технологический процесс изготовления колонны С-14. ДИПЛОМ. Дипломная работа по специальности 22. 02. 06 Сварочное производство Тема Разработка технологического процесса сборки и сварки
 Скачать 1.28 Mb.
|
|
ГЛАВА 2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2.1 Выбор и обоснование способа сварки Наиболее приемлемыми способами сварки для колонн сквозного сечения являются используемый способ - ручная дуговая сварка покрытыми электродами и выбранный сварка в защитных газах (сварка в СО2). Ручная дуговая сварка штучными (покрытыми) электродами (сокращенно РДС) применяется для сварки углеродистых и нержавеющих сталей. Углеродистые стали могут свариваться на переменном и постоянном токе, нержавеющие стали - только на постоянном токе. Ручная электродуговая сварка покрытыми электродами позволяет использовать длинные сварочные кабели (при монтажных и строительных работ), сварочное оборудование для РДС транспортабельно и просто в обращении, а разнообразие марок электродов позволяет сваривать почти любой материал. Толщина металла соединяемых элементов более 2 мм при небольшой протяженности швов Сущность способа: К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный или переменный сварочный ток. Сварочная дуга горит между металлическим стержнем электрода и основным металлом. Под действием тепла дуги покрытие электрода, стержень и основной металл расплавляются, образуя сварочную ванну. Капли жидкого металла с торца расплавленного электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Плавящееся покрытие электрода, образует вокруг дуги газовою защиту и жидкую шлаковую ванну. По мере движения дуги, металл сварочной ванны остывает, образуя сварочный шов, покрытый шлаковой коркой. Достоинства способа: - простота и надежность оборудования; - возможность сварки во всех пространственных положениях и условиях монтажа; - возможность сварки в труднодоступных местах; - возможность сварки различных материалов. Недостатки способа: - малая производительность; - высокая квалификация сварщика при сварке ответственных сварных конструкций; - вредные и тяжёлые условия труда. Широкое распространение получили сварка и наплавка в среде углекислого газа (СО2) – сварка плавящимся электродом (проволокой). Такой способ является самым дешевым при сварке углеродистых и низколегированных сталей и более производительным. Поэтому по объему производства он занимает одно из первых мест среди механизированных способов сварки плавлением. При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струей защитного газа. Для сварки используется СО2 – бесцветный газ, со слабым запахом, в 1,52 раза тяжелее воздуха, нерастворим в твердых и жидких металлах. Выпускают углекислый газ сварочный, пищевой и технический, имеющие соответственно чистоту 99,5, 98,5 и 98,0 %. Для сварки газ поставляют и хранят в сжиженном состоянии под давлением 7 МПа в стальных баллонах объемом 40 л. Этого количества газа достаточно на 15-20 часов работы. Чтобы влага, содержащаяся в углекислоте, не вызывала разбрызгивание металла при сварке предусмотрен осушитель газа (медный купорос). В качестве редуктора используется обыкновенный кислородный редуктор. Сварка в углекислой среде производится током обратной полярности. Расход углекислого газа 400-500 л/мин. получается узкий и глубокий шов и малая зона термического влияния. Сварку в углекислом газе выполняют только плавящимся электродом на повышенных плотностях постоянного тока обратной полярности. 27 Сварка в атмосфере защитных газов в зависимости от степени механизации процессов подачи присадочной или сварочной проволоки и перемещения сварочной горелки может быть ручной, полуавтоматической и автоматической. Область применения сварки в защитных газах охватывает широкий круг материалов и изделий. В углекислом газе сваривают конструкции из углеродистых и низколегированных сталей. Преимущество полуавтоматической сварки в СО2 с точки зрения ее стоимости и производительности часто приводит к замене ею ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Достоинства способа: - возможность сварки во всех пространственных положениях; - высокая производительность (в 1,5-2 раза выше, чем у РДС); - высокая проплавляющая способность; - значительный спектр свариваемых материалов; - отсутствие шлаков на поверхности сварочной ванны; - более лёгкая техника сварки. Недостатки способа: - использование дополнительного газового оборудования; - проблемы сварки в условиях монтажа (сквозняки, ветер, дождь); - разбрызгивание при крупнокапельном переносе. Выбор того или иного способа сварки в каждом конкретном случае должен производится с учетом ряда факторов, главными из которых являются: -свойства свариваемого металла; -толщина металла; -габариты конструкции; -экономическая эффективность. По сравнению с другими способами, сварка в защитных газах обладает рядом преимуществом: -высокая степень концентрации дуги, обеспечивающая минимальную зону структурных превращений и относительно небольшие деформации изделия; -высокая производительность; -высокоэффективная защита расплавленного металла; -возможность визуального наблюдения за формированием шва; -низкая стоимость углекислого газа; -возможность сварки металлов различной толщины; -отсутствие операции по удалению шлака; -возможность сварки в различных пространственных положениях. Недостатки способа: -применение газовой аппаратуры; -применение защитных мер против световой и тепловой радиации дуги; -повышенное разбрызгивание электродного металла. На основании из выше перечисленных факторов выбираем сварку в среде углекислого газа плавящимся электродом. Сварка в углекислом газе. В процессе сварки в углекислом газе есть свои технологические особенности. Ее обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности плавящимся электродом. Главными параметрами режима сварки в СО2 и его смесях являются полярность и сила тока, напряжение дуги, диаметр, скорость подачи, вылет и наклон электрода, скорость сварки, расход и состав защитного газа. Выбирается сварочный ток и диаметр электродной проволоки исходя из толщины свариваемого металла и расположения шва в пространстве. Стабильный процесс сварки с положительными технологическими параметрами можно достичь только в определенном диапазоне силы сварочного тока, зависимой от диаметра и состава электродной проволоки и рода защитного газа. Величина сварочного тока характеризует глубину проплавления и производительность процесса сварки. Величину сварочного тока регулируют изменением скорости подачи сварочной проволоки. Основной параметр режима сварки в СО2 – это напряжение дуги. При повышении напряжения увеличивается ширина шва, улучшается его формирование, но вместе с этим увеличивается и угар полезных элементов кремния и марганца, повышается чувствительность дуги к магнитному дутью, увеличивается разбрызгивание металла сварочной ванны. Если понижено напряжение дуги, то становится хуже формирование сварочного шва. Оптимальные значения напряжения дуги зависит от величины сварочного тока, диаметра, а также от состава электродной 30 проволоки и защитного газа. Режим сварки в СО2 выбирают на основании обобщенных опытных данных. Перед тем, как приступить к работе со сваркой, необходимо настроить расход газа и подождать 20-30 секунд до того, как воздух полностью удалится из шлангов. Перед тем, как зажжётся дуга, необходимо проследить, чтобы вылет электрода из мундштука не был больше 20 - 25 мм. Движение горелки не должно сопровождаться задержкой дуги на сварочной ванне, так как эта задержка вызывает усиленное разбрызгивание металла. Сварка в нижнем положении осуществляется с наклоном горелки под углом 5 - 15° вперед или назад. Желательно вести сварку углом назад, так как при этом обеспечивается более надежная защита сварочной ванны 2.2 Выбор сварочных материалов Сварочные материалы при сварке опорной стойки принимаются исходя из способа сварки. Выбор сварочных материалов для ручной дуговой сварки покрытыми электродами в ГОСТ 9467 – 75 «Электроды, покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей» приведено четырнадцать типов электродов для сварки конструкционных сталей. К данным типам электродов относятся также и электроды для сварки низкоуглеродистых сталей. При сварке конструкций из низкоуглеродистых сталей широко используются электроды с рутил-карбонатным покрытием типа Э46 марки МР-3. Для особо ответственных сварных конструкций используют электроды с фтористо-кальциевым и фтористо-кальциево-рутиловым покрытием типа Э42А марок УОНИ-13/45 и СМ-11, обеспечивающие повышенные пластические свойства и стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. Электроды марки СМ-11 в отличии УОНИ-13/45 пригодны для сварки не только постоянным, но и переменным током Содержание водорода в металле шва выполненным электродами СМ-11 несколько выше, чем в металле шва выполненным электродами УОНИ-13/45. Сравним сварочно-технологические характеристики электродов приведенных в таблице 4. Таблица 4 – Сварочно-технологические характеристики электродов
С учётом технологических характеристик, представленных выше, выбираем электроды марки УОНИ-13/45. Эти электроды для ответственных конструкций из углеродистых и низкоуглеродистых сталей, когда к металлу шва предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости, для конструкций, работающих под динамическими нагрузками в условиях отрицательных температур; работающих под давлением, сварка металлов большой толщины. Сварка во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности. Химический состав наплавленного электродами марки УОНИ 13/55 металла представлен в таблице 5. Таблица 5 – Химический состав наплавленного металла, %
Выбор сварочных материалов для сварки в СО2 Сварочная проволока для получения более прочного и качественного шва принимается 3-х видов. Таблица 6 – Марки проволоки при сварке в углекислом газе
Исходя из состава проволоки, обеспечивающего необходимые свойства шва, и меньшей стоимости принята марка Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70 диаметром 1,2 мм. Сварочная проволока должна соответствовать по химическому составу требованиям ГОСТ 2246-70 (таблица 7) Таблица 7 – Химический состав материала Св-08Г2С, %
Углекислый газ (СО2) или углекислота широко распространена в природе. Углекислый газ - не ядовит, бесцветен, имеет едва ощутимый запах. Углекислый газ хорошо растворяется в воде. Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах или цистернах большой емкости в жидком состоянии. Углекислота в баллонах находится под давлением 7,5 МПа. В баллоне емкостью 40 л содержится 25 кг СО2. При испарении 25 кг углекислоты образуется 12750 л газа. Расход газа при сварке изменяется от 33 1,0 до 1,4 м3 /ч. Баллон окрашен в черный цвет с надписью “углекислота“ желтого цвета. Для сварки используют сварочную углекислоту 1 и 2 сортов (99,5 и 99%), которые отличаются лишь содержанием паров воды (соответственно 0178 и 0,515 Н2О в 1 м3 СО2). Выбираем углекислоту 1сорта т.к. концентрация паров воды в ней наименьшая.  2.3Выбор режимов сваркиРасчет режимов для ручной дуговой сварки покрытыми электродами Типовые узлы ______________ приведены на рисунке 5. Рисунок 5 – Узлы сварочной _________: а) швеллеры с основанием колонны; б) швеллеры с оголовком колонны; в) внутреннее ребро жесткости со швеллерами; г) ребра жесткости с оголовком колонны; д) ребра жесткости с основанием колонны; е) накладки со швеллерами Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества. При РДС это диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги, площадь поперечного сечения шва, выполняемого за один проход дуги, число проходов, род тока, полярность. Расчет режимов ручной дуговой сварки производим согласно [6]. Выбор диаметра электрода. Для толщины металла от 6 мм для сварки во всех пространственных положениях для катета 6 мм рекомендуется применять электроды диаметром 4 мм. Общая площадь наплавленного металла: F y н =Ky*K2/2 где К - катет шва; Ky- коэффициент, учитывающий усиление шва. Для катета 6 мм Ky=1,25 Подставим значения: FН=1,25·62 /2 = 22,5мм2 < 30мм2 , следовательно, сварка будет осуществляться за один проход. Определим скорость сварки по формуле: Vсв =  (м/ч )Подставим значения: Vсв =  = 10,44 м/чОпределим высоту шва по формуле: С = Н+q, Подставим значения: С = 3,5+1,64=5,14 мм. 2.4 Выбор и обоснование технологического оборудования Для получения максимальной производительности труда и высокого качества сварных изделий требуется правильный выбор типа оборудования. Для сварочного производства – это выбор сварочного оборудования, которые отвечали бы следующим требованиям: − безопасность для здоровья и жизни человека; − экономичность расхода энергетических ресурсов и расходных материалов; − многофункциональность; − высокая скорость производства сварочных операций. – При выборе сварочного оборудования необходимо ориентироваться не только на его стоимость, но и на практические свойства, такие как: − возможность использовать в различных климатических условиях; − габаритные размеры; − требования к сетям электропитания; − наличие точных автоматических или ручных настроек; − необходимость в дополнительном оборудовании; − рекомендуемые производителем производственные операции. Сварочное оборудование для организации работ с металлами с использованием защитного газа – это отдельная группа аппаратов, которая может использоваться как в условиях закрытых производств, так и на открытых строительных площадках. Для обеспечения их работы требуются специальные расходные сварочные материалы: Широкое применение получили многофункциональные сварочные аппараты с инверторным источником питания, с программным обеспечением, импульсные. Мощные промышленные сварочные полуавтоматы предназначены для сварки металлоконструкций проволокой в среде защитных газов и смесей, а так же покрытым электродом. Полуавтоматы отличаются повышенной надежностью и выносливостью. Электронное управление позволяет плавно регулировать параметры сварочного тока и напряжения и обеспечивать стабильность параметров режима в процессе сварки даже при значительных колебаниях напряжения питающей сети. Силовой трансформатор источника питается от трехфазной сети переменного тока. Управление сварочным процессом полностью осуществляется с панели подающего механизма. Подающий механизм с 4-х роликовым приводом может быть установлен на турели источника, либо удален от него на расстояние до 40-50 метров. На передней панели подающего механизма расположены регуляторы скорости подачи проволоки, сварочного тока и напряжения, значения которых можно наблюдать на цифровом индикаторе при установке режимов сварки, а так же их действительное значение в процессе сварки. Имеются переключатели режимов. Подающий механизм рассчитан на стандартные кассеты диаметром 200-300 мм. Заправка сварочной проволоки в горелку осуществляется нажатием одной кнопки. Все модели полуавтоматов могут быть оснащены встроенным или дополнительным блоком водяного охлаждения и соответствующей комплектацией. Для сварки колонны С 14 рассмотрим оборудование на примере сварочного аппарата Kemppi Kempact 2530 (рисунок 6) Рисунок 6 сварочный аппарат Kemppi Kempact 2530  Аппарат Kempact 2530 на 70 % легче стандартных сварочных аппаратов со ступенчатой регулировкой. Электронная регулировка напряжения и скорости подачи проволоки позволяет корректировать характеристики дуги в процессе сварки, благодаря чему можно быстро установить необходимые сварочные параметры. В аппарате предусмотрены функции фиксации курка горелки и протяжки проволоки. Kempact 2530 оснащен функциями синергической, импульсной сварки и сварки с двойными импульсами. Стандартные программы подходят для большинства материалов, включая Fe, FeMc, FeFc, St/St, Alu, CuSi3, CuAl8. Чтобы начать сварку, необходимо просто выбрать тип и диаметр присадочной проволоки и толщину листа. Для выполнения регулярных сварочных операций предусмотрено 100 каналов памяти. Преимущества Модель для стандартной сварки MIG/MAG Модель для синергетической импульсной сварки Механизм подачи сварочной проволоки с приводом на 4 ролика Электронная регулировка мощности Максимальная выходная мощность при рабочем цикле 40 % Небольшой вес: 22 кг Возможно питание от генератора Технические характеристики Код оборудования 621853002 Напряжение трехфазной сети, 50/60 Гц 380–440 В ±10 % Предохранитель (с задержкой срабатывания) 16 А Диапазон сварочного тока и напряжения 20 А / 15 В – 250 А / 26,5 В Выходной ток, ПВ 40 % 250 А/26,5 В (40 %) Выходной ток, ПВ 60 % 207 А/24 В (60 %) Выходной ток, ПВ 100 % 160 А/22 В (100 %) Напряжение холостого хода 30–45 В Проволокоподающий механизм 4-роликовый Регулировка скорости подачи сварочной проволоки 1…18 м/мин Разъем горелки Euro Диаметры присадочной проволоки (Fe, сплошная) 0,6…1,0 Диаметры присадочной проволоки (Fe, порошковая) 0,9…1,2 Диаметры присадочной проволоки (Al) 0,9…1,2 Диаметры присадочной проволоки (CuSi) 0,8…1,0 Диапазон рабочих температур -20...+40 °C Габаритные размеры, ДхШхВ 580 × 280 × 440 Масса (без дополнительного оборудования) 20 кг Класс защиты IP23S Стандарты IEC/EN 60974-1, IEC/EN 60974-5, IEC/EN 60974-10 Масса катушки проволоки (макс.) 15 кг Диаметр катушки проволоки (макс.) 300 мм Если часто приходится проводить сварочные работы с высоким током и при высокой окружающей температуре, система Kempact 2530 позволяет повысить производительность за счет уменьшения количества перерывов на охлаждение. Установка Kempact 2530 обеспечивает ПВ 40%, то есть при максимальном токе 250 A при температуре окружающей среды 40°C можно выполнять сварку вдвое дольше по сравнению со сварочными аппаратами с ПВ на 20% ниже. Шведская фирма «ESAB» выпускает серию тиристорных выпрямителей LHF 400, LHF 630, LHF 830 для ручной сварки электродами с различными типами покрытия. (рисунок 7) Рисунок 7 Полуавтомат «LHL 400 Pipeweld-c»,  Полуавтомат «LHL 400 Pipeweld-c», позволяет вести сварку электродами с различными видами покрытия и аргонодуговую неплавящимся электродом. Выпрямитель имеет падающие внешние вольтамперные характеристики с четырьмя разными наклонами для сварки: - аргонодуговая неплавящимся электродом; - электродами с основным видом покрытия; - электродами с целлюлозным видом покрытия; - электродами с плохими технологическими свойствами. LHF 400 Pipeweld. Тиристорные выпрямители LHF 400 созданы специально для работы в тяжелых условиях. Корпус LHF 400 защищен от коррозии. Выпрямитель LHF 400 имеет большую мощность. LHF 400 - это первоклассное сварочное оборудование для самых трудных условиях. LHF 405 Pipeweld. LHF 405 - это надежный тиристорный выпрямитель для ММА сварки, ТИГ сварки. Характеристики LHF 405 Pipeweld дают возможность пользоваться электродами с целлюлозным покрытием. LHF 405 - отличное сварочное оборудование для тяжелых условий. Выпрямители серии LHF обладают следующими особенностями: - Плавная регулировка тока во всем диапазоне благодаря тиристорному управлению. Изменять параметры можно в процессе сварки. - Динамические характеристики LHF обеспечивают стабильную дугу при отсутствии разбрызгивания, а также позволяют легко контролировать сварочную ванну. - Вертикальные статические характеристики - сварочный ток не зависит от длины кабеля, напряжения дуги и т.п. Высокий коэффициент мощности гарантирует низкое потребление энергии. - Функция ANTI-STICK значительно снижает вероятность "прилипания" электрода к заготовке. - Компенсация колебаний напряжения в сети. - Функция "горячий старт" - легкое и надежное зажигание дуги. - Автоматический термовыключатель - надежная защита от перегрузок. - Широкий набор пультов ДУ. Технические характеристики
Все вышеперечисленные сварочные выпрямители соответствуют требованиям IЕС 974-1 ЕМ и 60974-1 Выпрямитель DC-400 в наибольшей степени отвечает требованиям, современных сварочных процессов, так как гораздо компактнее и легче, разница в цене незначительна. (рисунок 8) Рисунок 8. Выпрямитель DC-400  Согласно техническим характеристикам DC-400 является универсальным выпрямителем, обеспечивающим возможность следующих видов сварки:45 - ручная электродами с различными видами покрытия; - аргонодуговая неплавящимся электродом; - полуавтоматическая / автоматическая в защитных газах; - полуавтоматическая / автоматическая порошковой проволокой; - полуавтоматическая / автоматическая под слоем флюса. Источник может применяться для воздушно-дуговой строжки угольным электродом диаметром до 8 мм. Технические характеристики:
Преимущества DC-400: Большие, удобно расположенные переключатели для быстрого выбора сварочных процессов. Система контроля форсирования дуги - устанавливает ток короткого замыкания для мягкой дуги или жесткой дуги при падающей вольтамперной характеристике. Управление дугой - позволяет регулировать уровня искрообразования, текучести металла и формы шва при сварке в среде защитных газов и порошковой проволокой. Надежные схемы позволяют продлить срок повторяющихся настроек. ±10% компенсации входного (сетевого) напряжения для обеспечения стабильности выходных сварочных характеристик. Низкопрофильный контур позволяет сэкономить место на полу при установке аппарата. Проведем сравнение технических характеристик тиристорных выпрямителей аналогичных отечественного и шведского среднего уровня и проведем сравнение технических характеристик в таблице 8. Таблица 8. Сравнение технических характеристик
Принимаем для сварки колонны в среде защитных газов Kemppi Kempact 2530, т.к. он отвечает всем требованиям предъявляемых для сварки изделия, приемлем по цене, небольшой по габаритам. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||