемой на базе экспанзерного газа очистки коксового газа, наносят предупредительную дополнительную надпись: «Применение для пищевых целей не допускается». Жидкую двуокись углерода высокого давления хранят в баллонах в специальных складских помещениях или на открытых огражденных площадках под навесом, защищающим баллоны от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей. Допускаемое отклонение массы нетто наполненных баллонов не должно превышать 2% от номинальной. Баллоны и другие сосуды высокого давления поступающие от потребителей, должны иметь остаточное давление двуокиси углерода не ниже 4 кгс/см2. По физико-химическим показателям жидкая двуокись углерода должна соответствовать нормам, указанным в таблице 6. Таблица 6. «Нормы жидкой двуокиси углерода по физико-химическим показателям»
Сварка двутаврового стержня колонны производится автоматизированной сваркой под слоем флюса. Конструктивные элементы подготовки кромок и размеры сварных швов регламентируются ГОСТ 8713-79. Необходимый уровень механических и технологических свойств сварных соединений достигается при использовании в качестве сварочной проволоки Св08А в сочетании с высококремнистым флюсом АН-348-А. При этом удается реализовать такое преимущество данного вида сварки, как возможность получения швов с глубоким проплавлением за один проход без разделки кромок, увеличение при этом доли участия основного металла в металле шва не снижает технологической прочности швов вследствии пониженного содержания в них углерода. Флюсы не должны содержать инородных примесей. Относительная влажность готового флюса в момент упаковывания должна быть не более 0.1%. Сварочно-технологические свойства флюсов при соблюдении режимов и условий сварки, установленными техническими условиями на флюс конкретной марки, и при отсутствии магнитного дутья должны удовлетворять следующим требованиям - дуга должна легко возбуждаться и стабильно гореть; сварочный валик должен иметь ровную гладкую поверхность с выпуклостью не более 4мм и плавным переходом к основному металлу; шлак должен обеспечивать хорошее формирование валиков наплавленного металла и легко удаляться после охлаждения; поры трещины и надрывы на поверхности металла не допускаются. Химический состав флюса указан в таблице 7. Таблица 7. «Химический состав флюса»
Таблица 8. «Характеристика плавленых флюсов»
2. ВЫБОР СПОСОБА СВАРКИ И СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНЯ 2.1.Обоснование выбора способа сварки Операции сборки под сварку не представляет собой технических трудностей, но порядок и количество прихваток, а так, же размеры влияют на качество сварной конструкции. Сборочная операция предусматривает сборку и прихватку деталей перед сваркой. Согласно СНиП III-18-75 сборка конструкций может производиться только из выправленных деталей и элементов, очищенных от заусенцев, грязи, масла, ржавчины, влаги, льда и снега. При сборке конструкций и деталей не должно допускаться изменение их формы, не предусмотренное технологическим процессом, а при кантовке и транспортировании — остаточное деформирование их. Перенос и кантовка краном тяжелых и крупногабаритных конструкций и их элементов, собранных только на прихватках, без применения приспособлений, обеспечивающих неизменяемость их формы, не допускается. Прихватки, предназначенные для соединения собираемых деталей, должны размещаться в местах расположения сварных швов. Размеры сечения прихваток должны быть минимально необходимыми для обеспечения расплавления их при наложении швов проектного сечения. Прихватки накладывают коротким валиком, по качеству соответствующие качеству рабочего шва. Высота каждой прихватки не должна превышать 3мм, при длине 50мм, при сборке двутаврового стержня следует использовать шаг прихватки 250мм, под полумеханизированный способ принимаем шаг прихватки 150мм, но не более одной на детали. Прихваточные швы получаются короткие и прерывистые, для них целесообразней применить ручной дуговой способ сварки. Этот способ не требует сложных переналадок оборудования и имеет большую мобильность. Согласно СНиП III-18-75 п.1.3-сварка стальных конструкций должна производиться высокопроизводительным механизированным способом. Сварку стальных конструкций следует производить по разработанному и контролируемому технологическому процессу, который должен обеспечить требуемые геометрические размеры швов и механические свойства сварных соединений. Для сварки двутаврового стержня колонны (поз.1, поз.2) принимаем механизированную сварку под слоем флюса, так как она наиболее подходит для сварки длинных прямолинейных швов. Производительность этого вида сварки достигается за счет увеличения скорости сварки, повышения коэффициента наплавки и уменьшения количества присадочного материала, высокое качество сварного шва достигают защитой расплавленного металла флюсом от воздействия кислорода и азота воздуха и лучшим формированием металла шва. Экономию сварочных материалов получают за счет уменьшения расхода электродной проволоки на угар, разбрызгивание и сварку, отсутствует покрытие на сварочной проволоке. Эксплуатационные преимущества заключаются в полной автоматизации процесса сварки. Кроме того, сварка под слоем флюса значительно улучшает условия труда сварщика, повышает культуру производства. При общей сварке колонны предлагается использовать полумеханизированный способ в среде углекислого газа, так как протяженность сварного шва на деталях конструкции не превышает 1 метра. Достоинства сварки в углекислом газе: высокая производительность, большой диапазон свариваемых толщин, высокая маневренность, низкая себестоимость. В настоящее время этот вид сварки применяется практически во всех отраслях промышленности. Сварка в СО2 дает более глубокий провар, чем электродом, поэтому при переходе от ручной сварки оправданным считается уменьшение катетов примерно на 10%. Полумеханизированный способ сварки в СО2 применяется для сварки коротких швов и швов недоступных для сварки автоматом. Кроме того, сварка в среде углекислого газа не требует времени для подачи, удержания и удаления флюса. Качество сварного шва обеспечивается из-за малого угара легирующих элементов, возможности наблюдать за образованием шва, низкой стоимостью защитного газа. Механизированная подача сварочной проволоки механизирует одну из главных операций при сварке. При этом проволока подается равномерно с заданной скоростью. Таблица 10 Значения длин шва и прихватки для автоматической и полуавтоматической сварки
2.2.Выбор сварочных (наплавочных) материалов Правильный подбор сварочных материалов перед началом работ в наибольшей степени предопределяет качество конечного результата. Грамотно выбранные электроды для сварки, сварочная проволока, прутки и флюсы при соблюдении технологических норм рабочего процесса обеспечивают создание не имеющего трещин и иных дефектов сварочного шва с требуемыми механическими и химическими характеристиками. Двумя основными факторами, влияющими на определение необходимой марки сварочных материалов, являются: свойства основного металла используемый метод выполнения сварочных работ Этими же критериями руководствуются и при выборе присадочного металла для наплавки. В большинстве случаев состав применяемых сварочных материалов аналогичен по основным показателям составу свариваемого металла. К примеру, для сварки основного металла 304L с содержанием 18% Cr и 8% Ni используют присадочный металл 308L (19% Cr, 9% Ni). Сварочный материал должен содержать больший, по сравнению с основным металлом, объем Cr, Ni и Mo (которые являются основными легирующими элементами), для компенсации выделений из металла сварного шва, происходящих в ходе работ. С другой стороны, следует максимально уменьшить вероятность горячего растрескивания и добиться стабильного горения дуги. Для этого необходимо, чтобы процент примесей в сварочных материалах был меньшим, чем в основном металле. В значительной мере выбор сварочного материала зависит также от предъявляемых в техническом задании требований к сварным швам. Здесь приоритетными могут быть их прочностные характеристики, либо же уровень ударной вязкости – эти показатели влияют на выбор флюса. В целом, при создании сварочных соединений углеродистых сталей, характеристики сварного шва в наибольшей степени зависят от содержания трех элементов – углерода, кремния и марганца. Специалисты ООО «ПРОМСНАБ» готовы оказать своим клиентам профессиональную помощь в выборе оптимальных для конкретных производственных нужд сварочных материалов и предложить приобрести их на самых выгодных условиях. 2.3.Обоснование режимов сварки (наплавки) Выбор и обоснование методов сварки зависит от следующих факторов: - От вида сортамента металла и заготовок. - От химического состава металла, его теплофизических свойств, определяющих его технологическую свариваемость. - От толщины металла. - От назначения изделия, в зависимости от воспринимаемых нагрузок и условий эксплуатации. - От конструкции изделия, с учётом её сложности, массы, габаритов, типов нанесения швов в пространстве, характера работы швов. - От программы выпуска и типа производства. - От экономической эффективности способа сварки. Оценивая возможность применения тех или иных способов сварки необходимо учитывать как особенности производимых конструкций, так и характер производства. Соответственно оснащение участка должно быть достаточно универсальным. Для этого на участке предусмотрено применение наиболее универсальных способов сварки, которые обеспечивают выполнение необходимой номенклатуры работ. Сталь 12Х18Н10Т может свариваться различными способами сварки: ручная дуговая, полуавтоматическая в защитном газе, электрошлаковая. Ручная дуговая сварка нержавеющим электродом менее производительна, чем другие способы сварки, поэтому для сварки воздухоохладителя я предлагаю использовать полуавтоматическую сварку в аргоне так как этот способ, позволяет выполнять сварку в различных пространственных положениях. При полуавтоматической сварке в аргоне качество шва будет гораздо выше, чем при использовании других методов сварки. 2.4. Выбор источников питания и сварочного оборудования Промышленный классический сварочный аппарат MIG/MAG SYNERGIC.PRO² 250-4 – 450-4 Преимущества (рис. 1): Компактный или с отдельным подающим механизмом; Воздушное или жидкостное охлаждение; 4-х роликовый подающий механизм, гарантирующий надежную подачу присадочной проволоки даже при использовании сварочной горелки с длинным шлангом; Тележка для источника и газовых баллонов 50 л; Высокая продолжительность включения; Большой выбор сварочных принадлежностей; Промышленное применение.  Рисунок 1. Внешний вид сварочного полуавтомата | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
б,%
н, кгс м/см2