Технология сварки двутавровой балки
Национальный технический университет Украины
“Киевский политехнический институт”
Кафедра сварочного производства
Курсовая работа
по дисциплине “Сварка плавлением”
Тема: ”Технология сварки двутавровой балки ”
Киев-2005
Исходные данные.
Сварное изделие:
Материал:
Согласно бланку задания на курсовую работу изделие изготовлено из Стали 09Г2С.
Тип производства:
Согласно бланку задания на курсовую работу изделие изготавливается серийно, т. е. смотря на габариты изделия серийное производство можно считать около 1000 штук.
Содержание.
- Вступление……………………………………………………
………………………ст - Конструкторско – технологический анализ изделия ………………………………ст
- Оценка свариваемости основного металла …………………………………………ст
- Выбор способа сварки………………………………………………………………
...ст - Выбор сварочных материалов……………………………………………………
…..ст - Выбор стандартной или разработка не стандартной подготовки кромок…………ст
- Расчёт режимов сварки………………………………………………………………
..ст - Техника сварки………………………………………………………………
………....ст - Выбор сварочного оборудования общего или специального назначения…………ст
- Расчёт технологической себестоимости сварки по всем выбранным
технологиям…………………………………………………
…………………………..ст - Принятие решения……………………………………………………………
………..ст - Выводы по работе………………………………………………………………
……...ст - Список использованной литературы………………………………………………….
ст
1. Вступление.
Целью данной курсовой работы является ознакомление студента с разработкой технологии сварки плавлением, получение студентом навыков выполнения данной работы.
Задачей данной курсовой работы является разработка технологии сварки данного в задании изделия, то есть для разработки правильной и корректной технологии нужно выполнить следующие пункты задания:
Произвести конструкторско – технологический анализ изделия при этом уделяя особое внимание расположению и доступности швов. Грамотно рассчитать свариваемость основного металла, чтобы правильно выбрать способ сварки. Выбрать два способа сварки, учитывая тип производства. Выбрать сварочные материалы, учитывая специфику материала и их дефицитность. Выбрать тип подготовки кромок из ГОСТов, учитывая особенности конструкции. Произвести расчёт режимов сварки. Оговорить технику сварки, для того чтобы сварщики имели представление о том как будет выполняться тех. процесс. Выбрать сварочное оборудование, учитывая его стоимость и дефицитность. Произвести расчет технологической себестоимости сварки по всем выбранным технологиям, чтобы можно было сравнить эконом. эффект. Принять решение о том какая из технологий является более корректной в данном случае.
2. Конструкторско –
технологический анализ
Назначение, конструкция и условие эксплуатации:
Корончатая балка может
Сварные соединения:
Балка имеет три сварных шва. Все соединения являются тавровыми.
Протяженность швов: 1и2 - 2100 мм, 3 – 1360 мм. Доступность всех швов без ограничений, при условии возможности кантовки изделия. Конфигурация соединений является прямолинейной. Толщина материала: 1 – 10/18 мм, 2 – 18/10 мм, 3 – 8/10мм.
Организация сварочных работ:
Общая схема сварки и сборки задана конструкцией вала. Предлагается проводить сварку всех соединений в заводских условиях.
3. Оценка свариваемости основного металла.
Из марочника сталей находим механические свойства и химический состав стали 09Г2С.
Общие сведения
Заменитель |
стали: 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С. |
Вид поставки |
сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 8240-72. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 5520-79, ГОСТ 5521-76, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-74. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71. |
Назначение |
различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от -70 до +425 ╟С. |
Химический состав
Химический элемент |
% |
Кремний (Si) |
0.5-0.8 |
Медь (Cu), не более |
0.30 |
Мышьяк (As), не более |
0.08 |
Марганец (Mn) |
1.3-1.7 |
Никель (Ni), не более |
0.30 |
Фосфор (P), не более |
0.035 |
Хром (Cr), не более |
0.30 |
Азот (N), не более |
0.008 |
Сера (S), не более |
0.040 |
Механические свойства
Термообработка, состояние поставки |
Сечение, мм |
s0,2, МПа |
sB, МПа |
d5, % |
d4, % |
Сортовой и фасонный прокат |
<10 |
345 |
490 |
21 |
|
Листы и полосы (образцы поперечные) |
10-20 |
325 |
470 |
21 |
|
Листы и полосы (образцы поперечные) |
20-32 |
305 |
460 |
21 |
|
Листы и полосы (образцы поперечные) |
32-60 |
285 |
450 |
21 |
|
Листы и полосы (образцы поперечные) |
60-80 |
275 |
440 |
21 |
|
Листы и полосы (образцы поперечные) |
80-160 |
265 |
430 |
21 |
|
Листы после закалки, отпуска (образцы поперечные) |
10-32 |
365 |
490 |
19 |
|
Листы после закалки, отпуска (образцы поперечные) |
32-60 |
315 |
450 |
21 |
|
Листы горячекатаные |
2-3,9 |
490 |
17 |
Технологические свойства
Температура ковки |
Начала 1250, конца 850. |
Свариваемость |
сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. |
Обрабатываемость резанием |
В нормализованном, отпущенном состоянии при sB = 520 МПа Ku тв.спл. = 1,6, Ku б.ст. = 1,0. |
Склонность к отпускной способности |
не склонна |
Флокеночувствительность |
не чувствительна |
Рассчитаем склонность к
HCS= C(S+P+0.04Si+0.01Ni)/(3Mn+Cr+
0.09(0.04+0.035+0.04*0.8+0.01*
Так как HCS<0.004 металл не склонен к образованию горячих трещин.
Рассчитаем склонность к образованию холодных трещин:
Cэкв=C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni + Cu)/15=
0.09+1.7/6+(0.3+0)/5+(0.3+0.3)
Так как Cэкв<0.4…0.45 металл несколько склонен к образованию холодных трещин.
Можно сделать логический вывод, что металл обладает хорошей свариваемостью.
4. Выбор способа сварки.
Выбор способа сварки зависит от многих факторов, заполним таблицу 1 в соответствии с приведенными ниже рисунками.
Рисунок 2.
Таблица 1. Выбор способа сварки.
Факторы |
Способы |
РДЗ |
АП |
ИП |
АФ |
Ш |
Г |
ИН |
П |
ЭЛ |
Л |
Материал |
+ |
++ |
+ |
++ |
++ |
+ |
(+) |
(+) |
(+) |
(+) | |
Толщина -10/18 и 10/8 мм |
- |
++ |
+ |
++ |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ | |
Положение шва |
+ |
++ |
++ |
++ |
- |
++ |
++ |
+ |
+ |
+ | |
« - » - не рекомендуется,
« + » - рекомендуется ограниченно,
« (+) » - рекомендуется,
« ++ » - рекомендуется предпочтительно.
Выходя из таблиц выбираем АП и АФ.
5. Выбор сварочных материалов.
Выбор сварочного флюса:
Для сварки Стали 09Г2С рекомендуется использовать активный высокомарган- цевый сварочный флюс. Такой сварочный флюс АН – 348А, предназначенный для механизированной и автоматизированной сварки и наплавки широкой номенклатуры углеродистых и низколегированных сталей.
Сварочно – технологические свойства: стойкость дуги – хорошая; разрывная длина дуги до 13мм; формировка шва - удовлетворительная; склонность металла шва к образованию пор и трещин - удовлетворительная; отрыв шлаковой корки – удовлетворительный.
Таблица 3. Химический состав сварочного флюса.
Флюс |
SiO2 |
MnO |
TiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
CaF2 |
FeO |
АН-348А |
43 |
36 |
- |
4 |
6 |
6 |
5 |
- |
Данные по применению: род и значение допустимого тока - ~,= 1000 А; допустимая скорость сварки – 120 м/ч; температура сушки - 400ºС ( около 2ч).
Выбор газовой защиты:
Для сварки Стали 09Г2С рекомендуется использовать газовую смесь К-2 (Pureshield P3): это наиболее универсальная из всех смесей для углеродисто-конструкционных сталей. Состоит из 82% аргона и 18% двуокиси углерода. Подходит практически для всех типов материалов.
Перечень исходных газов, используемых для получения газовых смесей. | |||
№ п/п |
Наименование газа |
Сорт (марка) |
НТД |
1 |
Кислород газообразный технический |
второй |
ГОСТ 5583-78 |
2 |
Азот газообразный |
особой чистоты, второй сорт |
ГОСТ 9293-74 |
3 |
Двуокись углерода |
высший, первый |
ГОСТ 8050-85 |
4 |
Аргон чистый |
ТУ 6-5761810-01-92 | |
Преимущество защитных газовых смесей.
- небольшое разбрызгивание металла;
- превосходная глубина проплавления;
- незначительность деформации (искривления) металла при сварке;
- меньшее потребление сварочной проволоки;
- высокая степень скорости сварки;
- наибольшая эффективность с точки зрения уменьшения общих затрат на сварку.
Не большая разница в цене аргона и углекислоты даёт ощутимые технологические преимущества в качестве сварного шва.
Выбор сварочной проволоки:
Для сварки Стали 09Г2С рекомендуется использовать сварочную проволоку для способов сварки АП и АФ близкую по хим. составу к основному металлу и содержащую меньшее количество углерода. Такой проволокой являются СВ –08Г2С высокое легирование проволоки кремнием и марганцем будет являться залогом раскисления сварочной ванны при АП и дополнительное легирование шва для обеспечения равнопрочности при сварке АФ.
ПРОВОЛОКА СТАЛЬНАЯ СВАРОЧНАЯ (ГОСТ 2246-70).
По виду поверхности проволока производится неомедненой и омедненой. Медное покрытие - 6 мкм. Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, забоин, окалины, ржавчины, масла и др. загрязнений. Допускаются отдельные риски, царапины, местная рябизна, вмятины глубиной не более предельного отклонения по диаметру.
C |
Mn |
Si max |
P max |
S max |
Cr max |
Ni max |
Cu max | |
Св-08Г2С |
0.03 |
1.80 - 2.10 |
0.7 - 0.95 |
0.03 |
0.025 |
0.20 |
0.25 |
0.20 |
Механизированная сварка в защитных
газах конструкций
6. Выбор стандартной или разработка не стандартной подготовки кромок.
В ГОСТах – 14771-76, 8713 – 79, для таврового соединения находим следующие
стандартные подготовки кромок:
Газ.
Из следующего списка для АП выбираем разработку кромок Т1, потому как она удовлетворяет технико – экономическим требованиям, которые поставило перед нами задание. Выберем интересующие нас размеры:
b=0+1,5 mm ,К=11 mm.
Для АФ выбираем разработку кромок Т1, потому как она удовлетворяет
технико – экономическим требованиям,
которые поставило перед нами задание.
Выберем интересующие нас размеры:
Выберем интересующие нас размеры:
b=0+1,5 mm , К=11 mm.
7. Расчёт режимов сварки.
Расчет режима дуговой сварки под флюсом по площади наплавленного металла.
Расчет ведем по площади наплавленного металла:
Fн=(80…100) мм2=100 мм2- площадь шва при сварке под флюсом,
Уточняем площадь шва:
F =F1+F2=0.7*К*√2*g+0.5*К2
=0.7*11*1.41*2+0.5*121=82.3мм2
Найдем диаметр электродной проволоки:
d=Кд * Fз=(0.036…0.16)*82.3=3…13.2 мм,
где Кд – коэф. учитывающий положение шва.
Принимаем d= 5 мм.
Скорость сварки:
Vc= 110*(d/F)=110*5/82.3=6.7 мм/с (24 м/ч),
Скорости попали в диапазон рекомендованных 4…16 мм/с.
Скорость подачи эл. проволоки:
Vп=(4* Vc*F)/(п* d 2)= 4*6.7*82.3/(3.14*52) =28 мм/с (101 м/ч),
Сварочный ток:
Рассчитываем по формуле
Iс(~)= d((√450*d* Vп+5185)-72)=945 А,
Сварочный ток не выходит из рекомендованных значений 1150 А.
Напряжение сварки:
Рассчитываем по формуле:
Ucк=22+ 0.02* Iс=41 В.
Вылет электрода:
lв=(8...12)*d=50+-10 мм.
Расчет режима дуговой сварки в активных газах.
Принимаем К=11 мм. Расчет ведем по площади наплавленного металла:
F=(55…65)=60 мм2, - площадь шва при сварке в активных газах,
Уточняем площадь шва:
F =F1+F2=0.7*К*√2*g+0.5*К2
=0.7*11*1.41*2+0.5*121=82.3мм2
Сварка осуществляется в три прохода на одинаковых режимах. Fш=F/3=82.3/3=27.4 мм2
Найдем диаметр электродной проволоки:
d=Кд * Fш 0.625=(0.15…0.26)*27.40.625=1.
где Кд – коэф. учитывающий положение шва.
Принимаем d=2 мм.
Скорость сварки:
Vc= (8.9*d2 +50.6*d1.5 )/Fш= (8.9*22 +50.6*21.5)/27.4=6.5 мм/с (23.5 м/ч).
Скорости попали в диапазон рекомендованных 4…10 мм/с.
Скорость подачи эл. проволоки:
Vп=(4* Vc*Fш)/(п*d2*(1-ψр))=
4*6.5*27.4/(3.14*22*(1-0.1))=
где ψр – коэф. разбрызгивания ψр=0.9 .
Сварочный ток:
Рассчитываем по формуле
Iс(+)= d ((√1450*d*Vп+145150)-382)=380 А,
Сварочный ток не выходит из рекомендованных значений 60…510 А.
Напряжение сварки:
Рассчитываем по формуле
Uc=14 + 0.05* Iс=33 В,
Расход защитного газа:
gс= 3.3*10-3* Iс0.75=3.3*10-3*3800.75=0.28 л/с(17 л/мин).
Все рассчитанные значения примем во внимание при выборе оборудования.
8. Техника сварки.
Балка ставится в кондуктор-кантователь и последовательно выполняются швы 1 и 2 по всей длине балки. Балка вынимается из кондуктор-кантователя и ставится плиту, швом 3 привариваются ребра.
9.Выбор сварочного
оборудования общего или
Выбираем установку для сварки в среде защитных газов:
Характеристика аппарата А-1197:
Напряжение сети: 220, 380В.
Номинальный сварочный ток: 500А.
Электродная проволока: 0.8-2 сплошная, 1-2,5 порошковая мм.
Скорость подачи: 90-900 м/ч.
Тип ИП: ВДУ -504.
Габариты: 550*360*200 мм.
Масса: 23 кг.
Выбираем установку для сварки под флюсом и источник питания к ней:
Наиболее распространенным и широко используемым аппаратами для сварки под флюсом является А -1416, он удовлетворяют всем энергетическим и технологическим параметрам сварки.
Характеристика аппарата А-1416:
Напряжение сети: 380В.
Номинальный сварочный ток: 2000А.
Электродная проволока: 2-5 мм.
Скорость подачи: 50-509 м/ч.
Скорость сварки: 12-120 м/ч.
Тип ИП: ТДФ -1601.
Габариты: 1660*870*1160 мм.
Масса: 320 кг.
10. Расчёт технологической себестоимости сварки по всем выбранным
технологиям.
Рассчитаем технологическую себестоимость дуговой сварки в активных газах:
Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п,
Зс.м- затраты на сварочные материалы;
Зт.э- затраты на техническую электроэнергию;
Зс.о- затраты на сварочное оборудование;
Зз.п-затраты на зарплату рабочих.
Рассчитаем основное время сварки:
tc.o= Lшо*(n пк/Vс.к+ n пз/Vс.к)= 1*(3/23.5+0)=0.13 ч,
Затраты на сварочные материалы:
Найдем массу наплавленного метала:
Мэп=Крп(1+ψр)*р*n
*F*Vп*t=3*1.02*(1+0.1)*7.8*10-
Зс.э=Мэп*Цэп=0.25*6=1.5 гривен,
где - Цэп –цена за 1 кг электродной проволоки.
Затраты на газ:
Qзг=gк* tc =17**0.13=2.21 л,
Зс.г=Qзг *Цэг=2.21*0.2=0.4 гривен,
где - Цэг –цена за 1 литр газа.
Затраты на техническую электроэнергию:
Wт.э =(Uc*Ic*tcо)/ŋu + Px*( tco /Ку -tco)=(33*380*0.13*3)*10-3/0.8 + 0.3(0.13/0.4-0.13)=
= 4.17 кВт,
где - Px мощность холостого хода источника питания, ŋu- КПД источника питания,
Ку – коэф. использования сварочного оборудования зависящий от способа сварки и типа производства (Ку =0.55…0.75).
Зт.э= Wт.э *Цээ=4.17*0.5=2.1 гривен,
где - Цээ –цена за 1 кВт электроэнергии.
Затраты на сварочное оборудование:
Зс.о= (Кр +На)/Фд * tcо/Ку *Цс.о=(0.175+0.3)/1840 * 0.13/0.6*5000=0.3 гр,
где - Цээ –цена за оборудование, Кр – коэф. затрат на ремонт (Кр =0.15…0.2),
На – норма амортизационных отчислений(На =0.24…0.34), Фд – действительный годовой фонд работы оборудования.
Затраты на зарплату рабочих:
Зз.п=Кд* tcо*Чтс/Ку=1.2*5*0.13/0.6=1.3 гр,
где – Чтс – часовая тарификация, Кд – коэф. доплат (Кр =1.1…1.3).
Рассчитаем технологическую себестоимость дуговой сварки в активных газах: Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п=1.5+0.4+2.1+0.3+1.3=5.6 гр.
Рассчитаем технологическую сварки под флюсом:
Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п,
Зс.м- затраты на сварочные материалы;
Зт.э- затраты на техническую электроэнергию;
Зс.о- затраты на сварочное оборудование;
Зз.п-затраты на зарплату рабочих.
Рассчитаем основное время сварки:
tc.o= Lшо*(n пк/Vс.к+ n пз/Vс.к)= 1*(1/24+0)=0.042 ч,
Затраты на сварочные материалы:
Найдем массу наплавленного метала:
Мэп=Крп(1+ψр)*р*n
*F*Vп*t=1*1.02*(1+0)*7.8*10-3*
Зс.э=Мэп*Цэп=0.21*6=1.3 гривен,
где - Цэп –цена за 1 кг электродной проволоки.
Затраты на флюс:
Мф = К*Мэп =1.2*0.21=0.25 кг,
Зс.ф=Мф *Цф=0.25*6=1.5 гривен,
где - Цф –цена за 1 кг флюса.
Зс.м=Зс.э + Зс.ф =1.3+1.5=2.8 гривен - затраты на сварочные материалы;
Затраты на техническую электроэнергию:
Wт.э =(Uc*Ic*tcо)/ŋu + Px*( tco /Ку -tco)=(41*945*0.042)*10-3/0.8 + 0.3(0.042/0.6-0.042)=2.2 кВт,
где - Px мощность холостого хода источника питания, ŋu- КПД источника питания,
Ку – коэф. использования сварочного оборудования зависящий от способа сварки и типа производства (Ку =0.55…0.75).
Зт.э= Wт.э *Цээ=2.2*0.5=1.1 гривен,
где - Цээ –цена за 1 кВт электроэнергии.
Затраты на зарплату рабочих:
Зз.п=Кд* tcо*Чтс/Ку=1.2*0.042*5/0.6=0.4 гр,
где – Чтс – часовая тарификация, Кд – коэф. доплат (Кр =1.1…1.3).
Затраты на сварочное оборудование:
Зс.о= (Кр +На)/Фд
* tcо/Ку *Цс.о=(0.175+0.3)/1840*0.042/
где - Цээ –цена за оборудование, Кр – коэф. затрат на ремонт (Кр =0.15…0.2),
На – норма амортизационных отчислений(На =0.24…0.34), Фд – действительный годовой фонд работы оборудования.
Рассчитаем технологическую
Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п=2.8+1.1+0.4+0.6=4.9 гр.
11. Принятие решения.
Сделав расчет технологической себестоимости каждого способа сварки можно однозначно склонить выбор способа сварки в сторону сварки в активных газах. Не большая разница в цене одного метра шва, зато время подготовки под сварку и зачистки после сварки даст больший экономический эффект, чем при сварке под флюсом.
Итак, остановим свой выбор на сварке в активных газах.
12.Выводы.
В данной курсовой работе мы ознакомились с разработкой технологии сварки плавлением. Выполнили поставленные задачи данной курсовой работы:
Произвели конструкторско – технологический анализ изделия и выяснили, что вид шва – тавровый, конфигурация швов - прямолинейные, доступность швов – без ограничений;
Рассчитали свариваемость
Выбрали два способа сварки, это АФ и АП;
Выбрали сварочные материалы, это флюс АН – 348А, проволока СВ – 08Г2С, газовую смесь К-2;
Выбрали тип подготовки кромок из ГОСТов, для АФ – Т1, АП – Т1 ;
Произвели расчёт режимов сварки и полученные данные занесли в тех. карту;
Оговорили технику сварки, для того чтобы сварщики имели представление о том как будет выполняться тех. процесс;
Выбрали сварочное оборудование, для АФ – А-1416, АП – А-1197;
Произвели расчет технологической себестоимости сварки по выбранным технологиям, и получили максимальный эконом. эффект при следующем способе: АП;
Приняли решение о том что АП является более корректной в данном случае технологией.
Список использованной литературы.
- Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Технология и оборудование сварки плавлением» / Сост. И. Ф. Коринець. – К.: КПИ, 1988 – 76с.
- Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Сварка плавлением» / Сост. И. Ф. Коринець, В. П. Бойко. – К.: КПИ, 1990 – 76с.
- Аппаратура для механизированной дуговой и электрошлаковой сварки и наплавки / А. И. Чвертко, В. Е. Патон, М. Г. Бельфор, Г. М. Гологовский. – К.: Наукова думка, 1978. – 200с.
- Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2-х томах. /
Б. Н. Конищев, С. А. Курланов, Н. Н. Потапов и др.; Под общей ред.
Н. Н. Потапова. – М.; Машиностроение, 1989.
- Сварка в машиностроении: Справочник: В 4-х томах. /Под ред. Н. А. Ольшанского. – М.; Машиностроение, 1978.
- Сварка в машиностроении: Справочник: В 4-х томах. /Под ред. А. И. Акулова. – М.; Машиностроение, 1979.
- Прайс листы отечественных производителей сварочных материалов и оборудования.
- Корінець І.Ф. Конспект лекцій з дисципліни “Зварювання плавленням”
- Глобальна інформаційна мережа Інтернет.
- Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением./ Под ред. Б.Е. Патона. –М.: Машиностроение, 1974.-767с.
- Акулов А.И., Бельчук А.К., Демянцевич В.П., Технология и оборудование плавлением. Учебник.-М.: Машиностроение, 1977.-432с.
- Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением./ Под ред. Б.Е. Патона. –М.: Машиностроение, 1974.-767с.
- Сварка в машиностроении : Справочник в 4-х т./ Т.2. Под редакцией А.И. Акулова. –М.:Машиностроение, 1978. -567с.
- 4.Гуревич С.М. Справочник по сварке цветных металлов. –Киев: Наук. Думка,1990. -512с.
- Клячкин Я.Л. Сварка цветных металлов и их сплавов. –М.: Машиностроение, 1967. -336с.
- Биковський О.Г., Піньковский І.В. Довідник зварника. –Київ:Техніка, 2002. -336с.