ПЗ. Разработка оборудования и технологии сварки направляющей

Название	Разработка оборудования и технологии сварки направляющей
Анкор	ПЗ.docx
Дата	10.04.2018
Размер	0.69 Mb.
Формат файла
Имя файла	ПЗ.docx
Тип	Пояснительная записка #17902

Министерство образования и науки РФ

ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Кафедра «Технология сварочного производства»

Оценка ________

Члены комиссии

__

РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

НАПРАВЛЯЮЩЕЙ

Пояснительная записка

150202.000000.005ПЗ

Студентка:

Кожухарь О.А.

Группа:

М-57061

Екатеринбург

2011
Перечень графических документов

№ п/п.

Наименование документа

Обозначение документа

Формат

1

Устройство для сборки и сварка направляющей

ВО

А1

2

Стол сборочно-сварочный

СБ

А1

3

Электросхема сварочной установки

ЭЗ

А1

4

Технология сварки направляющей

ТД

А1

СОДЕРЖАНИЕ

лист

Введение

4

1 Характеристика сварной конструкции

1.1 Характеристика основного металла

1.2 Свариваемость основного металла

5

6

7

2 Выбор способа сварки и сварочных материалов

2.1 Выбор способа сварки

2.2 Выбор сварочных материалов

8

8

9

3 Технология сварки

3.1 Определение параметров режима сварки и

геометрических параметров соединения

3.2 Оценка металла шва

3.3 Технология сварки

14
14

16

25

4 Оборудование для сварки

4.1 Состав и принцип работы на установке

4.2 Техническая характеристика сварочного аппарата

ESAB Aristо Mig C3000i

28

28
31

5 Устройство и работа электрической схемы

33

Ссылочные нормативные документы

Приложение А (справочное). Библиографический список

35

36

Введение
В данном курсовом проекте разработана технология механизированной сварки направляющей, которая представляет собой сварную металлоконструкцию, состоящую из листа основания и четырех перпендикулярных пластин. Основной металл – сталь 09Г2С. По литературным данным выбраны параметры режима сварки и сварочные материалы, обеспечивающие равнопрочное соединение с основным металлом, а так же произведен расчет на возможность трещинообразования. Для сварки данного изделия разработана механизированная установка, представляющая из себя сборочно-сварочный стол и сварочный портал.

1 Характеристика сварной конструкции
Направляющая представляет собой сварную металлоконструкцию, состоящую из листа основания и четырех перпендикулярных пластин (рисунок 1). Основной металл: низколегированная сталь, поставляемая по ГОСТ 19281-89.

$e:\documents and settings\admin\local settings\temporary internet files\content.word\деталь.jpg$
Рисунок 1 – Эскиз направляющей

Характеристика основного металла

а) Химический состав стали 09Г2С по ГОСТ 19281-89

углерода (С) не более 0,12 %

кремния (Si) от 0,5 до 0,8 %

марганца (Mn) от 1,3 до 1,7 %

хрома (Cr) не более 0,3 %

никеля (Ni) не более 0,3 %

меди (Cu) не более 0,3 %

мышьяка (As) не более 0,08%

азота (N) не более 0,008 %

фосфора (P) не более 0,035 %

серы (S) не более 0,040 %

б) Механические свойства стали 09Г2С [1]:

предел прочности, σ_в, МПа 500

предел текучести, σ_т, МПа 350

относительное удлинение, δ, % 21

Свариваемость основного металла

1.2.1 Оценка склонности металла к образованию закалочных структур по эквиваленту углерода С_экв,% [2]:
(1)

где символы – химический элемент, содержание его в стали, %;

С_экв>0,45% - сталь 09Г2С склонна к образованию закалочных структур. При сварке возможно появление холодных трещин.
1.2.2 Оценка склонности металла к образованию горячих трещин при сварке по показателю Уилкинсона [2]:

(2)

где символы – химический элемент, содержание его в стали, %;

HCS<4 – сталь 09Г2С не склонна к образованию горячих трещин.

2 Выбор способа сварки и сварочных материалов
2.1 Выбор способа сварки
Основные способы механизированной сварки плавлением, которые можно применить для сварки данного изделия – сварка под флюсом и в защитных газах.

При сварке под флюсом вероятность появления трещин меньше, чем при сварке в защитных газах из-за меньшей скорости охлаждения, но применение флюса существенно повышает затраты времени на вспомогательные операции, а так же усложняет конструкцию из-за необходимости применения механизмов насыпающих и отсасывающих его, что при сварке в защитных газах не нужно.

Направляющая – это деталь, обеспечивающая перемещение другой детали строго по заданной траектории. Из этого следует, что для направляющей главным свойством является её четкие геометрические формы. При сварке под флюсом тепловложение в деталь будет больше, зона термического влияния тоже, следовательно, возможны большие деформации, чем при сварке в защитных газах.

Для обеспечения лучшей геометрии изделия, а так же упрощения конструкции и увеличения производительности – выбираю сварку в защитных газах.

2.2 Выбор сварочных материалов
2.2.1 Выбор электродной проволоки

Выбор проволоки обычно производится по критериям однородности основному металлу по прочности и химическому составу. При склонности к трещинообразованию так же учитывается то, что химический состав проволоки должен способствовать уменьшению соответствующего показателя, определяющего возможность появления трещин.

Материал заготовок для сварки направляющей – сталь 09Г2С. По предыдущим расчетам видно, что она склонна к образованию закалочных структур, следовательно, чтобы предотвратить это следует выбрать электродную проволоку с пониженным содержанием углерода, марганца, кремния, никеля, хрома, молибдена и ванадия. Исходя из данных соображений, подошли бы проволоки Св-08А и Св-08АА, но при этом существенно уменьшились бы прочностные характеристики сварных швов. При выборе наиболее подходящей по химическому составу проволоки – Св-08Г2С есть возможность склонности металла шва к холодным трещинам из-за образования закалочных структур. Но так как при сварке происходит выгорание некоторых элементов и из-за ряда других причин, есть такой показатель, как коэффициенты перехода. Для основных элементов, которые присутствуют в стали 09Г2С и в проволоке Св-08Г2С коэффициенты перехода равны:

- коэффициент перехода для углерода;

- коэффициент перехода для марганца;

_{- коэффициент перехода для кремния;}

- коэффициент перехода для хрома.

С применением этих величин и составов основного и присадочного металлов, можно посчитать химический состав металла шва при долях участия основного металла 0% и 100%, что является крайними значениями, значит если в обоих случаях металл шва не будет склонен к трещинообразованию, то и при любой другой доле участия этой склонности не появится.

2.2.1.1 Расчет химического состава и склонности металла шва к трещинообразованию при доле участия основного металла, равной 100%

_{Расчет на склонность к образованию закалочных структур проводится по показателю эквивалента углерода.}

_{Так как С}_экв_{< 0,45, то при доле участия основного металла в металле шва, равной 100% металл шва не будет склонен к образованию закалочных структур.}

2.2.1.2 Расчет химического состава и склонности металла шва к трещинообразованию при доле участия основного металла, равной 0%

Для этого расчета необходимо знать химический состав проволоки Св-08Г2С.

Химический состав электродной проволоки Св-08Г2С

по ГОСТ 2246-70:

Углерода от 0,05 % до 0,11 %;

кремния от 0,70 % до 0,95 %;

марганца от 1,70 % до 2,10 %;

хрома не более 0,20;

никеля не более 0,25 %;

серы не более 0,025 %;

фосфора не более 0,030 %.

_{Расчет на склонность к образования закалочных структур проводится по показателю эквивалента углерода.}

_{Так как С}_экв_{< 0,45, то при доле участия основного металла в металле шва, равной 0% металл шва не будет склонен к образованию закалочных структур.}

2.2.1.3 Выбор электродной проволоки

Исходя из критериев однородности основному металлу по прочности и химическому составу, а так же с учетом расчетов, приведенных выше, которые доказывают отсутствие склонности к трещинообразованию металла шва при любой доле участия основного металла, выбираю проволоку Св-08Г2С.
2.2.2 Выбор защитного газа

С целью стабилизации процесса сварки, улучшения характера переноса присадочного металла целесообразно применять смесь двуокиси углерода и аргона (75% Ar, 25% CO₂). [4]
3 Технология сварки
3.1 Определение параметров режима сварки и геометрических

параметров сварного соединения
3.1.1 Выбор типа соединения

Для двусторонней сварки таврового соединения металлов толщиной 6 мм можно выбрать соединения Т3, Т7 и Т8. Так как конструкция не имеет повышенных требований к прочности, то не обязательно обеспечивать полное проплавление. Исходя из этого, и с учетом сложности выполнения подготовки кромок для соединений Т7 и Т8 выбираю соединение Т3.

Рисунок 2 – Соединение Т3 по ГОСТ 14771-76

3.1.2 Выбор параметров режима

Так как основной металл имеет толщину 6 мм, то пользоваться методикой Демянцевича нельзя, так как она применяется для металлов толщиной от 8 мм.

По данным [4] параметры режима сварки выглядят следующим образом:

- диаметр проволоки, мм 1,2

- ток, А 230±10

- напряжение, В 25±1

- расход газа, л/мин 8±1

- скорость сварки, м/ч 28±1

- вылет электродной проволоки 17±1

3.2 Оценка металла шва
Несмотря на расчеты, приведенные в п. 2.2.1, следует провести расчеты склонности к трещинообразованию, так как не были приведены расчеты на склонность к кристаллизационным трещинам, а так же расчет на холодные трещины был приведен только исходя из возможности образования закалочных структур, без учета способа сварки и геометрических параметров изделия.

Так как выбранное соединение Т3 по ГОСТ 14771-76 не задает геометрические параметры сварного шва, а так же из-за невозможности их расчета по методике Демянцевича, то определение точной доли участия основного металла в металле шва невозможно. Чтобы наиболее точно определить его склонность к образованию горячих и холодных трещин, буду приводить расчеты для крайних значений доли участия: 0% и 100%.

3.2.1 Определение склонности металла шва к образованию горячих трещин
Склонность металла шва к образованию горячих трещин оценивают по критерию Уилкинсона

где символы элементов - содержание их в сплаве, масс. %
3.2.1.1 Определение склонности металла шва к образованию горячих трещин при доле участия основного металла в металле шва, равной 100%
При доле участия основного металла в металле шва, равной 100% критерий Уилкинсона будет равен:

HCS < 4,5, следовательно металл шва при доле участия основного 100% не склонен к образованию горячих трещин.
3.2.1.2 Определение склонности металла шва к образованию горячих трещин при доле участия основного металла в металле шва, равной 0%
При доле участия основного металла в металле шва, равной 0% критерий Уилкинсона будет равен:

HCS < 4,5, следовательно металл шва при доле участия основного 0% не склонен к образованию горячих трещин.

3.2.2 Определение склонности металла шва к образованию холодных трещин
Расчет склонности металла шва к образованию холодных трещин ведется по параметру трещинообразования Ито-Бессио:

(3)

где - показатель, учитывающий влияние структурных превращений в ОШЗ

(4)

-количество диффузионного водорода в металле шва, определяемого методом с применением глицерина, мл/100г. Если количество диффузионного водорода определено по методике МИС (с использованием ртути), то

(5)

=2 мл/100г – сварка в защитных газах очищенной проволокой

-коэффициент интенсивности жесткости.

(6)

где - толщина свариваемых листов, мм.

При <0,286 металл шва не склонен к появлению холодных трещин.
3.2.2.1 Определение склонности металла шва и околошовной зоны к образованию холодных трещин при доле участия основного металла в металле шва равной 100%
Параметр Ито-Бессио равен

<0,286 , следовательно, металл шва не склонен к появлению холодных трещин.
3.2.2.1 Определение склонности металла шва и околошовной зоны к образованию холодных трещин при доле участия основного металла в металле шва равной 0%
Параметр Ито-Бессио равен

<0,286 , следовательно, металл шва не склонен к появлению холодных трещин.

3.2.3 Определение склонности металла околошовной зоны к образованию холодных трещин
Склонность металла ОШЗ к образованию холодных трещин оценивается по критерию Бокэ

(7)

где - скорость охлаждения при нагреве до 300,

- критическая скорость охлаждения (при которой образуется 100% мартенсита),

- концентрация водорода в металле,

(8)

где символы элементов - содержание их в сплаве, масс. %

, (9)

где - коэффициент теплопроводности данной марки стали,

- удельная теплоемкость материала,

- плотность материала,

- толщина свариваемого металла,

- начальная температура,

При металл околошовной зоны не склонен к образованию холодных трещин.
3.2.3.1 Определение склонности металла шва к образованию холодных трещин при доле участия основного металла в металле шва равной 100%
Расчет согласно п. 3.2.3:

По данным [3] для стали 09Г2С , , , тогда

, при сварке в защитных газах очищенной проволокой

, значит, холодных трещин не будет.
3.2.3.2Определение склонности металла шва к образованию холодных трещин при доле участия основного металла в металле шва равной 0%
Расчет согласно п. 3.2.3:

По данным [3] для стали 09Г2С , , , тогда

, при сварке в защитных газах очищенной проволокой

, значит, холодных трещин не будет.

3.2.3 Определение механических свойств металла шва

Временное сопротивление разрыву определяют по формуле:

(10)

Предел текучести определяют по формуле:

(11)

Относительное удлинение определяют по формуле

(12)

3.2.3.1 Определение механических свойств металла шва при доле участия основного металла в металле шва равной 100%

3.2.3.2 Определение механических свойств металла шва при доле участия основного металла в металле шва равной 0%

По сравнению с механическими свойствами основного металла характеристики металла шва примерно на 30-40% больше. Это можно объяснить несоответствию формулы и опытных данных приведенных в [1]. Если прочность основного металла считать по той же формуле, что и металл шва, то отклонений практически не возникает:

_{В этом случае отклонения составляют порядка 10%.}
3.3 Технология сварки
1 Входной контроль

Основной металл: Сталь 09Г2С. Химический состав стали 09Г2С должен соответствовать ГОСТ 19281-89.

Операция: Выполнить контроль геометрических размеров заготовок.

Инструмент: Штангенциркуль по ГОСТ 166-89;

Рулетка измерительная по ГОСТ 7502-98;

Угломер по ГОСТ 5318-88.

2 Подготовка основного металла

Операция: Выполнить зачистку мест сварки и прилегающих участков свариваемых заготовок на расстоянии 30 мм;

Оборудование, инструмент, материалы:

Щётка металлическая циркульная механизированная.
3 Контроль подготовки основного металла

Операция: Выполнить контроль подготовки основного металла: на основном металле наличие масел, ржавчины и других загрязнений недопустимо.
4 Контроль сварочных материалов

Операция: Выполнить контроль качества сварочных материалов: химический состав проволоки Cв-08А должен соответствовать ГОСТ 2246-70; наличие масел, ржавчины, других загрязнений и механических повреждений на поверхности проволоки не допускается.
5 Сборка

Операция: Сборку направляющей выполнить согласно рисунку 5.

Выполнить прихватки детали позиции 1 с деталями позиции 2 симметрично в двух точках на расстоянии 55±5 мм от края с каждой стороны, после чего опустить сборочные приспособления.

Режим сварки:

Сварочный ток, А ......................................................................120 6;

Напряжение дуги, В .......................................................................22 1;

Скорость сварки, м/ч ................................................................32 1;

Диаметр проволоки, мм .................................................................1,2;

Расход газа, л/мин .........................................................................8 1;

Оборудование: Сборочно-сварочный стол;

Сварочный аппарат ESAB Aristo Mig C3000i

$e:\documents and settings\admin\рабочий стол\пск\сборочный стол для пз.jpg$
Рисунок 3 - Сборочно-сварочный стол

6 Контроль качества сборки

Операция: Выполнить контроль качества сборки направляющей в соответствии с рисунком 5;

Инструмент: Рулетка измерительная по ГОСТ 7502-98;

Угломер по ГОСТ 5318-88.
9 Сварка

Операция: Произвести сварку направляющей.

Режим сварки:

Сварочный ток, А .......................................................................230±10

Напряжение дуги, В ........................................................................25±1

Скорость сварки, м/ч .......................................................................28±1

Диаметр электрода, мм ......................................................................1,2

Расход газа, л/мин ..............................................................................8±1

Оборудование: Стол сборочно-сварочный;

Сварочный аппарат ESAB Aristo Mig C3000i
10 Контроль качества

Операция а) Выполнить контроль качества сварных соединений

внешним осмотром. Наличие пор, трещин, подрезов,

прожогов не допускается;

б) Выполнить контроль геометрических размеров

направляющей.

Инструмент: Рулетка измерительная по ГОСТ 7502-98;

Катетометр КТ-9 ГОСТ 19719-74;

Угломер по ГОСТ 5318-88.

4 Оборудование для сварки

4.1 Состав и принцип работы на установке
Для сварки направляющей спроектирована установка (рисунок).
$e:\documents and settings\admin\рабочий стол\пск\установка главный вид для пз.jpg$
Рисунок 4 – Эскиз главного вида установки для сварки направляющей

$e:\documents and settings\admin\рабочий стол\пск\другой вид установки для пз.jpg$

Рисунок 5 – Эскиз вида спереди установки для сварки направляющей
Состав установки:

- Стол сборочно-сварочный;

- Портал сварочный;

- Сварочный аппарат ESAB Aristo Mig C3000i

Общий принцип работы на установке:

Опорный лист будущей направляющей кладется на сборочно-сварочный стол, стыкуясь с упорами для точного позиционирования, затем на него опускаются сборочные приспособления стола, в отверстия которых устанавливаются 4 ребра и выполняют их прихватки. После этого сборочные приспособления опускаются, и начитается процесс сварки на заранее настроенных режимах.

4.2 Техническая характеристика сварочного аппарата ESAB Aristo Mig C3000i:

- Питающая электросеть

400В± 10%, 350/60Гц

- Первичный ток
- Iмах (MIG/MAG)
- Iмах (ММА)

21А
23А

- Диапазон установок
MIG/MAG
MMA

8-48B / 16-300A
16-300A

- Допустимая нагрузка MIG/MAG
при ПВ 35%
при ПВ 60 %
при ПВ 100 %

300A / 29B
240A / 26B
200A / 24B

- Допустимая нагрузка MMA
при ПВ 30%
при ПВ 60%
при ПВ 100%

300A / 32A
230A / 29,2A
190A / 27,6A

- Диапазон тока сварки

50A/16,5V 420A/35V

- Напряжение холостого хода
MIG/MAG
MMA

70 - 80 B
57 -67 B

- КПД при максимальном токе
MIG/MAG
MMA

84%
83%

- Коэффициент мощности при максимальной токе
MIG/MAG
MMA

0,70
0,73

- Скорость подачи проволоки

0,8 - 25,0 м/мин

- Диаметр сварочной проволоки
Fe
Al
Порошковая проволока

0,6-1,2
1,0-1,2
0,8-1,2

- Макс. диаметр бобины

300мм

- Габариты ДхШхВ

652 x 412 x 423 мм

- Масса

38кг

- Рабочая температура

от -10 до +40°С

5 Устройство и работа электрической схемы

При нажатии на кнопку «Пуск» включается реле КТ1, которое замыкает контакты КТ1.1, КТ1.2 и КТ1.3. Как следствие включаются реле КТ2, КТ3 и КТ4. Реле КТ2 замыкает контакты на двигателе, и портал начинает свое движение в заданном направлении. Реле КТ3 и КТ4 включают датчики, отвечающие за определение начала сварки для двух пар горелок. При срабатывании соответствующего датчика срабатывает реле КТ8 или КТ9, которые замыкают на блоке управления цепь, отвечающую за начало сварки необходимой пары горелок, подключая при этом через реле КТ10 и КТ11 или КТ12 и КТ13 механизм подачи проволоки. Сварка идет до того момента, пока датчик не разомкнет цепь с реле КТ8 и КТ9, после чего сварка автоматически прекратится.

При нажатии на кнопку «Стоп» в блоке управления началом и концом процесса сварки все действия прекращаются. При одновременном нажатии кнопки «Пуск» и «Стоп» приоритетна кнопка «Стоп».

До и после сварки можно управлять движением портала с помощью кнопок в блоке управления движением портала: «Вперед», «Назад» и «Стоп». При нажатии кнопок «Вперед» и «Назад» включается двигатель. За счет разного порядка подключения движение идет в противоположные стороны. Кнопка «Стоп» останавливает процесс движения. Так же есть аналогичные кнопки быстрого движения портала. Датчик, отвечающий за определение начала и конца шва представляет собой лазер, расположенный за небольшое расстояние до горелки. Он определяет расстояние до ближайшей стенки и сравнивает с заданным заранее значением, если оно соответствует, то сигнал проходит, в противном случае цепь можно считать разомкнутой.

Управление процессами происходит через пульт дистанционного управления (рисунок 6).

$e:\documents and settings\admin\рабочий стол\пск\пульт.jpg$

Рисунок 6 – Эскиз пульта дистанционного управления установкой

Ссылочные нормативные документы

Обозначение документа, на который дана ссылка	Номер раздела, подраздела, разрабатываемого документа, в котором дана ссылка
ГОСТ 19281-89 Прокат из стали повышенной прочности	1.1
ГОСТ 2246-70 Проволока стальная сварочная. Технические условия	2.2
ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры	3.1

Приложение А (справочное)

Библиографический список

Марочник сталей и сплавов./Под общ. ред. В.Г.Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640с.
Производство сварных конструкций: методические указания к выполнению курсового проекта. Сюкасев Г.М., Самсонов И.Г., Гордиевский И.С. / Екатеринбург: Издательство УГТУ, 1997. 32с.
Расчёты тепловых процессов при сварке: учебное пособие. Королёв Н.В. / Екатеринбург: УГТУ, 1996. 156с.
Сварка в защитных газах плавящимся электродом. Потапьевский А.Г. / М: Машиностроение, 1974. 240с