Изм. Лист докум. Подпись Дат Лист 2 дп 44. 03. 04. 719 Пз разраб. Буртник Провер
 Скачать 1.38 Mb.
|
|
Изм. Лист № докум. Подпись Дат Лист 2 ДП 44.03.04.719 ПЗ Разраб. Буртник Провер. Билалов Д.Х. Н. Контр. Плаксина л.Т. Утверд. Гузанов Б.Н. Разработка технологии сборки и сварки двутавровых балок Литер Листов ?? ФГАОУ ВО РГППУ, ИППО, ЗСМ-404с Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный профессионально–педагогический университет» РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СБОРКИ И СВАРКИ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК Выпускная квалификационная работа Направление подготовки 44.03.04 Профессиональное обучение(по отраслям) Профиль Машиностроение и материалообработка________________ ПрофилизацияТехнологии и технологический менеджмент в сварочном производстве Идентификационный код ВКР: 719 Екатеринбург 2018 3 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный профессионально–педагогический университет» Институт инженерно-педагогического образования Кафедра инжиниринга в профессиональном обучении в машиностроении и металлургии К ЗАЩИТЕ ДОПУСКАЮ: Заведующий кафедрой ИММ _ _____________ Б.Н.Гузанов «____»_____________2018 г. ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА Разработка технологии сборки и сварки двутавровых балок Исполнитель: студент группы ЗСМ-404С ____________ И.В. Буртник Руководитель: к.т.н., доцент ___________ Д.Х. Билалов Нормоконтролер: к.т.н., доцент ___________ Л.Т.Плаксина Екатеринбург 2018 4 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ 5 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ АННОТАЦИЯ Дипломный проект содержит 91 лист машинописного текста, 20 рисунков, 18 таблиц, 24 использованных источника литературы, 2 приложения на 2-х листах, графическую часть на 8-ми листах формата А1. Ключевые слова: БАЛКА, ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ, АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА ОСЦ-45, ГАЗОВАЯ СМЕСЬ CORGON 18, ТЕХНОЛОГИЯ, ПРОГРАММА ПЕРЕПОДГОТОВКИ РАБОЧИХ, ПРОФЕССИЯ «ОПЕРАТОР АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ» В дипломном проекте проведена разработка технологического процесса сборки и автоматической сварки под флюсом двутавровой балки перекрытия производственно-складского комплекса. В методической части разработана программа профессиональной переподготовки сварщиков по профессии «Оператор автоматической сварки плавлением» В экономической части дипломного проекта представлено технико- экономическое обоснование спроектированной технологии сборки и сварки балки перекрытия производственно-складского комплекса. 6 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ СОДЕРЖАНИЕ Введение ………………………………………………………………….. 7 1. Технологическая часть………………………………………………… 9 1.1 Характеристика основного металла………………………………… 10 1.2 Особенности сварки стали 09Г2С ………………………………….. 11 1.3 Свариваемость стали……………………………………….….. …….. 12 1.4 Выбор способа сварки изделия……………………...……...……… 15 1.5 Выбор сварочных материалов……………...……………………..... 19 1.6 Подготовка сварочных материалов………………………………… 22 1.7 Меры борьбы с напряжениями и деформации при сварке….…… 18 1.8 Расчёт режимов сварки……………………………………….……… 19 1.9 Оборудование, оснастка и приспособление………………………. 31 1.10 Сборочные и сварочные установки………………………………. 39 1.11 Устройство и работа составных частей……………….…………… 41 1. 12 Первоначальный пуск установки……………….……………….… 44 1.13 Порядок работы установки для сварки……………..…….……… 44 1.14 Стенд для правки грибовидности………………………………… 45 1.15 Технология изготовления…………………………………………. 48 1.16 Контроль качества готового изделия……………………………. 58 2 Экономический раздел ……………………………….…………….… 60 2.1 Методика расчета экономической эффективности………………… 60 2.2 Расчет трудоемкости………………………………………………… 66 2.3 Расчёт капительных вложений………………..……………..……… 63 2.4 Расчёт технологической себестоимости…………………………… 65 2.5 Расчет показателей экономической эффективности проекта…….. 69 3 Методический раздел …………………………………………………. 72 3.1 Сравнительный анализ Профессиональных стандартов…………. 73 3.2 Разработка учебного плана переподготовки по профессии 7 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ «Оператор автоматической сварки плавлением»……………………… 77 3.3 Разработка учебной программы предмета «Спецтехнология» …. 79 3.4 Разработка плана – конспекта урока………….…………………… 80 Заключение ……………………………………………………………..… 86 Список использованных источников ………………………………….. 87 Приложение А – Лист задания для выполнения ВКР………………… 90 Приложение Б – Спецификация………………………………………… 91 8 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ ВВЕДЕНИЕ Сварочные технологии занимают ведущее место в современном производстве. Совершенствование технологий и техники, связанной с ними, предъявляет все более растущие требования к способам производства и, в том числе, к технологиям сварочного производства. В настоящее время разработаны технологии сварки материалов, применение которых в массовом производстве еще в недавнем прошлом считалось трудновыполнимым. Свариваются детали толщиной в несколько микрон и детали тяжелого оборудования толщиной в несколько метров. Развитие технологий позволило уверенно выполнять сварочные работы под водой, в космосе при невесомости и в глубоком вакууме, при высоких температурах, при повышенной радиации. Сварка впервые в мире была опробована нашими космонавтами в космосе и стала вторым после сборки машиностроительным технологическим процессом применяемым при сборке и эксплуатации космических станций. Объектом представленной разработки является технология изготовления металлоконструкций, в данном случае сварная двутавровая балка. Предметом разработки является процесс сварки балки. Целью дипломного проекта является разработка технологии и подбор оборудования для изготовления двутавровых балок в условиях сварочного производства. Необходимость повышения производительности труда ведет к увеличению уровня механизации и автоматизации сварочного производства, к его оснащению новыми сложными машинами и агрегатами, без которых сегодня немыслимо серийное производство многих видах продукции. 9 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ Целью выпускной квалификационной работы является разработка технологии сборки и сварки двутавровых балок перекрытий. Исходя из цели, в выпускной квалификационной работе рассмотрены следующие задачи: 1) охарактеризовать свариваемость и особенности технологии сварки данной группы сталей; 2) выбрать способ сварки и сварочные материалы; 3) произвести расчеты параметров режимов сварки; 4) выполнить подбор и компоновку основного и вспомогательного оборудования; 5) выбрать способы контроля качества для соединений данного изделия; 6) выполнить экономическое обоснование проектируемого варианта производства балки; 7) разработать методический раздел. 10 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ 1 Технологическая часть Двутавровые балки представляют собой тип фасонного проката, изготовленного из высококачественной стали. Сталь может быть либо низколегированной, либо углеродистой. Этот тип сортового проката имеет форму бруса, ориентированного горизонтально или вертикально. Стальная двутавровая конструкция – это прокат определенной формы, изготовленный из профильной стали специального исполнения. Форма определяется его конструктивными особенностями. Чаще всего она внешне похожа букву «Н». Такая форма усиливает прочность элементов конструкции и придает дополнительную жесткость. Сварные балки такого же профиля имеют ряд преимуществ по сравнению с полученными способом прокатки: - они обладают лучшим соотношением воспринимаемой нагрузки и собственной массой; - они не ограничены сортаментом по высоте и ширине, а так же по толщине элементов; - сварные балки могут выполняться несимметричными. Рисунок 1.1- Балка перекрытия 11 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ 1.1 Характеристика основного металла При разработке технологии сварки необходимо учитывать, как свойства материала, из которого планируется изготовление конструкции, так и те изменения, которые неизбежно возникают при сварке в околошовной зоне сварного соединения. Указанные изменения во многом определяются технологическими параметрами используемого способа сварки (источник тепла, характер нагрева и охлаждения, скорость сварки и т.д.), температурой окружающей среды, составом флюса, защитных и инертных газов, сварочной проволоки, а так же способом подготовки деталей под сварку – вид разделки кромок, способы подготовки поверхности и т.д.) и пространственным положением выполняемых сварных швов. Сталь, как материал конструкции, выбирают в зависимости от климатической зоны, в которой будет эксплуатироваться изделие, прочностных требований, агрессивности окружающей среды и т.п. Для изготовления балки в представленной работе планируется использовать сталь 09Г2С. Эта сталь относится к категории низколегированных конструкционных сталей. Химический состав стали марки и механические свойства приведены соответственно в таблице 1 в таблице 2. Таблица 1.1 – Химический состав марки стали 09Г2С в % [1]. С Si Mn Cr Ni Cu S P не более ≤0,12 0,5 – 0,8 1,3 – 1,7 ≤0,30 ≤0,30 ≤0,30 0,040 0,035 Таблица 1.2 -Механические свойства марки стали 09Г2С [1]. Характеристика δ в, МПа δ т , МПа δ 5 (%) KCU (Дж/см 2 ) Значение 85 65 15 60 12 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ 1.2 Особенности сварки стали 09Г2С Свариваемость – это свойство металла или сочетания свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающие требованиям, обусловленными конструкцией и эксплуатацией изделия. [2] Низколегированная сталь 09Г2С, относятся к числу хорошо сваривающихся металлов. Для этой стали технологию сварки выбирают из условий обеспечения комплекса требований, главные из которых достижение равнопрочности сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном соединении [3]. Свойства стали в известных пределах регулируют за счет изменения содержания углерода и легирующих элементов. Повышение вероятности образования горячих трещин при увеличении содержания углерода обусловлено склонностью углерода к ликвации, а холодных трещин - тем, что углерод снижает температуру мартенситного превращения и способствует формированию малопластичного мартенсита. Объемные изменения (увеличение объема) при превращении аустенита в мартенсит с повышением содержания углерода возрастают. Это приводит к увеличению внутренних напряжений. [4]. Учитывая все вышесказанное отметим, что сталь 09Г2С является низколегированной сталью повышенной прочности, относится к сталям перлитного класса и содержит в среднем около 0,09% С [4]. Сталь обладает хорошим соотношением вес-прочность и хорошей свариваемостью для толщин менее 30 мм [5]. Сталь 09Г2С поставляется по ГОСТ 19282 -73 в горячекатаном состоянии или после нормализации, а так же может поставляться по специальным техническим условиям [4]. 13 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ Низколегированные стали с относительно небольшим количеством марганца при толщинах более 25-30 мм склонны к образование горячих трещин. Образование этого вида трещин предотвращают в основном за счет рационального подбора сварочных материалов: флюса, электродов, электродных проволок, с целью обеспечения снижение содержания вредных примесей в металле сварного шва и повышения содержания в нем марганца[6]. Выделение окиси углерода, водорода и азота при сварке сталей может привести к образованию пор. В нашем случае вероятность образования пор из-за выделения окиси углерода достаточно низкая, так как содержание углерода не велико, а достаточная концентрация активных раскислителей (Si, Mn) в сварочной ванне позволит связать атомы свободного кислорода и вывести их в шлак в составе соединений SiO 2 и MnO [7].. Поры, образованные водородом, при сварке низколегированных сталей появляются чаще, чем при сварке углеродистых сталей из-за большого количества раскислителей в сварочной ванне. Это необходимо учесть при проектировании технологии сварки стали 09Г2С, предусмотрев технологические меры для снижения вероятности попадания водорода зону сварки. [2, 3, 7] 1.3 Свариваемость стали Легирующие элементы оказывают существенное влияние на показатели свариваемости. Оценка свариваемости стали производится на основе оценки склонности к горячим трещинам и стойкости стали к холодным трещинам.[2, 5] Склонность стали к образованию горячих трещин для данного класса стали рассчитывается по расчетно – статическим показателям по формуле из работы [4]. 14 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ V Mo Сr Mn N S P S C HCS i i + + + ⋅ ⋅ + + + ⋅ = 3 10 100 25 3 , (1.1) где C, S, P, Si, Ni, Mn, Сr, Mo, V – содержание соответствующих химических элементов (в %) в стали 09Г2С по таблице 1.1. По формуле 1.1 определяем 95 , 0 0 0 3 , 0 6 , 1 3 10 100 3 , 0 25 27 , 0 035 , 0 04 , 0 12 , 0 3 = + + + ⋅ ⋅ + + + ⋅ = HCS т. к. HCS < 4, то материал не склонен к образованию горячих трещин (для сталей с пределом прочности не более 700 МПа). Для определения склонности стали к образованию холодных трещин воспользуемся методикой оценки эквивалентного углерода из работы [2]. Если при подсчете эквивалента углерода окажется, что Сэ < 0,45%, то данная сталь может свариваться без предварительного подогрева; если Сэ ≥ 0,45%, то необходим предварительный подогрев, тем более высокий, чем выше значение Сэ. При сварке металла относительно небольшой толщины (до 6—8 мм) и сварных узлов небольшой жесткости предельное значение Сэ, при котором нет необходимости в предварительном подогреве, может быть повышено до 0,55% [2]. В случае необходимости подогрева металла перед сваркой температура его может быть оценена по методике, учитывающей химический состав свариваемой стали и ее толщину. Согласно этой методике полный эквивалент углерода Сэ определяют по формулам 15 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ Сэ=Сх+Ср (1.2) Сх=(360С+40Mn+40Cr+20Ni+28Mo)/360 (1.3) Ср=0,005·S·Cх (1.4) где Сх — химический эквивалент углерода; Ср — размерный эквивалент углерода. С, Mn, Cr, Ni, Mo – содержание легирующих элементов в % S – Толщина свариваемых кромок, мм Если в уравнение (1.1) подставить значение Ср из формулы (1.3), то полный эквивалент углерода Сэ=Сх·(1+0,005·S) (1.5) Определив полный эквивалент углерода, необходимую температуру предварительного подогрева находят по формуле 25 , 0 350 − = Сэ Т п (1.6) Выполним необходимые расчеты Сх=(360·0,12+40·1,8+40·0,3+20·9,3+28·0)/360=0,37% Сэ=0,37·(1+0,005·20)=0,41% Поскольку значение Сэ меньше чем 0,45%, подогрев не требуется. Важное требование при сварке рассматриваемой сварной конструкции – обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом и обеспечение отсутствия дефектов в сварном шве. 16 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ 1.4 Выбор способа сварки изделия Исходя из конструкции сварной балки (рисунок 1.1), очевидно, что швы изделия имеют большую протяженность, и поэтому при сварке наиболее целесообразно использовать высоко механизированные и автоматизированные способы сварки. На выбор способа сварки влияет также свариваемость стали, в нашем случае ограничений по свариваемости нет. Из механизированных способов можно рассмотреть сварку в защитном газе и под слоем флюса. Сварка в защитном газе удобна при многослойных или многопроходных швах. Сварка под слоем флюса по сравнению со сваркой в защитном газе характеризуется более высокой производительностью лишь при условии выполнения 1 – 2-х проходных швов [6]. Многопроходные сварные швы требуют дополнительных трудовых затрат и на зачистку сварного шва от шлака. Катет сварного шва рассматриваемой конструкции – 8 мм, отсюда поперечное сечение наплавленного металла углового шва составит, как минимум, 75 мм 2 Способ сварки под флюсом, за счет надежной защиты зоны сварки и стабильности процесса, уверенно обеспечит получение сварного шва заданного катета с высоким качеством за один проход [2, 6]. Для способа сварки в среде защитного газа, для обеспечения должного качества потребуется как минимум два прохода. На основании всего вышесказанного выбираем механизированную дуговую сварку под флюсом. Широкое применение этого способа в промышленности при производстве конструкций из стали и сплавов объясняется: высокой производительностью процесса; высоким качеством и стабильностью свойств сварного соединения; улучшенными условиями работы; 17 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ более низким, чем при ручной или механизированной сварке, расходом сварочных материалов и электроэнергии. К недостаткам способа относится возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стекания расплавленных флюса и металла. При дуговой сварке под слоем флюса необходимо проводить дополнительные операции: удаление не использованного флюса и шлаковой корки, установка выводных планок и механическая обработка торцов изделия после сварки. Сварка под флюсом обеспечивает хороший товарный вид изделия. Не требуется дополнительной обработки швов на зачистных машинах из – за отсутствия брызг расплавленного металла, отсутствия чешуйчатости на поверхности шва. Этот способ сварки также обеспечивает защиту окружающей среды от воздействия вредного светового излучения дуги. На выбор сварки также повлияло наличие широкого спектра серийно выпускаемого основного сварочного оборудования для дуговой сварки под флюсом и легкость автоматизации процессов. [7] На рисунке 1.2 представлено сечение зоны горения дуги при сварке под слоем флюса. Рисунок 1.2 – Сечение зоны горения дуги при сварке под флюсом 18 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ При сварке дуга погружена в слой флюса толщиной 30-50 мм и горит под оболочкой из расплавленного вязкопластичного шлака, в парогазовом пузыре, образуемом парами и газами, непрерывно создающимися сварочной дугой. Слой флюса устраняет дестабилизирующее механическое воздействие дуги на жидкий металл сварочной ванны уменьшая разбрызгивание жидкого металла и нарушения при формировании сварного шва при высоких значениях сварочного тока. Так при сварке в защитном газе механическое давление сварочной дуги на ванну жидкого металла ограничивает силу сварочного тока на уровне 550-600 А из за повышенного разбрызгивания металла и нарушения формирования оптимальной формы шва. Горение дуги под слоем флюса за счет гидростатического давления в газовом пузыре позволило увеличить значения сварочных токов в среднем до 1000-2000 А, а в отдельных случаях 3000-4000 А. Сварка под флюсом даёт возможность повысить сварочный ток в 6-8 раз по сравнению с открытой дугой с сохранением высокого качества сварки и отличного формирования шва [2, 3, 6,7]. Использование значительных величин сварочного тока позволяет получить мощную закрытую слоем флюса дугу, которая способна более глубоко проплавлять основной металл, что позволяет выполнять сварку без разделки кромок (до 20 мм), или уменьшить величину скоса кромок под сварку, в результате снижается доля участия присадочного металла в образовании металла сварного шва. Дуга, стабильно горящая под слоем флюса, позволяет избежать потерь на угар и разбрызгивание, что позволяет уменьшить расход электродной проволоки и электроэнергии. [2, 3, 6, 7] К недостаткам сварки под флюсом можно отнести невидимость места сварки, закрытого толстым слоем флюса, и довольно значительные расход и стоимость флюса. Невидимость места сварки повышает требования к точности подготовки и сборки изделия под сварку, затрудняет сварку швов 19 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ сложной конфигурации. Расход флюса по весу в среднем равняется весу израсходованной проволоки, и стоимость его оказывает существенное влияние на общую стоимость сварки. К недостаткам способа относится возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стекания расплавленных флюса и металла. При дуговой сварке под слоем флюса необходимо проводить дополнительные операции: удаление не использованного флюса и шлаковой корки, установка выводных планок и механическая обработка торцов изделия после сварки. Слой флюса не позволяет контролировать формирование сварного шва. Очевидные достоинства применения этого способа в промышленности при производстве конструкций из стали и сплавов: высокая производительность процесса; высокое качество и стабильность свойств сварного соединения; улучшенные условия работы операторов-сварщиков; более низкий, чем при ручной или механизированной сварке, расход сварочных материалов и электроэнергии. Сварка под флюсом обеспечивает хороший товарный вид изделия. Не требуется дополнительной обработки швов на зачистных машинах из – за отсутствия брызг расплавленного металла, отсутствия крупной чешуйчатости на поверхности шва. Этот способ сварки также обеспечивает защиту окружающей среды от воздействия вредного светового излучения дуги. [9] На выбор сварки также повлияло наличие широкого спектра серийно выпускаемого основного сварочного оборудования для дуговой сварки под флюсом и легкость автоматизации процессов [8]. 20 Изм. Лис № докум. Подпись Дата Лис ДП 44.03.04.719 ПЗ |