Сварочное производство виды, стандарты, технологии
Курсовая работа
по дисциплине: Технологические процессы в сервисе
на тему: Сварочное производство.
Пермь 2012
Содержание:
Введение…………………………………………….……..
- Основы технологии сварки…………………...…………….........
.........5
- Выбор вида сварки и сварочного оборудования..…….….……5
- Пример выполнения расчетно-графического задания
«Разработкак конструкции и технологии производствка сварного
изделия»…………………………………………………………
- Разработка конструкции сварног
о изделия. Выбор способа сварки……………………………….…………………………… …….14
- Разработка технологии сварки.Выбор способа сварки, сварочных материалов, расчет режимов сварки и выбор оборудования…………………………
……………………………….16
Заключение…………………………………..……………
Список используемой литературы……………………………………....2
Введение
Огромное разнообразие типов сварных конструкций, выпускаемых промышленными предприятиями страны, вызвало необходимость разработать «Технологическую классификацию сварных конструкций». Этот документ позволил типизировать технологические процессы изготовления, приемки, испытаний и монтаж, подразделить по технологическим и другим возможностям сварочное оборудование, установки, оснастку, что позволяет разрабатывать типовые проекты сборочно-сварочных цехов и участков с типовыми технологическими процессами. Основными параметрами, которые объединяют группы сварных конструкций, являются: конструктивная форма изделия, тип заготовок, толщина, масса и марки металлов, характер сопряжения свариваемых элементов, классификация швов, тип сварного соединения, габариты изделия. В зависимости от количества общих параметров все машиностроительные конструкции подразделяются на виды, типы, классы, подклассы, группы и подгруппы. В подгруппе сварные конструкции имеют максимальное количество общих параметров.
Принципиальная и рабочая технология (технологическая карта) разрабатывается на основе соответствующих ГОСТов, технических условий, правил Госгортехнадзора, Морского и Речного регистра, специальных технических условий, а также на основе отраслевых и заводских стандартов и дополнительных технических условий, зафиксированных на чертежах данного изделия.
Значение технологического процесса. Качество проекта технологического процесса изготовления сварных конструкций в основном определяет их технико-экономические показатели, такие, как надежность, экономичность в изготовлении и эксплуатации. В проекте технологии изготовления комплексно разрабатывают операции заготовки, сборки, сварки и контроля качества готового изделия. Рационально разработанный проект технологии должен обеспечить изготовление изделия при минимальной трудоемкости операций, минимальном расходе сварочных материалов и электроэнергии, с высоким качеством сварных соединений, при наименьших остаточных деформациях конструкции и при полном соблюдении мер по технике безопасности.
Принципиальная технология производства предусматривает: последовательность технологических операций, разбивку конструкции на отдельные технологические узлы или элементы, эскизную проработку специальных приспособлений и оснастки, расчеты режимов сварки основных сварочных операций, расчеты ожидаемых сварочных деформаций, сравнительную технико-экономическую оценку разработанных вариантов технологии.
Выбор схемы технологического процесса определяется характером или типом производства. Различают три типа производства: единичное, серийное и массовое. Единичное производство предусматривает изготовление разнообразных по назначению, форме и размерам конструкций. Партия однотипных конструкций при производстве состоит из одной или нескольких единиц. Особенностью производства является отсутствие специализации рабочих мест. Переход на выпуск других конструкций требует иногда переоснащения рабочего места. Применение специализированных приспособлений в единичном производстве экономически не оправдывается. Поэтому рабочие места оснащают универсальными приспособлениями, которые могут быть использованы при изготовлении различных конструкций.
При изготовлении изделий большими партиями производство является серийным. Рабочие места при серийном производстве оснащают специализированными приспособлениями, применение которых позволяет увеличить производительность труда и повысить качество продукции. В серийном производстве заготовки обычно изготовляют более точно, поэтому объем пригоночных работ минимален.
При массовом производстве рабочие места также строго специализированы и оснащены специализированным оборудованием и быстродействующими приспособлениями. Пригоночные операции при массовом производстве отсутствуют, так как детали изготовляют с жесткими допусками. При массовом производстве применяют механизированные поточные линии сборки и сварки, а также автоматические линии. Технологическая карта — основной производственный документ, в котором приведены все данные по заготовке, сборке и сварке изделия. Выполнение положений, зафиксированных в утвержденной технологической карте, строго обязательно. При составлении технологической карты технолог должен придерживаться схемы утвержденной принципиальной технологии. Составленная карта должна быть понятной без пояснительной записки. Технологические карты составляют на заготовку, сборку и сварку. В большинстве случаев технологию сборки и сварки приводят в одной карте, в порядке очередности выполнения операций.
- Основы технологии сварки
В производственных условиях разработку технологического процесса выполняют инженеры-технологи отдела главного металлурга, однако ключевые вопросы технологии уже определены конструктором на стадии проектирования. Сюда относят марку сплавов, форму и размеры заготовок под сварку, вид исходного материала, способ сварки, марку электродов или сварочной проволоки, методы контроля качества сварки и т. д. Поэтому роль конструктора при создании сварных конструкций весьма велика. Выполнить правильно конструкторскую документацию можно только при условии четкого представления технологического процесса, порядка его разработки и при творческом взаимодействии конструктора и технолога.
- . Выбор вида сварки и сварочного оборудования
Технологию сварки разрабатывают в зависимости от формы и размеров сварной конструкции, серийности производства и вида сварки.
Ручная дуговая сварка находит применение при производстве различных конструкций преимущественно малой и средней толщины (2... 30 мм). Сварные швы могут быть разнообразной формы и в любом пространственном положении. Ручную сварку используют как в производственных цехах, так и на монтажных площадках. Недостатком ручной сварки являются низкая производительность труда и сильная зависимость качества сварки от квалификации сварщика. При возможности использования полуавтоматической и автоматической сварки им следует отдавать предпочтение.
Кроме выбора типа электродов, условий сварки сплавов, выбора или проектирования приспособлений при разработке технологии надлежит правильно выбрать оборудование и назначить режимы сварки.
Диаметр dЭ стержня электрода выбирают исходя из толщины деталей s:
При сварке потолочных и вертикальных швов диаметр электрода не должен быть более 4 мм. Эти швы создают дополнительные сложности при сварке.
Сварные швы при малой толщине могут быть выполнены за один проход, а при, толщине более 10 мм швы будут многослойными с перемещением электрода не только вдоль шва, но и в поперечном направлении для полного заполнения разделки расплавленным металлом. Исходя из выбранного электрода, можно определить требуемый сварочный ток Ice, который пропорционален диаметру электрода:
Ice = (40 ... 60) dЭА.
Источники питания для ручной дуговой сварки бывают переменного и постоянного тока. Для сварки на переменном токе используют сварочные трансформаторы, а на постоянном — сварочные преобразователи и сварочные выпрямители. Сварочные преобразователи состоят из асинхронного двигателя и генератора постоянного тока.
Сварка на постоянном токе обеспечивает лучшее качество, более стабильное горение дуги. Но источники достоянного тока более сложные и дорогие. Стали, углеродистые можно сваривать как переменным, так и постоянным током, а легированные требуют сварки постоянным токам при обратной полярности. Источники для ручной дуговой сварки имеют напряжение холостого хода 60...80 В, поэтому по сварочному току Ice может быть найдена мощность агрегата. Основной характеристикой сварочного оборудования является номинальный сварочный ток. Промышленность выпускает сварочные аппараты с номинальным сварочным током 120, 300, 500, 700 и 1000 А.
Автоматическая сварка под флюсом рациональна при изготовлении конструкций с протяженными прямолинейными и круговыми швами, а массовом и серийном производстве. Производительность автоматической сварки в несколько раз больше, чем ручной, так как режимы сварки выше. Качество сварных соединений значительно лучше.
При автоматической сварке
под флюсом в качестве электрода
используют сварочную проволоку, которая
автоматически с требуемой
Полуавтоматическая сварка отличается тем, что дугу перемещают вдоль шва вручную. В этом случае форма шва может быть различной и сварку можно применять и в мелкосерийном производстве. При такой сварке невозможно наблюдать формирование сварного шва, так как он закрыт флюсом. Сварочную проволоку выбирают в зависимости от толщины деталей и марки сплавов. При автоматической сварке используют проволоку диаметром от 1,6 до 6 мм, а при полуавтоматической от 0,8 до 2,0 мм.
Режим сварки задают плотностью тока, т. е. значением тока, приходящегося на один мм² сечения проволоки. Плотность тока обычно составляет 30... 100 А/мм², при этом глубина проплавления металла равна 7... 20 мм.
Исходя из размера
выбранной проволоки и
При автоматической сварке используют сварочные головки или сварочные тракторы. Самоходная головка перемещается над свариваемым изделием по монорельсу или закреплена неподвижно на автоматах для сварки кольцевых швов, когда вращается изделие. Сварочный трактор может перемещаться по изделию или рядом с ним па копиру или направляющим. Сварочные головки имеют номинальный ток 1000, 1500 и 2000 А, а тракторы — 500, 800, 1000 и 1500 А.
Для полуавтоматической сварки получили распространение шланговые полуавтоматы с номинальным сварочным током до 300, 500 и 600 А. Подача проволоки в этих полуавтоматах осуществляется от электропривода в гибком шланговом проводе.
Сварка в среде защитных газов получает юсе более широкое применение в сварочных цехах, бывает автоматической и полуавтоматической.
В качестве защитных газов используют углекислый газ и аргон, а также смеси аргона с азотом, углекислым газом и т. д. Аргон как более дорогой используют для сварки цветных сплавов и сталей коррозионностойких и жаростойких в изделиях специального назначения. Сварку в углекислом газе успешно применяют для соединения углеродистых, малолегированных, а также высоколегированных сталей. Достоинства сварки в углекислом газе: высокая производительность, возможность сваривать в любых пространственных положениях, сравнительно низкая себестоимость изделий, большой диапазон свариваемых толщин и т. п. Сварку в углекислом газе затруднительно использовать на открытом воздухе, на ветру, так как наблюдается повышенное разбрызгивание металла и ухудшается защита от кислорода воздуха.
Хранение, транспортировку и использование защитных газов при сварке осуществляют наиболее часто в баллонах.
Установки имеют регулирующую аппаратуру, позволяющую снижать давление до рабочего.
Аргонно-дуговая сварка осуществляется чаще всего неплавящимся электродом на постоянном токе. Установки имеют в своем составе баллоны с газом; горелки, соединенные с баллоном шлангом; источник питания. Присадочную проволоку подают вручную или специальными подающими механизмами. Присадочная проволока для сварки имеет диаметр до 2 мм.
Промышленность выпускает значительное количество установок для ручной, полуавтоматической и автоматической сварки в среде аргона. Главными характеристиками установок являются номинальный сварочный ток, расход газа. Выпускаемые установки имеют номинальный сварочный ток 100, 300 и 500 А, подачу газа до 5... 10 л/мин.
Сварку в углекислом газе производят на автоматах и полуавтоматах. В качестве плавящегося электрода используют сварочную проволоку диаметром до 2,5 мм. Проволока подается в зону горения дуги специальными механизмами. Номинальный сварочный ток 200, 300, 500, 750, 1000, 1600 А. Скорость подачи проволоки до 0,3 м/с.
Расход газа до 25 л/мин. Для полуавтоматической сварки наибольшее распространение получили шланговые полуавтоматы, когда к горелке по гибкому шлангу подается газ и по гибкому металопроводу — сварочная проволока от подающего механизма, имеющего регулирование скорости подачи проволоки. Горелки, применяемые при сварочном тоже более 300 А, имеют водяное охлаждение. Наиболее часто используют источники питания постоянного тока обратной полярности. Плотность тока при сварке может достигать от 100 ... 350 до 60... 150 А/мм² при использовании проволоки диаметром от 0,5 до 3 мм. Диаметр проволоки выбирают в зависимости от соединяемых толщин, при этом формирование сварного шва осуществляют за несколько проходов (слоев). Первые слои осуществляют с меньшей плотностью тока для уменьшения прожогов, разбрызгивания и поводки изделий.
Сварочное оборудование, выпускаемое в СССР, имеет буквенно-цифровое обозначение. Первая буква — тип изделия (Т — трансформатор, В — выпрямитель, Г—генератор, У — установка) ; вторая буква — вид сварки (Д —.дуговая, П — плазменная), третья буква — способ сварки (Ф — под флюсом, Г —в защитных газах, У — универсальный источник, отсутствие буквы — источник предназначен для ручной сварки штучными электродами); четвертая буква — уточнение назначения (М — многопостовой сварки, И — для импульсной сварки). Две (или одна) цифра после букв и тире означает номинальный сварочный ток в сотнях, ампер (округленно), а две последующие цифры, — регистрационный номер изделия, который в условиях данной курсовой работы студенты могут заменить двумя нулями. Например, ВДГМ— 1602 расшифровывают: сварочный выпрямитель для дуговой сварки в среде защитных газов многопостовой с номинальным токам 1600 А с регистрационным номером 02. Дополнительно в обозначений могут быть указаны исполнение (Т — тропическое, У — для умеренного климата) и другие сведения.
После выбора вида сварки и сварочного оборудования при разработке технологии назначают марку электрода или сварочной проволоки, режимы сварки (род тока, плотность тока, расход газа), условия сварки (подогрев, охлаждение). Порядок выбора электродов и условий сварки рассмотрены в предыдущих разделах. Кроме того, необходимо предусмотреть подготовку кромок, последовательность сварки и разработать комплекс приспособлений для сварки.
- Подготовка заготовок для сварных изделий
Сварочные цехи, кроме основных участков, имеют заготовительные, где исходные материалы разделяют на заготовки, производят при необходимости их правку, гибку и обработку кромок под сварку. Последний вид обработки может производиться и в механических цехах предприятия.
Для сварных изделий используют сортовой, фасонный, листовой прокат, трубы, а также литые и кованые заготовки. Из фасонного проката наиболее часто используют сталь прокатную угловую (ГОСТ 8509 — 72), балки двутавровые (ГОСТ 8239 — 72), швеллеры (ГОСТ 8240—72), а также трубы водогазопроводные (ГОСТ 3262 —7 2), бесшовные холоднотянутые (ГОСТ 8734 — 75) и горячекатаные (ГОСТ 8732 — 78) диаметром до 820 мм.
Наибольшее применение находит листовой прокат: толстолистовой (горячекатаный) с толщиной 4 ... 160 мм (ГОСТ 19903—74) и тонколистовой (холоднокатаный) (ГОСТ 19904—74).
Толщина листовой стали по сортаменту составляет 0,5 ... 0,8 (через 0,05 мм); 0,9 .. 1,8 (через 0,1 мм); 2; 2,2; 2,5; 2,8; 3; 3,2; 3,5; 3,8; 4; 4,5; 5...22 (через 1 мм); 25; 26... 42 (через 2 мм); 45; 48; 50; 52; 55 ... 110 (через 5 мм); 120; 125; 130; 140; 150; 160 мм. (Сортамент на конкретных предприятиях может иметь ограничение).
ГОСТ 19903—74 регламентирует, кроме толщины, размеры по ширине, длине, а также предельные отклонения размеров. Предельные отклонения толщины горячекатаной листовой стали нормальной точности при ширине листов 1000…1500 мм даны в таблице1.
Таблица 1
Предельные отклонения толщины горячекатаного листового проката нормальной точности
Толщина листа, мм |
Предельные отклонения, мм |
Толщина, мм |
Предельные отклонения, мм |
Свыше 4 до 5,5 |
+0,2 -0,5 |
Свыше 60 до 70 |
+0,7 -1,6 |
Свыше 5,5 до 7 |
+0,25 -0,6 |
Свыше 70 до 80 |
+0,7 -2,2 |
Свыше 7,5 до 25 |
+0,3 -0,8 |
Свыше 80 до 90 |
+0,8 -2,5 |
Свыше 25 до 30 |
+0,3 -0,9 |
Свыше 90 до 100 |
+0,9 -2,7 |
Свыше 30 до 34 |
+0,3 -1,0 |
Свыше 100 до 115 |
+1,1 -3,1 |
Свыше 34 до 40 |
+0,4 -1,1 |
Свыше 115 до 125 |
+1,4 -3,5 |
Свыше 40 до 50 |
+0,5 -1,2 |
Свыше 125 до 140 |
+1,6 -3,8 |
Свыше 50 до 60 |
+0,3 -1,3 |
Свыше 140 до 160 |
+1,9 -4,2 |
Ширина листов —500 ... 1000 (через 50 мм) 1100; 1250; 1400; 1420; 1500... 3000 (через 100 мм); 3200 ... 3800 (через 200 мм). При этом длина может быть от 1000 до 12000 мм. Холоднокатаный прокат может поставляться и в рулонах массой до 20 т.
Листовой прокат бывает повышенной (группа А) и нормальной точности (группа Б) по толщине. Изготавливают листовой прокат из сталей углеродистых обычного качества (ГОСТ 380—71), углеродистых качественных (ГОСТ 1050—74), низколегированных (ГОСТ 19282—73), легированных качественных (ГОСТ 4543—71), высоколегированных коррозионностойких и жаростойких (ГОСТ 5632—72) и других сплавов специального назначения.
Пример обозначения
толстолистового проката
Исходный материал перед сваркой обычно подлежит предварительной подготовке: правке, резке, гибке, обработке кромок и т. д.
Правку листов с целью устранения волнистости осуществляют на листоправильных машинах путем пропуска между верхним нижним рядами валков (рис. 1, а). Правка происходит за счет многократного перегиба, величина которого определяется зазором между валками.
Для получения заготовок типа обечаек тонкостенных цилиндров используют гибочные машины (рис. 1, б), а для прямолинейной гибки гибкокромочные машины.
Резка исходного проката
на заготовки является наиболее распространенной
операцией заготовительных
Рис. 1. Схема правки а и гибки б листового проката
Газокислородная и плазменная резка имеют наименьшую производительность, меньшую точность и худшее качество среза, но являются наиболее универсальными, позволяют разделять металл по любому, в том числе криволинейному, контуру и находят широкое применение. Наряду с ручной резкой, применяют автоматические и полуавтоматические установки, позволяющие вырезать заготовки без предварительной разметки. Такие установки имеют фотокопировальное или числовое программное управление перемещением резака. Точность резки указана в таблице2.
Таблица 2
Способ получения |
Предельные отклонения, мм, при интервале номинальных размеров | ||
до 1500 |
1500…2500 |
2500…4500 | |
Ручная газокислородная резка по разметке |
± 2,5 |
± 3 |
± 3,5 |
Машинная газокислородная резка |
± 1,5 |
± 2 |
± 2,5 |
Резка на пресс-ножницах |
± 1 |
± 1,5 |
± 2 |
Обработка на металлорежущих станках |
H14; h14 |
±IT14/2 | |
Газокислородную резку можно применять для материалов практически любой толщины, но при этом следует помнить, что резке подлежат только малоуглеродистые и среднеуглеродистые конструкционные стали с содержанием общего количества легирующих элементов до 5%.
Резка листов на пресс-ножницах ограничена мощностью оборудования и наиболее распространена при толщине до 10...20 мм.
- Приспособления для производств
а сварочных работ
Оборка под сварку является трудоемкой и наименее механизированной операцией. Цель ее — установка и фиксация деталей в предусмотренном проектом положении с обеспечением свободного доступа к месту сварки. Поэтому по возможности при проектировании деталей следует предусматривать взаимно ориентирующие и фиксирующие элементы: канавки, проточки, буртики, упоры — фиксаторы: и т. п.
Для крепления деталей перед сваркой и в процессе сварки применяют специальные или универсальные; приспособления. К универсальным приспособлениям (рис. 2) относят клинья а, упоры б, болтовые соединения с упорами на прихватках в, стяжки винтовые г, скобы д, стяжки рычажно-винтовые е, струбцины ж, домкраты и т. д. Универсальные приспособления используют в мелкосерийном производстве, все они имеют ручной привод, не обеспечивают высокой производительности, но являются простыми и дешевыми.
Количество приспособлений может быть уменьшено при использовании прихваток, т.е. предварительных коротких швов малой высоты, которые фиксируют детали и устраняют их взаимное смещение в процессе сварки. При наложении основного шва прихватки переваривают. Площадь основного поперечного сечения прихватки не должна превышать 30% сечения основного шва, а длина не более (10…100) мм в зависимости от габаритных размеров и массы деталей.
Прихватки наносят обычно через (400...800) мм по длине шва. В серийном и массовом производстве необходимо предусматривать специальные быстродействующие приспособления, содержащие гидравлические или пневматические прижимы, кондукторы, кантователи, манипуляторы, специальные стенды. Данные Приспособления позволяют повысить точность конструкций и производительность труда при сварке.
Рис. 2. Универсальные сборочные приспособления
- Пример выполнения расчетно-графического задания
«Разработкак конструкции и технологии производствка сварного изделия»
Исходные данные: чертеж ТКМ 4801 (рис. 3); условия работы детали: давление минерального масла 5МПа; механические свойства материала: σE = 400 МПа, δ10 = 25% (не менее); производство мелкосерийное.
Рис. 3. Корпус
- Анализ технологичности деталей. Выбор способа получения заготовки
Деталь представляет собой пустотелый цилиндр с дном и фланцем. Изготовление такой детали принципиально возможно, так как нет замкнутых полостей. Получение заготовки штамповкой при мелкосерийном производстве нецелесообразно и затруднительно из-за больших размеров и глубокой полости. Применение ковки потребует большого объема напусков вследствие глубокого отверстия, тонких стенок и фланца. Использование в качестве заготовки проката круглого сечения вызовет большие отходы при механической обработке и высокую себестоимость детали. Получение заготовки литьем принципиально возможно, но при этом будут определенные трудности, так как полость имеет только один выход, стенки сравнительно тонкие. Радиусы сопряжения стенок отсутствуют. Кроме того, деталь работает под внутренним давлением. Таким образом, рассматриваемая деталь является нетехнологичной и требует конструктивных изменений.
Один из рациональных вариантов производства заготовки данного изделия будет сварка трех деталей (фланец, цилиндр, дно).
- Выбор материала, оценка его свариваемости
Исходя из требуемых механических свойств и условий работы, выбираем по ГОСТ 1050 – 74 конструкционную углеродистую качественную сталь марки 15Г с повышенным содержанием марганца. Эта сталь имеет временное сопротивление разрыву σE = 420 МПа, условный предел текучести δ02 = 250 МПа и относительное удлинение δ10 = 26%.
Выбранная сталь обладает высокой пластичностью, содержит 0,2% углерода и до 1% марганца. Для оценки свариваемости можно определить эквивалентное содержание углерода
%
Но в данном случае расчет можно не выполнять, так как сталь 15Г содержит углерода менее 0,2%, обладает хорошей свариваемостью, не требует предварительного подогрева и термической обработки после сварки. При правильной технологии данная сталь обеспечивает бездефектную сварку и прочность сварного шва не менее прочности основного металла.
- Разработка конструкции сварного изделия. Выбор способа сварки
Исходя из размеров детали, ее назначения, характера производства и выбранной марки стали, в данном случае можно использовать ручную дуговую сварку или полуавтоматическую в среде углекислого газа. Назначим для получения изделия полуавтоматическую дуговую сварку в углекислом газе как обладающую большей производительностью и обеспечивающую лучшее качество сварки.
Анализ формы детали и сортамента проката позволяет использовать заготовки для фланца и дна из листового проката, а для цилиндра – из горячекатаной трубы 140Х10 – 15Г – А ГОСТ 8732 – 78.
Исходя из формы детали и ее толщины, выберем по ГОСТ 14771 – 76 стыковое соединение Т6 для соединения фланца и угловое У4 для сварки дна (рис. 4).
В соединении Т6 необходимо предусмотреть центрирующую канавку глубиной 3 мм на фланце и соответствующий буртик высотой 5 мм на цилиндре. Такая конструкция деталей усложнит технологию обработки, но упростит сборку перед сваркой и повысит точность сварной заготовки за счет надежной фиксации деталей.
Угловое соединение У4 не
требует скоса кромок, не предусматривает
специальных фиксирующих
Рис.4. Корпус сварной а и заготовки для его производства: фланец б, цилиндр в, дно г
После выбора вида сварки,
типа сварных соединений и исходных
заготовок разрабатываем
Исполнительные размеры соединяемых деталей определены из условия, что зазор между кромками составляет 2 мм, притупление кромок -2 мм, зазор в замке соединения -0 мм, угол скоса кромок -40± 2°, перекрытие деталей в соединении У4 – 2 мм.