Розробка технології зварювання виробу

Міністерство  Освіти України 

Національний  технічний університет України "КПІ"

Кафедра електро зварювальних установок 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Зварювальна установка

ЗА 87.02.000.00.00 
 
 

Курсовий  проект

Здисципліни "Роботи складально-зварювальні верстати та лінії" 
 
 
 
 
 
 
 

Керівник: Чветко Є.П.

"Допущений  до захисту"

__________________________р. 

Захищено з  оцінкою

_______________________

_______________________

Підписи             Призвищ 
 

Виконавець:

Ст.Бабік С.В.

Гр. ЗА-87

Зал. Книжка №  ЗА-8702 

__________________________

Підписи 
 
 
 
 
 
 
 

[email protected] 

  Київ, НТУУ "КПІ" – 2010

 

Зміст

 

Розробка  технології зварювання виробу

Характеристика  виробу що зварюється і технологічні вимоги до нього

Карданний вал  використовується для передачі обертального моменту. Виріб працює в умовах зовнішнього середовища при змінних температурах, статичних та динамічних навантажень. Вал виготовляється з низько-вуглецевої сталі – Сталь 35.

Химический  состав  Сталь 35

Химический  элемент %
Кремний (Si) 0.17-0.37
Медь (Cu), не более 0.25
Мышьяк (As), не более 0.08
Марганец (Mn) 0.50-0.80
Никель (Ni), не более 0.25
Фосфор (P), не более 0.035
Хром (Cr), не более 0.25
Сера (S), не более 0.04

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Состояние поставки, термообработка +20 -20 -30 -50 -60
Нормализация 63 47 45 14 12

Предел  выносливости

s-1, МПа t-1, МПа sB, МПа Термообработка, состояние стали
265   570 Нормализация 850 С. 
245 147   Нормализация 850-890 С. Отпуск 650-680 С. 
402   710 Закалка 850 С. Оттпуск 650 С. 

 

Физические свойства

Температура испытания, °С 20  100  200  300  400  500  600  700  800  900 
Модуль  нормальной упругости, Е, ГПа 206  197  187  156  168           
Плотность, pn, кг/см3 7826  7804  7771  7738  7700  7662  7623  7583  7600  7549 
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)   49  49  47  44  41  38  35  29  28 
Уд. электросопротивление (p, НОм · м)   251  321  408  511  629  759  922  1112  1156 
Температура испытания, °С 20- 100  20- 200  20- 300  20- 400  20- 500  20- 600  20- 700  20- 800  20- 900  20- 1000 
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С) 12.0  12.9  13.6  14.2  14.6  15.0  15.2  12.7  13.9   
Удельная  теплоемкость (С, Дж/(кг · °С)) 469  490  511  532  553  578  611  708  699   

 

Параметри зварювального  режиму

Матеріал виробу  що зварюється – Сталь 35. Для цієї сталі немає обмежень у виборі способу зварювання отже застосовуємо найешевший спосіб зварювання – в активних газах.

Низьковуглецеві сталі не мають складнощів при зварюванні. Зварювання плавким  електродом   проводимо на змінному струмі, зворотньої полярності.

Условное  обозначение сварного соединения Конструктивные  элементы
подготовленных  кромок свариваемых деталей шва сварного соединения
С20
 
Способ  сварки s b c e g a, град ± 2°
Номин. Пред. откл. Номин. Пред. откл. Номин. Пред. откл. Номин. Пред. откл.
УП 3,5 1 ± 1 1 ± 1 8 ± 2 1,0 + 1 30
 

Дано:

Матеріал –  сталь 35

Спосіб зварювання – дугове зварювання в активних  газах плавким електродом

Кільцевий шов  С20 
 

Параметри зварювального  режиму

  • Діаметр електрода – 1,2 мм
  • Зварювальний струм – 130 А
  • Напруга дуги – 22 В
  • Швидкість зварювання  - 25 м/год
  • Зарювальні матеріали – За ГОСТ 7871-75 у відповідності до хімічного складу металу , обираємо зварювальний дріт СВАМг5. У якості захисного газу застосовуємо CO2
  • Рід і сила струму, вольт-амперна характеристика джерела живлення: Для живлення зварюваьної дуги застосовують джерело живлення постійнонго струму із жорсткою ВАХ. Зварювання проводиться струмом зворотньої пполярності

 

Аналіз можливих збурень та способів запобігання їхної дії на зварне з’єднання, визначення керованих величин та керуючих дій, постановка задач автоматичного керування

До можливих збурень можна віднести:

  • Енергетичні – коливання напруги в мережі; зміни опору зварювального кола.
  • Кінематичні та геометричні – відхилення електроду від осі стику; коливання довжини дуги; нестабильність швидкостей подавання електрода та зварювання; зміни вильоту електрода.
  • Технологічні – зміна проміжку в стику; дефекти складання; зміна хімічного складу та фізичних властивостей флюсу та волога у флюсі.
 

Спосіб запобігання  дії збурень:

  • Технічними - зменшення відхилення електродного дроту від осі стика, стабілізація або програмна зміна окремих параметрів процесу, застосування процесів стеження
  • Технологічними – вибір способу стабілізації зварювальної дуги, і забезпечення
 

Керовані величини:

струм зварювання, швидкість зварювання 

Керуючі дії:

  • швидкість подавання електродного дроту,
  • вольт амперна характеристика джерела живлення
  • швидкість зварювання
 

Вимоги до установки:

Відхилення від  співвісності різьби горловини й  верхнього днища 2 мм.  Оператор повинен  мати можливість доступу до усіх елементів  установки для огляду та обслуговування.

Основні задачі автоматичного керування:

  • стабілізувати енергетичні параметри (АРДС)
  • забезпечити задану послідовність вмикання та вимикання виконавчих пристроїв системи;

 

Обгрунтування складу обладнання і  компонування установки

Функціональна схема установки

На функціональній схемі приведені всі функціональні блоки установки і приведені всі взаємозв’язки між ними. Основним керуючим органом установки являється пульт. Контролер слугує для виконання циклограми зварювального процесу. Всі інші блоки функціональної схеми являються керувальними та виконавчими механізмами.

Опис  конструкції зварювальної головки

Зварювальна головка (ЗА87.02.0000.004 ВЗ) призначена для дугового зварювання під флюсом і повинен здійснювати у автоматичному режимі комплекс операцій щодо зварювання переривчастого шва.

Зварювальна головка складається з наступних основних вузлів:

  • пальник
  • супорт
  • підьеднувалтні кабулі та шланги
  • пристрій подачі проволки
 

      Технічні характерисики:

      

    Сила  зварювального струму при ПВ=100% 500 А
    Напруга
    • холостого струму
    • живлячої мережі
    		  
    18-50 В
    380 В
    Діаметр електродного дроту 1-3 мм
    Швидкість подачі електроду 40-500м/год
    Швидкість зварювання 12-120 м/год
    Маршева швидкість 990 м/год
    Джерело живлення ВДУ-506

 

Опис конструкції  складально-зварювального  пристосування

Оснастка (ЗА87.0000.003.СК) слугує для забезпечення обертання деталі та утримаання її в заданому положенні.

Кінематична схема установки

На кінематичній схемі показані безпосередньо механізми  для конкретних операцій і звязки між ними. В нашому вмпадку показані всі двигуни зварювальної лінії  та їх взаємозвязок(ЗА87.02.0000.005).

Обгрунтування вибору та технічні характеристики керуючого пристрою

Керування установкою (відпрацювання циклу зварювання) здійснює  блок керування який був  зібранийна базі контролера Twido, шо є програмованим, високоефективним та швидкісним контролером.

Контролер Twido забезпечує виконання циклів зварювання, слідкує за всіма датчиками, і в разі будь - яких відхилень  параметрів від заданих намагається усунути за рахунок зміни керуючої дії.

Датчики

Під час  зварювання використовуютьсядатчик кута оберту, для слвдкування за довжиною шва,  а також датчики струму, які забезпечують наявність обох зварювальних дуг.

Виконавчі пристрої установки

Виконавчий пристрій - це пристрій, який безпосередньо впливає  на обєкт керування (регулювання). В  нашій  зварювальній установці розміщені 3 електричних привода , які забезпечують обертаня виробу, подачу проволоки до зони зварювання. Також до виконавчих пристроїв віднесемо джерела живлення установки, а саме: випрямляч – для живлення приводів постійного струму; випрамлячі ВДУ-506 для збудження дуги та підтримання її в процесі зварювання;  блок живлення на базі источника питания –Модуль 5103 на 24В - для живлення керуючих органів установки(інтерфейс, контролер, пульт керування).

Опис  роботи принципової  електричної схеми  установки

Установка складається  з таких блоків:

А1 – Джерело живлення приводів

А2 ,А3 - Привід подачі дроту- призначений для подавання  дроту в зону зварювання а таакож змінц швидкості подачі дроту

А4 – Привід обертання деталі, призначенний для забезпечення та регулювання швидкості зварювання

А5 – Блок живлення (модуль 5103) на 24В, призначенний для живлення системи керування, набору датчиків, блоку вимірів, тобто всієї електричної частини установки.

А6-А7 – Відсікач газу – забезпеує подвання газу

А8 - Датчик кута оберту- виконує зупинку зварювання з проходженням заданої дистанції

А9 – Інтерфейс- цей блок призначений для перетворення та передачі сигналів від всіх робочих  органів установки до контролера та вже опрацьованих сигналів від  нього.

А10-А11 – Випрямляч універсальний призначений для живлення приводів постійного струм установки. Підключається тільки в промислову мережу.

А12 – Мікро контролер фірми Twido, який забезпечує сприйняття вхідних даних (команд з пульта оператора, датчиків) та обробку отриманих команд за наперед заданим алгоритмом, почергове увімкнення (вимкнення) вузлів установки; 

А13 – Пульт керування. Призначений для запуску (зупинки) устаткування.

Опис  роботи електричної  схеми блока живлення

Електрична схема  складається з таких частин: 2 трансформаторів понижуючих, стабілітронів, діодів, резисторів, транзисторів, мікросхеми, дроселя, конденсаторів та двох розємів на вхід та вихід.

Основні частини-це вхід та вихід на які подається  напруга мережі 220В, та виходить понижена 5В, 24В , трансформаторів - що понижують  напругу, двонапівперіодичного випрямляча, що сладений на основі діодів зібраних по мостові схемі, та  стабілізатора напруги, який складений на основі транзисторного стабілізатора напруги, який призначений для отримання більш стабільної напруги. В його склад входить стабілітрон, регулюючий транзистор, в нашому випадку два,через те що стабілітрон не підійшов за максимальним стумом стабілізації , тому ми вели в стабілізатор додатковий транзистор, це дозволило знизити максимальний стум що протікає через стабілітрон та резистора.

В менш потужному ланцюгу, замість стабілітрона використовуємо мікросхему.

 

Розрахунок  норм часу на виконання  окремих операцій иехнологічного циклу

 

Штучний час  визначають за формулою:

                            ТШТ=ТО+ТД+ТОБ+ТВОП,     (3.1)

    при  чому

                            ТД=Тзакр*2 +Тподгот*2+Твідв,           (3.2) 

де ТО – основний час (час на утворення шва), який визначається швидкістю зварювання, кількістю  проходів, часом на запалювання дуги і заварювання кратеру; ТОБ –  час на технічне обслуговування робочого,установка режимів місця оператором, що припадає на один виріб; ТВОП – час на відпочинок і особисті потреби, що припадає на один виріб; ТД – допоміжний час; Тзакр – час на закріплення деталі в обертачі; Тподгот – час на підготовку обладнання на виконання зварювальних операцій; Твідв – час витрачений на вилучення звареного виробу з під зони зварювання та подальшого його транспортування до слідуючої ділянки виробництва. 

ТД =1мін*2+1мін*3+2мін=7мін.

ТО=2сек+0.49м/(25м/год) =2сек+70сек=72сек.

ТШТ=72сек+7мін+5мін+5мін=18мін.           

 

Циклограма  роботи установки.порядок  роботи оператора  установки.

 

Короткий опис роботи

Опреатор повинен, після встановлення виробу на робоче місце, встановити пальники у місце  зварювання.

При нажиманні  оператором кнопки «Пуск» з пульта керування починається подача газу, відбувається запалювання дуги. Коли напруга підніметься до оптимальної спрацьовує реле напруги, яке включає привід подачі електроду.

Після надходження  сигналу від датчика кута повороту до контролера, контролер зупиняє обертання обертача, джерело живлення виконує програму заварювання кратера, після чого припиняється подача газу

Після закінчення зварювання виробу пальник відводиться  оператором.

Під час роботи установки оператор повинен знаходитись  неподалік від установки.

 

Заходи з  техніки безпеки  при роботі установки

До роботи на установці допускаються особи, які  пройшли інструктаж і здали іспит  по її улаштуванню та експлуатації, організації робочого місця, безпечним  прийомам роботи на ній та використанню захисних засобів

При роботі установки  для запобігання нещасним випадкам необхідно дотримуватись загальних  правил безпеки при експлуатації технічних установок ГОСТ 12.2.003-74, 12.2.072-82, 12.3.019-80. Додатково слід дотримуватись  положень “Правил технічної безпеки обслуговування електроустановок промислових підприємств” та “Правил устройства электроустановок”.

Усі струмоведучі елементи установки повинні бути надійно заземлені відповідно до глави 1-7 ПУЕ до приєднання до цехового електрощитка.     Справність заземлення потрібно періодично перевіряти.

Слід ретельно слідкувати за справністю ізоляції дротів та кабелів – силових та керуючих, оберігати апаратуру від потрапляння  вологи.

Висновок

     При  виконанні даного курсового проекту  було розроблено технологію зварювання карданих валів. Основна увага при цьому зосереджувалась на розробці технологічної оснастки та зварювального пальника. В процесі виконання роботи було проведено розрахунок режимів зварювання.

Список  використаної літератури

  1. „Автоматичне  керування зварювальними процесами та установками”, під ред. В.К. Лебедєва, В.П. Черниша.
  2. Биковський О.Г., Піньковський І.В. „Довідник зварника”. 2002 р.
  3. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни „Роботи, складально зварювальні верстати, установки та лінії для зварювання”, - Стесін В.В., Рижов Р.М., Скачков І.О., Чвертко Є.П. – 2003 р.
  4. Ємельянов С.К., Животинський О.П., „Вспомагательное оборудование для сварки”, - Альбом.
  5. “Електродугове зварювання сталей ” довідник Н.І. Каховський
  6. ”Зварювання в машинобудівництві” том1 Москва 1987