Технология сварки решетчатых конструкций

 

Содержание

1. Введение
2. Анализ конструкции
1. Организация рабочего места
2. Выбор материала конструкции и сварочных материалов
3. Выбор оборудования  и инструментов
3. Технологическая схема изготовления конструкции
1. Подготовка металла к сварке, сборка конструкции
2. Режим сварки конструкции
3. Техника сварки конструкции
4. Деформации и напряжения при сварке
4. Контроль качества сварных соединений конструкции
5. Технологическая карта изготовления конструкции
6. Техника безопасности при изготовлении конструкции
7. Список литературы
8. Приложение

 

 

 

 

 

 

 

                                                                   Введение

            Современный технический прогресс в промышленности неразрывно связан с совершенствованием сварочного производства. Сварка как высокопроизводительный процесс изготовления не разъемных соединений находит широкое применение при изготовлении металлургического, химического и энергетического оборудования, различных трубопроводов, в машиностроении, в производстве строительных и других конструкций. 
      Сварка – такой же необходимый технологический процесс, как и обработка металлов, резанием, литье, ковка, штамповка. Большие технологически возможности сварки обеспечили ее широкое применение при изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, реакторов, мостов и других конструкций. 
      О возможности применении «электрических искр» для плавление металлов еще в 1753 г. говорил академик Российской академии наук Г.Р. Рихман при исследовании атмосферного электричества. В 1802 г. профессор Санкт-Петербургской военно-хирургической академии В.В. Петров открыл явление электрической дуги и указал возможные области ее практического использования. Однако потребовались многие годы совместных усилий ученых и инженеров, направленных на создание источников энергии, необходимых для реализации процесса электрической сварки металлов. Важную роль в создание этих источников сыграли открытия и изобретения в области магнетизма и электричества. 
      В 1882 г. российский ученый-инженер Н.Н. Бенардос, работал над создание аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов не правящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов. 
      В 1888 г. российский инженер Н.Г. Славянов предложил проводить сварку плавящимся металлическим электродом. С его именем связана развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, разработка флюсов для воздействие на состав металла шва, создание первого электрического генератора. 
      С 1935-1939 гг. начали применять толстопокрытные электроды, в которых стержни изготавливали из легированной стали, что обеспечило широкое использование сварки в промышленности и строительстве. В 1940-е гг. была разработана сварка под флюсом, которая позволила повысить производительность процесса и качество сварных соединений, механизировать производство сварных конструкций. В начале 1950-х гг. в Институте электросварки им. Е.О. Патона создают электрошлаковую сварку для изготовления крупногабаритных деталей из литых и кованых заготовок что снизило затраты при изготовлении оборудования тяжелого машиностроения. 
      Сварка потребовалась и в космосе. В 1969 г. наши космонавты В. Кубасов и Г. Шонин и в 1984 г. С. Совитская и В. Джанибеков провели в космосе сварку, резку и пайку различных металлов.

 

 

Анализ конструкции 

 

 

Труба 150мм - 12000мм. Марка стали – 25 Г2С

Труба профильная 80х80х4 - 50000мм. Марка стали – 25 Г2С

Труба профильная для ферм 40х40х3 - 35000мм. Марка стали – 25 Г2С

Труба профильная, прогонная 30х30х2 - 70000мм. Марка стали – 25 Г2С

Труба профильная, перемычки 30x30x2 – 59000мм. Марка стали – 25 Г2С

Марка электродов  УОНИ 13/45: 3, по ГОСТ 9467 - 75

 

 

 

 

 

 

Организация рабочего места                                 

1. Площадка  для сварки конструкции: должна быть с ровным полом, оборудована специальными защитными шторками,  находиться под навесом или в цеху.

На нестационарных рабочих  местах изделие при сварке неподвижно, а сварщик перемещается от шва  ко шву по изделию, или перемещается от изделия к изделию. В этом случае как правило, свариваются крупногабаритные и тяжелые изделия.

 В зависимости от типа рабочего места сварщика зависит и его организация, а также         оснащенность его оборудованием и инструментом. Рабочие места сварщиков    комплектуются:

 а) стационарные рабочие места: сварочным оборудованием, устройствами для сварки и инструментом; приспособлениями для подачи и уборки деталей; приспособлениями для крепления или размещения деталей при сварке; устройствами для вентиляции, как правило, стационарными; кабиной сварщика;

 

б) нестационарные рабочие  места; сварочным оборудованием, устройствами для сварки, инструментом; приспособлениями для крепления или размещения узлов или изделий при сварке; переносными устройствами для вентиляции зоны сварки; устройствами (переносными) для защиты зоны сварки от излучения  дуги.

 

От правильной организации  рабочего места сварщика, оснащенности его необходимым оборудованием, инструментом и приспособлениями, правильного  размещения этого оборудования на рабочем  месте зависит и эффективность  его труда и производительность.

Основными элементами организации  труда сварщиков на рабочих местах, от которых зависит наивысшая  производительность труда и высокое  качество, будут следующие:

а) своевременность получения  задания;

 

б) наличие соответствующего оборудования, поддержание его в  работоспособном состоянии и  правильное его размещение;

 

в) своевременность доставки на рабочие места материалов, заготовок, деталей и др.;

 

г) высокая надежность оборудования и высокое качество материалов;

 

д) действенный контроль качества сварных соединений;

 

е) поддержание на рабочем  месте надлежащего порядка.

Из изложенного следует, что организация рабочего места  сварщика в каждом конкретном случае должна быть тщательно продумана  и научно обоснована, так как от этого зависит эффективность  его труда.

 

2. Источник питания переменного  тока (сварочный трансформатор)      
3. Навес над трансформатором.
4. Заземление.

 

Выбор материала конструкции и сварочных  материалов.

               Низкоуглеродистые стали, марка  стали: 25 Г2С.

1. 25Г2С: 0,25% - углерода, Г – марганец 2%, С – кремний 0,12 – 0,30%.

ВСт3Гпс. Химический состав.            

2. Физические свойства.

Плотность стали – (7,7 – 7,9)*10³ кг/м³.

Удельный вес стали  – (7,7 – 7,9) г/см³.

Удельная теплостойкость стали при 20⁰с – 0,11 кал/град.

Температура плавления  стали – 1300 – 1400⁰с.

Удельная теплостойкость, плавления стали 49 кал/град.

Коэффициент теплопроводности стали – 39 ккал/м*час*град.

Коэффициент линейного  расширения стали: (при температуре  около 20⁰с) сталь 3 (марка 20) – 11,9 (1/град).

Предел прочности стали  при растяжении: сталь для конструкций  – 38 – 42 (кг/мм²), сталь кремнехромомарганцовистая – 155 (кГ/мм²), сталь машиноделочная (углеродистая) – 32 – 80 (кГ/мм²), сталь рельсовая – 70 – 80 (кГ/мм²).

 

 

 

 

 

 

 

Технологическая карта: изготовления решетчатых конструкций

 

                                                        Выбор оборудования и инструмента.   

Сварочный выпрямитель: ВД - 306 
Преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный напряжением и величиной, необходимыми для сварки. Конструктивно состоит из трансформатора и выпрямительного блока.    
                               

Принцип работы: 
Выпрямитель сварочный является источником питания постоянного тока с падающими внешними характеристиками. Питание выпрямителя производится от трехфазной сети переменного тока. 
Выпрямитель представляет собой передвижную установку в однокорпусном исполнении, состоящей из следующих основных узлов: силового трехфазного трансформатора, магнитного шунта, блока выпрямителей, вентилятора, автоматического выключателя и кожуха.  
Трехфазный силовой трансформатор с магнитопроводом стержневого типа Т1 .Катушки первичной w1 и вторичной обмотки w11 неподвижны и выполнены из изолированного алюминиевого провода. Обмотки от сердечника магнитопровода изолированы стеклопластиком и пропитаны электротехническим лаком.  
Сердечник трансформатора собран из листов электротехнической стали марки 2212, толщиной 0,5 мм.  
Преобразование переменного напряжения в постоянное (сварочное) осуществляется с помощью полупроводникового блока выпрямителей V1.  
Вентиляция выпрямителя – воздушнопринудительная.  
Сварочный ток регулируется вращением рукоятки, находящейся на передней панели выпрямителя. При вращении рукоятки происходит смыкание или размыкание магнитного шунта, что приводит к изменению индуктивного рассеяния.  
Для подключения выпрямителя и питающей сети имеется сетевой кабель  Для подключения сварочного кабеля имеются гнезда разъемов обозначенных знаками «+» и «-».  
Зажим для заземления выпрямителя расположен на основании выпрямителя.

Технические характеристики: 

1)     Углошлифовальная машина УШМ – 90111: предназначена для резки и обработки металла.

2)     ДУ750ЭР – Дрель ударная/ 750Вт/ ЭР – модель дрели: предназначена для сверления отверстий разных диаметров как в металле, древесине и т.д.

3)     Рулетка, чертилка, линейка, уголок, щётка, плоскогубцы, молоток, мел, зажимы, уровень, штанген – циркуль,  и т. д.

Рулетка, линейка  – для измерения высоты, длины, ширины, диагонали.

Чертилка, мел  – предназначены для, отметки  данной длинны.

 Уголок –  для измерения точности углов  и линий реза.

Щётка – для  очистки деталей и сварных  швов, от шлака, грязи, масла, ржавчина и т. д.

Плоскогубцы –  для придерживания мелких деталей в процессе сварки.

Молоток – для  выравнивания или гибки каких  либо деталей.

Зажимы –  предназначены для удержания  каких либо деталей в пространственном положении. 
Уровень – для точного измерения наклона какой либо детали в пространственном положении. Штанген – циркуль – предназначен для измерения как внешних так и внутренних диаметров, толщин стенок, каких либо деталей.

 

 

 

 

 

 

 

Подготовка металла к сварке, сборка конструкции

1. Правку проката производят, как правило, в холодном состоянии на правильных станках или вручную на правильных плитах.
2. Разметка представляет собой нанесение на металл конфигурации заготовки. Разметку осуществляют с припуском. Припуск это разность между размером заготовки и чистовым размером детали. Припуск снимают при последующей обработке. Для разметки применяют разметочные столы или плиты необходимых размеров.               
3. Разметку осуществляют с помощью различных инструментов: стальной метр, стальная рулетка, металлическая линейка, чертилка, карнер, циркуль, штангенциркуль, угольник и др. Для получения более чёткого очертания заготовки поверхность металла предварительно закрашивают белой клеевой краской. При большом количестве заготовок или деталей разметку производят по плоским шаблонам с припуском на последующую обработку. Чертилкой обводят контур детали, а затем накернивают по всей длине линии обвода с шагом (50-100мм) между кернами.
4. Резка осуществляется кислородными резаками по намеченной линии контура детали вручную или газорезательными машинами специального назначения. Резка на механических станках более производительна и обладает высоким качеством реза. Для механической прямолинейной резки листового металла применяются пресс – ножницы для продольной и поперечной резки.
5. Подготовку кромок деталей из низкоуглеродистой стали большой толщины осуществляют кислородной резкой или обработкой на строгальных или фрезерных станках.

 

 

 

 

 

                                                     Сборка конструкции

1. Для изготовления сварных конструкций требуется правильная сборка деталей свариваемого изделия, т.е. их правильная взаимная установка и закрепление. Сборка может осуществляться прихватками или в специальных  сборочно – сварочных приспособлениях. Прихватки представляют собой короткие швы, расстояние прихватки 10мм расстояние между прихватками 20мм. Количество прихваток и их размер определяются технологическими условиями.
2. Процесс сборки сварного изделия состоит из последовательных операций. Прежде всего необходимо подать детали к месту сборки. Затем необходимо установить эти детали в сборочном приспособлении в определённом положении. В этом положении детали должны быть закреплены, после чего их сваривают.

Узлы фермы  сваривают последовательно от середины фермы к опорным узлам. Сначала выполняют стыковые, а затем угловые швы. Каждый элемент при сборке прихватывают швом длинной 20мм. Близко расположенные швы нельзя выполнять сразу. Вначале дают остыть тому участку основного металла, где будет накладываться близко расположенный шов. Это снизит перегрев металла и пластические деформации. Конец продольного шва выводят на торец привариваемого элемента на длину 20мм.

Режим сварки конструкции.

Параметры режима ручной дуговой сварки.

СВАРОЧНЫЙ ТОК  устанавливают в зависимости  от диаметра электрода а диаметр  электрода выбирают в зависимости  от толщины свариваемого изделия.         

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ СВАРОЧНОГО ТОКА 

     НАПРЯЖЕНИЕ на дуге  зависит от её длины. Оптимальная  длинна дуги выбирается между  минимальной и максимальной. Длинную  дугу применять не рекомендуется.

СКОРОСТЬ СВАРКИ выбирается так, чтобы  сварочная ванна заполнялась  электродным металлом и возвышалась  над поверхностью кромок с плавным  переходом к основному металлу  без подрезов и наплывов. 
                                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техника сварки конструкции.

         

 

Способ  зажигания сварочной дуги.

Дугу зажигают коротким прикосновением электрода  к изделию (впритык) или чирканьем  концом электрода о поверхность  металла («спичкой»). Способ «спичкой»  предпочтительнее, но он ре удобен в  узких и труднодоступных мустах.

 

 

 

 

Положение электрода при сварке.

                   

Манипулирование электродом.

Электроды перемещают в трёх основных направлениях:

1. ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ – вдоль оси электрода. Обеспечивает подачу электрода, постоянство длины дуги и скорость плавления.
2. ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ – вдоль оси шва. Обеспечивает необходимую скорость сварки и качественное формирование шва.
3. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ – поперёк оси шва для прогрева кромок. Этим движением за один проход получают шов шириной до 4-х диаметров электрода, а без них 1,5 – диаметра. Поперечные движения можно исключить при сварке тонких листов или при прохождении первого(корневого) шва многослойной сварки.

      

 

 

Деформация  и напряжение при сварке.

Основные  причины деформации.

• Неравномерный нагрев металла
• Рациональное конструирование сварных изделий:

               В процессе конструирования необходимо: ограничивать количество наплавленного металла уменьшением катетов швов или угла скоса кромок; не допускать пересечения большого количества швов; не располагать сварные швы там, где действуют максимальные напряжения от внешних нагрузок, и размещать их симметрично.  

• Мероприятия, выполняемые в процессе сварки:

               Рациональная последовательность  наложения сварных швов. Сварные  конструкции следует  изготовлять  так, чтобы замыкающие швы,  создающие жесткий контур, заваривались  в последнюю очередь. Сварку  нужно вести от середины конструкции  к её краям, как бы сгоняя  при этом внутренние напряжение  наружу. Каждый последующий шов  при многослойной сварке рекомендуется  накладывать в направлении, обратном  направлению предыдущего шва. 

• Мероприятия, выполняемые после сварки:

               В тех случаях, когда деформация  все же произошла и величины  их выходят за пределы допустимых, применяют правку сварных изделий  различными способами. 

• Механическая правка:

               В этом случае с помощью  молотов, домкратов, винтовых  процессов или других устройств  создаётся ударная или статическая  нагрузка, которую обычно прилагают  со стороны наибольшего выгиба. Тонколистовой металл правят  прокатом между валиками.

• Термическая правка:

               Заключается в местном нагреве  небольших участков металла деформированной  конструкции. Нагрев, как правило,  производят сварочными горелками  большой мощности. Ведут его быстро  и только до пластического  состояния верхних волокон на  выпуклой стороне изделия. При  охлаждении нагретых участков  последние сжимаются и выпрямляют  изделие.

• Термомеханическая правка:

               Заключается в сочетании местного  нагрева с приложением статической  нагрузки, изгибающей исправляемый  элемент конструкции в нужном  направлении. Такой способ обычно  применяют для правки жестких  сварных узлов.

 

 

Контроль качества сварных  соединений конструкции.

        

        Для получения сварного шва хорошего качества необходимо осуществлять контроль, начиная с проверки качества подготовки шва и кончая проверкой полученного сварного соединения.

Сборку под сварку и разделку шва проверяют по стандартам и  техническим условиям.

Предварительно сварной шов  очищают от шлака,

       Внешним осмотром  выявляют наружные дефекты шва: не провары, наплывы, прожиги, подрезы, наружные трещины, поры, смещение свариваемых кромок деталей и т. п Осмотр производят не вооруженным глазом или помощью лупы с десятикратным увеличением. Размеры сварочных швов проверяют шаблонами и измерительным инструментом.

 

 

Технологическая карта изготовления конструкции.

 

Техника безопасности при изготовлении конструкции.

Общие требования безопасности.

К работе по выполнению электросварочных работ  допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие  специальное обучение и имеющие  удостоверение на право производства электросварочных работ и квалификационную группу по электробезопасности не ниже второй категории, прошедшие мед. осмотр, инструктаж на рабочем месте, ознакомленные  с правилами пожарной безопасности и усвоившие безопасные приёмы работы.

Требования безопасности перед  началом работ.

Перед началом  работ электросварщик обязан получить от производителя работ и инструктаж на рабочем месте.

Необходимо  проверить рабочую одежду и рукавицы и убедиться в том что, что  на них нет следов масел, жиров, бензина, керосина и других горючих жидкостей.

Рабочая одежда не должна иметь развевающихся  частей, куртка должна быть надета на выпуск, пуговицы застёгнуты, обшлага рукавов  застёгнуты или подвязаны, брюки  надеты поверх сапог.

Перед сваркой электросварщик должен убедиться, что кромки свариваемого изделия  и прилегающая к ним зона (20-30мм)очищены  от ржавчины, шлака и т.п.; при очистке  необходимо пользоваться защитными  очками: свариваемые детали до начала сварки должны быть надёжно закреплены. При резке элементов конструкций  электросварщик обязан применять меры против случайных падений отрезаемых элементов. Сварку (резку) свежеокрашенных  конструкций и деталей следует  производить только после полного  высыхания краски. Сварка должна осуществляться с применением двух проводов, один из которых присоединяется к электрододержателю, а другой (обратный) – к свариваемой  детали. Запрещается использовать в  качестве обратного провода сети заземления, металлические конструкции зданий, технологическое оборудование, трубы санитарно – технических сетей (водопроводов, газопроводов и т.п.). Сварочные провода должны соединяться способом горячей пайки, сварки или соединительных муфт с изолирующей оболочкой. Места соединений должны быть заизолированы; соединение сварочных проводов методом скрутки не допускается. Сварочные провода должны прокладывать так, чтобы их не могли повредить машины и механизмы. Запрещается прокладка проводов рядом с газосварочными шлангами и  

трубопроводами, расстояние между  сварочным проводом кислорода должно быть не менее 0,5, а между трубопроводами ацетилена и других горючих газов  – 1м.

 

 

Требования безопасности во время  работ.

          При  выполнении электросварочных работ  электросварщик обязан выполнять  следующие требования безопасности:

• Следить, чтобы подручные или выполняющие совместно со сварщиком работы персонала
• пользовались защитными средствами;
• Следить, чтобы шлак, брызги расплавленного металла, огарки электродов, обрезки металла и других предметов и личных инструмент на работающий персонал и проходящих людей;
• Постоянно следить за исправностью электрододержателя и провода (прямого) к рему;
• Следить, чтобы провода сварочной цепи не подвергались механическим, тепловым и прочим воздействиям, которые могут вызвать нарушение электроизоляции;
• В перерывах в процессе сварки проверять состояние и наличие защитных заземлений на корпусах электросварочной аппаратуры;
• Во время перерывов на работе электросварщику запрещается оставлять на рабочем месте электрододержатель, находящийся под напряжением, сварочный аппарат необходимо отключать, а электрододержатель закреплять на специальной подставке или подвеске;
• Если в процессе работы или в перерывах на рабочем месте будет обнаружен запах горючего газа то немедленно прекратить электросварочные работы, сообщить производителю работ (бригадиру или мастеру) произвести отключение источника сварочного тока, уйти в безопасное место;
• Отключить источник сварочного тока от питающей сети в следующих случаях: уходя с рабочего места даже на короткое время; при временном прекращении работы; при перерыве подачи электроэнергии; при обнаружении какой либо неисправности; при уборке рабочего места.
• Подключение и отключение сварочных аппаратов, а так же их ремонт должны осуществляться специальным персоналом через индивидуальный рубильник.

 

 
                                                 Электросварщику запрещается

• Очищать сварной шов от шлака, брызг металла и окалина без защитных очков;
• Работать под подвешенным грузом;
• Сваривать деталь на весу;
• Прикасаться голыми руками даже к изолированным проводам и токоведущим частям сварочной установки;
• Выполнять ручную электродуговую сварку от источников тока, напряжение холостого хода которых превышает 80В для переменного тока, 100В для постоянного тока;
• Самостоятельно менять полярность прямого и обратного провода;
• прикасаться к деталям при смене электродов;
• Класть электрододержатель на металлические конструкции;
• Производить электросварочные работы во время грозы, под дождём или снегопадом без навеса;
• Производить электросварочные работы с приставных лестниц;
• Регулировать величину сварочного тока при замкнутой цепи, при работе с аппаратом переменного тока;
• Выполнять электросварочные работы трубопроводах, арматуре, сосудах и других элементах тепломеханического оборудования, находящегося под давлением.

                                

 

 

 

 

 

 

 

 

Требования безопасности по окончании работ.

По окончании  работ электросварщик обязан:

• Выключить рубильник сварочного аппарата;
• При сварке в защитных газах закрыть вентиль баллона и снять давление на редукторе;
• Собрать провода и защитные приспособления, уложить их в отведённое место или сдать в кладовую;
• Выключить местную вентиляцию;
• Убрать рабочее место от обрезков металла, огарков электродов и других материалов;
• Перед уходом с рабочего места тщательно осмотреть все места, куда могли долетать раскалённые частицы металла, искр, шлака и убедиться в отсутствии тлеющих предметов – очагов возможного возгорания и пожара;
• Сдать сменщику и руководителю рабочее место чистым, сообщить обо всех неисправностях и замечаниях, выявленных во время работы;
• Снять спец, одежду и повесить её в шкаф, вымыть лицо и руки или принять душ.   
  
• Список используемой литературы
• 1. Алёшин Н.П., Щербинский В.Г. Контроль качества сварочных работ М., Высшая школа, 1986.
• 3. Блинов А.М., Организация и производство сварочно-монтажных работ. М.: Стройиздат, 1982.
• 4. Булатов А.И., Макаренко П.П. и др. Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности, М., Недра, 1997.
• 6. Китаев А.М., Китаев Я.А., Дуговая сварка. Машиностроение, 1983г.
• 7. Лупачев Н.М. Сварочные работы: Учеб. для нач. проф. Образования.- 1-е изд., стереотип, М., ИРПО, Изд. Центр Академия, 2001, 270с.
• 8. Маслов В.И., Сварочные работы. М.: МРПО, 1998г.
• 9. Николаев Г.А., Куркин С.А., Сварные конструкции. М.: Высшая школа, 1983.
• 10. Рыбаков В.М., Дуговая и газовая сварка, М. Высшая школа, 1986, 375с.
• 11. Стеклов Р.М. Основы сварочного производства, М., Высшая школа,
• 1993,290с.