Сварные конструкции

метки: Конструкция, Сварной, Классификация, Деталь, Сварка, Найда, Оборудование, Коэффициент

Данный курсовой проект является заключительной частью дисциплины «Производство сварных конструкций». Главной целью этого курсового проекта является закрепление знаний учащегося, научиться самостоятельно работать с полученными знаниями и получить опыт работы в области разработки технологических процессов изготовления сварных конструкций.

В данном курсовом проекте мною были применены навыки по выбору подходящей для конструкции марки стали, определению типов сварных швов, способов сварки, расчёту режимов, выбору и разработке приспособлений и сварочного оборудования.

Сварные металлические конструкции — это конструкции, которые производятся при помощи сварки. Без сварных конструкций невозможно представить строительство зданий, возведение мостов, машиностроение и другие отрасли промышленности.В виде сварных конструкций изготовляется примерно 95% всех стальных конструкций.

Сварные конструкции имеют ряд преимуществ перед клепаными: экономия металла (10—20%) в результате более полного использования сечения и меньшего веса соединит, элементов; меньшая стоимость (благодаря индустриальности изготовления, применению относительно недорогого оборудования); плотность (герметичность) сварных швов, что особенно важно для резервуаров, трубопроводов и гидротехнических сооружений. К недостаткам сварных конструкций следует отнести развитие сварочных напряжений и деформаций как временных (в процессе сварки), так и остаточных. Правильно выбранная технология сварки и ряд специальных мероприятий позволяют изготавливать сварные конструкции достаточно высокого качества.

Повышение механических свойств зоны термического влияния достигается применением рациональных методов сварки, термической и механической обработкой конструкций после сварки. При правильно выбранном технологическом процессе металл шва равнопрочен с основным металлом. Изготовление сварных конструкций осуществляется главным образом дуговой автоматической, полуавтоматической и ручной сваркой плавящимся электродом. Элементы большой толщины (30—50 мм и более) рекомендуется сваривать электрошлаковой сваркой. Ручную сварку применяют при изготовлении конструкций, швы которых имеют относительно малую протяженность и различные направления.

Сварные конструкции выделяются огромным разнообразием изделий. По методу получения заготовок они бывают литосварными, кованосварными, штампосварными и листовыми конструкциями.

Проектирование сварных конструкций

... проектирования состоит в том, что база знаний и нормативная база о силовом сопротивлении конструкции ... С345 поэтому сварку главных балок выполняем без подогрева до сварки и в процессе сварки, а также ... сдвигу; с - коэффициент учёта условий работы стальной конструкции, ?с=1,1. , (3.9) где Ryn - ... проверяют сварные швы, присоединяющие настил к балкам определяют по следующей формуле: (3.12) Сварку балок ...

Есть ещё один вид классификации сварных конструкций — по целевому назначению. Так, например, бывают судовые, авиационные, вагонные и другие виды конструкций в виде балок, колонн, решетчатых, оболочных, корпусных транспортных конструкций, деталей машин или приборов.

Производство сварных металлических конструкций может быть единичным, серийным и массовым. При единичном производстве каждый раз осуществляется изготовление конструкций, отличающихся по размерам и формам от предыдущих. При таком производстве отсутствует специализация рабочих мест, поскольку их приходится постоянно перестраивать. Сборка изделий производится с помощью специальных инструментов и приспособлений.

Серийное производство предполагает изготовление аналогичных изделий сериями или партиями. В нём на каждом рабочем месте выполняются определённые сборочные операции с помощью специализированных приспособлений строго определённого предназначения.

В ходе массового производства выпускаются изделия одного ассортимента в течение длительного периода. Как правило, это очень востребованные на рынке детали. В этом сегменте бизнеса обязательно должна соблюдаться технология производства сварных конструкций, а также строгое соответствие всех выпускаемых конструкций стандартным типоразмерам.

В период подготовки к сварке металлические заготовки могут подвергаться различным операциям — правке, очистке и подготовке поверхности, разметке и маркировке, резке, гибке, штамповке и механической обработке, что предполагает наличие специального оборудования.

Исходя из всего выше сказанного можно сделать вывод что производство сварных конструкций это весьма сложное и ответственное дело к которому необходимо подходить со всей ответственностью. И данный курсовой проект готовит к такой работе.

1. Технологический раздел

1.1 Описание сварной конструкции

Заданием данного курсового проекта является разработка технологического процесса на изготовление центрально сжатой колонны с профилем поперечного сечения состоящего из швеллеров с полками расположенными внутрь сечения. Колонна — это вертикальный элемент передающий нагрузку от вышележащих конструкций на фундамент и воспринимающий усилие сжатия. Чертёж колонны с указанием размеров приведён дальше.Высота стойки колонный по условию 2,2 метра. Программа выпуска 30 000 штук. Для изготовления конструкции было предложено 3 марки сталей Ст 70Г, 08кп, 38Х2МЮА.

При деталировке колонна была разделена мною на 4 основных детали:

• Швеллер (позиция 1)
• Планка (позиция 2)
• Траверса (позиция 3)
• Основание (позиция 4)

При выборе швеллера мною было выявлено то, что он имеет не стандартные размеры, и в ГОСТ 8240-97 подходящий мне швеллер отсутствует. В связи с этим мною было принято решение изготовить сварной швеллер необходимых размеров.

При деталировке швеллер был разделён на 2 элемента:

• Стенка (позиция 1.1)
• Полка (позиция 1.2)

(размеры и чертежи элементов так же приведены в пункте 1.3)

1.2 Технические условия на изготовление сварной конструкции

Сварная конструкция — это любая металлическая конструкция части которой соединены при помощи сварки, клёпки либо других способов соединения. Конструкция должна быть прочной, жесткой и надёжной, а также экономичной и минимально трудоёмкой при изготовлении и монтаже. Они должны обладать устойчивостью, долговечностью, ремонтопригодностью и технологичностью изготовления.

Не допускается на одной несущей конструкции применять и сварку и клёпку по противоположным концам конструкции, так как эти два способа по-разному распределяют нагрузку.

При проектировании металлических сварных конструкций должны учитываться следующие требования:

• Условия эксплуатации
• Экономия металла
• Транспортабельность
• Технологичность
• Скоростной монтаж
• Долговечность
• Эстетичность

1.3 Подсчёт массы сварной конструкции

Массу каждого элемента конструкции можно определить или:

• Исходя из объёма деталей входящих в конструкцию

Где — плотность металла, г/см ³ ; ³

• объём детали сварной конструкции, см ³

• По массе 1 погонного метра детали

Где — вес 1 пог. м. детали (берётся из сортамента на деталь) Кг/м

• длинна детали, м

Для расчёта массы своей конструкции я использовал формулу использующую объём детали, так как в сортаменте нет профилей соответствующих моим деталям.

Определим массу каждой детали:

Стенка (позиция 1,1)

Найдём объём см ³

(см ³ )

Масса стенки (позиция 1,1) составит 26,3 Кг

Полка (позиция 1,2)

Найдём объём см ³

(см ³ )

Масса полки (позиция 1,2) составит 12,3Кг

Планка (позиция 2)

Найдём объём см ³

(см ³ )

Масса планки (позиция 2) составит 2,5Кг

Траверса (позиция 3)

Найдём объём см ³

(см ³ )

Масса траверсы (позиция 3) составит 1,22 Кг

Основание (позиция 4)

Найдём объём см ³

(см ³ )

Масса основания (позиция 4) составит 14,1 Кг

Результаты расчётов занесу в таблицу 1.3.1

Таблица 1.3.1 — Масса элементов сварной конструкции

№ п/п	Наименование	Количество элементов	Габаритные размеры	Объём элемента	Масса элемента
1	Полка	4	160х9,8х1	1568	12,3
2	Стенка	2	160х30х0,7	3360	26,3
3	Планка	4	15х22х1	330	2,5
4	Траверса	2		156	1,22
5	Основание	1	40х45х1	1800	14,1
Итого:	128,64

Найдём общую массу конструкции, Кг:

1.4 Определение параметров сварных швов соединяющих элементы сварной конструкции

В связи с тем, что высота колонны составляет 2,2 м., толщина металла составляет до 10 мм., целесообразнее всего использовать дуговую сварку в защитном газе ГОСТ 14771-76.

Определяю виды и расположение сварных швов, а также количество проходов.

Сварка швеллера. Для сварки швеллера (позиция 1) я выбрал угловой шов У4. Данным швом можно сваривать металлы толщиной от 5 до 30 мм. Это шов с односторонней разделкой кромок, количество одинаковых швов на колонну составляет 4 штуки. Общая длина швов данного вида составит 8,8 м.

Найдём площадь поперечного сечения и количество проходов n для шва У4.

Где: S=10 (толщина металла)

b=1

c=1

e=12

g=1

=40 ^o

Все значения кроме S взяты из сортамента, ГОСТ 14771-76.

Количество проходовn рассчитаю по формуле:

Где: — площадь поперечного сечения шва, мм ² .

• площадь поперечного сечения первого прохода (определяется по таблице 1.4.1 методического пособия).

  Для толщины менее 10 мм

• площадь поперечного сечения второго и последующих проходов (определяется по таблице 1.4.1 методического пособия).

Для толщины менее 10 мм

Шов будет вариться за 1 проход.

Сварка стойки. Для сварки стойка (швеллеры позиция 1 свариваются между собой при помощи соединительных планок позиция 2) я выбрал нахлёсточный шов Н1. Катет шва выбрал равный 6 мм. Количество швов данного типа составляет 10 штук. Общая длинна швов данного вида составит 2,08 м.

Найдём площадь поперечного сечения и количество проходов n для шва Н1.

Где: — катет шва, мм. Принял

Найду количество проходов n:

Шов варится за 1 проход

Стойка приваривается к основанию и траверсе. В данном случае я решил использовать шов Т1. Это односторонний шов без разделки кромок. Толщины свариваемых деталей 8, 10 и 12 мм. Катет шва принял равный 6 мм. Количество одинаковых швов 14 штук.Общая длинна швов данного вида составит 1,96 м.

Найдём площадь поперечного сечения и количество проходов n для шва Т1.

Принял =5

Найду количество проходов n:

Шов варится за 1 проход.

Выбранные швы, площадь поперечного сечения, их протяженность и количество проходов заносится в таблицу 1.4.1.

Таблица 1.4.1: Параметры сварных швов соединяющих элементы конструкции.

№ п/п	Свариваемые детали	Условное обозначение сварного соединения	Длинна шва см	Площадь поперечн. Сечения Сварного шва, мм	Кол-во проходов
1	Полка (поз. 1,2) сваривается со стенкой (поз 1,1)	У6	880	22,7	1
2	Швеллеры (поз. 1) свариваются соед. Планками (поз. 2)	Н15	208	24,3	1
3	Стойка сваривается с основанием (поз. 4) и траверсой (поз. 3)	Т15	196	24,3	1

1.5 Определение типа производства

Тип производства определяется исходя из массы и габаритов сварной конструкции, а так же заданной программы выпуска.

Данная мне конструкция весит более 120 кг. Программа выпуска изделий по условию составляет 30 000 штук.

Исходя из таблицы зависимости (таблица 1.3.1 методического пособия) производство моей конструкции можно отнести к серийному. Следовательно для моего производства будет необходимо использовать специальные приспособления для сборки и сварки конструкций, места складирования и более эффективные и экономичные методы сварки.

1.6 Определение свариваемости материалов сварной конструкции

Основной материал для изготовления сварных конструкций — сталь. Сталь это сплав железа с углеродом (углерода до 2,1%), а также другими химическими элементами.

По прочности стали разделяются на 3 группы:

• Обычной прочности
• Повышенной прочности
• Высокой прочности

В зависимости от содержания углерода:

• Низкоуглеродистые (углерода до 0,25%)
• Среднеуглеродистые (углерода 0,25—0,6%)
• Высокоуглеродистые (углерода 0,6—1,7%)

В зависимости от содержания легирующих компонентов:

• Углеродистые (легирующих компонентов нет)
• Низколегированные (легирующих элементов до 2%)
• Среднелегированные (легирующих элементов 2—10%)
• Высоколегированные (легирующих элементов более 10%)

Для сварных конструкций применяют углеродисты низколегированные, в незначительном количестве среднелегированные стали.

Свойства и качество стали оценивается по:

• Химическому составу
• Механическим свойствам

1. Предел текучести

2. Предел прочности

3. Относительное удлинение

Стали углеродистые обыкновенного качества выпускаются по ГОСТ 380-71 и подразделяются на 3 группы по условиям поставки:

• Группа А — поставляется по механическим свойствам
• Группа Б — поставляется по химическому составу
• Группа В — поставляется по механическим свойствам и химическому составу.

В сварных конструкциях чаще всего применяют стали группы В.

Также одним из важнейших показателей для стали применяемой в сварной конструкции является свариваемость.

Свариваемость — это способность металлов и сплавов образовывать неразъёмное соединение с помощью сварки без трещин, пор и других дефектов.

Основным показателем свариваемости металлов служит сопротивляемость к образованию горячих и холодных трещин.

Различают:

• Принудительную или физическую свариваемость. Это способность металла в условиях сварки образовывать соединения на основе взаимной кристаллизации. Принципиальной свариваемостью обладают все однородные металлы.
• Технологическая свариваемость. Это совокупность свойств основного металла способствующих при данной технологии сварки образовывать сварное соединение надлежащего качества без применения специальных технологических приёмов и термообработки.

В практике используют 4 вида испытаний металла на свариваемость:

• Определение стойкости металла шва против образования горячих трещин
• Определение стойкости металла околошовной зоны против образования холодных трещин
• Испытание стойкости основного металла, металла околошовной зоны и самого шва против перехода в хрупкое состояние, а также всего сварного соединения в целом
• Косвенные методы оценки свариваемости металлов. Они заключаются в оценке количества углерода и легирующих элементов стали и сравнение с так называемым содержанием углерода.

Для изготовления моей конструкции было предложено 3 марки сталей:

• 15ХА
• 09Г2
• 45ХН2МФА

Химический состав сталей записан в таблицу 1.6.1.

Таблица 1.6.1. Химический состав сталей

Марка стали	ГОСТ	Содержание элементов, %
		C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	V	Cu
15ХА	4543-71	0,12-0,17	0,4-0,7	0,17-0,37	0,7-1,1	—	—	—	—
09Г2	1050-88	—	0,4-0,8	0,17-0,37	До 0,3	До 0,3	—	—	До 0,3
45ХН2МФА	4543-71	0,5	0,5-0,8	0,17-0,37	0,8-1,1	1,8	0,2-0,3	0,1-0,18	До 0,3

Выберу наиболее подходящую сталь из перечисленных определив их свариваемость. Для определения свариваемости сталей рассчитаю эквивалентное содержание углерода по формуле:

Где: — химический эквивалент углерода

• размерный коэффициент углерода

Формулы для нахождения и :

Где: С, Mn, Si и прочие элементы — %-ое содержание компонентов в стали

Где: — поправка к эквиваленту углерода

• толщина свариваемого металла=12 мм
• коэффициент толщины

Определение свариваемости стали Ст 70Г

Найдём для стали Ст 70Г

Найдём для стали 09Г2

Определю эквивалент углерода

Химический эквивалент углерода больше 0,45 и составляет 0,201. Свариваемость стали 09Г хорошая.

Определю свариваемость стали 08кп

Найдём для стали 08кп

Найдём для стали 08кп

Определю эквивалент углерода

Химический эквивалент углерода составляет 0,281. Значение попадает в диапазон от 0,25 до 0,35. Следовательно, свариваемость данной стали удовлетворительная.

Рассчитаю температуру предварительного подогрева по формуле:

предварительный подогрев для стали 08кп не требуется.

Определю свариваемость стали45Х2МФА

Найдём для стали 38Х2МЮА

Найдём для стали 38Х2МЮА

Определю эквивалент углерода

Химический эквивалент углерода больше 0,45 и составляет 1,028. Свариваемость стали 45Х2МФА плохая.

Рассчитаю температуру предварительного подогрева по формуле:

Температура предварительного подогрева составит 300—310 .

Исходя из расчётов свариваемости я принял решение использовать для изготовления колонны конструкционную сталь 09Г2. Эта сталь обладает удовлетворительной свариваемость по сравнению со сталью15ХА, не требует подогрева и позволить снизить стоимость конструкции, что невозможно будет сделать при использовании стали45ХН2МФА, так как последняя за счёт своих свойств и химического состава обойдётся на много дороже.

Механические свойства выбранной стали приведены ниже в таблице 1.6.2.

Таблица 1.6.2:Механические свойства стали 08кп

Марка стали	ГОСТ	Временное сопротивление разрыву МПа	Предел текучести МПа	Относительное удлинение %	Ударная вязкость мДж/м 2
09Г2	1577-93	440	295	35	—

1.7 Выбор и обоснование методов сборки и сварки

Для конструкции я использую сталь 09Г2. Это конструкционная сталь с хорошей свариваемостью. Она не требует предварительного подогрева и специальных условий сварки. Свариваться же моя конструкция будет полуавтоматической сваркой в среде защитных газов ГОСТ 14771-76. Данный способ сварки отличается более высокой производительностью чем ручная дуговая сварка ГОСТ(5264-80), и ею можно сваривать относительно тонкие детали в различных пространственных положениях, чего нельзя выполнить при сварке под слоем флюса (ГОСТ 8713-79).

Сборка и сварка всех узлов будет производиться в специальных приспособлениях. Габариты и вес большинства деталей не позволяют установить их в ручную, но так как максимальная длинна деталей составляет всего 2,2 метра, то для установки их в приспособление можно использовать кран-балку. Для обеспечения быстрой установки и сборки я принял решение использовать в приспособлении жесткие упоры и винтовые откидные прижимы. Упоры обеспечат выдержку необходимых размеров, а откидные прижимы не будут затруднять съём узла после сборки и сварки. Прихватка деталей осуществляется в местах сварки полуавтоматической сваркой в среде защитных газов. Расстояние между прихватками не более 0,5 метра.

Сборка швеллеров осуществляется в приспособлении. После сборки собранный швеллер перемещают кран-балкой к рабочему месту сварщика. Сварка швеллера осуществляется без приспособления. Шов варится за 2 прохода полуавтоматической сваркой в среде защитных газов. Выполняется от середины к краям обратно ступенчатым способом. Данный способ обусловлен технологией сварки длинных швов и позволит избежать сильных деформаций и внутренних напряжений. После сварки швы зачищаются

Сборка стойки осуществляется в специальном поворотном приспособлении. За неимением такового, поворот узла осуществляется кран-балкой (узел снимается, переворачивается и устанавливается повторно. Данный способ не желательно применять).

После прихватки всех деталей осуществляется сварка. Стойка сваривается в приспособлении полуавтоматической сваркой в среде защитных газов. Швы варятся за 1 проход. Катет шва составляет 5 мм.

Сварка стойки с основанием и траверсами осуществляется в вертикальном положении, так как высота колонны позволяет установить стойку вертикально. Данная установка позволит избежать необходимости использовать поворотные приспособления и обеспечит доступ ко всем местам сварки.

При сборке и сварке практически все швы будут вариться в нижнем положении. Это облегчит труд сварщика и увеличит производительность.

Использование производительных способов сварки и специальных приспособлений обусловлено большой программой выпуска (30 000 штук).

Экономическая эффективность будет определяться относительной дешевизной основного материала, использованием полуавтоматической сварки и использованием простых приспособлений позволяющих обеспечить быструю сборку.

1.8 Выбор сварочных материалов

Основной металл был выбран мной в пункте 1.6. Так как для сварки конструкции будет применяться полуавтоматическая сварка с среде защитных газов, то необходимо выбрать марку сварочной проволоки и защитный газ для стали 08кп.

Так как сталь 09г2 — конструкционная, то для её сварки можно использовать сварочную проволоку марки СВ08Г2С.

Проволока СВ08Г2С — это омеднённая проволока сплошного сечения. Применяется для сварки в углекислом газе, газовых смесях и под флюсом низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Это одна из наиболее используемых марок проволоки. Позволяет обеспечить равнопрочность соединения, химический состав шва и его механические свойства. При сварке выбрасывает минимальное количество токсичных веществ в атмосферу.

В качестве защитного газа будет использоваться углекислый газ. Выбор сделан исходя из марки стали и технологического применения проволоки. Не токсичен. Так же углекислый газ позволит снизить затраты на производство и себестоимость продукции, так как углекислый газ относительно не дорогой по сравнению с другими защитными газами и их смесями.

1.9 Расчёт режимов сварки

1.9.1 Расчёт режимов при полуавтоматической сварке в СО ₂

Сведения о стандартных типах соединений, швов и форм подготовки кромок для дуговой сварки в защитных газах приведены в ГОСТ 14771-76.

Основными параметрами режима сварки в среде углекислого газа являются:

• Диаметр электродной проволоки, d _эл , мм.

• Сила сварочного тока, I _св , А.

• Напряжение на дуге, U _д , В.

• Скорость сварки, V _св , м/ч.

• Расход защитного газа, G _СО2 , кг.

Дополнительными параметрами являются:

• Род тока.
• Полярность при постоянном токе.

Диаметр электродной проволоки d _эл выбирается в зависимости от толщины свариваемых деталей. При выборе диаметра электродной проволоки при сварке швов в нижнем положении следует руководствоваться данными таблиц 1.9.1.1 и 1.9.1.2 методического пособия.

Исходя из данных вышеуказанных таблиц, я принял решение использовать проволоку диаметром 1,6 мм, так как данной проволокой можно сваривать металл толщиной от 5 до 13 мм, что укладывается в диапазон толщин деталей колонны. Минимальная толщина по изделию составляет 5,6 мм, максимальная 12 мм.

Определю сварочный ток для каждого шва по формуле:

Где: — расчётная глубина проплавления, мм. Определяется по формуле:

• коэффициент пропорциональности зависящий от диаметра проволоки. Определяется по таблице 1.9.1.4 методического пособия.

При d _эл = 1,6 мм составляет 1,55

Где: — глубина проплавления, мм. Берётся из таблицы 1.9.1.3 методического пособия.

• количество проходов. Определено для каждого шва в пункте 1.4

Найдём силу сварочного тока для каждого шва.

• Для шва У4

Определю расчётную глубину проплавления:

Для У4

Для угловых швов где — толщина металла (может быть использован катет шва).

Полученные значения подставлю в формулу:

Найду

Для шва У4 принимаю

Определю напряжение на дуге по формуле:

Напряжение на дуге составит 38,3 В.

• Для шва Н1

Определю расчётную глубину проплавления:

Для Н1

Для угловых швов где — катет шва

Полученные значения подставлю в формулу:

Найду

Для шва Н1 принимаю

Определю напряжение на дуге по формуле:

Напряжение на дуге составит 29,1 В.

• Для шва Т1

Определю расчётную глубину проплавления:

Для Т1

Для угловых швов где — катет шва

Полученные значения подставлю в формулу:

Найду

Для шва Т1 принимаю

Определю напряжение на дуге по формуле:

Напряжение на дуге составит 29,1 В.

Скорость сварки определяется по формуле:

Где: — коэффициент наплавки. Выбирается по катету шва или толщине металла из таблицы 1.9.1.5 методического пособия.

• плотность металла. Для углеродистых и низколегированных сталей
• расчётная площадь поперечного сечения наплавленного металла

определяется по формуле:

• общая площадь поперечного сечения шва, см ² . Рассчитано в пункте 1.4

Найду скорость сварки для каждого шва:

• Для У6

для толщины металла более 6 мм

Найду

см ²

Подставлю значения в формулу:

Скорость сварки шва У4 составит 46м/ч.

• Для Н1

для катета 6 мм

Найду

см ²

Подставлю значения в формулу:

Скорость сварки шва Н1 составит 21,1 м/ч

• Для Т1

для катета 6 мм

Найду

см ²

Подставлю значения в формулу:

Скорость сварки шва Т1 составит 21,1 м/ч

Подсчитаю расход сварочных материалов.

Расход электродной проволоки рассчитывается по формуле:

Где: — масса наплавленного металла, кг. Определяется по формуле:

Где: -общая длинна швов одного вида, см. смотри пункт 1.4

Найду расход электродной проволоки для каждого шва:

• Для шва У4

Следовательно:

Для шва Н1

Следовательно:

Для шва Т1

Следовательно:

Исходя из количества затраченной электродной проволоки можно определить количество использованного защитного газа (СО ₂ ) по формуле:

• Для У4
• Для Н1
• Для Т1

Результаты расчётов заносятся в таблицу 1.9.1

Таблица 1.9.1: Режимы сварки в СО ₂ .

№ п/п	Условное обозначение сварного соединения	Диаметр проволоки	Сварочный ток	Напряжение на дуге U	Скорость Сварки	Расход электродной проволоки	Расход углекислого Газа
1	У4	1,6	464	38,3	46	12,1	18,5
2	Н1	1,6	232	29,1	21,1	3,3	4,95
3	Т1	1,6	232	29,1	21,1	1,9	2,85
Итого:	17,3	26,3

Всего на сварку конструкции было потрачено 3,59 Кг сварочной проволоки и 5,38 Кг защитного газа (СО ₂ ).

1.9.2 Расчёт расхода электроэнергии

Если известна масса наплавленного металла , то расход электро-энергии W, кВт*ч, можно вычислить из удельного расхода электроэнергии по формуле:

Где: — удельный расход электроэнергии на 1 Кг наплавленного металла, (кВт*ч)/кг. При автоматической и полуавтоматической сварке на постоянном токе, (кВт*ч)/кг.

Для расчёта я принял среднее значение (кВт*ч)/кг

Кг (смотри таблицу 1.9.1)

Подставлю имеющиеся значения в формулу и найду средний расход электроэнергии, кВт*ч.

Средний расход электроэнергии на изготовление одной колонны составит 23,3 кВт*ч. сварка металлический сталь

1.10 Выбор сварочного оборудования, технологической оснастки, инструмента

Для изготовления своей конструкции я выбрал инверторный сварочный полуавтомат BRIMA MIG-630. Данный аппарат обладает высоким сварочным током, что позволяет работать с металлом большой толщины. Есть возможность плавного изменения силы сварочного тока, напряжения и других рабочих параметров Предназначена для профессионального использования на предприятиях и мастерских среднего и большого размера. Работа осуществляется от сети 380 В, для удобной транспортировки установка оборудована колесами в нижней части.

Преимущества

• Энергосберегающий эффект снижает потери металла;
• Низкий уровень шума;
• Цепь обратного контроля обеспечивает постоянное сварочное напряжение в широком диапазоне напряжения сети;
• Возможность регулировки сварочного напряжения в точном соответствии с силой сварочного тока, прекрасные сварочные характеристики;
• Высокая эффективность, отличное качество сварочного шва;
• Функция автоматической поддержки/остановки дуги;
• Функция продувки газом после окончания сварки, высокое напряжение холостого хода, возможность медленной подачи проволоки для легкого зажигания дуги;
• Возможность использования сварочной проволоки с диаметром 1.0-1.6 мм.
• Возможность установки кассеты проволоки весом до 15 Кг.

Для сборки и сварки конструкции и её узлов мною было использовано 3 приспособления:

1. Приспособление для сборки швеллера (поз. 1).

Установка деталей осуществляется по упорам, детали зажимаются винтовыми прижимами. Установка деталей в приспособление и съём собранного узла осуществляется при помощи кран-балки, либо другого подъёмного механизма обеспечивающего необходимую грузоподъёмность. После сборки сварка швеллера осуществляется без приспособлений на рабочем месте сварщика.

2. Приспособление для сборки и обварки стойки (узел 1).

(может быть поворотным и не поворотным).

Сборка осуществляется по жестким и откидным упорам, детали зажимаются поворотными винтовыми прижимами. Установка деталей в приспособление и съём готового узла осуществляется кран-балкой.

3. Приспособление для вертикальной сборки и обварки колонны. Установка узлов и деталей, а также съём готовой конструкции осуществляется кран-балкой. Стойка фиксируется упорами и зажимается поворотными винтовыми прижимами.

Приспособления должны обеспечивать возможность лёгкого и удобного съёма узла с приспособления, свободный доступ к местам установки детали и возможность ремонта приспособления.

Используемые инструменты:

• Молоток
• Шлиф. машинка образивный круг для зачистки кромок под сварку и околошовной зоны после сварки.
• Щётка-смётка и металлическая щётка для ручной зачистки.
• Измерительный инструмент (штангенциркуль, уголок)
• Набор слесарных инструментов (зубило, напильник и т.д.)

1.11 Определение технических норм времени на сборку и сварку

Норма времени на сборку металлоконструкции Т _шт.св. , минут для автоматической и механизированной сварки в СО₂ и в смесях определяется как сумма затрат времени на установку, крепление и прихватку отдельных деталей, времени на поворот конструкции в процессе сборки, а также времени на съём сварной конструкции с приспособления (стенда, УСП и др.) и её укладку на место складирования.

Технологический процесс сборки-сварки расписан в таблице 1.11.1

Таблица 1.11.1: Технические нормы времени на сборку швеллера (поз.1) Операция 010. Сборочная

№ Пере- хода	Содержание перехода	Значение параметра	Норма времени на параметр	Норма времени Т шт
1	Зачистить места под сварку от масла, ржавчины и прочих загрязнений механизировано	L с разд. = 4,4 м L без. разд. = 4,4 м	0,61 0,56	2,68 2,46
2	Установить деталь поз 1,2 в приспособление по упору кран-балкой.	Вес детали 11,66 кг	0,9	0,9
3	Прижать деталь поз. 1,2 на 4 винтовых прижима	Длина завёртывания 20 мм	0,45	1,8
4	Повторить переходы 2 и 3 для второй детали поз. 1,2 один раз			2.7
5	Установить деталь поз 1.1 в приспособление по упору кран-балкой	Вес детали 23,2 кг	1,0	1,0
6	Прихватить деталь поз. 1,2 к детали поз. 1,1 на 4 прихватки	Длина прихватки 10 мм	0,045	0,18
7	Повторить переход 6 один раз с другой стороны детали			0,18
8	Контроль рабочим мастером		0,2	0,2
9	Отжать винтовые прижимы (8 штук)	Длина завёртывания 20 мм	0,45	3,6
10	Снять деталь поз. 1 с приспособления кран-балкой и отнести к рабочему месту сварщика	Вез детали 46,52 кг	2,6	2,6
Итого времени:	18,3

Операция 015. Контроль

№ Пере- хода	Содержание перехода	Значение параметра	Норма времени на параметр	Норма времени Т шт
1	Доставить деталь поз. 1 к месту проведения контроля	L= 2,2 м М = 46,52 кг	2,6	2,6
2	Провести визуальный осмотр сварных швов для выявления наружных дефектов	L ш = 2,2 м	0,2	0,2
3	Произвести контроль ультразвуком на предмет внутренних дефектов зеркальным или эхо-зеркальным методом
4	Повторить переходы 2 и 3 для второго шва
5	Снять деталь поз.1 со стола технического контроля и отнести к месту складирования	Вес детали 46,52 кг	2,6	2,6
Итого:	Не нормируется

Операция 020. Сварочная

№ Перехода	Содержание перехода	Значение параметра	Норма времени на параметр	Норма времени Т шт
1	Установить деталь поз.1 в кантователь кран-балкой	Вес детали 46,52	2,4	2,4
2	Зажать деталь на 2 прижима	Завёрт. = 20 мм	0,45	0,9
3	Приварить деталь поз. 1,1 к детали поз. 1,2. в нижнем положении	L ш = 2,2 м. ГОСТ 14771-76-У6 Варить от центра к краям обратноступенчатым способом	На 1 м. шва 3,47	15,27
4	Перевернуть деталь поз. 1 на 180 о	Вес детали 46,52 кг	2,4	2,4
5	Повторить переход 2 один раз			15,27
6	Зачистить шов и околошовную зону от окалины и брызг	L ш = 4,4 м.	0,86	3,78
7	Контроль рабочим мастером		0,2	0,2
8	Отжать винт.прижимы	Завёрт. = 20 мм	0,45	0,9
9	снять деталь поз. 1 со стола сварщика кран-балкой и отнести на место складирования	Вес детали 46,52 кг	2,6	2,6
Итого времени:	43,72

Операция 025. Сборочно-сварочная.

№ Пере- хода	Содержание перехода	Значение параметра	Норма времени на параметр	Норма времени Т шт
1	Зачистить места под сварку от масла, ржавчины и прочих загрязнений	L ш = 2 м	0,94	1,88
2	Установить деталь поз. 1 в приспособление по упору	Вес детали 46,52 кг	3,5	3,5
3	Прижать деталь поз. 1 на 2 поворотных прижима	Длина завёртывания 20 мм	0,45	0,9
4	Повторить переходы 2 и 3 для второй детали поз.1 один раз			4,4
5	Установить деталь поз. 2 по упору в ручную.	Вес детали 1,78 кг	0,35	0,35
6	Прихватить деталь поз. 2 к детали поз. 1 на 4 прихватки	Длина прихватки 10 мм	0,045	0,18
7	Повторить переходы 5, 6, один раз для второй детали поз.2			0,53
8	Повернуть узел 1 на 180 о			3,0
9	Повторить переходы 5, 6, Два раза для деталей поз.2			1,06
10	Приварить деталь поз. 2 к узлу 1	L ш =0,4 м ГОСТ 14771-76-Н1-?5	На 1 м. шва 2,71	1,08
11	Зачистить место сварки от окалины и брызг в ручную	L ш =0,4 м	0,94	0,38
12	Повторит переходы 10 11 один раз для второй детали поз. 2			1,46
13	Повернуть узел 1 на 180 о			3,0
14	Повторит переходы 10 11 два раза для деталей поз. 2			2,92
15	Контроль рабочим мастером		0,2	0,2
16	Отжать винтовые прижимы	Длина завёртывания 20 мм	0,45	1,8
17	Снять узел 1 с приспособления кран-балкой и отнести к месту складирования	Вес узла 100,18 кг	3,4	3,4
Итого времени:	30,04

Операция 030. Сборочно-сварочная.

№ Пере- хода	Содержание перехода	Значение параметра	Норма времени на параметр	Норма времени Т шт
1	Зачистить места под сварку от масла, ржавчины и прочих загрязнений в ручную	L ш = 3,92 м	1,02	4
2	Установить деталь поз. 4 в приспособление по упору	Вес детали 12,56 кг	0,9	0,9
3	Прижать деталь поз. 4 на 4 поворотных прижима	Длина завёртывания 20 мм	0,45	1,8
4	Установить узел 2 в приспособление кран-балкой	Вес узла 100,18 кг	5,69	5,69
5	Зажать узел в приспособлении 2-я поворотными винтовыми прижимами	Длина завёртывания 20 мм	0,45	0,9
6	Прихватить узел 1 к детали поз. 4 на 4 прихватки	Длина прихваток 10 мм	0,045	0,18
7	Приварить узел 1 к детали поз. 4 на 4 шва	L ш =0,9 м х4 ГОСТ 14771-76-Т1-?5	На 1 м. шва 2,71	0,97
8	Зачистить швы и околошовную зону после сварки от окалины и брызг в ручную		0,64	0,23
9	Установить деталь поз. 3 по упору	Вес детали 5,27 кг	0,7	0,7
10	Прихватить деталь поз. 3 на 8 прихваток	Длинна прихватки 10 мм	0,045	0,36
11	Повторить переходы 9 и 10 Один раз с другой стороны конструкции			1,06
12	Приварить деталь поз. 3 к детали поз. 4 и узлу 1	L ш = 0,8 м (Т1) ГОСТ 14771-76-Т1-?5 L ш = 0,24 м (Н1) ГОСТ 14771-76-Н1-?5	На 1 м. Т1 2,71 На 1 м. Н1 2,71	2,168 0,65
13	Повторить переход 12 Один раз с другой стороны конструкции			2,82
14	Зачистить швы и околошовную зону после сварки от окалины и брызг в ручную		0,64	1
15	Контроль рабочим мастером		0,2	0,2
16	Отжать винтовые прижимы (6 штук)	Длина завёртывания 20 мм	0,45	2,7
17	Снять готовое изделие с приспособления и переместить к месту складирования кран-балкой	Вес изделия 123,3 кг	3,4	3,4
Итого времени:	29,73

Определю нормы времени для сварки 1 метра шва по формуле:

Где: — коэффициент наплавки

• удельная плотность наплавленного металла.
• сварочный ток

— расчётная площадь поперечного сечения шва

• Найду для У6

для металла толщиной 6 и более мм.

Норма времени на сварку 1-го метра шва У6 составляет 3,47 мин. (1 проход)

• Найду для Н1

при высоте катета 5 мм.

Норма времени на сварку 1-го метра шва Н1 составляет 2,71 мин.

• Найду для Т1

при высоте катета 5 мм.

Норма времени на сварку 1-го метра шва Т1 составляет 2,71 мин.

Норма времени выполнения операции в условиях крупносерийного и серийного производства определяется по формуле:

Где: — штучное время выполнения одной операции

К — коэффициент, учитывающий подготовительно-заключительное время, организацию рабочего места, отдых и естественные надобности.

К=1,12 — для крупносерийного производства

К=1,15 — для серийного производства

Так как моё производство считается серийным, то принимаю К=1,15

Определим для каждой операции:

• Операция 010
• Операция 020
• Операция 025
• Операция 030

1.12 Расчёт количества оборудования и его загрузки

Расчётное количество оборудования определяется по формуле:

Где: — годовая трудоёмкость на 1-ой операции, н-час

• годовой действительный фонд работы оборудования, ч
• коэффициент выполнения норм, ()

При этом

Где: — норма времени, мин

П — программа выпуска изделий (из задания П=30000 шт.)

Определимдля каждой операции:

• для 010
• для 020
• для 025
• для 030
• годовой действительный фонд работы оборудования, ч рассчитывается по формуле:

Где: — количество рабочих дней в году соответственно с полной продолжительностью и сокращённых. _,

• количество рабочих смен в сутках n =2

• коэффициент учитывающий время пребывания оборудования в ремонте ().

  Принял

Рассчитаю

Годовой действительный фонд работы оборудования составит 3784,8 часов.

Подставлю имеющиеся значения в формулу расчёта количества оборудования для каждой операции:

• Для 010

примем количество равное 3

Коэффициент загрузки составит:

Где: — расчётное количество оборудования шт.

• принятое количество оборудования шт.
• Для 020

примем количество равное 8

Коэффициент загрузки составит:

• Для 025

примем количество равное 6

Коэффициент загрузки составит:

• Для 030

примем количество равное 6

Коэффициент загрузки составит:

1.13 Расчёт количества работающих

Численность основных рабочих для каждой операции найдём по формуле:

для каждой операции беру из пункта 1.12

• коэффициент нормы выработка (1,1-1,15) приму

Найду

Определим для каждой операции

• Для 010

Примем количество работающих равное 6

• Для 020

Примем количество работающих равное 14

• Для 025

Примем количество работающих равное 10

• Для 030

Примем количество работающих равное 10

1.14 Методы борьбы со сварочными деформациями

Сила которая вызывает деформацию может быть внешней, а может возникать внутри металла при его нагреве.

Различают:

• Продольные деформации (происходят вдоль шва)
• Поперечные деформации (происходят поперёк шва)
• Угловые деформации (происходят в плоскости перпендикулярно шву)

Если не принять соответствующие меры снижения продольных, поперечных и угловых деформаций, то это может привести к существенному изменению формы конструкции которая сделает её непригодной у эксплуатации.

Меры борьбы с напряжением и деформациями.

Мероприятия по борьбе с деформациями делятся на 3 группы:

1 Мероприятия которые реализуются до сварки

2 Мероприятия которые реализуются в процессе сварки

3 Мероприятия проводимые после сварки

Мероприятия реализуемые до сварки:

• Конструкция должна иметь минимальные объёмы наплавленного металла (катеты швов на должны превышать расчётных значений)
• Сварка должна выполняться без разделки кромок, количество и протяженность швов должны быть минимально допустимыми)
• Необходимо использовать способы и режимы сварки обеспечивающие минимальное тепловложение (сварка в СО ₂ предпочтительнее ручной дуговой сварки)

• Сварные швы по возможности должны быть симметрично расположены на сварной конструкции
• Во всех случаях когда есть опасение возникновения деформаций проектирование ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки.

Мероприятия применяющиеся во время сварки:

• Рациональное наложение сварных швов на конструкцию и по длине
• Сварку вести в специальных приспособлениях обеспечивающих жесткое закрепление свариваемых деталей
• Соблюдение всех сварочных режимов.

Устранение деформаций после сварки:

Правка бывает:

— Термическая правка. Осуществляется путём общего или местного нагрева. При использовании общего нагрева изделию задаётся необходимая форма, затем вместе с приспособлением оно помещается в печь где нагревается. При этом происходит термическая обработка которая называется отпуском или отжигом. При местном нагреве воздействию температуры подвергаются растянутые участки конструкции. Нагрев ведут пятнами или полосами.

• Механическая правка. Производится на правильных машинах, прессах или вручную. Так же как и термическая правка различают общую и местную механическую правку.

Для предотвращения сварочных деформаций при изготовлении своей конструкции до сварки были разработаны сборочные и сварочные приспособления, использование которых должно предотвратить или снизить появление деформаций.

При сварке необходимо чётко соблюдать заданные режимы и использовать только заложенные материалы. При сварке протяженных швов (операция 015)

Варить только от центра к краям обратноступенчатым способом. Это позволит более хорошему рассеиванию тепла в околошовной зоне и снижению внутренних напряжений. При сварке коротких швов (скопление швов у основания конструкции) варить на проход в шахматном порядке. Это позволит избежать перекоса детали.

После сварки при появлении деформаций произвести правку в ручную (если есть такая возможность), либо местным нагревом.

1.15 Выбор методов контроля

Контроль качества сварочных работ и сварных соединений проводят в два этапа:- в процессе монтажа и сварки и законченных сварных соединений.

В процессе монтажа и сварки проверяют: квалификацию сварщиков, исправность сварочного оборудования, аппаратуры и приборов; исправность приборов и аппаратуры для контроля качества сварки; качество сварочных материалов; правильность сборки (зазоры и контрольные размеры конструкции); чистоту свариваемых кромок: режим сварки; соблюдение очередности наложения швов, предусмотренной технологической картой; качество шва в процессе его наложения.

Контроль сварочного оборудования и аппаратуры заключается в проверке соответствия применяемого оборудования требуемому для каждого вида сварки, а также его исправности.

Применяемые сварочные материалы (электроды и электродная проволока) проверяют на соответствие требованиям технических условий и ГОСТов на их поставку и наличие сертификатов. Особое внимание следует обращать на качество электродов, правильность их просушки в зависимости от марки и соответствие проектным маркам.

Перед сваркой проверяют тщательность очистки стыкуемых кромок и прилегающих к ним поверхностей на ширину не менее 20 мм от окалины, ржавчины, краски, масла и т. п. и зачистки этих участков до блеска.

Контроль режима сварки заключается в проверке параметров тока, их стабильности, соответствия скорости перемещения электрода, мощности тока.

Контроль качества в процессе его наложения включает в себя проверку технологии сварки, подогрева свариваемых элементов (если он предусмотрен), качества отдельных слоев шва, количества проходок, работы аппаратуры и приборов, контроля допустимости обмена воздуха и температуры в помещении.

Контроль законченных соединений включает следующие виды контроля, определяемые требованиями ГОСТ 3242—69: контроль наружных и внутренних дефектов в сварных швах; контроль плотности швов; выборочный контроль засверливанием.

Контроль наружных дефектов в сварных швах и околошовной зоне осуществляют путем внешнего осмотра (визуального или с применением лупы с шестикратным увеличением) и измерения их геометрических размеров. Визуальному осмотру с проведением необходимых измерений подлежат 100% сварных швов.

По внешнему виду сварные швы должны быть мелкочешуйчатыми и плотными по всей длине, не иметь скоплений или цепочек пор п шлаковых включений, не заваренных кратеров, наплывов, прожогов, сужений, перерывов и подрезов глубиной более 10% от толщины металлоизоляции, но не более 1 мм.

Размеры сварных швов согласно ГОСТ 3242—69 следует контролировать измерительным инструментом, имеющим точность измерений ±0,1 мм, или специальными шаблонами для контроли. Границы обнаруженных трещин выявляют путем шлифовки дефектного участка наждачной бумагой и травлением.

Участки швов с обнаруженными дефектами всех видов должны : быть устранены и вновь заварены, после чего их повторно осматривают.

Сварные швы металлоизоляции на внутренние дефекты контролируют магнито-, гамма-, рентгенографическим и ультразвуковыми методами.

Прочность сварных швов определяют механическими испытаниями на растяжение и изгиб (ГОСТ 6996—66).

Для контроля своей конструкции я принял решение использовать следующие методы контроля:

1. Визуальный контроль

2. Ультразвуковой контроль

Визуальны…