Технология сварки изделия «Дуга передка»
Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ижевский Государственный
Факультет « Современные Технологии и Автомобили»
Кафедра «Сварочное производство»
Пояснительная записка
к курсовому проекту на тему: Технология сварки изделия «Дуга передка»
Курсовую работу выполнил
студент группы 981з Р. Ф. Мухамадиева.
Руководитель проекта к.т.н.
Ижевск 2007
Содержание
Введение
1 Описание сварной конструкции
2 Литературный обзор по
3 Анализ предлагаемых вариантов
3.1 Подготовка поверхности
3.2 Резка
3.2.1 Механизированная кислородная резка.
3.2.2 Механическая резка на
3.3 Гибка.
3.4 Механическая обработка.
3.5 Выбор способа сварки.
3.6. Защитная среда
3.7. Выбор сварочной проволоки.
3.8 Выбор электротехнического
3.9 Приспособление.
3.10. Контроль качества сварного соединения
4 Разработка техпроцесса
4.1 Подготовка поверхностей
4.2 Резка.
4.3 Гибка.
4.4 Механическая обработка.
5 Разработка техпроцесса
5.1 Характеристика материала и оценка свариваемости.
5.2 Расчет режимов сварки.
6 Проектирование компоновки
7. Разработка технологии
7.1 Технология контроля заготовите
7.2 Типы дефектов сварных
8. Техника безопасности при
Заключение
Список использованной литературы.
Введение.
Цель настоящего курсового проекта – обучение основам проектирования сложной технологической оснастки (приспособления) и проектирования технологического процесса для сборки-сварки сварного изделия, а также углубление и обобщение знаний, приобретенных студентом при изучении теории дисциплины «Производство сварных конструкций».
Сваркой называется процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании, или совместном действии того или другого (ГОСТ2601-84).
Для получения неразъёмных соединений раньше преимущественно использовалась клёпка. Процесс клёпки связан с большими затратами металла. Сварка позволяет экономить металл; сварное изделие проще в изготовлении и дешевле, чем клёпанное. Применение сварки позволяет использовать самые разные профили металла.
Благодаря своим преимуществам сварка металлов нашла широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. Целесообразность применения сварки не исчерпывается её экономическими преимуществами. В ряде отраслей промышленности сварка металлов – незаменимый технологический процесс, без применения которого нельзя создать конструкцию.
В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного шва, сварка металлов делится на три класса (ГОСТ19521-74): термомеханический, термический, механический.
К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии, термомеханическому – с использованием тепловой энергии и давления, механическому – с использованием механической энергии и давления.
Вид сварки объединяется по виду источника энергии, непосредственно используемого для образования сварного соединения.
К термическому классу относятся дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная сварка и др., к термическому классу – контактная, диффузионная, газопрессовая, термитно-прессовая и печная сварка и др., к механическому классу – холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и магнитно-импульсная сварка.
Ручная дуговая сварка металлическим электродом. При сварке металлическим электродом тепло, необходимое для расплавления основного металла и электродного стержня, образуется при горении между ними электрической дуги. Электрическая дуга обладает высокой температурой – до 4000 – 6000оС. Расплавленный основной и электродный металл перемешиваются в сварочной ванне, образуя при этом сварной шов.
Применяют электроды со специальным покрытием, которое, расплавляясь, создаёт газовую и шлаковую защиту сварочной ванны от вредного влияния кислорода и азота.
Сварку выполняют на постоянном и переменном токе. При сварке на постоянном токе источником питания служат сварочные преобразователи и выпрямители, а на переменном – сварочные трансформаторы.
Ручная дуговая сварка плавящимся электродом является наиболее распространённой, её применяют для сварки и наплавки углеродистых и легированных сталей, чугуна и цветных металлов.
Введение.
Протяженность
газовых магистралей уже
Сегодня помимо организации сварочного производства и технического руководства перед руководителями служб главного сварщика появились новые задачи. Это связано с тем, что ужесточились требования Госгортехнадзора по аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства, сварочных технологий, оборудования и материалов, а также с возникновением необходимости пересмотра нормативной базы .
В силу того, что значительное внимание в настоящее время уделяется обеспечению надзора за качеством сварочных работ на объектах строительства, реконструкции и капитального ремонта магистральных газопроводов и добычи газа, в ООО «Газнадзор» создан отдел контроля качества сварочных работ и сварочного производства.
Сварка трубопроводов –
Сварочные работы в трубопроводном строительстве непрерывно совершенствуются. В результате автоматизации процессов сварки резко повысилась производительность труда, темпы сварочно-монтажных работ и качество свариваемых соединений. За последние годы разработаны и широко применяются принципиально новые виды сварки.
Постоянно совершенствуется и разрабатывается новое сварочное оборудование для сварки трубопроводов, которое помимо высокой надежности, должно обеспечивать повышение производительности, улучшение условий труда, а также реализацию на этом оборудовании новых прогрессивных технологий, повышающих качество сварных соединений.
Внедрение современного сварочного оборудования и прогрессивных технологий сварки. Необходимо шире использовать механизированные способы сварки, полуавтоматическую сварку сплошной и порошковой проволокой при производстве работ по капитальному ремонту трубопроводов и выполнения ремонтно - восстановительных работ.
1 Описание сварной конструкции.
«Дуга передка» является несущей конструкцией каркаса автобуса. В сочетании с другими изделиями (каркас основания, боковины, каркасы передка и задка) «Дуга передка» создают объемную пространственную конструкцию каркаса автобуса, предназначенную для соединения отдельны деталей в единое изделие. Одно из важнейших требований, предъявляемых к рамным конструкциям, - жесткость и прочность. Поэтому к сварным швам, соединяющие отдельные части изделия предъявляются повышенные требования.
В процессе эксплуатации конструкция испытывает статические и динамические нагрузки. Статические – вес перевозимого груза (людей). Динамические – в основном знакопеременные нагрузки циклического характера (вибрация) при движении автомобиля. Температурный режим изделия от –50O до +40OС.
Рис. 1. Эскиз изделия «Дуга передка»
Технические требования, предъявляемых к сварной конструкции.
Общие требования.
Условия эксплуатации автобуса на дорогах весьма сложные. Движение автобуса большой массы и с высокой скоростью сопряжено с действием на них больших динамических сил с пространственной схемой нагружения. Эти силы имеют вибрационно-ударный характер с повторяемостью до сотен миллионов циклов, причем отдельные наибольшие значения их превосходят расчетные и приводят к появлению остаточных деформаций,
Климатические условия – работа на дорогах Севера при низких температурах воздуха и на дорогах Юга в летние месяцы года – обусловливают необходимость предъявлять к автобусам требования, как к машинам и конструкциям северного исполнения с учетом возможности работы их в условиях высоких температур. На снижение несущей способности и долговечности автобуса существенное влияние оказывают коррозионные процессы от атмосферных воздействий.
Обеспечение безопасности, долговечности и надежности работы автобуса в процессе длительной эксплуатации достигают рациональным их конструированием, точным расчетом, правильным выбором материала и совершенством технологических процессов изготовления. Каждую разновидность конструкции автобуса, применение нового материала и технологии изготовления проверяют тщательным стендовым и эксплуатационным экспериментом, проводимым изготовителем и заказчиком по совместно разработанной программе.
Автобусы всех разновидностей имеют сходную конструктивную и силовую схему. Главными элементами конструкции являются шасси и салон, на них действуют вертикальные, боковые и продольные силы, значения которых для всех типов автобусов нормированы.
Нижняя рама кузова большинства автобусов имеет хребтовую балку, назначение которой воспринимать продольные ударно-тяговые силы.
Изделие должна соответствовать требованиям технических условий на изготовление и конструкторской документации.
Требования к конструкции.
а) Сварная конструкция I класса.
Для этого класса преобладающими видами нагрузок являются переменные напряжения. Разрушения КД приведет к потере работоспособности всей конструкции.
б) Контроль качества сварных соединений – визуальный, трещины, прожоги непровары не допускаются.
в) Подготовка кромок и поверхностей под сварку должна выполнятся механической обработкой либо путем термической резки или строжки с последующей механической обработкой.
г) Кромки деталей, подлежащие сварке, и прилегающие к ним участки должны быть очищены от окалины, краски, масла и других загрязнений.
д) Конструкция должна обеспечивать надежность и безопасность эксплуатации в течении расчетного срока службы.
е) Приварка и удаление вспомогательных элементов (сборочных устройств, временных креплений и др.) должны производится в соответствии с указаниями чертежей и НД. Приварка этих элементов должна выполнятся сварщиком, допущенным к сварке данного изделия.
Прихватку выполнять
Дефекты обнаруженные в процессе изготовления, должны быть устранены с последующим контролем исправленных участков.
Средства измерений, применяемые при контроле продукции, должны быть поверены, испытательное оборудование аттестовано в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.568.
Допуски.
Точность размеров входящих деталей, а также самого изделия 14…16 квалитета.
2 Литературный обзор
по изготовлению типовых
Создание наиболее экономичных сварных конструкций требует комплексного конструктивного технологического проектирования, при котором вопросы конструктивного плана решаются одновременно с вопросами
Проектирование невозможно без учета особенностей технологии, а одним из важнейших моментов становится соблюдение принципов технологичности конструкций.
Технологичной считается конструкция, обеспечивающая наиболее простое, быстрое и экономичное изготовление, при соблюдении необходимой прочности, с учетом выносливости и других эксплуатационных качеств.
В современных цехах по производству сварных металлоконструкций после предварительной правки применяют высокопроизводительные способы очистки; дробеметный (одновременно с двух сторон) или химический (травлением и пассивированием).
Предварительная разработка схемы раскроя металла, особенно листового, имеет целью получение минимальных отходов, для этого разметчик обычно изготавливает шаблоны деталей.
Наметка заключается в переносе необходимых для изготовления детали размеров с шаблона на материал. Маркировка — процесс нанесения на размеченную или намеченную деталь марки. Марка содержит номер заказа, номер чертежа, номер детали, перечень условных буквенных обозначений операций обработки.
Резка металла производится ножницами, автоматическими, газорезательными машинами и ручными резаками. Для придания детали необходимой формы на соответствующих вальцах осуществляется ее гибка и вальцовка.
После заготовки детали сварных конструкций поступают на сборку. Сборкой называется процесс последовательного соединения деталей между собой в порядке, предусмотренном технологическим процессом и чертежом, для последующей сварки.
Перед сборкой сборщик визуально проверяет соответствие деталей требованиям чертежа и технологического процесса. Сопрягаемые поверхности и прилегающие к ним зоны собираемых деталей шириной не менее 20 мм должны быть тщательно очищены от ржавчины, масла, грязи, окалины и влаги во избежание появления пор и других дефектов в металле шва.
При сборке сварных конструкций обеспечивается такое взаимное расположение деталей собираемого сварного узла, в котором они должны находиться в готовом узле. Порядок сборки, устанавливаемый технологом-сварщиком, указывается в картах технологического процесса. Зазоры при сборке должны строго соответствовать чертежу. Превышение кромки одного из элементов стыкового соединения над другим, если оно не предусмотрено и не оговорено специально в чертеже, допускается по всей длине шва не более 0,2 толщины элемента (до 4 мм) и 0,15 толщины элемента (свыше 4 мм, но не более 1,5 мм). Местные превышения кромок определяют по наименьшей толщине свариваемых деталей. Превышение кромок контролируется до сварки.
При сборке сварных конструкций детали между собой соединяют посредством прихваток, которые размещают в местах расположения будущих сварных швов. Прихватки выполняются покрытыми электродами, в защитных газах или под флюсом. Площадь сечения прихваток не должна превышать 2/3 площади сечения будущего шва и составлять не более 25…30 мм2. Длина каждой прихватки должна быть равна 4…5 толщинам соединяемых деталей, но не менее 30 мм. и не более 100 мм. Чем меньше толщина свариваемых деталей, тем меньше расстояние между прихватками. В решетчатых конструкциях каждый элемент прихватывают с двух сторон швами длиною 30—40 мм катетом не более 5 мм.
Разрешается наложение прихваток вне мест расположения швов для временного скрепления детали. Эти прихватки после выполнения своего назначения удаляют, а места их размещения зачищают. Рациональна замена прихваток сплошным швом небольшого сечения (технологический шов). Это значительно повышает стойкость металла рабочего шва против кристаллизационных трещин и предотвращает нарушения взаиморасположения деталей в процессе сварки из-за растрескивания прихваток. Сборочные прихватки выполняют сварочными материалами тех же марок, что и при сварке данной конструкции. Требования к качеству прихваток установлены те же, что и к сварочным швам. Прихватки и технологические швы перевариваются в процессе сварки основного шва.
Для крепления деталей перед сваркой и в процесс ее применяют также гребенки, удаляемые по мере образования шва. В зависимости от типа производства, особенностей конструкции и технологических условий сборку можно выполнять различными способами: по разметке, по шаблонам или первому изделию, по сборочным отверстиям, в приспособлениях (универсальных, специализированных и специальных), сборку по разметке ведут без приспособлений. Расположение деталей определяют разметкой по чертежу, затем их скрепляют прихватками, съемными фиксаторами и т. п. Производительность способа низкая, его применяют преимущественно в одиночном производстве. Использование шаблонов или первого изделия для сборки позволяет повысить производительность труда.
Наибольшую точность сборки при минимальной трудоемкости можно обеспечить при использовании сборочного оборудования. Основным назначением сборочного оборудования является фиксация и закрепление свариваемых деталей. Это оборудование разделяют на сборочное и сборочно-сварочное. На сборочном оборудовании операция сборки заканчивается прихваткой, на сборочно-сварочном кроме сборки производится полная или частичная сварка изделия. Выбор оборудования определяется технологическим процессом и зависит прежде всего от формы, размеров и требуемой точности собираемых изделий, типа производства, вида сварки и других факторов. При изготовлении сварных конструкций на сборочно-сварочном оборудовании изделие не подвергается переустановке и промежуточной транспортировке. Качество изделий в этом случае выше, чем при сборке на прихватках. В то же время сборочно-сварочное оборудование значительно сложнее и дороже сборочного. Сборочное оборудование может быть универсальным и специальным. Универсальное оборудование предназначено для широкой номенклатуры изделий, его применяют в одиночном и мелкосерийном производствах; специальное оборудование — для одного или нескольких однотипных изделий, оно обеспечивает высокую производительность и высокое качество изготовления. Специальное оборудование целесообразно применять при серийном производстве.
Чтобы начать разработку технологического процесса для сборки изделия «Дуга передка» рассмотрим процесс сборки-сварки аналогичной конструкции салона вахтового автобуса, производимого на ОАО «НЕФАЗ». конструкция каркасная. Единственное отличие от исследуемой конструкции – это способ обшивки изделия. Оперение вахтового автобуса крепится к каркасу трубчатыми заклепками, а оперение автобуса варится. Поэтому технологический процесс сборки-сварки вахтового автомобиля можно принять за основу.
3 Анализ предлагаемых вариантов при разработке техпроцесса
3.1 Подготовка поверхности.
«Дуга передка» является составной частью каркаса автобуса, на который, посредством контактной сварки, навешивается внешнее оперение автобуса, состоящее из тонкой листовой стали. Поэтому внешние поверхности изделия «Дуга передка» не должны иметь оксидной пленки (ржавчины) или других факторов влияющих на качество сварки. Для этого в начале технологического процесса вводим операцию подготовки поверхности заготовок. Здесь возможны два варианта маршрута подготовки поверхности:
1) Обработка поверхности в самом
начале технологического
2) Обработка изделия целиком
в конце технологического
Чтобы обработать изделие целиком потребуется оборудование достаточно больших размеров, а для размещения оборудования потребуются производственные площади. Сама «Дуга передка» имеет большую длину, а остальные комплектующие каркаса салона имеют еще большие размеры.
Для обработки заготовок труб потребуется также некоторое нестандартное оборудование, но значительно меньших размеров. Данную обработку при необходимости можно механизировать.
Поэтому первой операцией технологического процесса изготовления изделия «Дуга передка» назначаем предварительная обработка поверхностей заготовок-труб.
Предлагается два варианта обработки:
дробеструйная обработка и
Трубы помещают в камеру специальной дробеметной установки, где подвергают многочисленным ударам отдельных дробинок с большой скоростью. Дробь чугунная либо стальная, размер фракции 0,4…2 мм. Полный состав оборудования установки: дробеметная камера с входящими в нее устройствами для подачи заготовок, дробеметное устройство (механическое или пневматическое), устройство регенерации дроби.
Рис.2. Схема дробеструйной обработки
Обработка поверхностей труб-заготовок железными щетками заключается в том, что щетки, вращаясь с большой частотой (1500 об/мин.) своими проволочками очищают поверхности труб.
Рис. 3. Схема обработки заготовки щетками
Качество поверхности в обоих случаях удовлетворительное, только при обработке щетками углы труб обработаны не достаточно, но этот недочет не влияет на качество последующей сварки.
Если принять за критерий стоимость обработки, то обработка железными щетками менее дорогостоящая, поэтому применим ее в нашем технологическом процессе.
3.2 Резка.
Рассмотрим два варианта получения
комплектующих деталей для
3.2.1 Механизированная кислородная резка.
Механизированную резку труб производят газорезательными машинами.
Металлическая часть расплава, имеющая
более высокую температуру
Кислородная резка металлов основана на их способности гореть в струе кислорода и удалении этой струей образующихся расплавляемых окислов. Для резки металл необходимо нагреть до температуры, достаточной для воспламенения его в кислороде.
Газовой резке поддаются железо и сталь с содержанием углерода до 0,4%. Качество кромок и ширина реза при ручной резке стали зависят от толщины разрезаемой стали и от скорости резки. С повышением скорости резки чистота резки ухудшается.
Так ширина реза и качество кромок при ручной резке при толщине стали до 5 мм. составляют: ширина реза - 3 мм.; величина отдельных неровностей – 0,5…1,0 мм. Скорость резки не более 400 мм/мин.
Машинная резка повышает точность резки и уменьшает ширину реза на 20%...30%.
Рис. 4. Форма поверхности реза после кислородной резки
После такой резки в проектируемый технологический процесс нужно вводить операцию подготовки кромок. Такой способ резки можно применить в единичном или мелкосерийном производстве.
3.2.2 Рассмотрим механическую резку на абразивно-отрезном станке. Такой способ имеет высокую производительность и малый допуск размеров: для длины детали свыше 1000 мм. допуск на длину составляет 1,3…1,5 мм.
Качество реза при абразивном отрезании – удовлетворительное, если соблюдать рекомендуемые режимы резания. При работе с завышенными режимами появляется заусенец, который ухудшает качество сварки.
Оба способа можно механизировать, соединив пресс или абразивный станок с механическим сортировочно-подающим устройством.
Проанализировав данные способы резки, принимаем в качестве отрезного оборудования абразивно-отрезной станок мод. 8252.
3.3 Гибка.
Деталь «Дуга» имеет сложный лекальный изгиб и четыре отверстия E40. Определенно, что загиб заготовки будет произведен после резки мерной заготовки. Обработка отверстий возможна как после гиба, так и перед ним. Если обработка отверстий будет произведена перед загибом заготовки, то после него поверхность отверстий нарушится, т. е. из цилиндрической поверхности превратится в элипсную, что затруднит установку деталей в отверстие. Чтобы установить детали в отверстие потребуется увеличение диаметра отверстий, что приведет к увеличению зазоров между деталями, а это отразится на качестве сварного шва. Поэтому обработку отверстий следует производить после гиба заготовки.
Рассмотрим гибку детали в волках и на специальном гибочном прессе.
Деталь имеет профиль
Гибка детали в специальном
гибочном прессе основана на
воздействии на материал загото
Рис. 5. Схема гиба загтовки
3.4 Механическая обработка.
Наибольшую сложность в
Так на детали «Труба» имеется вырез 10H10 мм. Данную поверхность можно получить и после изготовления изделия, и сразу после изготовления мерной заготовки. Чтобы получить вырезы на изделии потребуется специальное приспособление для правильной ориентации изделия относительно режущего инструмента, которое займет производственные площади и потребует немало трудовых затрат на изготовление.
Если выполнить вырез на детали (сразу после изготовления мерной заготовки), то при сборке-сварке деталь нужно будет правильно сориентировать относительно других деталей изделия, это сделать несложно. Поэтому для детали «Труба» маршрут изготовления на данном этапе будет состоять из операций изготовления мерной заготовки и получения поверхностей выреза.
Рис. 6. Эскизы деталей при механической обработке
На детали «Дуга» нужно выполнить восемь отверстия E40. Если отверстия производить методом вырубки, то края труб в месте обработки будут деформированы, а это плохо отразится на качестве сварного шва. Сверление отверстий лучше производить на радиально-сверлильном станке и в специальном зажимном приспособлении с кондукторными втулками.
После изготовления комплектующих детали поступают на сборку-сварку. Данная операция производится в сборочно-сварочном приспособлении собственной конструкции описание которой будет произведено ниже.
3.5 Выбор способа сварки.
Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода С не более 0,25% относятся к I классу свариваемости. Учитывая это, а также принимая во внимание условия серийного производства виды сварки: Ручную электродуговую сварку и сварку в среде защитных газов.
Ручную электродуговую сварку применяют для соединения различных деталей.
Сварка традиционными
Основными преимуществами способа являются универсальность и простота оборудования. Недостаток - невысокая производительность и применение ручного труда
При сварке покрытыми электродами до 15...20 % длины стержня электрода теряется в виде неиспользуемых отходов-огарков и 5... 10 % массы стержня - потери на угар и разбрызгивание и, таким образом, общие потери могут составлять до 30 %.