Технология сварки узла станины кантователя

                                          Введение

Сварка – это технологический процесс создания неразъемных соединений элементов путем установления межатомных связей между соединяемыми частями при их местной или пластической деформации, или одновременным действием того и другого.

Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими вкраплениями (керамикой, стеклом, графитом, пластмассой и др.).

Первопроходцами в сварке являются русские ученые и инженеры - В.В. Петров, Н.Н. Бенардос и Н.Г.Славянов.

В 1802г. профессор физики В.В. Петров открыл дуговой разряд от построенного им мощного «вольтового столба». Этот столб или батарея был самым мощным источником электрического тока в то время, однако практического применения технология не нашла.

 До  целевого применения дуги для целей сварки прошло более 80-ти лет. Н.Н. Бенардос первым применил электрическую дугу между угольным электродом и металлом для сварки. Он применил созданный им способ не только для сварки, но и для наплавки и резки металлов.

Другой русский инженер Н.Г. Славянов, разработал способ дуговой сварки металлическим электродом с защитой сварочной зоны слоем порошкового вещества, то есть флюса, и первое в мире устройство для полуавтоматической подачи электронного прутка в зону сварки. Способ сварки плавящимся металлическим электродом получил название «дуговая сварка по способу Славянова».

Изобретения Бенардоса и Славянова нашли заметное применение в то время, в первую очередь на железных дорогах, а затем на нескольких крупных машиностроительных и металлургических заводах России.

Однако, несмотря на первоначальные успехи русских изобретателей в деле разработки и внедрения дуговой сварки, к началу XX века страны Европы опередили Россию.

Только после революции 1917г. сварка получила широкое развитие в нашей стране. Тогда у нас впервые в мире были разработаны новые высокопроизводительные виды сварки, такие, как электрошлаковая, в углекислом газе и др.

Так, в 1928 году учёный Д.А. Дульчевский изобрёл автоматическую сварку под флюсом.

 Новый  этап в развитии сварки произошел к концу 30-х годов, когда коллективом института электросварки АН УССР под руководством академика Е.О. Патона был разработан промышленный способ автоматической сварки под флюсом. Внедрение его в производство началось в 1940 г. Сварка под флюсом сыграла важную роль в годы Великой отечественной войны при производстве танков, самоходных орудий и авиабомб. Позднее был разработан способ полуавтоматической сварки под флюсом.

 В  конце 40-ых годов получила промышленное  применение сварка в защитном  газе. Коллективами Центрального  научно-исследовательского института  технологий машиностроения и  Института электросварки имени Е.О. Патона разработана и в 1952 году внедрена в производство полуавтоматическая сварка в углекислом газе.

 Огромным  достижением сварочной техники  стала разработка в 1949 году электрошлаковой сварки, благодаря которой стало возможным сваривать металлы практически любой толщины.

В наше время во всех сферах деятельности человека всё большее распространение получают новые современные материалы, в связи с этим всё чаще встаёт вопрос о новых технологиях сварки, которые бы обеспечили требуемую степень качества и прочность сварных соединений. При этом появляется потребность в разработке принципиально нового оборудования для сварки, которое бы обеспечивало высокое качество сварных швов, а также простоту, надежность и безопасность.

Прогресс в современной промышленности неразрывно связан с развитием сварочного производства. Сварка находит широкое применение при изготовлении металлургического, химического и энергического оборудования, различных трубопроводов, в машиностроении, в производстве строительных и других конструкций.

Сварка во многих случаях смогла заменить такие трудоёмкие процессы изготовления конструкций, как клёпка и литьё, соединение на резьбе и ковка.

Преимущества сварки перед этими процессами:

- экономия  металла - 10..30% и более в зависимости от сложности конструкции;

- уменьшение трудоёмкости работ, сокращение сроков работ и их стоимости;

- более  дешевое оборудование;

- возможность механизации и автоматизации сварочного процесса;

- возможность использования наплавки для восстановления изношенных деталей;

- высокая  герметичность сварных соединений;

- уменьшение производственного шума и улучшение условий труда рабочих.

В данном дипломном проекте представлена «Разработка и совершенствование полуавтоматической сварки в среде СО2  узла станины».

Актуальность представленной дипломной работы определяется перспективностью дальнейшего развития процесса сварки в производстве.

Объектом данного исследования выступает процесс полуавтоматической сварки в среде СО2.

Предмет исследования – потенциал, особенности, последовательность и экономическая эффективность процесса полуавтоматической сварки в среде СО2.

Цель работы – разработать технологический процесс полуавтоматической сварки в среде СО2 узла станины кантователя. Для выполнения цели были поставлены следующие задачи:

- определить  основные характеристики и назначение  изготовляемой конструкции, выбрать  способ сварки;

- выполнить  расчет параметров режимов выбранного  способа сварки, расчеты по нормированию;

- произвести  выбор сварочного оборудования  и материалов;

- разработать  процесс сборки, сварки и контроля  качества выбранной сварной конструкции;

- рассмотреть  вопросы охраны труда и техники  безопасности при проведении  сварочных работ;

- обосновать  технико – экономическую эффективность проекта.

Теоретической и методологической основой исследования послужили фундаментальные труды российских ученых в области различных видов сварки, учебная литература, статьи. Теоретические и прикладные аспекты развития сварки и его отдельных разновидностей рассмотрены в трудах российских ученых: Д.И. Новродского, Л.А. Невзорова, М.С. Баранова, А.Д. Котвецкого и др.

Практическая значимость дипломной работы состоит в том, что результаты исследования могут быть использованы при разработке мероприятий, направленных на повышение эффективности процесса полуавтоматической сварки в среде СО2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Назначение и характеристика изготовляемой конструкции

 

Данный  кантователь (рис. 1 и 2)  предназначен  для  кантовки контейнеров общего назначения.

 

Рис. 1.   Кантователь  для  кантовки  контейнеров  общего назначения.

 

1.1 Технические характеристики: 
1. Габаритные размеры установки – длина 2600, ширина 1465, высота 1643 мм. 
2. Грузоподъёмность – 1200 кг. 
3. Угол поворота – 140 град 
4. Масса (вес) – 650 кг. 
5. Производительность – до 30 т/час. 
6. Габариты стандартных контейнеров 1600х1200х1200 (европейские), 1200х800х800 (советские).

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Характеристика основного металла, из которого изготавливается конструкция.

Таблица 1- химического состава стали Ст3сп по ГОСТ 535-88

Марки стали	Содержание элементов в %
	углерод	марганец	кремний	фосфор	сера	хром не более	никель	медь
Ст3сп	0,14-0,22	0,4 - 0,65	0,12 - 0,3	0,04	0,05	0,3	0,3	0,3

 

         Таблица 2 – Характеристика стали марки Ст3сп по ГОСТ 535-88

Марка:	Ст3сп
Классификация:	Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества
Применение:	несущие элементы сварных и не сварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах

 

 

        Таблица 3- Свариваемость стали Ст3сп по ГОСТ 535-88

без ограничений	- сварка производится без подогрева  и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая	- сварка возможна при подогреве  до 100-120 град. и последующей термообработке
Трудно-свариваемая	- для получения качественных  сварных соединений требуются  дополнительные операции: подогрев  до 200-300 град. при сварке, термообработка  после сварки - отжиг

 

      

 

Таблица 4-Технологические свойства стали Ст3сп по ГОСТ 535-88

Свариваемость:	без ограничений.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

 

Таблица 5-Механические свойства при Т= 20° С стали Ст3сп по ГОСТ 535-88

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5
-	мм	-	МПа	МПа	%
Прокат, ГОСТ 535-2005	20-40		370-490	205-255	23-26

 

Буквы Ст обозначают "Сталь", цифры - условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы "кп", "пс", "сп" - степень раскисления ("кп" - кипящая, "пс" - полуспокойная, "сп" - спокойная).

sв	- Предел прочности , [МПа]
sT	- Предел текучести, [МПа]
d5	- Относительное удлинение при  разрыве , [ % ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                      2. Выбор способа сварки.

 

Для правильного выбора способов сварки надо принимать во внимание следующие факторы:

- свариваемость  материала;

- требования  к качеству свариваемого изделия;

- анализ возникновения деформаций.

 

Сталь Ст3сп, сваривается без ограничений, что при правильно выбранных режимах сварки обеспечивает однородный состав металла шва, хорошее качество шва, а его механические свойства незначительно отличаются от основного металла.

Швы в изделии тавровые, угловые и стыковые, толщина металла составляет 5 мм. Пространственное положение швов – нижнее, горизонтальное и вертикальное.

На основании анализа свариваемости можно сделать вывод, что данная сталь способна свариваться следующими способами сварки. Проанализируем сварку данного изделия по следующим способам:

- ручная  дуговая сварка;

- сварка  под флюсом;

- сварка  в среде защитных газов.

Ручная дуговая сварка является высокоманевренным способом, но не всегда обеспечивает стабильность состава и свойства металла по всей длине шва. Кроме того, при ручной дуговой сварке требуется постоянная смена электродов, что ведет к появлению частых кратеров. Она обладает небольшой производительностью и не обеспечивает нужного качества формирования шва.

Сварка под флюсом имеет большее преимущество перед ручной дуговой сваркой за счет обеспечения стабильности состава и свойств металла шва, происходит более надежная защита зоны сварки от окисления легирующих компонентов кислородом воздуха. Недостатками способа является повышенная жидкотекучесть расплавленного металла и флюса. Поэтому сварка возможна только в нижнем положении при отклонении плоскости шва от горизонтали не более чем на 10-15°. В противном случае нарушится формирование шва, могут образоваться подрезы и другие дефекты. Кроме того, этот способ сварки требует и более тщательной сборки кромок под сварку и использования специальных приемов сварки. При увеличенном зазоре между кромками возможно вытекание в него расплавленного металла и флюса и образование в шве дефектов.

Сварка в защитных газах является высокотехнологичным способом, возможна сварка на больших скоростях.

Сварка в среде защитного газа имеет ряд преимуществ перед другими методами сварки:

- более  высокая производительность труда  по сравнению со сваркой под  слоем флюса,

- высокая  экономичность процесса,

- хорошее  качество наплавленного металла (высокое качество формирования  шва);