Разработка технологического процесса и оснастки для сборки и автоматической дуговой сварки в углекислом газе двутавровой балки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая  работа

по дисциплине «Производство сварных конструкций»

Тема: «Разработка технологического процесса и оснастки для сборки и автоматической дуговой сварки в углекислом газе двутавровой балки»

 

 

 

 
Содержание

 

Введение

1. Общая часть

1.1 Технологичность сварной конструкции и этапы ее проектирования

1.2 Существующий технологический процесс и его недостатки

2. Специальная часть

1. Меры по усовершенствованию технологического процесса, усовершенствованный технологический процесс
2. Вспомогательное оборудование для сборки и сварки

3. Технологическая часть

3.1 Выбор и обоснование сварочного оборудования

3.2 Выбор и обоснование сварочного инструмента

3.3 Расчет режимов сварки

3.4 Расчет норм времени

3.5 Расчет массы наплавленного металла

3.6 Контроль качества сборки и сварки

3.7 Требования техники безопасности при изготовлении конструкции

5. Литература

 

 

 

Введение

 

Механизация и автоматизация являются важнейшим  средством повышения производительности труда, улучшения качества и условий труда в сварочном производстве.

Сварочное производство – комплексное производство, включающее в себя основные операции (сборку, сварку, правку, термообработку, отделку сварных конструкций и др.); вспомогательные операции (транспортные, наладочные, контрольные и т.п.) и операции обслуживания (ремонтные и др.). Несварочные операции в сварочном производстве составляют в среднем 70% общей трудоемкости работ сварочных цехов. При осуществлении собственно сварочных операций, в том числе при применении механизированных методов сварки, выполняются вспомогательные приемы по установке и кантовке изделий под сварку, зачистке кромок и швов, сбору флюса, установке автомата в начале шва, отводу автомата или перемещению изделия и др. На выполнение этих приемов приходиться в среднем 35% трудоемкости собственно сварочных операций. Отсюда следует, что комплексная механизация сварочного производства имеет чрезвычайно важное значение, так как механизация только самого процесса сварки не может обеспечить высокий уровень механизации сварочных цехов.

Цель: научиться  разрабатывать технологический  процесс изготовления сварной конструкции  – сварной балки.

 

 

 

1. Общая часть

 

1.1 Технологичность сварной конструкции  и этапы ее проектирования

 

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Сварка – экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.

Сварные соединения имеют достоинства:

1. прочность и надежность;
2. простота конструктивной формы;
3. экономичны по расходу металла;
4. возможны автоматизации и механизации процесса сварки.

Недостатки сварочных соединений:

1. наличие остаточных сварочных напряжений в металлоконструкциях;
2. деформация изделий от усадки сварочных швов;
3. большая чувствительность металлоконструкций к концентрации напряжений и хрупкости.

Двутавровая балка изготавливается сваркой, из углеродистой стали: Сталь 20 по ГОСТ 1050–88.

 

 

 

Химический состав стали 20

В состав сплава входят: углерод (C) - 0.17-0.24 %, кремний (Si) - 0,17-0,37%, марганец (Mn) - 0,35-0,65 %;содержание меди (Cu) и никеля (Ni) допускается  не более 0,25%, мышьяка (As) - не более 0,08%, серы (S) - не более 0,4%, фосфора (Р) - 0,035%.

Структура стали 20 представляет собой смесь  перлита и феррита. Термическая  обработка стали 20 позволяет получать структуру реечного (пакетного) мартенсита. При таких структурных преобразованиях  прочность возрастает, и пластичность уменьшается.

Технологические свойства ст20

Температура начала ковки стали 20 составляет 1280°  С, окончания - 750° С, охлаждение поковки - воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной способности. Свариваемость стали 20 не ограничена, исключая детали, подвергавшиеся химико-термической  обработке. Рекомендованы способы  сварки АДС, КТС, РДС, под газовой  защитой и флюсом.

 

1.2 Существующий технологический процесс и его недостатки

 

Технологический процесс – это часть производственного процесса, содержащая действие по изменению предмета производства.

Технологический процесс должен обеспечить изготовление конструкции при минимальной  трудоемкости операций, минимальном  расходе сварочных материалов и  электроэнергии, с высоким качеством  сварных соединений, при наименьших остаточных деформациях конструкции  и полном соблюдении мер по технике  безопасности.

Технологическая картина – основной производственный документ, в котором приведены все данные о заготовке, сборке, сварке и контроле качества балки. Для того чтобы изготовить сварную балку необходимо составить форма технологического процесса сборки-сварки изделия.

 

Форма технологического процесса сборки-сварки изделия

№ операции	Наименование и краткое содержание операции	Оборудование и инструмент для  сборки и сварки
1	Зачистка. Основной металл очищают от ржавчины, масла, влаги, рыхлого слоя окалины. Допускается зачистка не всей поверхности свариваемых деталей, а только части поверхности кромок шириной 30–40 мм. Особенно тщательно зачитают торцы свариваемых кромок.	Для удаления масел применяют ветошь. Дробометную машину.
2	Правка. Правку листовой стали производят в холодном состоянии. При этом устраняют общие и местные неровности, волнистость кромок, саблевидность. Правку мелких листовых деталей после резки на гильотинных или пресс-ножницах выполняют на листе металла 25–30 мм. Детали раскладывают в один слой, и лист с деталями пропускают между валками листоправильной машины до полного выправления металла.	Четырехвалковая правильно – гибочной машине Х2М-С-600 (Чехословакия). Листоправильная машина.
3	Разметка. Разметкой называют процесс вычеркивания детали на материале в натуральную величину с нанесением линей сгибов, вырезов и центров отверстий. При заготовке нескольких одинаковых деталей их размечают по шаблону с допуском на резку.	Мерительный инструмент.
4	Резка. Для холодной резки прокатной стали преимущественно применяют гильотинные, уголковые и сортовые ножницы для резки балок и швеллеров, снабженные различными приспособлениями. Широко применяют кислородную и плазменную резку. Кислородную  резку следует выполнять механизированными способами-автоматами и переносными полуавтоматами. Так как балка является ответственной  несущей конструкцией, высота неровностей реза после  машинной газовой резки должна быть не более 0,3 мм, в противном случае необходимы продольные кромки балки строгать на кромкострогальном станке модели НВ Фирмы «Вагнер», ФРГ.	Кромкострогальный станок модели НВ Фирмы  «Вагнер», ФРГ. Гильотинные, уголковые  и сортовые ножницы.
5	Подготовка кромок под сварку. Подготовка кромок состоит в ровной обрезке и разделке их по определенной форме в зависимости от толщины  металла. Для разделки кромок используют механическую обработку: токарную, строгание, фрезерование, обрезку  на гильотинных ножницах. Зачистку кромок выполняют механическими способами: пескоструйным, дробеструйным, металлическими щетками, абразивными кругами или химическим способом.	Токарные, строгальные, фрезеровочные станки. Обрезку на гильотинных ножницах.
6	Сборка. Сборка сварной конструкции заключается в размещении ее элементов в порядке технологической карты и предварительном скреплении их между собой с помощью приспособлений и наложений прихваток. От качества сборки в значительной степени зависит качества сварной  конструкции.	универсальный кондуктор
7	Сварка. Это наиболее производительный способ электродуговой сварки; его применяют для прямолинейных стыковых швов длиной более 500 мм, продольных и кольцевых швов листовых конструкций и угловых швов длиной более Зм. Сварку производят голой электродной проволокой. Место сварного шва покрывают ровным слоем флюса толщиной 30–40 мм.	Для сварки используется проволока марки  Св08 или Св08А ГОСТ2246-70 и флюс марки АН-348, ОСЦ-45 ГОСТ 9087-81

 

2. Специальная часть

 

2.1 Меры по усовершенствованию технологического процесса сборки-сварки конструкции, усовершенствованный технологический процесс

 

Для усовершенствования технологического процесса необходимо:

1. применять  наиболее прогрессивные методы  вырезки деталей без разметки  по механическим копирам на  станках с программным управлением;

2. для  сварки балок применить кантователь  с электромеханическим приводом  грузоподъемностью 5т, который  обеспечит поворот балки в  положение, удобное для сварки (Рис. 2) см. приложение стр. 14.

 

Рис. 2 Кантователь для сварки конструкции

 

2.2 Вспомогательное оборудование  для сборки и сварки

 

Балочные и решетчатые конструкции.

Балочные  конструкции. Сечения сварных балок  со сплошной стенкой, получивших наибольшее распространение, показаны на (рис. 3) С экономической точки зрения рационально использовать в сварных конструкциях штампованные или гнутые листовые профили.

 

Рис. 3. Поперечные сечения сварных балок со сплошной стенкой

 

На (рис. 4) изображены некоторые сечения сварных балок, выполненные из гнутых профилей.

Сечения 1, б, 6 и 7 требуют обработки кромок, сечения 6 и 7 – снятия фасок под сварку. Для изготовления сечений 1, 2, 9 и 10 необходим большой ход пресса (глубокая гибка).

 

Рис. 4. Типы сварных балок замкнутых сечений из гнутых профилей

 

Для сечений 4, 8 и 9 при большой толщине листов используют два штампа (для каждого элемента балки свой штамп). Соединение двух элементов сечений 8, 9, 10, 11 и 12 возможно как дуговой, так и контактной (точечной или шовной) сваркой.

При применении дуговой сварки наиболее удобно сечение 1 и 7, а при применении контактной сварки – сечения 8 и 11.

Широко  применяются двутавровые балки  с поясными швами, выполненными автоматической сваркой под флюсом. В зависимости от характера нагрузки и размеров двутавровых балок устанавливают ребра жесткости.

На (рис. 5) показаны конструкции вертикальных ребер жесткости и крепление их к поясам балок. При креплении ребер жесткости к нижнему растянутому поясу стремятся избегать швов, расположенных поперек действующих растягивающих усилий. Как правило, вертикальные ребра жесткости устанавливают и приваривают по окончании сварки поясных швов. При сборке балок, кроме хорошей подгонки, большое внимание должно быть уделено симметрии расположения и взаимной перпендикулярности полок и стенок.

 

Рис. 5. Элементы жесткости сварных двутавровых балок

 

На (рис. 6) показан порядок сборки балки с применением простейших приспособлений. По разметке (рис. 6, а) на листах полок устанавливают и прихватывают коротыши 2. К стенке крепят, временный уголок жесткости 5. Потом на полку устанавливают стенку (рис. 6, б) выверяют ее по слесарному угольнику 6 и прихватывают. Таким же образом собранный тавр устанавливают, выверяют и прихватывают к другой полке (рис. 6, в). С целью устранения угловых деформаций в местах расположения монтажных отверстий в ряде случаев устанавливают кассеты (рис. 6, г) и при помощи винтов полкам придают предварительный изгиб, обратный ожидаемому от усадки сварных швов.

Кондуктор с винтовыми прижимами для  сборки двутавровых балок постоянного  сечения показан на (рис. 7). К раме приварены поперечные балки, несущие упоры с прижимными болтами (рис. 7, а). Вертикальную стенку собираемой балки укладывают на продольные швеллеры, после чего устанавливают полки. Детали плотно прижимают друг к другу и прихватывают. Настройкой поддерживающих винтов достигают симметричного расположения

Стенки  полок. Иногда вертикальный лист прижимают  винтами при помощи съемных траверс (рис. 7, б). В промежутках между упорами в местах неплотного прилегания деталей ставят хомуты (рис. 7, в) винтами и гайки поддерживающих винтов крепятся на болтах и могут переставляться в зависимости от высоты собираемой балки. Расстояние между продольными швеллерами можно изменять за счет вставки.

 

Рис. 6. Сборка двутавровой сварной балки по разметке:

а – отдельные  листовые детали, подготовленные к  сборке;

б – сборка стенки с первой полкой;

в - сборка стенки со второй полкой;

г – установка  кассет в местах в местах расположения монтажных отверстий;

1,3,4 –  листы элементов балки;

2 – коротыши  из уголков;

5 – временный  уголок жесткости;

6 – слесарный  угольник;

7 – кассеты.

 

Рис. 7. Сборочный кондуктор для балок постоянного сечения:

1 – рама; 2 – поперечные балки, 3,4 – упоры, 5 – прижимные болты,

(У – продольные швеллеры); 7 – поддерживающие винты,

8-прижимные винты, 9 – съемные траверсы, 10 – хомуты

 

 

 

3. Технологическая часть

 

3.1 Выбор и обоснование оборудования Автоматическая сварка под флюсом

 

Поясные швы балки свариваются автоматической сваркой под флюсом. Это наиболее производительный способ электродуговой сварки; его применяют для прямолинейных стыковых швов длиной более 500 мм, продольных и кольцевых швов листовых конструкций и угловых швов длиной болееЗм. Сварку производят голой электродной проволокой. Место сварного шва покрывают ровным слоем флюса толщиной 30–40 мм. Мощность сварочной дуги при автоматической сварке 40–60 квт – это в 6–7 раз больше, чем при ручной. При этом способе сварки электрическая дуга горит под зернистым сыпучим материалом, называемым сварочным флюсом. Под действием тепла сварочной дуги расплавляются 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. Расплавленный флюс, окружая газовую полость, защищает дугу и расплавленный металл в зоне сварки от вредного воздействия окружающей среды, осуществляет металлургическую обработку металла в сварочной ванне. По мере удаления сварочной дуги расплавленный флюс, прореагировавший с расплавленным металлом, затвердевает, образуя на шве, шлаковую корку. После прекращения процесса сварки и охлаждения металла шлаковая корка легко отделяется от металла шва. Неизрасходованная часть флюса специальным пневматическим устройством собирается во флюсоаппарат и используется в дальнейшей сварке.