Технология изготовления гаражных ворот

Технология изготовления гаражных ворот

1. Введение

1.1 История развития сварки, описание  изделия

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения материалов путем местного нагрева свариваемых кромок деталей пластического или расплавленного состояния.

Сварка может быть выполнена с применением или без применения механического сжатия свариваемых деталей.

Прочность сварного соединения обеспечивается атомными или молекулярными связями. Важное значение имеет при этом взаимная диффузия атомов свариваемых материалов.

Современная сварочная техника располагает большим разнообразием способов сварки. Наибольшее распространение получила электрическая дуговая сварка, при которой местный нагрев свариваемых кромок осуществляется теплом электрической дуги.

Явление электрического дугового разряда впервые было открыто в 1802г. Русским ученым, профессором физики Петербургской медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым. В своих трудах он не только описал явление электрической дуги, но и предсказал возможность использования тепла, выделяемого дугой, для плавления металлов. Таким образом, В.В Петров первым указал на возможность электрической плавки металлов. Однако это открытие не нашло практического применения и развития в условиях низкого уровня техники.

Только спустя 80 лет, в 1882г. талантливый русский изобретатель Николай Николаевич Бернардос разработал и предложил практический способ использования электрической дуги для сварки металлов. По этому способу сварка производилась электрической дугой, возбуждаемой между угольным электродом и изделием.

Несколько позже, в 1888г. Русский инженер-изобретатель Н.Г. Славянов разработал способ сварки при помощи металлического электрода. Этот способ в настоящее время широко применяется в сварочном производстве. Кроме того, Н.Н Бернардос и Н.Г. Славянов разработали также основные положения и других методов сварки: с несколькими электродами, в среде защитных газов, контактной сварки.

Цель: спроектировать гаражные ворота

Для выполнения данной цели я поставил задачи:

1. Произвести замеры

2. Подобрать материал

3. Сделать чертеж

4. Соблюдать технологию сварки

5. Выполнить экономическую часть

6. Отметить положительные и отрицательные  стороны работы

2.  
Краткое описание изделия

Стандартные гаражные ворота: размер 2500х2000 , рама выполняется из профиля 40х40 и 40х25, каркас створок 40х25, зашивается листом толщиной 1,5-1,7мм, возможно использование листа 3мм, стандартная установка подразумевает крепеж рамы в проеме посредством 6 стержней по боковым стойкам рамы.

Также в стандартную комплектацию входит два вертикальных засова и уши под навесной замок. Каждая створка имеет два петельных навеса.

Ворота могут быть выполнены любого нужного Вам размера и комплектации.

Для тех, кто относится к защите своего "железного коня" более серьезно, рассмотрим варианты по улучшению конструкции, в целях повышения защитных и потребительских свойств ворот.

· Двусторонняя окраска ворот и рамы - защищает от коррозии, улучшается внешний вид. (возможно порошковое покрытие)

· Установка на створке дополнительных ребер жесткости. По желанию заказчика может быть установлено любое количество вертикальных и горизонтальных ребер жесткости

· Изготовление калитки, врезаемой в одну из створок по желанию заказчика, калитка может фиксироваться как навесным замком, так и врезным замком, который устанавливается в специальный карман

· При установке врезного замка на калитку можем порекомендовать защитную скобу, которая фиксирует калитку и одновременно защищает скважину врезного замка

· Для защиты петлевых навесов рекомендуем установить противосъемные штифты

· Для повышения удобства пользования и защитных свойств возможно установить второй комплект засовов на вторую створку

· Возможна проклейка внутренней поверхности ворот пенофолом толщиной 5-10мм

· Закладка теплоизоляции типа изовер или пенопласт, с последующей отделкой внутренней стороны фанерой или вагонкой

· Для придания законченного внешнего вида рекомендуем использовать наличники из стального полосового материала

· По желанию заказчика возможно изготовление гаражных ворот с использованием металлопроката повышенного сечения, с целью улучшения защитных свойств изделия

· Установка козырька или навеса защищающего от непогоды

рис. 1 Гаражные ворота

2.1 Выбор материала

сварка металл шов соединение

Углеродистые стали -- это сплавы в основном железа с углеродом, содержащие до 2% углерода. Кроме углерода, эти стали содержат до 0,8% марганца и до 0,4% кремния, остающихся после раскисления, а также вредные примеси -- до 0,055% серы и до 0,045% фосфора.

Углеродистая сталь является основным материалом для изготовления деталей машин и аппаратов. Для котельных агрегатов, турбин, вспомогательного оборудования широко применяют низко углеродистые стали, содержащие до 0,25% углерода. Они очень пластичны и поэтому хорошо поддаются обработке давлением, гибке и правке в горячем и холодном состоянии, хорошо свариваются. Эти стали можно использовать также в виде стального фасонного литья. Кроме того, они обладают вполне удовлетворительными механическими свойствами: достаточно прочны при температурах до 450° С, хорошо воспринимают динамические нагрузки.

Особенности производства стали и стальных полуфабрикатов оказывают существенное влияние на механические свойства и качество готовых изделий.

При одинаковом содержании углерода бессемеровская сталь имеет более высокую прочность и твердость, чем мартеновская. Эта разница в свойствах объясняется тем, что в бессемеровской стали содержится повышенное количество растворенных азота и фосфора -- элементов, упрочняющих сталь, но делающих ее одновременно и более хрупкой. Применение кислородного дутья в конвертерах значительно ослабляет этот недостаток конвертерной стали.

По назначению углеродистые стали делят на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали в свою очередь разделяют на строительные и машиностроительные.

В строительных сталях содержание углерода обычно не превышает 0,25%, т. е. эти стали относятся к категории малоуглеродистых. Они хорошо свариваются, хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии, но прочность их относительно невысока.

Углеродистые стали классифицируют также по качеству, которое определяется содержанием серы и фосфора, способом производства и постоянством механических свойств и химического состава. Чем меньше содержание вредных примесей, колебание механических свойств и химического состава, тем выше качество стали.

Углеродистые стали бывают обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

Углерод -- элемент, в основном определяющий свойства углеродистых сталей. Влияние углерода на прочность и пластичность углеродистой стали после прокатки показано на рис. 66. С увеличением содержания углерода возрастают предел прочности и твердость стали, снижаются показатели пластичности (относительное удлинение и относительное сужение), а также ударная вязкость. При 0,8% углерода прочность стали достигает максимального значения, после чего она начинает снижаться.

Марганец вводят в любую сталь для раскисления (т. е. для устранения вредных включений закиси железа). Марганец растворяется в феррите и цементите, поэтому его обнаружение металлографическими методами невозможно.

Он повышает прочность стали и сильно увеличивает прокаливаемость. Содержание марганца в углеродистой стали отдельных марок может достигать 0,8%.

Кремний, подобно марганцу, является раскислителем, но действует более эффективно. В кипящей стали содержание кремния не должно превышать 0,07%. Если кремния будет больше, то раскисление кремнием произойдет настолько полно, что не получится «кипения» жидкого металла за счет раскисления углеродом. В спокойной углеродистой стали содержится от 0,12 до 0,37% кремния. Весь кремний растворяется в феррите. Он сильно повышает прочность и твердость стали.

Содержание в стали легирующих примесей оказывает большое влияние на свариваемость стали.

К основным легирующим примесям относятся хром, никель ,молибден ,ванадий ,титан и ниобий. К ним относятся так же кремний и марганец при повышенном их содержание в стали.

Хром - (Х) снижает свариваемость стали, так как, окисляясь , образует тугоплавкие окислы Cr2O3, резко повышает твердость стали в зоне термического влияния.

Никель - (Н) Никель способствует измельчению кристаллических зерен, повышению пластичности и прочностных качеств стали. В конструкционных сталях никеля содержится от 1,0 до 5%, а в легированных сталях - от 8 до 35%.

Молибден - (М) Содержится от 0,15 до 0,8%. Способствует измельчению кристаллических зерен, повышению прочности и ударной вязкости стали.

Ванадий - (Ф) Содержится в сталях от 0,2 до 1,5%. Ванадий придает стали высокую прочность, повышает его вязкость и упругость.

Вольфрам - (В) Содержится в сталях от 0,8 до 18%. Значительно повышает твердость стали и его теплостойкость.

Титан и ниобий - (Т),(Б) Содержится в нержавеющих и жаропрочных сталях в количестве от 0,5 до 1,0%. Они являются хорошими карбидообразователми и поэтому препятствует образованию карбидов хрома.

Сера и фосфор, вызывая ломкость стали и одновременно понижая механические свойства, улучшают обрабатываемость резанием: повышается чистота обрабатываемой поверхности, увеличивается время между переточками резцов, фрез и т. д. Поэтому для ряда неответственных деталей, подвергаемых механической обработке, применяют так называемые автоматные стали с повышенным содержанием серы (до 0,30%) и фосфора (до 0,15%).

Для изготовления ворот я использовал сталь низкоуглеродистую марки Ст ЗПС.

· Ст - сталь

· З - условный номер марки стали

· ПС - сталь полуспокойная. Предел прочности данной стали 370-470 Па, относительное удлинение 24%

Низкоуглеродистая сталь имеет содержание углерода не более 0,25%, второй же подвид стали обязан своим названием содержанию углерода на уровне до 0,6%. Лучше сваривается!

2.2 Выбор оборудования и приспособлений

Для выполнения данного изделия я выбрал полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа.

Сварка в защитном газе является одним из способов дуговой сварки. При этом в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. Рисунок 1 поясняет принцип дуговой сварки в защитном газе.

Рис. 3. Принцип дуговой сварки в защитном газе

Преимуществами сварки в защитных газах являются:

· высокая производительность (примерно в 2,5 раза выше, чем при ручной дуговой сварке покрытыми электродами);

· высокоэффективная защита расплавленного металла, особенно при использовании инертных газов;

· возможность визуального наблюдения за сварочной ванной и дугой;

· широкий диапазон толщин свариваемых заготовок (от десятых долей миллиметра до десятков миллиметров);

· возможность сварки в различных пространственных положениях;

· отсутствие необходимости зачищать швы при многослойной сварке;

· узкая зона термического влияния.

Существуют следующие разновидности сварки в защитном газе: сварка в инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в нейтральных двухатомных газах (азот, водород) и в углекислом газе. Наиболее широкое практическое применение получили: аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе.

Сварку в углекислом газе производят почти во всех пространственных положениях, что является важным качеством, необходимым при производстве строительно-монтажных работ. Сварку осуществляют при питании дуги постоянным током обратной полярности.

В качестве сварочного оборудования использовал промышленный аппарат сварки MIG 305 STB со ступенчатой регулировкой сварочного напряжения.

MIG представляет собой серию  мощных и удобных в эксплуатации  универсальных аппаратов со ступенчатой  регулировкой сварочного напряжения  для сварки по технологиям MIG- и MAG-короткой дугой и струйным  переносом металла. Эти аппараты  предназначены для сваривания  легких конструкций, а также тонколистового  и толстолистового металла. Они  рассчитаны, в первую очередь, на  обработку низкоуглеродистой стали, но могут применяться и для  работы с нержавеющей сталью  и алюминием.

Промышленный аппарат сварки MIG 305 STB со ступенчатой регулировкой сварочного напряжения -- технические характеристики

Сварочный ток, А: 40-300

Сварочный ток (ПВ 35%), А: 285

Сварочный ток (ПВ 60%), А: 215

Сварочный ток (ПВ 100%), А: 170

Напряжение х.х., В: холостого хода 14-16min /41-47max

Диаметр электрода, мм: 0,6-1,2

Сеть, В: 3Ч230/400

Габариты, мм: 1300Ч440Ч900

Масса, кг: 130

Рис.4 Сварочный аппарат MIG 305

2.3 Технологическая последовательность  выполнения подготовки металла  под сварку

При подготовке деталей под сварку поступающий металл подвергается правке, разметке, наметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.

Металл правят либо вручную, либо на различных листоправильных вальцах. Ручную правку выполняют на чугунных или стальных правильных плитах ударами кувалды или с помощью ручного винтового пресса. Угловая сталь правится на правильных вальцах (прессах), двутавры и швеллеры - на приводных или ручных правильных прессах.

Разметка и наметка - это такие операции, которые определяют конфигурацию будущей детали. Механическая резка применяется для прямолинейного реза листов, а иногда для криволинейного реза листов с использованием для этой цели роликовых ножниц с дисковыми ножами. Углеродистые стали разрезают газокислородной и плазменно-дуговой резкой. Эти способы могут быть ручными и механизированными. Для резки легированных сталей, цветных металлов может применяться газофлюсовая или плазменно-дуговая резка.

Основной металл и присадочный материал перед сваркой должны быть тщательно очищены от ржавчины, масла, влаги, окалины и различного рода неметаллических загрязнений. Наличие указанных загрязнений приводит к образованию в сварных швах пор, трещин, шлаковых включений, что приводит к снижению прочности и плотности сварного соединения.

Подготовка кромок под сварку. К элементам геометрической формы подготовки кромок под сварку относятся угол разделки кромок б, притупление кромок S, длина скоса листа L при наличии разности толщин металла, смещение кромок относительно друг друга б, зазор между стыкуемыми кромками а Угол разделки кромок выполняется при толщине металла более 3 мм, поскольку се отсутствие (разделки кромок) может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик должен увеличивать величину сварочного тока.

Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает возникновение сварочных напряжений и деформаций.

Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.

Длиной скоса листа регулируется плавный переход от толстой свариваемой детали к более тонкой, устраняются концентраторы напряжений в сварных конструкциях.

Притупление кромок выполняется для обеспечения устойчивого ведения процесса сварки при выполнении корневого слоя шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке.

Смещение кромок создает дополнительные сварочные деформации и напряжения, тем самым ухудшая прочностные свойства сварного соединения. Смещение кромок регламентируется либо ГОСТами, либо техническими условиями. Кроме того, смещение кромок не позволяет получать монолитного сварного шва по сечению свариваемых кромок.

ГОСТ 5264-80 предусматривает для стыковых соединений формы подготовленных кромок, представленные на; для угловых соединений; тавровых -и нахлесточных

Подготовку кромок под сварку выполняют на механических станках - токарных (обработка торцов труб), фрезерных, строгальных - обработка листов и т. д., а также применением термической резки. Листы, трубы, изготовленные из углеродистых сталей, обрабатываются газокислородной резкой. В качестве горючих газов могут служить ацетилен, пропан, коксовый газ и т. д. Цветные металлы, а также нержавеющие стали обрабатываются плазменной резкой.

Перед сваркой особо ответственных конструкций торцы труб или листов после газокислородной резки обрабатывают дополнительно механическим путем; это делается для того, чтобы избежать каких-либо включений в металле.

Требования к сборке металлических деталей перед сваркой. Применяемые сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать доступность к местам установки деталей и прихваток, к рукояткам фиксирующих и зажимных устройств, а также к местам сварки. Эти приспособления должны быть также достаточно прочными и жесткими, обеспечивать точное закрепление деталей в нужном положении и препятствовать их деформированию в процессе сварки. Кроме того, сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать наивыгоднейший порядок сборки и сварки: наименьшее число поворотов при наложении прихваток и сварных швов; свободный доступ для проверки размеров изделий и их легкий съем после изготовления; безопасность сборочно-сварочных работ.

Любая сборочная операция не должна затруднять выполнение следующей операции. Поступающие на сборку детали должны быть тщательно проверены; проверке подлежат все геометрические размеры детали и подготовленная форма кромок под сварку.

Сборка сварных конструкций, как правило, осуществляется либо по разметке, либо с помощью шаблонов, упоров, фиксаторов или специальных приспособлений - кондукторов, облегчающих сборочные операции. Подготовку и сборку изделий под сварку выполняют с соблюдением следующих основных обязательных правил:

притупление кромок и зазоры между ними должны быть равномерными по всей длине;

кромки элементов, подлежащих сварке, и прилегающие к ним места шириной 25-30 мм от торца кромки должны быть высушены, очищены от грата после резки, масла, ржавчины и прочих загрязнений;

во избежание деформаций прихватку следует выполнять качественными электродами через интервал не более 500 мм при длине одной прихватки 50-80 мм;

для обеспечения нормального и качественного формирования шва нужно в начале и в конце изделия прихватывать планки.

2.4 Технологическая последовательность  сборки изделия под сварку

Строительство ворот для гаража начинается с изготовления крепежной рамы. Она состоит из двух частей: внутреннего и внешнего каркаса из стального уголка (65Ч65 мм). Для работы потребуется: болгарка и сварочный аппарат, рулетка, угольник.

Требуемая высота и ширина гаражных ворот является ориентиром для изготовления рамы. Отмеряем и отрезаем заготовки для нее из металлического уголка (сечение 16-20 см). На плоской поверхности формируем будущий каркас строго по уровню (используем подкладки) и выставляем углы с помощью угольника. Проверив диагонали конструкции (они должны быть одинаковыми), аккуратно свариваем ее.

Внешняя сторона каркаса должна быть идеально ровной, чтобы ворота плотно прилегали к его поверхности. Поэтому сварочные швы зашлифовываем. Чтобы укрепить углы рамы, к ним вертикально приваривают рычаг, сделанный из остатков уголка.

ІІ. Каркас ворот

Для того чтобы сделать ворота своими руками, необходим каркас для двух распахивающихся створок, к каждому из которых прикрепят металлическое полотно. Для его изготовления используют профиль (например, 60Ч20 мм). Направляющие вставляют в раму, тщательно выравнивают расположение каждой стороны будущих ворот. Между ними оставляют зазор (? 20 мм) для свободного движения створок. Тщательно проверив прямые углы каркаса, профили сваривают. Обрешетка для ворот готова.

ІІІ. Обшивка каркаса железным полотном

Следующий этап - сварка гаражных ворот. Для этого используют оцинкованное железное полотно толщиной 2-3 мм. Выкраивают нужный размер с учетом обязательного наложения створок друг на друга на 1-2 см, то есть правое полотно ворот нахлестывается на левую сторону. Сваривать начинаем снизу, затем еще раз перепроверив положение полотна, окончательно прикрепляют его к каркасу.

Укрепление гаражных ворот

Для этих целей рекомендуется сделать усиление гаражных ворот: на высоте 1 м. приварить горизонтальный металлический пояс.

IV. Установка запора и петель

Также на ворота для гаража устанавливают силовые петли: верхнюю часть приваривают к наружной створке, а нижнюю часть - к раме гаража. Для прочного сварочного соединения используют изогнутую полоску металла (толщина 5-7 мм), которая прикладывается к верхней половине петли и створке ворот. Дополнительно используют внутреннюю вкладку из арматуры, чтобы изнутри упрочнить соединение.

Засов необходим для надежной фиксации положения ворот. Самый простой способ решить проблему: использовать конструкцию с вертикальным штырем. Для этого в полу и потолке проделывают соответствующие отверстия. Направляющие петли для засова приваривают к каркасу ворот, для штыря используют трубу диаметром 20-25 мм.

2.5 Выбор сварочных материалов

· Углекислый газ

· Сварочная проволока

Преимущество сварки в среде СО2 - большая скорость сварки и глубокое проплавление. Основной недостаток - крупнокапельный перенос электродного металла и высокий уровень разбрызгивания. Поверхность сварного шва при сварке в среде СО2 обычно сильно окислена.

Углекислый газ СО2 не умеет цвета и запаха. Получают из газообразных продуктов сгорания кокса или при обжиге известняка. Для целей сварки используют сварочную углекислоту (ГОСт 8050-64»Углекислый газ сжиженный»).

Жидкую двуокись углерода высокого давления поставляют в баллонах (ГОСТ 949-73) вместимостью до 40л, в спец.таре по нормативно-технической

документации для автотранспорта. Баллоны с двуокисью углерода окрашиваются в черный цвет с желтой надписью <СО2 сварочный>. В табл. приведены технические требования, предъявляемые к диоксиду углерода.

Табл. 1 Технические требования к диоксиду углерода (углекислому газу).

Я использовал углекислый газ из баллона объемом 40 л.

Технические характеристики:

· Объем - 40 л.

· Рабочее давление - 14,7 МПа (150 кгс/см2)

· Диаметр - 219 мм.

· Высота - 1400 мм.

· Толщина стенок - 3мм.

· Материал: сталь В Ст.3 сп.

· Масса пустого баллона - 77 кг.

Сварочную проволоку использовал марки СВ-08А.

· СВ - сварочная проволока

· 08- содержание углерода

· А - сталь чистая без примесей.

В обозначение марки проволоки входит индекс Св - сварочная, за ним через дефис следуют цифры и буквы. Первые две показывают содержание углерода в сотых долях процента. Обозначение легирующих элементов в металле проволоки и их количества аналогично обозначениям в типах наплавленного металла высоколегированных электродов (Таблица 2).

Табл.2 Марки электродной проволоки для стержня.

Режимы дуговой сварки представляют собой совокупность контролируемых параметров, определяющих условия сварочного процесса. Правильно выбранные и поддерживаемые на протяжении всего процесса сварки параметры являются залогом качественного сварного соединения. Условно параметры можно разделить на основные и дополнительные.

Основные параметры режима дуговой сварки: диаметр электрода, величина, род и полярность тока, напряжение на дуге, скорость сварки, число проходов.

Дополнительные параметры: величина вылета электрода, состав и толщина покрытия электрода, положение электрода, положение изделия при сварке, форма подготовленных кромок и качество их зачистки. 
Выбор диаметра электрода

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, положения, в котором выполняется сварка, катета шва, а также вида соединения и формы кромок, подготовленных под сварку. Для того чтобы правильно выбрать диаметр электрода, можно воспользоваться таблицей 1.

Таблица 1. Примерное соотношение диаметра электрода и толщины свариваемых деталей

Опытные сварщики силу тока определяют экспериментальным путем, ориентируясь на устойчивость горения дуги. Для тех, кто еще не имеет достаточного опыта, разработаны следующие расчетные формулы: Для наиболее распространенных диметров электрода (3 -6 мм) Сила тока с порошковой проволокой 300-400 А

2.6 Технологическая последовательность  выполнения сварки изделия

Выбор петель - ответственное мероприятие. Наиболее подходят для выбранной конструкции ворот так называемые "гаражные петли" с диаметром внутреннего стержня не менее 12 мм. Можно смело утверждать - чем он больше, тем лучше. Обратите внимание на качество изготовления петель. Прежде всего - у хороших петель внутри находится металлический шарик. Отберите для своих ворот петли, у которых стержень входит в другую половинку петли с минимальным зазором. Люфт можно проверить, покачав петлю в сборе "на излом". Если ворота не будут иметь аномальные размеры по ширине и высоте, то для ворот необходимы 4 петли. Далее описывается и все рисунки показывают изготовление конструкции ворот на 4-х петлях.

Ко всем петлям с двух сторон нужно приварить металлические пластины (ушки) толщиной 5-6 мм. Их нужно тщательно проварить по всему контуру касания пластины с телом петли. Приварка пластин имеет некоторые тонкости. Так, если нужно сделать ворота несъемными (чтобы нельзя было поддеть их ломиком и проникнуть на территорию), то соблюдается определенный порядок расположения петель - они располагаются навстречу друг другу. Для его выполнения лучше перед приваркой разложить петли и пластины на любой плоскости так, как это показано на рисунке.

Раскладка петель Сварка стоек и петель.

После сварки каждая петля укладывается обратно на свое место.

Ошибка в расположении петель и пластин дает неприятные последствия - отрезать пластину от петли и приварить заново другую - не просто.