Разработка технологического процесса сборки и сварки емкости для перевозки нефтепродуктов
 Скачать 1.08 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный профессионально–педагогический университет» РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ И СВАРКИ ЕМКОСТИ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ Выпускная квалификационная работа Направление подготовки 44.03.04 Профессиональное обучение(по отраслям) Профиль Машиностроение и материалообработка________________ ПрофилизацияТехнологии и технологический менеджмент в сварочном про- изводстве Идентификационный код ВКР: 018 Екатеринбург 2019 Министерство науки и высшего образования 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 «____»_____________2019 г. ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА Разработка технологического процесса сборки и сварки емкости для пе- ревозки нефтепродуктов Исполнитель: студент группы ЗСМ-405С ____________ Д.А.Костылев Руководитель: ст. преподаватель ___________ Е.В. Радченко Нормоконтролер: к.т.н., доцент ___________ Д.Х.Билалов Екатеринбург 2019 АННОТАЦИЯ Дипломный проект содержит 57 листов машинописного текста, 19 рисун- ков, 17 таблиц, 32 использованных источников литературы, графическую часть на 6 листах формата А1. Ключевые слова: ЦИСТЕРНА, РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА, АВТОМА- ТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ, ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМОВ СВАРКИ, ТЕХНОЛОГИЯ, ПРОГРАММА ПЕРЕПОДГОТОВКИ РАБОЧИХ, ПРОФЕССИЯ «ОПЕРАТОР АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ». В дипломном проекте разработан технологический процесс сборки и авто- матической сварки под слоем флюса емкости для перевозки нефтепродуктов, по- добрано оборудование. В методической части разработана программа переподготовки рабочих по профессии «Оператор автоматической сварки плавлением». Целью дипломного проекта является разработка технологического процесса изготовления емкости для перевозки нефтепродуктов с использованием автома- тической сварки под флюсом. В дипломном проекте в технологической части на основе анализа базового варианта будет разработан проектируемый вариант технологического процесса изготовления цистерны, включающий автоматическую сварку под слоем флюса; методическая часть - посвящена проектированию программы подготовки сварщи- ков, которые могут осуществлять спроектированную технологию производства сварки цистерны. Изм Лист № докум. Подпись Дата Лист 2 ДП 44.03.04. 018 ПЗ Разраб. Костылев Д.А. Руковод. Радченко Е.В. Реценз. Н. Контр. Билалов Д.Х. Утверд Гузанов Б.Н. Разработка технологического процес- са сборки и сварки емкости для пере- возки нефтепродуктов Пояснительная записка Листов 57 ФГАОУ ВО РГППУ, ИИПО, каф. ИММ, гр. ЗСМ-405с Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 3 ДП 44.03.04. 018 ПЗ СОДЕРЖАНИЕ Введение........................................................................................................................... 4 1 Технологическая часть ................................................................................................ 6 1.1Назначение и условия работы изделия .................................................................... 6 1.2 Характеристика конструкционного материала ...................................................... 6 1.3 Свариваемость стали ................................................................................................ 7 1.4 Анализ базовой технологии изготовления изделия «Цистерна» ......................... 9 1.5 Выбор проектируемого способа сварки ................................................................. 9 1.6 Выбор сварочных материалов ............................................................................... 12 1.7 Расчет режимов сварки ........................................................................................... 14 1.8 Выбор сварочного оборудования .......................................................................... 23 1.9 Контроль качества сварных швов ......................................................................... 31 1.9.1 Возможные дефекты изделия ............................................................................. 31 1.9.2 Технология контроля ........................................................................................... 33 1.9.3 Описание и технические характеристики приборов ........................................ 35 1.10 Технологический процесс сборки и сварки изделия «Цистерна» ................... 38 2 Методический раздел ................................................................................................ 40 2.1 Сравнительный анализ Профессиональных стандартов..................................... 41 2.2 Разработка учебного плана переподготовки по профессии «Оператор автоматической сварки плавлением».......................................................................... 45 2.4 Разработка плана и плана-конспекта урока теоретического обучения по изучению устройства сварочных автоматов .............................................................. 47 Заключение .................................................................................................................... 53 Список использованных источников .......................................................................... 54 Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 4 ДП 44.03.04. 018 ПЗ ВВЕДЕНИЕ Сварка проволокой, позволяющая сравнительно просто механизировать и автоматизировать процесс соединения металлов, находит в последние годы ши- рокое и все возрастающее применение во всех промышленно развитых странах мира. Экономическое развитие нашей страны основывается на научно- техническом прогрессе, приоритетными направлениями которого являются ком- плексная механизация и автоматизация производственных процессов, широкое внедрение в производство новых конструкционных материалов и высокоэффек- тивных технологических процессов, рациональное использование материальных и энергетических ресурсов. В реализации этих направлений в машиностроении, в строительстве, на транспорте и в других отраслях значительная роль отводится прогрессивным тех- нологиям сварки и родственным процессам. Известно около 70 способов сварки, с применением которых создаются монолитные соединения металлов, неметаллов, а также разнородных материалов толщиной от нескольких микрометров до не- скольких метров при производстве автомобилей, подвижного состава железных дорог, энергетической и химической аппаратуры и многих других сварных кон- струкций ответственного назначения. Объектом проектирования является технологический процесс сварки. Предметом проектирование является процесс автоматической сварки изде- лия «Цистерна». Целью дипломного проектирования является разработка оборудования и технологии сварки изделия «Цистерна».Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: • проанализировать базовый вариант изготовления цистерны; • подобрать и обосновать проектируемый способ сварки изделия; • провести необходимые расчеты режимов сварки; • выбрать и обосновать сварочное и сборочное оборудование; Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 5 ДП 44.03.04. 018 ПЗ • разработать технологию сборки-сварки цистерны; • разработать программу подготовки электросварщиков для данного вида сварки. Таким образом, в дипломном проекте в технологической части будет разра- ботан проектируемый вариант технологического процесса изготовления цистер- ны, включающий автоматическую сварку под флюсом; вметодическая часть - по- священа проектированию программы подготовки сварщиков. Разрабатываемый технологический процесс сварки должен не только обес- печивать получение надёжных сварных соединений и конструкций, отвечающих всем эксплуатационным требованиям, но должен также допускать максимальную степень механизации и автоматизации производственных процессов изготовления изделий. Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 6 ДП 44.03.04. 018 ПЗ 1 Технологическая часть 1.1Назначение и условия работы изделия 1. 1- днище; 2-обечайка; 3-горловина Рисунок 1- Цистерна Цистерна предназначена для транспортировки различных жидких веществ, например, (воспламеняющихся жидкостей). Изделие «Цистерна»относится к первой группе конструкций, которые представ- ляют собой сварные конструкции, либо их элементы, работающие в условиях дав- ления на внутренние стенки изделия или подвергающиеся непосредственному воз- действию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок (переменные площадки контактов) – регламентировано СНиП ІІ-23-81 «Стальные конструкции: Нормы проектирования».Изделие работает при средней температуре -50 +50 гра- дусов. Цистерна состоит из обечайки, к которой с двух сторон привариваются днища, к обечайке приваривается горловина. 1.2 Характеристика конструкционного материала В качестве основного металла для изготовления цистерны используем сталь марки 17ГС. Это конструкционная низколегированная сталь для сварных кон- струкций. Химический состав стали 17ГС приведен в таблице 1. Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 7 ДП 44.03.04. 018 ПЗ Таблица 1 – Химический состав стали 17ГС, % по ГОСТ 19281- 2014[7] C Si Mn Ni S P Cr V N Cu As 0.14 - 0.2 0.4 - 0.6 1 - 1.4 до 0.3 до 0.035 до 0.03 до 0.3 до 0.12 до 0.008 до 0.3 до 0.08 Механические свойства стали 17ГС представлены в таблице 2. Таблица 2 – Механические свойства стали 17ГС, % по ГОСТ 19281- 2014[7] Показатель Предел прочности, МПа Предел текуче- сти, МПа Макс относит удлинение, % Сваривае- мость Значение 490-510 335-345 23 Без ограниче- ний По сравнению с высокоуглеродистыминизколегированные стали обладают более высоким пределом текучести, пониженной склонностью к механическому старению, повышенной хладостойкостью, лучшей коррозионной стойкостью, низкой ударной вязкостью. Так как углерода встали мало, то сварка ее довольно проста, причем сталь не закаливается и не перегревается в процессе сварки, бла- годаря чему не происходит снижение пластических свойств или увеличение ее зернистости. К плюсам применения этой стали можно отнести также, что она не склонна к отпускной хрупкости и ее вязкость не снижается после отпуска. Выше- приведенными свойствами объясняется удобство использования 17ГС от других сталей с большим содержанием углерода или присадок, которые хуже варятся и меняют свойства после термообработки. 1.3 Свариваемость стали Свариваемость – это способность стали данного химического состава да- вать при сварке тем или иным способом высококачественное сварное соединение без трещин, пор и прочих дефектов. От химического состава стали зависит ее структура и физические свойства, которые могут изменяться под влиянием нагре- Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 8 ДП 44.03.04. 018 ПЗ ва и охлаждения металла при сварке. На свариваемость стали влияет содержание в ней углерода и легирующих элементов. Определим свариваемость стали 17ГС[2 c.45] Предварительную оценку свариваемости стали можно провести по угле- родному эквивалентуГОСТ 23870-79: С экв = С 0 + 𝑀𝑀 6 + 𝐶𝐶+𝑉+𝑀𝑀 5 + 𝑁𝑁+𝐶𝐶 15 (1) по формуле 1.1 определим С э С экв = 0.17 + 1 6 + 0.25 5 + 0.3 + 0.3 15 = 0.42% Если С э < 0,45, сварку можно выполнять без предварительного подогрева основного металла. Таким образом, основной металл не склонен к образованию холодных трещин. Склонность металла к образованию горячих трещин при сварке оценивают по показателю Уилкинсона [7].Если HCS<4,( при в 700 мПа ) то говорят, что ма- териал не склонен к образованию горячих трещин. HCS р = [C(S+P+Si/25+Ni/100)1000]/(3Mn+Cr+Mo+V), (2) где символы – химический элемент, содержание его в стали, %. Рассчитаем HCSдля стали 17ГС по формуле (1.2): HCS= [0,17(0,04+0,035+0,4/25+0,3/100)1000]/(3 ⋅1+0,3) = 1,133; HCS р = 1,133 , что меньше 4, следовательно, сталь 17ГС не склонна к обра- зованию горячих трещин; для получения равнопрочного основному металлу ме- Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 9 ДП 44.03.04. 018 ПЗ талла шва требуется применить сварочную проволоку с химическим составом со- ответствующим химическому составу основного металла. 1.4 Анализ базовой технологии изготовления изделия «Цистерна» В соответствии с базовой технологией сварки изделие «Цистерна» сварива- ется механизированной сваркой в среде СО 2 Преимущества механизированной сварки: • возможность сварки в любых пространственных положениях; • возможность сварки в местах с ограниченным доступом; • сравнительно быстрый переход от одного свариваемого материала к другому; • простота и транспортабельность сварочного оборудования. Недостатки: • низкие КПД и производительность по сравнению с другими технологи- ями сварки; • качество соединений во многом зависит от квалификации сварщика; • вредные условия процесса сварки. 1.5 Выбор проектируемого способа сварки Основные способы дуговой сварки [1,2]: Под флюсом; В защитном газе; Порошковой (самозащитной) проволокой; Покрытым электродом. Сварка покрытым электродом характеризуется низкой производительно- стью, невозможностью механизации и, как следствие, высокой трудоёмкостью. Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 10 ДП 44.03.04. 018 ПЗ Сварка проволокой требует применения специального оборудования для сварки и дополнительных приспособлений для её подготовки к сварке и хране- ния. Этот способ также обладает сравнительно низкой производительностью. Сущность процесса сварки под флюсом При этом способе сварки электрическая дуга горит под зернистым сыпучим материалом, называемым сварочным флюсом.Под действием тепла дуги расплав- ляются электродная проволока и основной металл, а также часть флюса. В зоне сварки образуется полость, заполненная парами металла, флюса и газами. Газовая полость ограничена в верхней части оболочкой расплавленного флюса. Расплав- ленный флюс, окружая газовую полость, защищает дугу и расплавленный металл в зоне сварки от вредного воздействия окружающей среды, осуществляет метал- лургическую обработку металла в сварочной ванне. По мере удаления сварочной дуги расплавленный флюс, прореагировавший с расплавленным металлом, за- твердевает, образуя на шве шлаковую корку. После прекращения процесса сварки и охлаждения металла шлаковая корка легко отделяется от металла шва. Неизрас- ходованная часть флюса специальным пневматическим устройством собирается во флюсоаппарат и используется в дальнейшем при сварке. Рисунок 2 – Автоматическая сварка под слоем флюса Достоинства способа: • Повышенная производительность; Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 11 ДП 44.03.04. 018 ПЗ • Минимальные потери электродного металла (не более 2%); • Отсутствие брызг; • Максимально надёжная защита зоны сварки; • Минимальная чувствительность к образованию оксидов; • Мелкочешуйчатая поверхность металла шва в связи с высокой ста- бильностью процесса горения дуги; • Не требуется защитных приспособлений от светового излучения, по- скольку дуга горит под слоем флюса; • Низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показате- ли механических свойств металла шва; • Малые затраты на подготовку кадров; • Отсутствует влияния субъективного фактора. Недостатки способа: • Трудозатраты с производством, хранением и подготовкой сварочных флюсов; • Трудности корректировки положения дуги относительно кромок сва- риваемого изделия; • Неблагоприятное воздействие на оператора; • Нет возможности выполнять сварку во всех пространственных поло- жениях без специального оборудования. Области применения: • Сварка в цеховых и монтажных условиях • Сварка металлов от 1,5 до 150 мм и более; • Сварка всех металлов и сплавов, разнородных металлов. Сварка в углекислом газе менее производительна в сравнении со сваркой под флюсом, наблюдается значительное выгорание легирующих элементов из ме- талла сварочной проволоки, а при неправильно настроенном режиме сварки – разбрызгивание электродного металла (более 5%, в среднем – 2%). Скорость Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 12 ДП 44.03.04. 018 ПЗ охлаждения металла также выше, что способствует образованию холодных тре- щин. Но исключают проникновение диффузионного водорода в металл сварочной ванны из флюса. При сварке углеродистых и низколегированных сталей для защиты рас- плавленного электродного металла и металла сварочной ванны широко исполь- зуют углекислый газ. В последние годы в качестве защитных газов находят при- менение смеси углекислого газа с кислородом или аргоном. Применение газовой смеси вместо чистой углекислоты позволяет улучшить технические аспекты сварки и существенно снизить общие затраты сварных ра- бот, а именно: - увеличить скорость сварки; - резко снизить количество брызг металла; - обеспечить более гладкий и плоский профиль сварного шва ; - обеспечить высокое качество и надежность сварки; - сократить затраты на зачистные работы. На свойства металла шва значительное влияние оказывает качество угле- кислого газа. При повышенном содержании азота и водорода, а также влаги в швах могут образоваться поры. Сварка в углекислом газе менее чувствительна к отрицательному влиянию ржавчины. Для сварки продольных и кольцевых швов нашего изделия применим свар- ку под слоем флюса, этот способ будет удовлетворять всем условиям и требова- ниям к сварному изделию. Таким как, высокая производительность, высокое ка- чество сварных швов, автоматизация, сокращение времени и санитарные нормы. 1.6 Выбор сварочных материалов Выбор электродной проволоки Проволоку для сварки в защитном газе стали 17ГС принимают близкую по химическому составу к основному металлу для обеспечения равнопрочно- Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 13 ДП 44.03.04. 018 ПЗ стисварного соединения, такой проволокой является Св-08А, Св-08Г2С. Эта про- волока одна из наиболее универсальных видов сварочной проволоки, используе- мых в механизированных сварочных процессах. Она подходит как для использо- вания в сварочных автоматах, так и в устройствах полуавтоматической сварки. Этот тип проволоки можно использовать любыми сварочными аппаратами в лю- бых пространственных положениях. а) Химический состав электродной проволоки Св-08А по ГОСТ 2246-70: Углерода от 0,05 % до 0,11 %; Кремния от 0,7 % до 0,95 %; Марганца от 1,8 % до 2,1 %; Хрома не более 0,2 %; Никеля не более 0,25 %; Серы не более 0,025 %; Фосфора не более 0,03 %; Азота не более 0,01 %. Таблица 3 -Механические свойства проволоки по ГОСТ 2246-70 Временное сопротивление раз- рыву, МПа Относительное удлине- ние, % Ударная вязкость, Дж/см 2 Предел текучести, МПа 530-680 20 47 460 В качестве флюса выбираем флюс ОСЦ-45[3] Сварочный флюс ОСЦ-45 используется для дуговой сварки (механической): устойчивость дуги при этом достаточно хорошая. Его применяют, чтобы свари- вать углеродистые судостроительные стали - низколегированные или нелегиро- ванные, а также, чтобы делать наплавку изделий из углеродистой и импортной стали определенных типов. Номенклатура таких изделий достаточно широка. Кроме того, в зависимости от зерна при помощи сварочного флюса ОСЦ-45 осу- ществляется сварка специальной сварочной проволокой, диаметр которой состав- ляет более 3мм или менее 3мм. Строение зерен флюса ОСЦ-45 - зерновидное, цвет коричневый, а их размер варьируется от 0,25мм до 3,0мм. К плюсам свароч- Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист 14 ДП 44.03.04. 018 ПЗ ного флюса ОСЦ-45 можно отнести такие его свойства, как устойчивость к ржав- чине, а также он дает достаточно плотные швы, которые устойчивы к появлению трещин и пор. Однако он при этом выделяет в большом количестве фтористые га- зы, которые являются вредными для человека. Используют флюс ОСЦ-45 в соче- тании с проволоками Св-08, Св-08А, Св-08Г2С,Св-10Г2. Основное назначение флюсов – уплотнение сварочного шва и уменьшение склонности к кристаллизационным трещинам. Флюсы применяют при электриче- ской сварке плавлением, что обеспечивает надежную защиту зоны сварки от ат- мосферных газов, создают условия устойчивого горения дуги. После остывания шва шлаковая корка легко удаляется. Флюсы уменьшают выделение пыли и га- зов, вредных для здоровья сварщиков. Таблица 4 - Химический состав флюса в % SiO 2 MnO MgO CaF 2 CaO Fe 2 O 3 S P 38-44 38-44 <2,5 6-9 <6,5 <2 <0,15 <0,15 1.7 Расчет режимов сварки |