Разработка технологического процесса сборки и сварки конструкции

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………...…6

Раздел I. Общая часть……………………………………………………………..8

1.1 Выбор и описание конструктивных особенностей бортовой

секции платформы «MOSS CS – 50» в районе 35-42 шп. Эскиз……………...11

1.2 Выбор характеристика и предъявляемые требования

к основному материалу бортовой секции платформы «MOSS CS-50»………12

1.3 Выборов способов сварки, применяемых  при изготовлении

бортовой секции, их преимущества и недостатки…………………………….14

4. Выбор, характеристика сварочных материалов, обоснование выбора…..17
5. Выбор, характеристика сборочно-сварочной оснастки,

сварочного оборудования, инструмента и приспособлений………………….24

Раздел II. Специальная часть………………………………………………………....39

2.1 Расчет параметров режима применяемых способов сварки…………………….39

2.2 Общие технологические указания на сборку конструкции……………….42

2.3 Общие технологические указания на сварку конструкции……………….46

2.4 Технологический процесс сборки и сварки бортовой секции

платформы «MOSS CS-50»……………………………………………………...49

2.5 Расчет деформаций продольного и поперечного укорочения

при сварке полотна бортовой секции платформы «MOSS CS 50»…………...56

2.6 Сварочные напряжения  и деформации, мероприятия,

обеспечивающие заданную точность конструкции…………………………...58

2.7 Выбор и обоснование  выбора применяемых методов контроля

сварных швов и конструкции в  целом………………………………………….58

Раздел III. Организация производства и технологическая часть……………..62

3.1 Расчет нормируемой трудоёмкости  сборочно-сварочных………………..62

работ при изготовлении бортовой секции платформы «MOSS SC-50».

3.2 Расчет производственного оборудования………………………………….66

3.3  Расчет  производственных рабочих………………………………………...68

Раздел IV. Экономическая часть………………………………………………..70

4.1 Расчет прямых затрат  на производство бортовой секции………………...70

4.2 Расчет косвенных  затрат на производство бортовой  секции……………..75

Раздел V. Мероприятия по технике безопасности и противопожарной технике……………………………………………………………………………79

5.1 Правила техники безопасности при выполнении

сборочно-сварочных работ……………………………………………………...79

5.2 Индивидуальные средства  защиты при сварочных работах……………...82

Литература………………………………………………………………………..84

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Развитие сварочного производства на современном этапе.

Изготовление конструкций  различного назначения с помощью сварки получает все большее распространение во всех промышленно развитых странах. Экономичность изготовления сварных конструкций является основополагающим фактором, обеспечивающим их приоритетное применение по сравнению с литыми, коваными и штампованными конструкциями.

Машиностроение является отраслью с высокоразвитым сварочным  производством. Технологический процесс  изготовления сварных конструкций  включает в себя последовательное выполнение заготовительных, сборочных, сварочных, контрольных и других операций. Преобладающими способами сварки являются электродуговая и электрошлаковая.

В условиях широкого применения компьютерных средств проектирования и моделирования технологических  процессов роль конструктора и технолога  существенно возрастает. Вопросы проектирования и изготовления должны не противопоставляться друг другу, а решаться во взаимной связи. При разработке технологических процессов изготовления сварных конструкций следует стремиться к максимальной замене ручного труда путем комплексной механизации и автоматизации как отдельных операций так и процесса в целом.

Технология выполнения сборочно-сварочных операций включает в себя десятки самостоятельных  операций: установку и базирование  заготовок, сборку, сварку, кантовку, транспортировку, зачистку швов и зоны сварки, правку, контроль, маркировку, окраску и т.п.

Разработка технологии предусматривает выбор схем базирования, последовательности сборки, технологической оснастки, элементов приспособлений, вспомогательного инструмента и материалов. При этом решают отдельные задачи:

• Выбор сварочного оборудования;
• Назначение параметров сварочных материалов;
• Назначение параметров режимов сварки;
• Назначение методов контроля в процессе и после окончания сварки.

Исходными данными при  проектировании сварочного технологического процесса являются чертежи сварной конструкции, технические условия на ее изготовление и планируемая программа выпуска. Чертежи и технические условия содержат данные о применяемых материалах, конфигурации заготовок, размерах, типах сварных соединений. В чертежах и технических условиях определены также критерии оценки качества получаемых сварных соединений. Характер требований к качеству сварной конструкции зависит от особенностей условий ее эксплуатации и возможности выхода ее из строя.

С учетом программы выпуска  производят оценку технико-экономической эффективности спроектированного сварочного технологического процесса. Разработка технологии имеет цель обеспечить оптимальные условия выполнения каждой отдельной операции и всего процесса в целом. Особую важность при этом приобретают вопросы аттестации сварочного производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел I. Общая часть.

1. Выбор и описание конструктивных особенностей бортовой секции платформы «MOSS CS – 50» в районе 35-42 шп. Эскиз.

Борт судна – это совокупность элементов набора и обшивки, образующая боковые стенки корпуса судна. Различают левый (бакборт) и правый (штирборт) борта, если смотреть от кормы к носу судна. От высоты борта зависит грузовместимость судна, высотой непроницаемого надводного борта определяется запас плавучести. Высота надводного борта влияет также на остойчивость при больших углах крена и на продольную прочность корпуса. Борта в средней части судна обычно вертикальные, иногда наклонены наружу (борт с развалом), а на ледоколах и некоторых других судах – наклонены внутрь (борт с завалом).

Левый и правый борта  судна соединяются на специальных  концевых балках – штевнях. Борта  судна, по высоте протянувшиеся от крайнего междудонного листа до ВЛ – важные структурные части корпуса судна. Вместе с днищем они обеспечивают его непроницаемость, форму и общую жесткость. Форма поверхности бортов изменяется от плоской, в середине, до сложной криволинейной в оконечностях, образуя необходимые для мореходности плавные обтекаемые обводы судна.

Борта судна разбиваются на перекрытия по длине – поперечными переборками, а по высоте – палубами и платформами. Размеры бортовых перекрытий по длине равны днищевым, а по высоте определяются высотой трюмов и твиндеков.

На судах, борт которых  в условиях эксплуатации будет подвергаться действию больших поперечных нагрузок (например сжатию льдами) применяют обычно поперечную или клетчатую систему набора. Бортовая обшивка поддерживается обыкновенными шпангоутами. Для усиления бортовых перекрытий применяют рамный шпангоут и бортовые стрингера.

Бортовое перекрытие, набранное по продольной системе  набора, применяется на танкерах или  других крупных судах с большим  количеством поперечных переборок. На таких судах длина трюма  меньше его высоты, поэтому выгоднее ставить балки главного направления вдоль судна. Между поперечными переборками устанавливают рамные шпангоуты – не менее двух на отсек нормальной длины. Рамные шпангоуты являются дополнительными опорами для продольных бортовых балок. Могут быть установлены так же и бортовые стрингеры.

Борт специального судна  имеет двойной борт. Конструкции  борта отличаются большим разнообразием, и зависят от типа и назначения судна, способа грузовых операций и  т.д. Минимальная ширина двойного борта  должна обеспечить проведение работ  при постройке, ремонте и обслуживании. Прочность достигается совместной работой наружного и внутреннего бортов.

Корпус платформы MOSS CS-50 цельносварной, имеющий ледовые подкрепления и специальные средства для буксировки и швартовки. Основной корпус и силовые конструкции надстройки выполняются из стали, обладающей высоким сопротивлением разрушениям. Подводная часть корпуса защищена от коррозии электрохимической защитой и лакокрасочным покрытием. Отсек хранения отработанного топлива защищен от внешних воздействий (столкновений, посадки на мель) конструктивной противоударной защитой.

Бортовая секция платформы MOSS CS-50 в районе 35-42 шп. состоит из следующих деталей:

• листов наружной обшивки (поз. 1);
• таврового набора (поз. 2-5);
• ребер жесткости (поз. 6-7);
• книц и брокет с поясками (поз. 8-19).

Эскиз бортовой секции представлен  на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Эскиз бортовой секции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Выбор характеристика и предъявляемые требования к основному материалу бортовой секции платформы «MOSS CS-50».

Стали нормальной и повышенной прочности  предназначены для постройки  морских судов и других плавучих средств. От качества материала зависит  прочность и надежность конструкции, безопасность, технологические и  экономические показатели судна.

К стали повышенной прочности  относится низколегированная сталь, содержащая недорогие и недефицитные легирующие элементы. Основными легирующими  элементами являются марганец и кремний. Дополнительно сталь легируют в  различных сочетаниях с хромом, ванадием, никелем, медью и другими элементами. Комплексное рациональное легирование при небольших затратах позволяет эффективно повышать прочность стали и повышать порог ее «хладноломкости» (температуру ее перехода из вязкого в хрупкое состояние). При этом сталь сохраняет хорошую свариваемость, обрабатываемость давлением и резанием. Замена углеродистой стали обыкновенного качества низколегированной сталью повышенной прочности обеспечивает существенную экономию металла за счет снижения массы металлоконструкции, а так же повышение надежности их эксплуатации в условиях более низких температур.

Заданная бортовая секция изготовлена из стали D40. Сталь низколегированная повышенной прочности, обладает хорошей свариваемостью. По структуре относится перлитному классу.

Химический состав стали D40 представлен в таблице 1.

Таблица 1. химический состав стали D40 по ГОСТ 5521-93.

Марка стали	Химический состав в %
	С	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Cu	Mo	Al	Nb
D40	0,18	0,9- 1,6	0,15 - 0,50	0,035	0,035	Не более 0,20	Не более 0,40	Не более 0,30	Не более 0,08	0,015	0,02

 

Химические элементы, входящие в состав стали влияют на ее химические свойства, например:

Mn – повышает коррозионную стойкость;

Si – повышает жаростойкость;

Сr – повышает коррозионную стойкость, износостойкость и твердость;

Ni – повышает жаропрочность.

Предельное отклонение легирующих элементов не должно превышать:

С= +0,02%; Mg= ±0,1%; Si= ±0,05;Сr, Ni, Mn= ±0,05%; S,P= +0,005% и т.д.

Механические свойства стали D40 представлены в таблице 2 и 3.

Таблица 2. Механические свойства стали D40 на растяжение

 по ГОСТ 5521–93.

Марка стали	Сортамент	Механические свойства
		Временное сопротивление Rm, Н/мм²	Предел текучести Re, Н/мм²	Относительное удлинение  Аs, %
			Не менее
D40	Прокат	510- 650	390	20

 

Допускается превышение верхнего предела временного сопротивления на 30 Н/мм².

Марка стали	Температура испытания, С	Работа удара КV, Дж, не менее, при толщине проката, мм
		10 и более	7,5 – 9,5	5,0 – 7,0
D40	-20	41	34	29

Таблица 3. Механические свойства стали D40 на ударный изгиб

по ГОСТ 5521-93.

 

Повышенные механические свойства стали D40 достигаются за счет термической обработки – нормализации. Допускается контролируемая прокатка, термомеханическая обработка, закалка с отпуском.

Технологические свойства стали характеризует ее свариваемость. Оценку свариваемости определяют разными способами. При этом оценивают следующие параметры:

1. склонность к образованию горячих трещин;
2. стойкость к переходу в хрупкое состояние;
3. стойкость стали к коррозии;
4. склонность стали к старению.

Различают физическую и технологическую свариваемость. Физической свариваемостью обладают почти все металлы и сплавы, т.е. способность образовывать монолитные неразъемные соединения с установлением в них химических связей. Под технологической свариваемостью понимается реакция металла на воздействие определенных условий сварки и при этом возможность образовывать соединения с требуемыми свойствами. Для определения свариваемости стали известного химического состава можно подсчитать эквивалент углерода.

Определяем эквивалент углерода для марки стали D 40:

  С´эк=  Ск * (1+0,005*S)

где:  С´эк- полный эквивалент углерода;

Сэк- химический эквивалент углерода;

S- толщина свариваемого металла.

Сэк = 0,41 следовательно, сталь  обладает хорошей свариваемостью, т.е. может свариваться без ограничений в широком диапазоне режимов сварки независимо от толщины металла, жесткости конструкции и температуры окружающей среды.

 

 

 

1.3 Выборов  способов сварки, применяемых при изготовлении бортовой секции, их преимущества и недостатки.

При выборе способа сварки необходимо руководствоваться техническими требованиями, а так же экономической целесообразностью  данного способа сварки.

При изготовлении конструкции  бортовой секции рекомендуется применять следующие способы сварки:

- ручную электродуговую  покрытыми электродами для установки  прихваток и приварки временных  креплений;

- автоматическую под  слоем флюса для сварки стыков  и пазов полотна бортовой секции  и для угловых швов при изготовлении  таврового набора;

- механизированную сварку в среде защитных газов для приварки ребер жесткости и деталей россыпи.

1.3.1 Ручная электродуговая сварка покрытыми электродами является одним из распространенных методов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Основным объяснением является простота и мобильность применяемого оборудования, способность выполнять сварку в различных пространственных положениях и в местах труднодоступных для механизированных способов сварки.

Основным недостатком  ручной сварки покрытыми электродами является малая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от квалификации сварщика.

Для получения качественного  сварного шва, отвечающего всем предъявляемым  требованиям, т.е. соответствие всем заданным геометрическим размерам (ширина, глубина провара, катет и др.), получения металла шва равнопрочного основному металлу и для обеспечения необходимого химического состава металла шва необходимо правильно выбрать режим сварки.

 

1.3.2 Автоматическая сварка под слоем флюса нашла широкое применение и стала одним из ведущих технологических процессов во многих отраслях промышленности и производства конструкций из сталей, цветных металлов и их сплавов.

В данном дипломном проекте  автоматическая сварка под флюсом используется при изготовлении  листов наружной обшивки и ребер жесткости. Сущность процесса заключается в применении сварочной проволоки и гранулированного флюса, насыпаемого впереди дуги слоем 30-50 мм. При этом способе дуга горит под слоем флюса. В зоне сварки образуется газовая полость. Расплавленный флюс защищает сварочную ванну и зону сварки от вредного воздействия окружающей среды.

Металл шва состоит  на 70 -80% процентов из переплавленного  основного металла, в результате скорость сварки значительно увеличивается. Толщина деталей, свариваемых под флюсом, может составлять от 2 до 60 мм при скорости однодуговой сварки до 70 м/ч.

Преимущества данного  вида сварки:

- производительность  процесса увеличивается в 5-12 раз  по сравнению с РДС;

- плавление основного  и электродного металла происходит под слоем флюса, что надежно изолирует их от окружающей среды;

- при автоматической  сварке исключается отслаивание  обмазки, как при сварке покрытыми  электродами;

- стабильно высокое  качество и хороший внешний  вид сварного соединения;

- высокий уровень механизации  сварочного процесса и возможность  его комплексной автоматизации;

- снижение удельного  расхода электродного металла  и электроэнергии.

Недостатки данного  вида сварки:

- возможность сварки  только в нижнем положении;

-необходимость более тщательной (по сравнению ручной дуговой сваркой) подготовки кромок и более точной сборки деталей под сварку;

- невозможность стыковой  сварки на весу т.е. без подкладки  или предварительной подварки  корня шва.

1.3.3 Механизированная сварка применяется для приварки набора к полотну и сварки набора между собой.

Сварка в защитных газах обладает рядом преимуществ: высокое качество сварных соединений разнообразных металлов и сплавов  при различных толщинах; возможность  сварки в различных пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за образованием сварного шва, что особенно важно при полуавтоматической сварке; отсутствие дополнительных операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака; высокая производительность и легкость при механизации и автоматизации; низкая стоимость при использовании защитных газов.

Отличительной чертой механизированной сварки является высокая производительность, по сравнению с ручной.

Сущность способа заключается  в том что электрическая дуга и расплавленный металл защищены от воздействия кислорода и азота зоной защитного газа.

Сварку можно вести в различных  пространственных положениях, что позволяет  повысить уровень её технического оснащения  и применения проволоки от 0.7 до 2 мм.

Применение полуавтоматической сварки в среде защитных газов наиболее экономично при изготовлении данной конструкции. Малая площадь расплавленного металла имеет большое значение при изготовлении конструкции, т.к. вероятность появления сварочных деформаций уменьшается.

Недостатком по сравнению с автоматической сваркой является необходимость предпринимать защитные меры от негативного воздействия световых и тепловых излучений дуги.

 

1.4 Выбор, характеристика сварочных материалов и обоснование выбора.

Качественный сварной  шов при сварке плавлением невозможно получить, только расплавляя кромки свариваемого металла источником нагрева. При любом способе сварки плавлением необходимо применение сварочных материалов.

К сварочным материалам, применяемым с выбранными способами  сварки относятся:

1. металлические покрытые  электроды для РДС;

2. сварочная проволока  и флюс для автоматической  сварки;

3. сварочная проволока  и смесь защитных газов при  механизированной сварке.

 

Применяемые сварочные  материалы обеспечивают:

- требуемые геометрические  размеры шва;

- защиту расплавленного  металла;

- получение металла  шва нужного химического состава  и механических свойств путем  его легирования ;

- очистку металла шва  от вредных примесей и газов;

- удаление включений  окислов и шлаков.

Следовательно, с помощью сварочных материалов реализуется процесс сварки и осуществляется сложная физико-химическая обработка расплавленных электродного и основного металлов, производимая в газовой и шлаковой фазах и завершающаяся в сварочной ванне, что приводит к образованию шва нужного состава с требуемыми свойствами.

Все сварочные материалы  должны удовлетворять следующим  правилам:

1. обеспечивать все сварные швы стойкостью к образованию холодных и горячих трещин;
2. обеспечивать получение наплавленного металла шва близкого по химическим и механическим свойствам к основному металлу;
3. обеспечивать хорошие технологические свойства сварного шва;
4. обеспечивать высокую прочность сварного шва;
5. иметь минимальное выделение вредных газов при сварке;
6. иметь низкую стоимость и при этом высокое качество сварного соединения.

 

1.4.1 Сварочные материалы для ручной дуговой сварки.

Металлические покрытые электроды – это плавящийся электрод для дуговой сварки, имеющий на поверхности покрытие, связанное  с металлом электрода.

Электрод для ручной дуговой сварки представляет собой стержень длиной до 450 мм, изготовленный из сварочной проволоки, на поверхность которой нанесен слой покрытия. Один из концов на длине 20-30 мм не имеет покрытия для зажима держателем с целью обеспечения электрического контакта. Торец другого конца очищен для возможности возбуждения дуги.

Для установки прихваток  и сварки временных креплений  рекомендуется применять электроды  типа Э60А, марки 48ХН-2 диаметром 3,0-4,0 мм с основным покрытием по ТУ 5.965-1124-96.

Легированные никелем сверхнизководородистые электроды применяются для сварки конструкционных низко- и среднелегированных сталей высокой прочности, а также для сварки высокопрочных конструкционных сталей с гарантированным пределом текучести 500-585 МПа.

 

Характеристики электродов 48 ХН-2 представлены в таблице 4.

 

Назначение	Рекомендуется для сварки ледоколов, сосудов работающих под  давлением, для конструкций работающих при низких температурах и других средств работающих в сложных  условиях.
Химический состав металла  шва, %	С	Mn	Si	Ni
	0,12	0,9-1,2	0,15-0,35	1,65-2,1
Механические свойства металла шва	Временное сопротивление, кгс/мм²	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, Дж/см³
	60	500	25	200
Положение шва в пространстве и сила тока при сварке	Ø, мм	Положение шва в пространстве		Ток, А
	3,0 (1 проход)	Вертикальное ( снизу  вверх)		95-105
	3,0 (2 проход)			110-125
	4,0			145-160
Коэффициент наплавки, 1 г/А, ч	7,5-9,5

Таблица 4. Характеристики электродов 48 ХН-2 по ТУ 5.965-1124-96.

 

 

 

1.4.2 Сварочные материалы для автоматической сварки.

1.4.2.1 Сварочная проволока, марки Св-10ГНА применяемая при автоматической сварке под слоем флюса, должна соответствовать по качеству ТУ 1211-002-20821199-03, расплавляться спокойно и равномерно, температура плавления должна быть меньше или ровна температуре плавления основного металла.

Химический состав проволоки  Св-10ГНА представлен в таблице 5.

 

 

 

Таблица 5. Химический состав проволоки Св-10ГНА 

по ТУ 1211-002-20821199-03.  

Марка проволоки	Химический состав, в %
	C не более	Mn	Si не более	Cr не более	Ni не более	Не более
						Азот	O2	S	P
Св-10ГНА	0,12	0,9-1,2	0,15-0,35	0,20	0,9-1,2	0,010	0,005	0,008	0,012

 

Легирующие элементы содержащиеся в проволоке улучшают свойства сварного шва (Ni, Mn и Cr – повышают коррозионную стойкость).

1.4.2.2 Флюс – это специально приготовленный неметаллический гранулированный порошок с размером отдельных зерен 0,25-4 мм (в зависимости от марки флюса). Флюсы расплавляются создавая газовый и шлаковый купол под зоной сварочной дуги, а после химико-металлургического воздействия в дуговом пространстве и сварочной ванне образуют на поверхности шва шлаковую корку, в которую выводятся окислы, вредные примеси (S,P) и газы.

При автоматической сварке под слоем флюса для насыщения сварочного шва легирующими элементами, предупреждения пор и получения заданных механических свойств, раскисления металла шва, применяют сварочный флюс марки АН-47 по ГОСТ  9087-81. Он малочувствителен к ржавчине и загрязненным поверхностям основного металла, обеспечивает получение сварных соединений хорошего качества.

Флюс АН-47 предназначен для автоматической сварки низколегированных  сталей обычной и повышенной прочности. Обеспечивает хорошее горение дуги, разрывная длина дуги до 10 мм, формирование шва хорошее с плавным переходом к основному металлу, склонность к образованию пор и трещин низкая, отделимость шлаковой корки хорошая.