Сварочная технология мостостроения

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение ………………………………………………………………………….3

Глава1. Технологическая часть ……………………………………………….5

1. Расчет и выбор режимов сварки ……………………………………..12
2. Выбор и обоснование технического оборудования …………………22
3. Выбор сварочных автоматов ………………………………………….29

Глава 2. Выбор и обоснование контроля качества …………………………36

Глава 3. Экономическая  часть ……………………………………………….38

Заключение  ……………………………………………………………………..44

Список использованной литературы ……………………………………….47

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время  повышение капиталовложений в строительство предусматривается за счёт дальнейшей индустриализации строительного производства, последовательного превращения его в единый промышленно-строительный процесс возведения объектов из элементов заводского изготовления и повышения производительности труда на 21 – 23%.

Современные методы производства различных строительных конструкций  предусматривают значительное увеличение производительности выпуска за счет технологических и перспективных  решений.

 Сокращение временных  и материальных издержек на подготовку и производство единичных либо постоянных заказов – важнейшая цель любого производителя.

В данном аспекте явно просматривается зависимость потребности  в необходимом оборудовании и  средствах автоматизации от производственной программы. В области сварочного производства трудовые затраты на сварочные работы обычно не превышают 30%.

 Большой объем занимают  заготовительные, сборочные и  вспомогательные, особенно транспортные  операции.

Следовательно, повышение  производительности только сварочных  работ не может дать эффекта.

Отсюда необходимость  комплексной механизации и автоматизации, охватывающей не только основные (заготовительные, сборочные, сварочные), но и вспомогательные (транспортные, контрольные) операции.

Совершенствование производства сварных конструкций требует не только наличие механизмов, способных осуществить все необходимые операции технологического процесса, но и рациональной их компоновки.

При этом требования как  к механизмам, так и к их компоновки определяются характером производства.

Так, для серийного  и мелкосерийного производства требуются  универсальные устройства, пригодные  для работы в широком диапазоне, типоразмеров заготовок и изделий.

Для крупносерийного  и массового производства используют более производительное специализированное оборудование в составе поточных, автоматических и роторных линиях конкретного целевого назначения.

Один из основных путей  совершенствования технологии сварки связан с переходом на компьютерное регулирование сварочного процесса.

Тема данной дипломной работы «Разработка технологии сварки мостовой конструкции» является на сегодняшний день очень актуальной. 

 

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

 

В конструкциях автодорожных мостов для уменьшения собственного веса в 3-4 раза все более широкое  применение находит металлический настил (ортотропная плита), одновременно служащий в качестве верхнего пояса основной несущей конструкции. Такой настил состоит из листа, к которому с одной стороны приварена система продольных и поперечных ребер жесткости, в результате чего образуется достаточно жесткая ортотропная плита.

Как правило, металлический  настил состоит из ряда плит по длине  и ширине пролетного строения моста, листы которых соединены монтажной  сваркой и продольные и поперечные ребра жесткости- сваркой. Габаритные размеры 2270х10490. Марка стали 15ХСНД. Согласно СНиП II-23-81* 1 группа характера нагрузки, климатический район I2. Используемые толщины металлов 12,14,10мм.

Сборка ортотропной  плиты по заводской технологии начинается с разметки и резки. После на стеллаж выкладывают листы без зазора, проверяют прямолинейность свариваемых кромок. Затем в середине стыка и по краям ставят прихватки длиной 20-30мм, остальные прихватки вдоль стыка ставят через 300мм.

Далее по краям стыка  приваривают выводные планки, толщиной соответствующие толщине металла. Сварку стыкового шва производят сварочным трактором ТС-17МУ на весу под слоем флюса с двух сторон. Плиту с ребрами жесткости собирают в специальном кондукторе для сборки и сварки ортотропных плит.

Потом производят разметку и отбивку осевых линий с помощью мела и нити, по которым будут установлены продольные ребра жесткости согласно размерам, указанным в чертеже. Продольные ребра жесткости устанавливают по нанесенным осевым и прижимают к плите с помощью прижимов кондуктора.

Далее прихватывают через  каждые 300 мм с двух сторон, при этом контролируют, чтобы ребро стояло под углом 90^о по отношению к плоскости карты.

Перед сваркой плите  дают обратный прогиб, чтобы уменьшить  деформацию. Сварку продольных ребер  жесткости ведут сварочной головкой под слоем флюса с двух сторон одновременно. Причем сварку ведут в такой последовательности, чтобы следующее свариваемое ребро находилось как можно дальше от уже заваренного.

 Сборку тавра производят  в специальном кондукторе для  сборки балок. Сварку тавров ведут сварочным трактором ТC-17МУ под слоем флюса «в лодочку». После сварки тавр правят на станке для правки грибовидности, тем самым восстанавливая перпендикулярность стенки к поясу.

Далее собранный тавр (поперечное ребро жесткости) устанавливают на плиту и прихватывают прихватками 20-30мм полуавтоматом к плите и продольным ребрам жесткости. Последующие тавры устанавливаются аналогичным способом как и первый.

Сварку поперечных ребер жесткости ведут механизированной сваркой в среде защитных газов. Слабые места в технологии заводской сборки это использование старого оборудования для сборки и сварки конструкции. Для улучшения производительности и качества продукции следует поменять устаревшее оборудование.

Для изготовления ортотропной  плиты используется сталь 15ХСНД. Эта сталь хорошо зарекомендовала себя при работе в динамических условиях, в условиях пониженных температур. Сталь 15ХСНД - это конструкционная низколегированная сталь, с хорошей свариваемостью без ограничений и не требующая предварительного подогрева.

Сталь предназначена  для элементов сварных металлоконструкций и различных деталей, к которым  предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости  с ограничением массы и работающие при температуре от -70 до 450 °С.

 

Таблица 1

Химический состав стали 15ХСНД ГОСТ 6713-91 В процентах

 

С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	S	P
						не более
0.12-0.18	0.4-0.7	0.4-0.7	0.6-0.9	0.3-0.6	0.2-0.4	0.040	0.035

 

Таблица 2

Механические свойства стали 15ХСНД ГОСТ 6713-91

 

Толщина проката, мм	Временное сопротивление разрыву σв, кгс/мм2, не менее	Предел текучести σт, кгс/мм, не менее	Относительное удлинение  δ5, %, не менее	Ударная вязкость, кгс/мм2, не менее, при температуре
				-200 С	-400 С	-700 С
10-20	50	35	21	2	4	3

 

 

При резке металла  используется газовая резка т.к. при изготовлении тавров следует использовать фигурную резку, а также использование газорезотельной машины способствует повышению производительности процесса.

Для более точной сборки используется кондуктор для сборки и сварки ортотропных плит, а более качественной сварки тавров используем кантователь КДП-8. Использование данных кондуктора и кантователя обеспечивают удобство и безопасность работ.

При сборке используется механизированная сварка в смеси  защитных газов, в отличие от РДС при данном методе количество брызг гораздо меньше и значительнее увеличение производительности процесса. Сварка ведется автоматической сваркой под слоем флюса т.к. при данном методе качество сварных соединений обеспечивается надлежащим способом. Контроль качества обеспечивается согласно СТП-012-2000.

Для получения необходимого уровня механических свойств сварных  соединений согласно СНиП II-23-81* табл.55 для конструкционной стали 1 группы 15ХСНД необходимо использовать проволоку Св-10НМА по СТП 012-2000.

 При механизированной сварки используем проволоку Св-08Г2С, диаметром 2мм. Согласно СНиП II-23-81 проволока Св-10НМА и Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70^* оптимально подходит для сварки стали ,т.к. химический состав проволоки приблизительно равен основному металлу, в сочетании с флюсом АН-47, т.к. во флюсе имеется достаточное содержание раскислителей.

 

Таблица 3

Химический состав сварочной  проволоки Св-10НМА ГОСТ 2246-70* В  процентах

 

C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	S	P
						не более
0,07-0,12	0,1-0,7	0,12-0,35	≤0,2	1,0-1,5	0,4-0,55	0,025	0,020

 

 

Таблица 4

Химический состав проволоки  марки Св-08Г2C ГОСТ 2246- 70* В процентах

 

С	Мп	Si	Сг	Ni	S	Р
<0,3	0,8-1,1	0,03	<0,1	<0,25	Не более
					0,03	0,03

 

 

 Согласно СТП 012-2000 табл.8а выбираем флюс АН-47. Размер зерен 0,85-3 мм, строение зерен стекловидное, объемная масса 1,3-1,8 кг/дм³. Род тока и значение максимально допустимого тока переменного и постоянного 1100А, максимально допустимая скорость сварки 120 м/ч, минимально допустимое напряжение холостого хода источника питания не ограничено. Назначение данного флюса, для автоматической и механизированной дуговой сварки, изделий из низколегированной стали.

Обеспечивает хорошую  устойчивость горения дуги, разрывная  длина дуги до 13 мм, хорошее формирование шва, склонность к образованию пор в сварных соединениях низкая.

 

Таблица 5

Химический состав флюса  марки АН-47 ГОСТ 9087-69* в процентах

 

SiO2	MnO	MgO	Al2O3	Ca2F	Fe2O3	S	P
					не более
18,0-21,5	7,0- 0,9	11,5-15,0	19,0-23,0	20,0-24,0	0,1	0,06	0,05

 

 

Для повышения стабильности сварки СТП 012-2000 используют смесь углекислого газа и аргона в процентном соотношении СО2 -20% и 80 % Аr Благодаря этому, обеспечивается существенное снижение поверхностного натяжения жидкого металла, уменьшение размеров капель.

Углекислый газ-это  бесцветный газ, со слабым запахом, хорошо растворяется в воде и придает ей кисловатый вкус. При 0^оС и 760мм ртутного столба удельный вес углекислого газа равен J=1,97686∙10³ кгс/л, плотность по отношению к воздуху составляет 1,524.

Температура кипения -78,9^оС, температура затвердевания -56,6^оС, критическая температура +31^оС, критическое давление 75,0 кгс/см².К технологическим преимуществам относятся простота процесса сварки, обеспечивающая высокую производительность и хорошее качество сварных соединений.

Этот способ дает возможность выполнять сварку механизированным способом во всех пространственных положениях.Объем ванны расплавленного металла при сварке в защитных газах меньше чем при РДС, а скорость кристаллизации за счет обдува места сварки защитным газом больше. Все это позволяет вести сварку при минимальном короблении.

 

Таблица 6

Состав двуокиси углерода ГОСТ 8050-85

 

Показатели	Сварочный
	1 сорт	2 сорт
Содержание СО2 (%) по объему (не менее)	99,5	99,0
Содержание воды в  баллоне по массе (не более)	нет	нет
Содержание водяных  паров в газе при 760мм ртутного столба и +20оС, г/м3 (не более)	0,178	0,515

 

Таблица 7

Состав газообразного аргона ГОСТ 10157-79

 

Показатель	Сорт
	высший	первый
Объемная доля аргона, % не менее	99,993	99,987
Объемная доля кислорода, % не менее	0,0007	0,002
Объемная доля азота, % не менее	0,005	0,01
Массовая концентрация водяного пара при 20оС и давлении 101,3 кПа, г/м3	0,007	0,01
Объемная доля суммы  углерода - содержащих соединения в  пересчете на СО2, % не более	0,0005	0,001

 

 

1.1 Расчет и выбор режимов  сварки

 

Расчет стыкового соединения при автоматической сварки. S=14мм. Задаёмся глубиной провара с первой стороны:

 (1)

 

Определим силу сварочного тока:

 

(2)

 

Определим скорость сварки:

 

(3)

 

Выбираем диаметр электрода:

 

(4)

 

Проверим выбор:

 

(5)

 

где γ - рекомендуемая  плотность тока; определяется по таблице 7

 

 

Таблица 8

Рекомендуемые плотности тока

 

dэ, мм	2	3	4	5	6
γ, А/мм2	65-200	45-90	35-60	30-50	15-45

 

Определяем напряжение дуги:

(для стыковых швов оптимальное  значение  )

Находим коэффициент  формы провара по номограмме (уч. Думова стр.186).

 

 

Определяем эффективную тепловую мощность дуги:

 

 кал/с; (6)

 

где η –эффективный к.п.д. дуги, для  автоматической сварки под флюсом η=0,7-0,85

 

(7)

 

Найдём фактическую глубину  провара:

 

(8)

 

 

Определим ширину шва:

 

(9)

 

Определим коэффициент  наплавки:

-при сварке на постоянном  токе обратной полярности:

 

(10)

Определим площадь поперечного  сечения шва.

 

(11)

 

где γ – удельный вес металла (для стали γ=7,8г/см³)

Определим высоту валика:

 

 (12)

 

Найдём общую высоту шва:

 

 (13)

 

Определяем коэффициент  формы валика:

Условием хорошей формы  валика является:

 

 

так как  необходимо варить стык с зазором (b), чтобы убрать в неё лишний наплавленный металл. Принимаем зазор по

ГОСТу 8713-79, b=1мм и делаем пересчёт размеров шва.

Найдём высоту с учётом зазора:

 

 (14)

 

Найдём глубину провара  с учётом зазора:

 (15)

 

Подсчитаем величину перекроя швов:

 

(16)

 

 

 

Рисунок-1 Стыковое соединение С 7 Аф ГОСТ 8713-79

 

Расчет стыкового соединения при автоматической сварке. S=12мм. Определяем глубину провара с одной стороны.

 

h=S/2 +2, мм (17)

 

где, S-толщина свариваемого металла

 

h=12мм/2+2=8мм

 

Определяем сварочный  ток

 

I_св=90 ∙ h, А (18)

I_св=90 ∙ 8мм=720А

 

Скорость сварки устанавливается  в зависимости от силы тока

 

V_св= 20 ∙ 10³/ I_св, м/ч; см/ч; см/с (19)

V_св= 20 ∙ 10³/720А= 27,8 м/ч= 2780см/ч= 0,77см/с

Определяем диаметр  электрода

 

d_э= 2√ I_св/π ∙ ί, мм (20)

 

где, ί-плотность тока А/мм²

 

d_э= 2√720А/3,14 ∙ 50 А/мм²= 4мм

 

Определяем напряжение дуги

 

U_д= 32-40В

U_д= 32В

 

Определяем эффективную  тепловую мощность дуги

 

Q_эф= 0,24 ∙ I_св ∙ U_д ∙ ή, кал/с, (21)

 

где, ή – эффективный кпд дуги, для автоматической сварки под флюсом.

 

ή = 0,8-0,95

Q_эф= 0,24 ∙ 720А ∙ 32В ∙ 0,8= 4424кал/с

 

По номограмме находим  Ψ_пр

 

Ψ_пр = 3,1

 

Определяем фактическую  глубину провара

 

h= 0.0156√ Q_эф/ V_св ∙ ψ_пр, см; мм (22)

где, V_св – скорост сварки см/с

 

h= 0.0156√ 4421кал/с / 0,77см/с ∙ 3,1= 0,7см= 7мм

 

Определяем площадь  наплавленного металла

 

F_н= α_н ∙ I_св/ V_св ∙ γ, см², (23)

 

где, V_св – скорость сварки см/ч

γ – Удельный вес стали

γ= 7,8г/см³

α_н – коэффициент наплавки

 

Для постоянного тока прямой полярности

 

α_н= А+В ∙ I_св/ d_э, г/Ач (24)

 

Значение коэффициентов  А и В

 

А=2,3; В=0,06

α_н= 2,3+0,06 ∙ 720А/4мм= 12г/Ач

F_н= 12г/Ач ∙ 720А/2780см/ч ∙ 7,8г/см³=0,43см²= 43мм²

 

Определяем ширину шва

 

е= 3,1 ∙ 7мм= 21,7мм

 

Найдем высоту валика

 

g= F_н/0.73е, мм (25)

g=43мм²/0,73 ∙ 21,7мм= 2,8мм

 

Находим общую высоту шва

 

H= g ∙ h, мм (26)

H= 2,8мм ∙ 7мм= 9,8мм

 

Определим коэффициент  формы валика

 

Ψ_в= е/g (27)

Ψ_в= 21,7мм/2,8мм= 7,7

 

Условием хорошей формы  стыковых швов является:

 

Ψ_в= 7-10

 

 

 

 

Рисунок-2 Стыковое соединение С 7 Аф ГОСТ 8713-79

В зависимости от толщины  металла выбираем катет сварного шва и диаметр электрода.

 

К=6мм; d_э=4мм.

 

Определяем площадь  наплавленного металла.

 

F= K²/2 (28)

F= 6²/2= 18мм²= 0,018см²

 

Определяем сварочный  ток.

 

I_св= π ∙ dэ² ∙ ί /4, А (29)

 

где, ί-плотность тока А/мм²

ί= 40 А/мм²

I_св= 3,14 ∙ 4² ∙60/4= 500А

 

По номограмме находим  Ψ_пр и U_д

 

Ψ_пр= 3,5; U_д= 30В

 

 Принимаем коэффициент наплавки

 

α_н= 12г/Ач

 

Определяем скорость сварки

 

V_св= α_н ∙ I_св/ F_н ∙ γ, см/ч; м/ч; см/с (30)

 

где, γ – удельный вес  стали

γ= 7,8г/см³

α_н – коэффициент наплавки

 

V_св= 12г/Ач ∙ 500А/0,18см² ∙ 7,8г/см³= 4273см/ч= 42,74м/ч= 1,187см/с

 

Определяем тепловую мощность дуги

 

Q_эф= 0,24 ∙ I_св ∙ U_д ∙ ή, кал/с, (31)

 

где, ή – эффективный  кпд дуги, для автоматической сварки под флюсом.

ή = 0,8-0,95

 

Q_эф= 0,24 ∙ 500А ∙ 30В ∙ 0,8= 2851кал/с

 

Определяем глубину  проплавления

 

h= 0.0156√ Q_эф/ V_св ∙ ψ_пр, см; мм (32)

 

где, V_св – скорость сварки см/с

 

h= 0.0156√ 2851кал/с / 3,5см/с ∙ 1,187= 0,4см= 4мм

 

Находим ширину шва

 

е= h ∙ ψ_пр, мм (33)

е= 3,5мм ∙ 4= 14мм

 

 

Находим высоту валика

 

g= F_н/0.73е, мм (34)

g=18мм²/0,73 ∙ 14мм= 1,8мм

 

Находим общую высоту шва

 

H= g + h, мм (35)

H= 4мм +1,8мм= 5,8мм

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок-3 Тавровое соединение Т 3 Аф ГОСТ 14771-76.

 

 

1.2. Выбор и обоснование  технологического оборудования

 

Для устранения волнистости  листов и полос толщиной 0,5-50мм широко используют многовалковые машины (с  числом валков более 5). Правка осуществляется созданием местной пластической деформации и, как правило, производиться в холодном состоянии.

Нижние приводные валки  располагают в неподвижной станине; верхние приводные валки в  подвижной части станины. В зависимости  от толщины выправляемых листов подвижную часть станины поднимают или опускают с помощью нажимного устройства.

Правка достигается  многократным изгибом при пропускании  листов между верхним и нижним рядами валков, расположенных в шахматном  порядке.

Резка листов осуществляется высокотехнологичной и высокопроизводительной машиной предназначенной для газовой и плазменной резки с ЧПУ Versagraph. Данная машина предназначена для продольного, поперечного и фигурного раскроя листов из стали любых размеров.

Машина имеет плазмотрон (мах толщина разрезаемого металла 75мм), возможность установки до 8 газовых горелок (мах толщина разрезаемого металла 150мм), автоподжиг, газовый регулятор.

Таблица 9

 

Техническая характеристика машины для плазменной и газовой резки Versagraph.

 

Электропитание:	1 фаза 100В/ 3 фазы 200В/ 50/60 Гц
Мах. Толщина разрезаемого листа, мм:	Плазма 75, газ 150
Размеры разрезаемого листа, мм:	Любой
Ширина резки, мм:	Любая
Длина резки, мм:	Любая
Мах. Скорость резки, м/мин:	6
Мin, расстояние между горелками, мм:	125
Возможность газокислородной резки, мм:	6-100 (мах. 50 мм 4-мя горелками)
Основная конструкция корпуса:	Портальная рама с двухсторонним приводом.
Метод привода:	Шестеренчатый по осям X и Y
Библиотека стандартных фигур:	60 фигур
Формат системы управления:	EIA (Американский)
Устройство подачи кабелей:	Полимерная цепь для продольной подачи.
Маркировочная скорость, м/мин:	18000/12000
Система подъема горелки:	Соединительная система со стальной лентой

 

 

Данный технологический  процесс применяется для сверления отверстий радиально сверлильным станком, диаметром до 50мм. Сверлильным станкои марки 2А554.

 

 

Таблица10

Технические характеристики сверлильного станка марки 2А554

 

Характеристики	2А554
Наибольший диаметр  сверления	35
Конус отверстия шпинделя	№5
Частота вращения шпинделя, об\мин.	20-200
Вылет шпинделя	750-3150
Наибольший ход шпинделя, мм.	350
Габаритные размеры: Длина Ширина Высота	5710 1930 3470
Вес, т.	12,6

 

Для очистки стали  применим механическую очистку в  дробеметной установки перед началом сборочных работ. Сущность дробеметной очистки заключается в том, что на поверхность металла, подлежащего очистке, выбрасывается лопатками колеса дробеметного аппарата дробь.

 Металл перемещаясь  по рольгангу, проходит через  веерную струю дроби, которая очищает его поверхность.Для дробеметной очистки низколегированных сталей (в данном случае сталь 15ХСНД), применяют дробь размером 0,8-1,2мм.

 Очистку можно производить  как круглой, так и колотой  дробью. Наличие колотой дроби  острых граней способствует интенсивной очистке поверхности и увеличивает скорость очистки.

Кондуктор для  сборки и сварки ортотропных плит.

Сборку ортотропной  плиты необходимо производить в  специальном кондукторе, с приспособлениями для ориентации продольных и поперечных ребер жесткости по длине и ширине листа, портала для прижатия ребер к листу, приспособлений, обеспечивающих выгиб плиты перед сваркой.

Изготовление плит в  таком кондукторе позволило сократить  трудоемкость работ по сборке, позволило  отказаться от их правки после сварки, что обеспечило не только экономию труда, но и повысило точность геометрических размеров листов плит и расположение продольных и поперечных ребер жесткости.

Рисунок 4–Общий вид кондуктора для сборки и сварки ортотропных  плит.

 

Кондуктор для  сборки тавров

Для сборки тавров (поперечных ребер жесткости) под автоматическую сварку применяем кондуктор для  сборки балок. Кондуктор представляет собой П-образный портал с механизмом передвижения и пневмоприжимами. Изготовление тавров в таком кондукторе значительно сокращает трудоемкость работ по сборке и повышает точность геометрических размеров тавра.