Сварка лестницы

ВВЕДЕНИЕ

В решении задач научно- технического прогресса важное место  принадлежит сварке. Сварка является технологическим процессом, широко применяемым практически во всех отраслях народного хозяйства. С  применением сварки создаются серийные и уникальные машины. Сварка внесла коренные изменения в конструкцию и технологию производства многих изделий. При изготовлении металлоконструкций, прокладке трубопроводов, установке технологического оборудования, на сварку приходится четвертая часть всех строительно-монтажных работ. Основным видом сварки является дуговая сварка.

Основоположниками сварки являются русские ученые и инженеры - В.В. Петров, Н.Н. Бенардос и Н.Г.Славянов. В 1802г. профессор физики Петров открыл и наблюдал дуговой разряд от построенного им мощного «вольтового столба». В появлении и развитие науки и технике сварки большой вклад внесли инженеры и ученые  - В.В.Петров.(1761-1834), Н.Н. Бенардос.(1842-1905), Н.Г Славянов.

 Столб или батарея  был самым мощным источником  электрического тока того времени. В то время электротехника только начинала создаваться, и открытие Петровым дугового разряда значительно опередило свой век.

До практического применения дуги для целей сварки прошло 80 лет. Н.Н.Бенардос впервые 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 изобретатель Славянов, разработал способ дуговой  сварки металлическим электродом с  защитой сварочной зоны слоем  порошкообразного вещества, то есть флюса, и первый в мире механизм для полуавтоматической подачи электронного прутка в зону сварки. Способ сварки плавящимся металлическим электродом получил название «дуговая сварка по способу Славянова».

             ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

Изобретения Бенардоса  и  Славянова нашли заметное применение по тем временам, и в первую очередь  на железных дорогах, а затем на нескольких крупных машиностроительных предприятиях .

В XX веке становится нужнее   развитие и применение сварочной науки и техники. Последующие 20 лет сварочное производство совершенствовалось особенно в области оборудования и аппаратуры. К этому времени наука достигла сварки в любых пространственных положениях, в любых условиях (на земле, в воде, в космосе). Толщина свариваемых изделий колеблется от микронов до метров, масса конструкций  – от граммов до сотен тон любых конструкций. Развитие сварочного оборудования  гораздо улучшило  качество и производительность сварных деталей и конструкций. В последующие годы патентные ведомства промышленно развитых стран регистрируют ежемесячно более 200 изобретений в области сварочной техники и технологии – таковы темпы сварочного производства.

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 интенсивное  развитие в нашей стране. В нашей стране тогда впервые в мире были разработаны новые высокопроизводительные виды сварки, это электрошлаковая, в углекислом газе, диффузная и другие. Фундаментальные исследования по разработке новых процессов и технологии сварки проводятся в ряде научно-исследовательских организациях, ВУЗах и крупных предприятиях судостроительной, авиационной, нефтехимической, атомной и других.

На современном этапе  развития сварочного производства в  связи с развитием научно-технической  революции резко возрос диагноз  свариваемых толщин, материалов, видов сварки. В настоящее время сваривают материалы толщиной от несколько микрон (в микроэлектронике) до нескольких метров  в атомной энергетике. Ситуация в области и надёжности строительных конструкций тревожна.  Всем понятны аварии и случае разрушения

                  ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

конструкций как строящихся, так и эксплуатирующихся объектов, комплексов, рынки, газа и вода проводов, жилых домов. Причины аварий разнообразны: ошибки в проектировании, отсутствия или нарушения технологии возведения конструирования; отсутствия непрерывного мониторинга состояния конструкций. Повышение безопасности и снижение рисков в строительстве в значительной степени определяются качество сварных работ. Сварка является лидирующим технологическим процессом при изготовлении сооружений,  реконструкции и ремонте металлоконструкций и др.

                    ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОПИСАНИЕ  СВАРНОЙ  КОНСТРУКЦИИ

Лестница - конструктивный, функциональный элемент, обеспечивающий вертикальные связи в виде ряда ступеней.

Любая лестница состоит  из наклонных маршей и горизонтальных лестничных площадок (этажных и промежуточных). Ступени одного марша могут опираться на наклонные плиты (плитный марш) или на наклонные балки — рёбра (ребристый марш). Рёбра располагаются под ступенями (косоур), либо ступени врезаются в боковую поверхность балок (тетива). Сравнительно новой можно назвать лестницу на больцах. Ступени с внешней стороны лестницы связываются с самонесущими поручнями, перилами, с ригелем на потолке, с основанием металлическими болтами, тяжами и опорами, а с внутренней крепятся к стене. Эти лестницы универсальны в применении, и легки в сборке и установке.

Ступени подразделяются на фризовые верхние, фризовые нижние (примыкающие непосредственно к  площадкам) и рядовые.

У ступени различают  горизонтальную плоскость — проступь и вертикальную (высоту подъёма) — подступёнок. Бывают лестницы с подступенком и без него. Ступени часто подрезаются, особенно в случае крутых лестниц, чтобы увеличить глубину проступи. Высота подступёнка (j) колеблется от 12 до 22 см, а ширина проступи (e) должна составлять 25—40 см. Эти показатели, как и много другое, зависят от назначения лестниц. Например: соотношение подступёнок-проступь 12-40 см используется для лестниц наружных, садово-парковых, и в тех местах, где нет возможности устройства пандуса для людей с ограниченными возможностями; соотношение подступёнок-проступь 22-25 см для некоторых видов вспомогательных — подвальных и пожарных эвакуационных. Самой удобной для передвижения является лестница с соотношением 15-30 см.

                   ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

Существуют три формулы  для соотношения высоты подступёнка  к ширине проступи. Это формула  шага, формула безопасности и Формула  удобства. Формула шага является самой  важной из них. Требованиям всех трёх формул удовлетворяет соотношение 17/29.

Формулы:

• Формула удобства: e — j = 12 см
• формула шага: 2 j + e = 62 (60-64) см (основная формула)
• формула безопасности: e + j = 46 см

Несмотря на это, существует множество вариантов.

Ширина лестничного марша для основных лестниц в зданиях обычно составляет 90-135 см в зависимости от классификации здания и назначения лестницы. Число ступенек в одном марше не должно превышать 18. После 18 ступенек должна быть предусмотрена площадка.

Главной задачей перил является обеспечение безопасности передвижения по лестнице. Стандартное ограждение состоит из поручня и вертикальных опорных балясин. Пространство между ними заполняется согласно требованиям интерьера. Это могут быть: параллельные прокиды, вертикальные стойки, стеклянные экраны или экраны из перфорированной стали, резное дерево, а также ручная ковка, или ковка из типовых штампованных элементов. Существует два способа крепления ограждения к лестнице: непосредственно на ступень либо к торцу ступени с помощью специальных креплений.

Высота перил зависит  от назначения лестницы и составляет от 86 до 110 см.

                      ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

Поручень - Элемент, устанавливаемый на перилах, на стене. Настенный поручень применяется в случаях, когда лестничный марш с двух сторон ограничен стенами и устанавливать стойки не имеет смысла.

Балясина - Нижняя и верхняя опорные стойки перильного ограждения, имеющие в поперечнике круглую форму. Изготавливаются методом точения или бетонирования и литья в форму.

Минимальные параметры лестниц, их габариты, конфигурация, материал для разных типов зданий, сооружений, регламентированы в нормативных документах.

                         ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

1.2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МАТЕРИАЛА

Сварная конструкция «лестница административного здания» выполнена из  фасонного проката швеллера, уголков и листового проката.  Основной   материал низкоуглеродистая сталь С245. Этот материал обеспечивает требуемые условия эксплуатации. 

Необходимый расход, химический состав, и механические свойства                                                                                                           сводим в таблицу 1.2.1  

Ведомость необходимых  материалов                                               Таблица 1.2.1

Химический состав стали                                                                  Таблица 1.2.2

                     ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

Механические свойства стали                                                           Таблица 1.2.3

Количественным показателем свариваемости стали известного химического состава является эквивалентное содержание углерода. Для определения группы свариваемости необходимо произвести расчет по формуле:

С _экв = С+ + +

C _экв= 0,12+ + + =0,3

Свариваемость металлов и сплавов                                                  Таблица 1.2.4

                      ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

                       ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

Согласно расчету эквивалентного углерода сталь марки С245 относится к первой группе хорошо свариваемых металлов, что не требует дополнительных мер при сварке.

                         ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

По условиям эксплуатации и назначению изделия выбранного материала мы выбираем сталь С245 относящуюся к хорошо свариваемым сталям. Изготовление конструкции выполняется способом ручной дуговой сварки. Полная марка электрода записывается:

Качество сварного шва  обеспечивается электродом МР – 3

                                                                                                              Таблица 1.3.2

Технологическая характеристика сварочного выпрямителя ВДМ – 6302

                          ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

1.4 ВЫБОР МЕТОДА  ВЕДЕНИЯ РАБОТ И РЕЖИМОВ СВАРКИ

Сварная конструкция  относится к изделиям ответственного назначения. Качество и надёжность эксплуатации обеспечивается  ручной дуговой сваркой. Бездефектная сварка выполняется при правильном выборе режимов сварки.

Под режимом  сварки понимают совокупность параметров , обеспечивающих качественное ведение процесса.

К основным показателям режима сварки относятся; диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги, скорость сварки.

Дополнительные  показатели режима сварки: род и полярность тока, тип и марка электрода, угол наклона электрода.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварочного соединения,  типа шва согласно таблице.

                                                                                                             Таблица 1.4.1

Зависимость диаметра электрода и толщины свариваемого металла

При изменении диаметра электрода,  при том же токе увеличивается  глубина провара и сокращается  ширина шва. При увеличении диаметра электрода увеличивается производительность груда, но возможно проплавление металла.

Качество металла шва  обеспечивается при сварке электродом маркой МР – 3, диаметром 4мм.

                          ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

Где Э46 – тип электрода, характеризующий пластические свойства металла шва;

МР  -3– марка электрода;

4мм  – диаметр электрода;

У – применяется для  сварки углеродистых и низколегированных  сталей; 

Д – толстое покрытие электрода;

Е43 0(3) – группа индексов, характеризующих механические свойства наплавленного металла;

РБ – смешанное  покрытие электрода;

2– применяется  для сварки во всех пространственных  положениях, кроме вертикального  сверху в низ

3 – сварка  на постоянном и переменном токе.

Сила тока влияет на глубину проплавления. Малый ток ведёт к неустойчивому горению дуги, непровару и малой производительности. Чрезмерно большой ток ведёт к сильному нагреву электрода при сварке, увеличению скорости плавления электрода и не провару, повышенному разбрызгиванию электрода материала и ухудшению формированию шва.

Силу сварочного тока рассчитывают  в зависимости от диаметра электрода по формуле:

Iсв.= К×

Коэффициент, влияющий на величину сварочного тока       Таблица 1.4.2

                          ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

При выполнении вертикальных и горизонтальных швов тока уменьшается на 10-15%,  а для потолочных -  на 15-20%,  против принятого для сварки в нижнем положении, с тем чтобы жидкий метал не вытекал из сварочной ванны.

Для электрода диаметром 4мм, подбираем коэффициент, равный 35 – 40.

I_св.=40×4

I_св.=160А

Таким образом,  расчет силы сварочного тока показывает, что качество шва обеспечивается при силе тока равной 160 А.

Скорость сварки - должна соответствовать скорости плавления электрода, что бы сохранить постоянство длины дуги. Скорость перемещения не должна быть большой, так как металл электрода не успевает сплавляться с основным металлом - не провар. При малой скорости возможны перегрев и прожёг металла, шов широкий, толстый, производительность сварки низкая.

Скорость сварки зависит  от диаметра электрода, длины дуги, толщины металла.

V_св =

V_св

                              ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

Эскиз шва

В – зазор,

S – Толщина,

Е – ширина шва,

Д – высока усиления.

F₁=B*S

F₁=0,3*0,4=0,12

F₂=

F₂= =0,048

F₃=0,8*l*g

F₃=0,8*0,8*0,3=0,192

F_об=0,12+0,048+0,192=0,36

Напряжение  дуги оказывает влияние на ширину шва. При возрастании напряжения, ширина шва увеличивается. При ручной дуговой сварки напряжение изменяется незначительно от 18 до 28 В, что не оказывает практического влияния на ширину шва.

U=20+

                           ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

U=20+

Основное время  сварки (время горения дуги).

Расход электроэнергии

/ч

Род и полярность тока - влияют на форму и размеры шва и зависят в основном от толщины металла и марки электрода,  выбирается согласно  сертификату на  электрод.

                       ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

2.1 ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА КОНСТРУКЧИИ

В данной работе рассматривается  изготовление промышленной лестницы административного здания ООО «ФК- Интеллект-Капитал».

Составные единицы лестницы:

1. Швеллер №24 L=2607 мм

2. Швеллер №24 L=465 мм

3. Пластина 180*12 L=215 мм

4. Пластина 100*6 L=1150 мм

5. Пластина 90*4 L=540 мм (2 шт)

6. Уголок 300*194*4 L=1070 мм (8 шт)

7. Уголок 264*134*4 L=1070 мм (1 шт)

Лестница состоит из одного лестничного марша длиной 2607 мм и горизонтальной лестничной площадки шириной 1070 мм и длиной 610 мм.

Габаритные размеры  лестницы в мм:

Габаритные размеры  площадки в мм:

                         ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ.ТЧ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

       2.1.1 Конструктивные решения

Тетиву выполняют из прокатных швеллеров N24. Расчетную  схему тетивы принимают в виде однопролетной наклонной балки при одномаршевой лестнице. Косоуры работают на поперечный изгиб от массы металлоконструкций лестниц и полезной нагрузки, которая в соответствии с указаниями норм принимается в виде вертикальной сосредоточенной силы Р^н = 1,5 кН, расположенной на площадке длиной 10 см по середине пролета косоура. Относительный прогиб марша не должен превышать ¹/₁₅₀ при длине лестницы 3 м и ¹/₁₂₀ при длине 6 м. Коэффициент надежности по нагрузке принимают равным 1,2.

Ступени лестниц изготовляют  из уголка 300*194*4.  Все типы ступеней изготовляют шириной 260 мм. Переходные площадки применяют при высоте лестниц h> 6 м и при устройстве поворотов лестничных маршей.

Ширину площадки назначают  равной ширине марша. Длину площадки (пролет между опорами) принимают в зависимости от полезной нагрузки в пределах 600...6000 мм: при длине 600...2400 мм, кратной 300 мм, более 2400 мм - кратной 600 мм. Переходные площадки состоят из стального настила (применяют тот же материал, что и для ступеней маршей), ребер жесткости и балок площадки. Настил приваривают к продольным балкам.

Высоту перил принимают  равной 900 мм, шаг стоек - 600...1000 мм. Поручни  и стойки перил можно выполнять  из специального гнутого стального  профиля 50х40х12х2,5, из прямоугольной  трубы 60х40х2,5, квадратной 40х40х2,5 или из равнополочных уголков 45х4, 50х5; промежуточную горизонтальную распорку выполняют из уголка 25х3 или полосы 40х4 .

Пучни рассчитывают как многопролетную балку, опорами которой

                              ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ.ТЧ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

служат стойки перил, на горизонтальную распределенную нагрузку интенсивностью р_п = 0,8 кН/м, если же технологическая площадка предназначена для непродолжительного пребывания людей (например, посадочная площадка на мостовой кран), то расчет перил ведут на горизонтальную сосредоточенную нагрузку интенсивностью P_п = 0,8 кН. Стойки перил рассчитывают как консольные элементы, загруженные сосредоточенной горизонтальной нагрузкой, равной отпору поручня перил. Предельный относительный прогиб перил не должен превышать ¹/₁₅₀ их пролета и ¹/₁₂₀ - для стоек. Коэффициент надежности по нагрузке при расчете элементов перил назначают равным 1,2.

                            ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ.ТЧ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

2.2 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ  ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ

Последовательность изготовления конструкций. Сварную конструкцию 

свариваем способам ручной дуговой  сварки. Эксплуатируется в условиях статической и динамической нагрузок. Надлежащие качество изготовления конструкций обеспечивается соблюдениям полного цикла изготовления сварной конструкции. Этот цикл представляет собой технологический процесс изготовления.

Технологический процесс изготовления конструкций представляет собой последовательность переходов,  в операциях производится для получения изделия. Для изготовления сварной конструкции составляем технологическую карту представляющую собой следующую последовательность:

1 Очистка металла.

2 Правка.

3 Разметка.

4 Резка. 

5 Подготовка кромок.

6 Сборка.

7 Сварка.

                       ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ.ТЧ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

1 Очистка поверхности металла ржавчины, засел, загрязнений. Это производится на дроби струйных, песка струйных установках (или методической щеткой). А также можно отчистить метал стальными вращательными кругами, шлиф машинками, пламенем сварочной горелки, травление кислот и щелочей. Заготовки конструкции,  поступающие на сборку,  очищаются с применением шлифмашинки, позволяющей очистить поверхность заготовок от окалины, ржавчины, грязи.

2 Правка Поступающий с завода-изготовителя прокат  может иметь не ровности и искривления. Прокат правят в холодном состоянии на правильных станках (или вручную на правильных стендах). Прокат  производят с помощью вальцев или прессом. А прокат толстого  металла выполняют в горячем состоянии вручную на правильных плитах. Отклонение на металле от прямолинейности выявляется с применением металлической линейки, уровня, угольника.

3 Разметка производится с помощью нанесения на метал конфигурации заготовок с учетом припусков. Припуск – это разность между размером заготовки и чистовым размером детали. Приписка удаляют при последующий обработки. Для разметки применяются специальные разметочные столы или плиты нужных размеров. При ручной разметки используют шаблоны, рулетки, чертилки, металлической линейки или угольника. Разметка производится с соблюдением экономии материла.

4 Резка производится кислородным резаком по нанесённым линиям контура детали вручную или газорезательными механизмами специального назначения. А для прямолинейного реза используют гильотины, для реза профильного проката применяются прокатные пресс-ножницы.

5 Подготовка  кромок под сварку  для тонких металлов -  зачищают  для удаления зазубрин с кромок металла после кислородного резки. А также

                        ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ.ТЧ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

используются специальные  установки с наждачными кругами. Крупногабаритные детали зачищают переносными  круглопневматическими или электрическими шлифмашинками. Кромки зачинаются врашаюшимися штоками, шлифовальными кругами, пламенем сварочной горелки.

Подготовка кромок деталей  большой толщены выполняется кислородным резаком или обработкой на строгальных или фрезерных станках. Подготовка кромок под сварку производится в зависимости от толщены металла, если толщина металла больше 4мм. то производится V, X, K, -образный скос кромок.

 .

6 Сборка и прихватки. Сборка является самой ответственной операцией в технологическом процессе изготовление конструкции. При сборке важно обеспечить точность подгонки деталей. При сборке могут использоваться сборочные приспособления. Точность указывают на чертежах, для проверки точности сборки используют шаблоны, щупы, измерители швов. 

1) Сборка узла а  целом с последующей сваркой  – изготавливают простые узлы.

2) Последовательная сборка  и сварка путем наращивания  элементов – способ мало производителен.

3) Поузловая сборка сварка последующей сборкой и сваркой конструкции из этих узлов – наиболее прогрессивен

Для изготовления конструкции  целесообразно использовать   поузловую сборку.  Эта схема  обеспечит более удобную,  быструю  и качественную сборку конструкции.

                          ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ.ТЧ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

 В процессе  сборки  конструкции заготовки  скрепляются  короткими, однослойными  швами,  называемыми прихватками. Выполняют их электродами того же типа, что и сварку данного изделия.

7 Сварку будем производить способом ручной дуговой сварки,  техникой импульсной   дуговой сварки.

                           ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ.ТЧ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата

2.2 КОНТРОЛЬ  КАЧЕСТВА СВАРНЫХ ШВОВ

Дефекты в сварных  соединениях могут быть вызваны  плохим качеством сварочных материалов, неточной сборкой и подготовкой  стыков под сварку, нарушением технологии сварки, низкой квалификации сварщика и другими причинами. Задача контроля качества соединений - выявление возможных причин, появление брака и его предупреждение. Все методы контроля подразделяются на две группы:

1) методы контроля  неразрушающие

2) методы контроля  разрушающие

к неразрушающим методам  относится:

1) контроль внешним осмотром и измерениями

2) радиационные методы  контроля

3) акустические

4) магнитные

5) испытание проникающими  веществами.

  Вид контроля качества сварных соединений выбирают в зависимости от назначения изделия и требований, которые предъявляют к этому изделию, в соответствии с техническими условиями или ГОСТом.

В данной сварной конструкции  «лестницы» основной метод контроля качества сварных швов  -  визуальный. Внешний осмотр и измерение сварных  швов - простейший и необходимый  способ проверки качества сварки в готовом изделии. Внешним осмотром выявляют несоответствие шва требуемым геометрическим размерам, наплывы, подрезы, глубокие кратеры, прожоги, наружные трещины, непровары, свищи, поры, и другие внешние дефекты. Размеры швов должны соответствовать размеру, указанному на

                              ПЭР 2.4.09 КузТАГиС. ПЗ.ТЧ

Лист

Изм..

Лист

№  докумен.

Подпись

Дата