Технология изготовления коробчатой балки

Зміст

1. Вихідні данні ………………………………………………………………………………….    4                                                                                                 

2. Розрахунково – пояснювальна  записка

2.1 Вступ……………………...................................................................................      5                                                                                                          

2.2 Конструкторсько – технологічний  аналіз виробу …………………………………      6                                     

2.3 Вибір з обґрунтуванням  двох способів зварювання……………………………..      8                                 

2.4 Вибір з обґрунтуванням  зварювальних матеріалів………………………………    10                                  

2.5 Вибір стандартних розмірів  швів і підготовки кромок…………………………     12                              

2.6 Розрахунок параметрів режиму  зварювання……………………………………..      14                                            

2.7 Вибір зварювального обладнання  загального призначення…………………..      16                    

2.8 Розрахунок технологічної собівартості………………………………………………     20                                                    

2.9 Прийняття кінцевого рішення…………………………………………………………      23                                                                 

2.10 Нормування зварювальної операції………………………………………………..     24                                                        

2.11 Висновки…………………………………………………………………………………..     25                                                                                                 

2.12 Оформлення специфікації зварювання, операційної або технологічної  карти                                                                                                                   

2.13 Список посилань……………………………………………………………………………. 26                                                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Вихідні  дані

1.1 Назва зварного виробу  – балка коробчата 

1.2 Матеріал – сталь  10Г2С1

1.3 Тип виробництва  – серійне

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Розрахунково  – пояснювальна записка

 

2.1 Вступ

 

Метою даної курсової роботи є ознайомлення студента з  розробкою технології зварювання плавленням, одержання студентом навичок  виконання даної роботи.

Завданням даної курсової роботи є розробка технології зварювання даного в завданні виробу, тобто для розробки правильної й коректної технології потрібно виконати наступні пункти завдання:

Зробити конструктивно - технологічний аналіз виробу, при цьому приділяючи особливу увагу розташуванню й доступності швів. Раціонально розрахувати зварюваність основного металу, щоб вірно обрати спосіб зварювання. Вибрати два способи зварювання, з огляду на тип виробництва. Вибрати зварювальні матеріали, з огляду на специфіку матеріалу та їхню дефіцитність. Вибрати тип підготовки крайок із ДСТУ, з огляду на особливості конструкції. Зробити розрахунок режимів зварювання. Обмовити техніку зварювання, для того щоб зварники мали уявлення про те, як буде виконуватися технологічний процес. Вибрати зварювальне устаткування, з огляду на його вартість і дефіцитність. Зробити розрахунок технологічної собівартості зварювання за всіма обраними технологіями, щоб можна було порівняти экономічну ефективність. Ухвалити рішення щодо того, яка з технологій є більш коректною у цьому випадку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Конструктивно-технологічний аналіз

балки коробчатої

Рис.1 Зварний  виріб

 

Балки коробчатого перетину застосовуються як стрижні ферм залізничних мостів. Балка коробчата складається з двох стінок (1), двох поясів (2) і має всередині діафрагми (3).

При заданих  габаритних розмірах розрахуємо обсяг  балки:

Vc=(Sc · (Hб-2 ·  Sn) ·2·Lб=(0.008(1-2 ·0,012)·2·6=0.09396 м³

Vn=(Sn · Bб) ·2·6=(0.012·0.240)·2·6=0.03456 м³

Vб=Vc+Vn=0.12825 м³

Розрахуємо  вагу балки, основний метал якої - сталь 10Г2С1, що має щільність 7.8 т/м³:

Мб=Vб ·ρ=0.12825 ·7.8 = 1.00035т.

Балка коробчата являє собою великогабаритний виріб, що потрібно враховувати при організації зварювальних робіт.

Умови експлуатації балки  на відкритому повітрі характеризуються впливом на неї корозії, природного коливання температур, що залежить від кліматичної зони, наприклад від -40 до +60. з огляду на це все (балка буде використовуватись при будуванні залізничних мостів та на неї будуть діяти статичні навантаження), балку коробчату слід віднести до особливо відповідальної конструкції.

Основний  метал, що зварюється:

Марка сталі – 10Г2С1 ДЕРЖСТАНДАРТ 19282-73

Вміст хімічних елементів, %:

С≤ 0.12                           Cu ≤0.3

Si=0.9-1.2                      S ≤0.035

Mn=1.3-1.65                    P ≤0.035

Сталь 10Г2С1 відноситься до низьковуглецевої низьколегованої сталі(С≤0.24%).

        Перевіримо схильність металу  шва до утворення гарячих тріщин  при найбільш несприятливому сполученні вмісту легуючих елементів і домішок:

HCS=C·(S+P+0.04·Si+0/01·Ni)/(3Mn+Cr+Mo+V)=0.012(0.03+0.03+0.04*1/(3·15)=0.00266

Оскільки HCS < 0.004, то метал не схильний до утворення гарячих тріщин при найбільш несприятливому  легуванні, тобто при максимальному вмісті легуючих елементів і домішок.

        Перевіримо схильність металу шва до утворення холодних тріщин:

С_экв=С+Mn/6+(Ni+Cu)/15=0.12+1.5/6+0.2/15=0.3, оскільки менше 0.4... 0.45, то основний метал не схильний до утворення холодних тріщин.

Знайдемо механічні властивості сталі 10Г2С1:

σ, кг·с/мм²           52                        а при -40°С     4.0кг·с·м/см²

σ, кг·с/мм²           38

δ, %                      21

Наявність Mn у  сталі підвищує ударну в'язкість  і холодноламкість, забезпечуючи задовільну зварюваність. Це дозволяє одержати зварні з'єднання високої міцності при знакозмінних ударних навантаженнях.

                              Зварні з'єднання

    При  додаткових навантаженнях у вертикальній і горизонтальній площинах, а також при дії крутного моменту, більш доцільно використання балок коробчатого перерізу.

Зварювальні елементи коробчатого перерізу знайшли своє застосування як стрижні ферм залізничних мостів. З метою запобігання гвинтоподібного скривлення, зварювання здійснюють накладанням одночасно двох симетрично розташованих в одній площині кутових швів нахиленими електродами.

При зварюванні герметично закритих стрижнів коробчатого перерізу шви виконують ззовні.

 

При зварюванні балок  коробчатого перерізу не всі шви є довгими (тобто є шви менше одного метра)                               

 Загальна довжина швів:

Lш=6·4+((1-2·0.012-(1-2·0.12/22)·2+8/14·0.24)·5=34.002 м.

           

 

 

    

 

Номер з'єднання	Вид  з'єднання	Товщина металу, мм	Протяжність,     мм	Кількість з'єднань	Конфігура- ція  з'єднання	Доступність
1	Таврове	8;8	966	10	Прямолінійне	Без обмежень
2	Таврове	12;8	192	5	Прямолінійне	Без обмежень
3	Таврове	8;12	6000	4	Прямолінійне	Обмеження із однієї сторони

 

                            Організація зварювальних робіт

Зборка балки починається  з укладання на стелажі верхнього  поясу й розміщення та прихватки до нього діафрагм. Після приварювання до нього швом 2 діафрагм, устанавлюють, притискають і прихватують бічні стінки. Потім зібраний П- подібний профіль кантують і внутрішніми кутовими швами.

 

Стінки приварюють до діафрагм швами 1 і 3. Збирання закінчують встановленням нижнього пояса. Поясні шви зварюються після завершення зборки. Балку в положення «у човник» повертають рольгангом.

 Важким видом виробництва таких балок є приварення діафрагм до стінок у тавр кутовими швами. Обмеженість відстані між стінками затруднює застосування автоматичного зварювання у нижньому положенні, а в ручну – зварникові доводиться виконувати ці шви в незручному положенні. Таврові з'єднання доцільно виконувати у вертикальному положенні відразу ж після зборки, це дозволяє виключити операцію кантування балки й виконати одночасно два кутових шви за допомогою гравітаційного зварювання покритими електродами або автоматичним зварюванням у СО₂.

2.3 Вибір з обґрунтуванням двох способів зварювання

Вибір типових  способів зварювання балки коробчатої.   

Встановлено, що матеріал балки коробчатої  - сталь10Г2С1 відноситься до групи низьковуглецевих та низьколегованих сталей, що добре зварюються. Пропонуються такі способи зварювання:

1. Ручне дугове - Е
2. У вуглекислому газі - УП
3. В інертному газі плавким електродом, - ІП
4. В інертному газі неплавким електродом, - ІН
5. Під флюсом - АФ
6. Электрошлакове - ШЕ
7. Газове - Г
8. Плазмове - П
9. Электронно-променеве - ЕЛ
10. Лазерне – Л

 

Фактори способів	Е	УП	ІП	АФ	ШЕ	Г	ІН	П	ЕЛ	Л
Матеріал	++	++	–	++	(+)	(+)	-	–	–	–
Товщина	+	++	+	++	–	–	+	–	+	+
Положення шва	+	++	–	++	–	–	–	–	–	–

 

« – »    - не рекомендується;

«(+)»    - рекомендується обмежено;

« + »     - рекомендується

«+ +»    - рекомендується переважно

Оскільки сталь 10Г2С1 не містить Ti, Al і інші елементи з високою хімічною активністю, то для подальшого аналізу виключаємо способи дугового зварювання ІП, ІН у дорогих інертних газах. Сталь 10Г2С1 відноситься до тугоплавких матеріалів і при цьому немає необхідності в застосуванні способів зварювання з дорогим устаткуванням і з високою щільністю енергії П, ЕЛ і Л.

Таким чином, для подальшого аналізу залишаються способи Е, УП, АФ ШЕ, Г. Оцінимо можливість їхнього застосування при зварюванні сталі товщиною 8...12 мм. Очевидно, що при такій товщині недоцільно застосовувати низькопродуктивне газове зварювання (багатопрохідне зварювання із присадкою), і ШЕ з низькою продуктивністю.

Із  залишившихся АФ і УП за один прохід і Е за багато проходів.

Продовжуємо аналіз і  враховуємо наступний фактор - положення  при зварюванні  - нижнє. Остаточне вирішення вибору способу зварювання можна буде застосувати після економічної оцінки ефективності різних варіантів зварювання, включаючи й спеціальні.

У нашому випадку  шви 4,5,6,7 виконуються у нижньому положенні, при цьому більш доцільно застосовувати спосіб зварювання під флюсом. Шви 1,2,3, доцільніше виконувати способом зварювання в СО₂.

        

Номер зварного з'єднання	Положення при  зварюванні	Товщина, мм	Варіанти типових  способів зварювання
1	В	8;8	АФ, УП
2	Н	8;12	АФ, УП
3	В	8;8	АФ, УП
4	Н	8;12	АФ, УП
5	Н	8;12	АФ, УП
6	Н	8;12	АФ, УП
7	Н	8;12	АФ, УП

 

    2.4 Вибір з обґрунтуванням зварювальних матеріалів

 

1.) Зварювання у вуглекислому газі (УП)

Вибір захисного газу.

Основний метал сталь 10Г2С1 відноситься до матеріалу з  низькою хімічною активністю. Тому допускається вибір активного газу СО₂  та струйної форми захисту. Враховуючи особливо відповідальне призначення виробу, слід вибрати зварювальний вуглекислий газ вищого сорту ГОСТ 8050-76, що має більш низький вміст вологи, ніж харчова вуглекислота.