Зварювання двотаврової балки

1.3.4 Вимоги до складання

Складання балки повинно  проводитися тільки із виправлених  деталей та елементів, очищених від завусениць, та забруднень. При складанні не повинно допускатись змін форми конструкції, що не передбачені технологічним процесом, а при кантуванні та транспортуванні – залишкове деформування балки.

Перенесення та кантування краном важких і великогабаритних конструкцій та їх елементів, зібраних тільки на прихопленнях, без використання приспосіблень, що забезпечують незмінність їх форми, не допускається.

Прихоплення повинні розміщуватись в розташування зварних швів. Розміри перерізу прихоплень повинні бути мінімально необхідними для забезпечення розплавлення їх при накладанні швів проектного перерізу. Довжина прихоплень в конструкції балки повинна бути не менше 50 мм  а відстань між прихопленнями  - не більше 500 мм при катеті шва прихоплення не більше половини катета шва зварного з’єднання.

1.3.5 Вимоги до якості виробу

Після зварювання виріб  повинен відповідати кресленню  з відповідними допусками відхилень. З’єднання повинні бути зачищені від  розбризкувань металу і обстежені  на наявність поверхневих і внутрішніх дефектів зварних шві. Зварні шви мають відповідати певним вимогам, які вказані в нормативних документах. Відхилення від робочого креслення може бути обумовлене тим, що після процесу зварювання необхідно застосувати механічне оброблення . Зварні шви повинні забезпечувати необхідну твердість і міцність конструкції. Зварювальний виріб має задовольняти вимозі раціонального компонування виробу [3,4].

По зовнішньому вигляду  шви зварних з’єднань повинні  задовольняти наступним вимогам:

а) мати гладку або рівномірно чешуйчасту поверхню (без напливів, пропалів, звужень та переривів) та не повинні мати різкого переходу до основного металу. В конструкціях що сприймають динамічні навантаження, кутові шви повинні виконуватись з плавним переходом до основного металу;

б) наплавлений метал  повинен бути щільним по всій довжині  шва, та не мати тріщин і дефектів, що виходять за вказані межі;

в) підрізи основного  металу допускаються глибиною не більше 0,5 мм при товщині сталі від 4 до 10 мм та не більше 1 мм при товщині сталі більше 10 мм;

г) всі кратери повинні  бути заварені.

 

 2 Технологічний розділ

 

2.1 Техніко-економічне обґрунтування способу зварювання

 

Спосіб зварювання, як правило, вибирається, виходячи із даних  програми випуску. Відповідно до нього  встановлюється тип виробництва, відносно якого встановлюється ступінь механізації та автоматизації процесу виготовлення зварного виробу.

Тип виробництва — це комплексна характеристика організаційно-технічного рівня виробництва, що охоплює номенклатуру продукції, обсяг виробництва, випуск однотипної продукції, характер завантаження робочих місць, кваліфікацію робітників, собівартість продукції.

Під типом виробництва  розуміють ступінь постійного завантаження робочих місць однаковою роботою і пов'язані з нею особливості [5].

Залежно від ступеня  завантаження робочих місць, який обумовлюється  масштабом та трудомісткістю виробництва, розрізняють такі типи виробництва:

• одиничне;

• серійне;

• масове;

• змішане.

У свою чергу, серійне  виробництво поділяється на дрібно-,  середньо- та крупносерійне. Прикладом одиничного виробництва може бути дослідне або експериментальне виробництво.

Програма випуску для  даного виробу є одиночною. Зважаючи на те, що при спорудженні балкових конструкцій виконується велика кількість однотипних зварних з'єднань, для зварювання таких конструкцій доцільно використати автоматичне зварювання під шаром флюсу. Для виконання прихоплень використаємо ручне дугове зварювання покритими електродами.

Зварювання під флюсом у більшості випадків використовуються як автоматичний процес. Процес ведеться переважно в нижнім положенні. Обсяг робіт, виконуваних за допомогою зварювання під флюсом, рік у рік збільшується. Інтенсивний розвиток автоматичного зварювання під флюсом обумовлено високою продуктивністю цього способу, стабільною якістю зварювання, малою витратою електродного металу й електроенергії та відповідних умов праці [5].

При зварюванні під флюсом продуктивність процесу за машинним часом підвищується в 6—12 разів, що навіть при коефіцієнті використання зварювальної установки 0,5 в 3—6 разів перевершує продуктивність ручного зварювання покритими електродами. При зварюванні на спеціальних, так званих форсованих режимах, застосовуваних при виготовленні труб великого діаметра й  двотаврових балок, продуктивність підвищується в 15-20 разів. За рахунок підвищення коефіцієнта використання зварювальної установки можна домогтися значного подальшого росту продуктивності зварювання під флюсом. Підвищення продуктивності при автоматичному зварюванні під флюсом досягається за рахунок використання більших струмів і підвищення щільності струму в електроді (Таблиця 3.1) дозволяє зварювати метал значної товщини без оброблення кромок з однієї або двох сторін (продуктивність зварювання для цього випадку визначається в основному глибиною проплавлення основного металу) і збільшувати кількість наплавленого в одиницю часу металу. Коефіцієнт наплавлення при зварюванні під флюсом становить 14-18 г/А·год проти 8-12 г/А·год  при зварюванні покритими електродами. Підвищення сили струму, збільшення глибини провару й коефіцієнта наплавлення дозволяють підвищити продуктивність і при зварюванні багатошарових швів [5].

 

Таблиця 2.1 – Сила  і густина зварювального струму в електроді при зварюванні покритими електродами і під флюсом.

Діаметр електродного стержня чи дроту	Зварювання покритими електродами		Зварювання під флюсом
	Сила струму, А	Густина струму,А/мм²	Сила струму, А	Густина струму,А/мм²
5	190-350	10-18	700-1000	35-50
4	125-200	10-16	500-800	40-63
3	80-130	11-18	350-600	50-85
2	50-65	16-20	200-400	63-125

 

Відсутність бризгів  – також серйозна перевага зварювання під флюсом, тому що відпадає потреба  в трудомісткій операції очищення від  них поверхні деталей, що зварюються.

При зварюванні під флюсом забезпечується висока й стабільна  якість зварювання. Це досягається за рахунок надійного захисту металу шва від впливу кисню й азоту повітря, однорідності металу шва по хімічному складі, поліпшення форми шва й збереження сталості його розмірів. У результаті забезпечується менша ймовірність утворення непроварів, підрізів і інших дефектів формування шва й відсутність перерв у процесі зварювання, викликаних необхідністю зміни електродів.

При зварюванні під флюсом (рис. 3.1) дуга горить між зварювальним дротом 1 і зварювальним виробом 5 під  шаром гранульованого флюсу 4. Ролики 2 спеціальний механізм, який подає  електродний дріт у зону дуги 6.

Зварювальний струм (змінний  або постійний прямій або зворотній  полярності) підводить до дроту за допомогою ковзаючого контакту 3. Зварювальна дуга горить у газовому шарі, що утворюється в результаті плавлення флюсу й металу.

Крім того, розплавлений метал захищений від зовнішнього  середовища шаром розплавленого  флюсу 8. У міру віддалення дуги від  зони зварювання розплавлений флюс застигає й утворить жужільну кірку 10, що згодом легко відділяється від поверхні шва [6].

Флюс засипається поперед  дуги з бункера шаром товщиною 40–80 мм і шириною 40–100мм. Нерозплавлений флюс після зварювання використовується повторно. Розплавлені електродний  і основний метали 7 у зварювальній ванні перемішуються й при кристалізації утворять зварений   шов 9.

                                   

Рисунок. 2.1. Схема автоматичного зварювання (наплавлення) під флюсом

 

До переваг зварювання під флюсом відноситься: висока продуктивність процесу, завдяки використанню більших струмів, глибокому проплавлению, майже повній відсутності втрат металу на вигорряння і розбризкування (не більше 3%); висока якість наплавленої поверхні в результаті гарного захисту флюсом зварювальної ванни; незначна кількість неметалічних включень у металі шва; можливість легування наплавленого металу через флюс; краще використання тепла дуги (у порівнянні з ручним зварюванням витрата електроенергії зменшується на 30- 40%); кращі умови праці зварника й ряд інших.

Разом з тим, цей вид  зварювання має ряд недоліків: значне нагрівання виробу; підвищену плинність  розплавлених металу й флюсу, що дозволяє вести зварювання тільки в нижнім положенні й наплавляти деталі діаметром  не менш 40мм; необхідність в окремих випадках повторної термічної обробки; неможливість безпосереднього спостереження за формуванням зварювального шва.

Зварювання під флюсом використовується при виготовленні й ремонті конструкцій і деталей  відповідального призначення, які  повинні бути надійними при експлуатації в умовах низьких і високих температур [7].

 

2.2 Вибір зварювальних матеріалів

 

Зварювання двотаврової  балки буде виконуватись під шаром  флюсу з використанням  зварювального дроту Св-08ГС, оскільки він найкраще підходить за хімічним складом та механічними властивостями для даної сталі. Він повинен відповідати вимогам ГОСТ 2246 – 70 "Дріт сталевий зварювальний".

Зварювальний дріт виготовляється зі сталей з низьким змістом вуглецю. По виду поверхні дріт виробляється необмідненим і обмідненим. Мідне покриття - 6 мкм. Поверхня дроту повинна бути чистою й гладкою, без тріщин, розшарувань, плівок, закатів, забоїн, окалини, іржі, масла та інших забруднень. Допускаються окремі риски, подряпини, місцева рябизна, вм'ятини глибиною не більше граничного відхилення по діаметру [5].

Даний дріт використовується для автоматичного зварювання під  флюсом вуглецевих сталей із границею текучості 225-440 МПа (конструкцій мостів, опор, труб, трубопроводів і посудин, що працюють при високих тисках і температурах). Хімічний склад та маханічні властивості матеріалу даного дроту наведений у таблицях 2.2, 2.3

Таблиця 2.2 – Хімічний склад зварювального дроту Св-08ГС, %

Марка зварюваль-ного дроту	Вміст хімічних елементів, %
	С не більше	Мn	Si не більше	Р	S	Сr не більше	Ni не більше	Сu не більше
Св08ГС	0,10	1,4-1,70	0,60-0,85	0,030	0,025	0,20	0,25	0,25

 

Таблиця 2.3 – Механічні властивості дроту із легованої сталі

Діаметр дроту в, мм.	Тимчасовий опір розриву, Н/мм2
1,0-1,5	882-1323(90-135)
1,6	882 1274(90-130)
2,0	784-1176(80-120)
більше 2,0	686-1029(70-105)

 

У якості зварювального  флюсу використаємо зварювальний флюс АН-60СМ призначений для механізованого зварювання низьковуглецевих і низьколегованих  сталей у сполученні з відповідними дротами. У сполученні зі зварювальним дротом Св-08ГС даний флюс забезпечить потрібні хімічні та механічні властивості зварного шва [5].

Як флюс загального призначення, флюс АН-60СМ може застосовуватися при  зварюванні конструкцій, де звичайно використовуються флюси марок АН-348А, ОСЦ-45, АНЦ-1, а також при наплавленні колінчастих валів двигунів внутрішнього згоряння.

Зварювальний флюс АН-60СМ забезпечує вміст дифузійного водню  менш 3см3 на 100гр. наплавленого металу, що значно нижче, ніж при зварюванні під флюсами АН-348А, ОСЦ-45, АНЦ-1 (близько 10 см3 водню на 100гр. наплавленого металу), завдяки чому флюс АН-60СМ перевершує інші флюси по стійкості швів проти утворення пор.

Флюс відповідає технічним  умовам України ТУ В 05416923.013-96.

Хімічний склад флюсів повинен відповідати таблиця. 3.4.

Таблиця 2.4 Хімічний склад флюсу АН – 60СМ

Марка  флюсу	Масова частка, %
	Кремнію (IV) оксид	Марганцю  (II) оксид	Кальцію оксид	Магнію  оксид	Алюмінію оксид
АН - 60 СМ	42-46	36-41	Не більше 10	Не більше 3	Не більше 6

Для ручного дугового зварювання використовуються електроди типу Э-50А марки УОНИ 13/55. Вони призначені для зварювання відповідальних конструкцій із низьколегованих сталей [5]. Електроди повинні відповідати ГОСТ 9467 – 75. Їхні технологічні властивості наведені у таблиці 2.5.

 

Таблиця 2.5 Властивості електродів типу Э-50А марки УОНИ 13/55

Марка і тип електроду	Технологічні властивості				Режим прокалювання перед  зварюванням
	Коефіцієнт наплавлення, г/А*год	Допустима сила струму при 5 мм у нижньому положенні, А	Розхід електродів на 1 кг наплавленого металу, кг	Струм, полярність	Температура, 0С	Час, хв
Э-50А УОНИ 13/55	9 - 10	270	1,5	Постійний зворотної  полярності	350	60