Курсовая работа

По дисциплине «Производство сварных конструкций»

Тема: «Организация производства сварной балки, выполненной автоматической сваркой под слоем флюса»

Содержание

Введение

1. Общая часть

1.1 Технологичность сварной конструкции и этапы ее проектирования

1.2 Существующий технологический процесс и его недостатки

2. Специальная часть

1. Меры по усовершенствованию технологического процесса, усовершенствованный технологический процесс

2. Вспомогательное оборудование для сборки и сварки

3. Технологическая часть

3.1 Выбор и обоснование сварочного оборудования

3.2 Выбор и обоснование сварочного инструмента

3.3 Расчет режимов сварки

3.4 Расчет норм времени

3.5 Расчет массы наплавленного металла

3.6 Контроль качества сборки и сварки

3.7 Требования техники безопасности при изготовлении конструкции

5. Литература

Введение

Механизация и автоматизация являются важнейшим средством повышения производительности труда, улучшения качества и условий труда в сварочном производстве.

Сварочное производство – комплексное производство, включающее в себя основные операции (сборку, сварку, правку, термообработку, отделку сварных конструкций и др.); вспомогательные операции (транспортные, наладочные, контрольные и т.п.) и операции обслуживания (ремонтные и др.). Несварочные операции в сварочном производстве составляют в среднем 70% общей трудоемкости работ сварочных цехов. При осуществлении собственно сварочных операций, в том числе при применении механизированных методов сварки, выполняются вспомогательные приемы по установке и кантовке изделий под сварку, зачистке кромок и швов, сбору флюса, установке автомата в начале шва, отводу автомата или перемещению изделия и др. На выполнение этих приемов приходиться в среднем 35% трудоемкости собственно сварочных операций. Отсюда следует, что комплексная механизация сварочного производства имеет чрезвычайно важное значение, так как механизация только самого процесса сварки не может обеспечить высокий уровень механизации сварочных цехов.

В России проведены значительные работы в области комплексной механизации и автоматизации производства сварных конструкций. Большой вклад в развитие комплексной механизации производства сварных конструкций внесли научно-исследовательские и проектно-технологические институты: Институт электросварки им. Е.О. Патона, ВНИИЭСО, ЦНИИТС, ВПТИтяжмаш, НИИТавтопром, ВИСП, а также заводы ЗИЛ, ГАЗ, Челябинский трубопрокатный завод, Уралмашзавод.

Комплексно-механизированые установки, станки и линии внедрены во многие отрасли промышленности для изготовления разнообразных сварных узлов, например крупнопрофильных двутавровых балок, прямошовных труб, полотнищ нефтерезервуаров, котлов железнодорожных цистерн, коробчатых балок, электромостовых кранов, сварных узлов вагонов, автомобилей и др. изделий. Автоматические линии применяются в производстве стальных отопительных радиаторов, труб со спиральным швом и прямошовных труб, при изготовлении автомобильных колес, каркасов и сеток арматуры железобетона и др. изделий. Значительные работы проведены по комплексной механизации производства деталей сварных конструкций, в результате которых созданы и успешно эксплуатируются автоматические и механизированные линии очистки и грунтовки исходного материала, изготовления деталей из листа, фасонного проката и труб.

Цель: научиться разрабатывать технологический процесс изготовления сварной конструкции – сварной балки, нормировать время на изготовление сварной конструкции, рассчитывать массу наплавленного металла.

1. Общая часть

1.1 Технологичность сварной конструкции и этапы ее проектирования

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Сварка – экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.

Сварные соединения имеют достоинства:

1. прочность и надежность;

2. простота конструктивной формы;

3. экономичны по расходу металла;

4. возможны автоматизации и механизации процесса сварки.

Недостатки сварочных соединений:

1. наличие остаточных сварочных напряжений в металлоконструкциях;

2. деформация изделий от усадки сварочных швов;

1. большая чувствительность металлоконструкций к концентрации напряжений и хрупкости.

Подкрановая балка изготавливается сварной, из низколегированной стали: С 09Г2С по ГОСТ27380–80.

Особенностью этой стали является низкое содержание углерода и высокие механические характеристики. Эта сталь хорошо сваривается и имеет высокие показатели по ударной вязкости. Низколегированные стали устойчивы к коррозии.

Марка стали выбирается по СНИП-2–23–81 «Нормы проектирования».

1.2 Существующий технологический процесс и его недостатки

Технологический процесс – это часть производственного процесса, содержащая действие по изменению предмета производства.

Технологический процесс должен обеспечить изготовление конструкции при минимальной трудоемкости операций, минимальном расходе сварочных материалов и электроэнергии, с высоким качеством сварных соединений, при наименьших остаточных деформациях конструкции и полном соблюдении мер по технике безопасности.

Технологическая картина – основной производственный документ, в котором приведены все данные о заготовке, сборке, сварке и контроле качества балки. Для того чтобы изготовить сварную балку необходимо составить форма технологического процесса сборки-сварки изделия.

Форма технологического процесса сборки-сварки изделия

№

операции

Наименование и краткое содержание операции

Оборудование и инструмент для сборки и сварки

1

Зачистка. Основной металл очищают от ржавчины, масла, влаги, рыхлого слоя окалины. Допускается зачистка не всей поверхности свариваемых деталей, а только части поверхности кромок шириной 30–40 мм. Особенно тщательно зачитают торцы свариваемых кромок.

Для удаления масел применяют ветошь.

Дробометную машину.

2

Правка. Правку листовой стали производят в холодном состоянии. При этом устраняют общие и местные неровности, волнистость кромок, саблевидность. Правку мелких листовых деталей после резки на гильотинных или пресс-ножницах выполняют на листе металла 25–30 мм. Детали раскладывают в один слой, и лист с деталями пропускают между валками листоправильной машины до полного выправления металла.

Четырехвалковая правильно – гибочной машине Х2М-С-600 (Чехословакия). Листоправильная машина.

3

Разметка. Разметкой называют процесс вычеркивания детали на материале в натуральную величину с нанесением линей сгибов, вырезов и центров отверстий. При заготовке нескольких одинаковых деталей их размечают по шаблону с допуском на резку.

Мерительный инструмент.

4

Резка. Для холодной резки прокатной стали преимущественно применяют гильотинные, уголковые и сортовые ножницы для резки балок и швеллеров, снабженные различными приспособлениями. Широко применяют

кислородную и плазменную резку. Кислородную резку следует выполнять

механизированными способами-автоматами и переносными

полуавтоматами.

Так как подкрановая балка является ответственной несущей конструкцией,

высота неровностей реза после машинной газовой резки должна быть не

более 0,3 мм, в противном случае необходимы продольные кромки балки

строгать на кромкострогальном станке модели НВ Фирмы «Вагнер», ФРГ.

Кромкострогальный станок модели НВ Фирмы «Вагнер», ФРГ. Гильотинные, уголковые и сортовые ножницы.

5

Подготовка кромок под сварку. Подготовка кромок состоит в ровной обрезке и разделке их по определенной

форме в зависимости от толщины металла.

Для разделки кромок используют механическую обработку: токарную,

строгание, фрезерование, обрезку на гильотинных ножницах.

Зачистку кромок выполняют механическими способами: пескоструйным,

дробеструйным, металлическими щетками, абразивными кругами или

химическим способом.

Токарные,

строгальные, фрезеровочные станки. Обрезку на гильотинных ножницах.

6

Сборка. Сборка сварной конструкции заключается в размещении ее элементов в порядке технологической карты и предварительном скреплении их между собой с помощью приспособлений и наложений прихваток.

От качества сборки в значительной степени зависит качества сварной конструкции.

1. клинья;

2. упоры из листов и угловых профилей;

3. угловая сталь на прихватках с болтом;

4. скобы;

5. струбцина (Рис. 1) см. приложение стр. 12.

7

Сварка. Это наиболее производительный способ электродуговой сварки; его применяют для прямолинейных стыковых швов длиной более 500 мм, продольных и кольцевых швов листовых конструкций и угловых швов длиной болееЗм. Сварку производят голой электродной проволокой. Место сварного шва покрывают ровным слоем флюса толщиной 30–40 мм.

Для сварки используется проволока марки Св08Г2СА и флюс марки АН-348, ОСЦ-45, А348АМ.

Сварочный выпрямитель типа ВКС-500–1. (Рис. 5) см. приложение стр. 24.

Трактор ТС-32. (Рис. 4) см. приложение стр. 23.

2. Специальная часть

2.1 Меры по усовершенствованию технологического процесса сборки-сварки конструкции, усовершенствованный технологический процесс

Для усовершенствования технологического процесса необходимо:

1. применять наиболее прогрессивные методы вырезки деталей без разметки по механическим копирам на станках с программным управлением;

2. для сварки балок применить кантователь с электромеханическим приводом грузоподъемностью 5т, который обеспечит поворот балки в положение, удобное для сварки (Рис. 2) см. приложение стр. 14.

Рис. 2 Кантователь для сварки конструкции

2.2 Вспомогательное оборудование для сборки и сварки

Балочные и решетчатые конструкции.

Балочные конструкции. Сечения сварных балок со сплошной стенкой, получивших наибольшее распространение, показаны на (рис. 3) С экономической точки зрения рационально использовать в сварных конструкциях штампованные или гнутые листовые профили.

Рис. 3. Поперечные сечения сварных балок со сплошной стенкой

На (рис. 4) изображены некоторые сечения сварных балок, выполненные из гнутых профилей.

Сечения 1, б, 6 и 7 требуют обработки кромок, сечения 6 и 7 – снятия фасок под сварку. Для изготовления сечений 1, 2, 9 и 10 необходим большой ход пресса (глубокая гибка).

Рис. 4. Типы сварных балок замкнутых сечений из гнутых профилей

Для сечений 4, 8 и 9 при большой толщине листов используют два штампа (для каждого элемента балки свой штамп). Соединение двух элементов сечений 8, 9, 10, 11 и 12 возможно как дуговой, так и контактной (точечной или шовной) сваркой.

При применении дуговой сварки наиболее удобно сечение 1 и 7, а при применении контактной сварки – сечения 8 и 11.

Широко применяются двутавровые балки с поясными швами, выполненными автоматической сваркой под флюсом. В зависимости от характера нагрузки и размеров двутавровых балок устанавливают ребра жесткости.

На (рис. 5) показаны конструкции вертикальных ребер жесткости и крепление их к поясам балок. При креплении ребер жесткости к нижнему растянутому поясу стремятся избегать швов, расположенных поперек действующих растягивающих усилий. Как правило, вертикальные ребра жесткости устанавливают и приваривают по окончании сварки поясных швов. При сборке балок, кроме хорошей подгонки, большое внимание должно быть уделено симметрии расположения и взаимной перпендикулярности полок и стенок.

Рис. 5. Элементы жесткости сварных двутавровых балок

На (рис. 6) показан порядок сборки балки с применением простейших приспособлений. По разметке (рис. 6, а) на листах полок устанавливают и прихватывают коротыши 2. К стенке крепят, временный уголок жесткости 5. Потом на полку устанавливают стенку (рис. 6, б) выверяют ее по слесарному угольнику 6 и прихватывают. Таким же образом собранный тавр устанавливают, выверяют и прихватывают к другой полке (рис. 6, в). С целью устранения угловых деформаций в местах расположения монтажных отверстий в ряде случаев устанавливают кассеты (рис. 6, г) и при помощи винтов полкам придают предварительный изгиб, обратный ожидаемому от усадки сварных швов.

Кондуктор с винтовыми прижимами для сборки двутавровых балок постоянного сечения показан на (рис. 7). К раме приварены поперечные балки, несущие упоры с прижимными болтами (рис. 7, а). Вертикальную стенку собираемой балки укладывают на продольные швеллеры, после чего устанавливают полки. Детали плотно прижимают друг к другу и прихватывают. Настройкой поддерживающих винтов достигают симметричного расположения

Стенки полок. Иногда вертикальный лист прижимают винтами при помощи съемных траверс (рис. 7, б). В промежутках между упорами в местах неплотного прилегания деталей ставят хомуты (рис. 7, в) винтами и гайки поддерживающих винтов крепятся на болтах и могут переставляться в зависимости от высоты собираемой балки. Расстояние между продольными швеллерами можно изменять за счет вставки.

Рис. 6. Сборка двутавровой сварной балки по разметке:

а – отдельные листовые детали, подготовленные к сборке;

б – сборка стенки с первой полкой;

в - сборка стенки со второй полкой;

г – установка кассет в местах в местах расположения монтажных отверстий;

1,3,4 – листы элементов балки;

2 – коротыши из уголков;

5 – временный уголок жесткости;

6 – слесарный угольник;

7 – кассеты.

Рис. 7. Сборочный кондуктор для балок постоянного сечения:

1 – рама; 2 – поперечные балки, 3,4 – упоры, 5 – прижимные болты,

(У – продольные швеллеры); 7 – поддерживающие винты,

8-прижимные винты, 9 – съемные траверсы, 10 – хомуты

3. Технологическая часть

3.1 Выбор и обоснование оборудования Автоматическая сварка под флюсом

Поясные швы балки свариваются автоматической сваркой под флюсом. Это наиболее производительный способ электродуговой сварки; его применяют для прямолинейных стыковых швов длиной более 500 мм, продольных и кольцевых швов листовых конструкций и угловых швов длиной болееЗм. Сварку производят голой электродной проволокой. Место сварного шва покрывают ровным слоем флюса толщиной 30–40 мм. Мощность сварочной дуги при автоматической сварке 40–60 квт – это в 6–7 раз больше, чем при ручной. При этом способе сварки электрическая дуга горит под зернистым сыпучим материалом, называемым сварочным флюсом. Под действием тепла сварочной дуги расплавляются электродная проволока и основной металл, а также часть флюса. В зоне сварки образуется полость, заполненная парами металла, флюса и газами. Газовая полость ограничена в верхней части оболочкой расплавленного флюса. Расплавленный флюс, окружая газовую полость, защищает дугу и расплавленный металл в зоне сварки от вредного воздействия окружающей среды, осуществляет металлургическую обработку металла в сварочной ванне. По мере удаления сварочной дуги расплавленный флюс, прореагировавший с расплавленным металлом, затвердевает, образуя на шве, шлаковую корку. После прекращения процесса сварки и охлаждения металла шлаковая корка легко отделяется от металла шва. Неизрасходованная часть флюса специальным пневматическим устройством собирается во флюсоаппарат и используется в дальнейшей сварке.

Достоинства способа

Производительность сварки – это количество расплавляемого металла в единицу времени, прямо пропорциональна величине сварочного тока. При сварке под флюсом вылет электрода значительно меньше, чем при ручной дуговой сварке. Поэтому можно, не опасаясь перегрева электрода и отделения защитного покрытия, в несколько раз увеличить силу сварочного тока. Плавление электродного и основного металла происходит под флюсом, надежно изолирующим их от окружающей среды. Флюс способствует получению чистого и плотного металла шва, без пор и шлаковых включений, с высокими механическими свойствами. Работа на высоких плотностях тока в электроде позволяет производить сварку металла значительной толщины без разделки кромок. Практически отсутствуют потери на угар и разбрызгивание электродного металла. Процесс сварки почти полностью механизирован. Простота процесса позволяет использовать для обслуживания сварочных аппаратов сварщиков-операторов без длительной подготовки. Автоматическая сварка под флюсом по сравнению с ручной дуговой сваркой значительно улучшает условия труда сварщика-оператора, повышает общий уровень и культуру производства.

Технико-экономические показатели способа. Максимальная скорость сварки однофазной дугой под флюсом при удовлетворительном формировании шва -70 м/ч. Производительность механизированной сварки под флюсом 6–21 кг/ч. Коэффициент наплавки 14–18 г./(А.ч). Потери на угар и разбрызгивание составляют 1–3%. Электродная проволока.

Для сварки низколегированной стали используют проволоку марки Св -08Г2С. Проволока должна быть хорошо очищена от ржавчины, жиров, грязи и не иметь резких перегибов, затрудняющих ее подачу.

Сварочные флюсы

Сварочный флюс – один из важнейших элементов, определяющих качество металла шва и условия протекания процесса сварки. От состава

флюса зависят составы жидкого шлака и газовой атмосферы. Взаимодействие шлака с металлом обуславливает определенный химический состав металла шва. От состава металла шва зависят его структура, стойкость против образования трещин. Флюсы выполняют следующие функции: физическую изоляцию сварочной ванны от атмосферы, стабилизацию дугового разряда, химическое взаимодействие с жидким металлом, легирование металла шва, формирование поверхности шва. Для сварки строительных конструкций применяют плавленые и керамические флюсы. Керамические флюсы – механическая смесь тонкомолотых компонентов, связанных жидким стеклом в единую массу, из которой путем грануляции получены зерна размером 1,5–2 мм. Зерна прокаливают в электрической печи. Наиболее широко применяют для сварки низколегированной стали флюсы: АН-348-А, ОСЦ-45, АН-60, АН-348АМ по ГОСТ 9087–81 в сочетании с проволокой Св -08 А, Св – 08 ГА, Св – 10Г2 по ГОСТ2246–70.

Автоматическую сварку стыковых швов можно вести в один проход с двухсторонним формированием шва на флюсовой подкладке и с предварительной ручной подваркой шва с обратной стороны. Под однопроходную сварку с двухсторонним формированием шва детали должны быть собраны с зазором, обеспечивающим свободное прохождение ножа, крепящего ползун трактора ТС-32. Для свободного продвижения ножа в зазоре кромки свариваемых деталей нельзя обрезать кислородом, Сборку деталей следует производить на «гребенках», удаляемых по мере перемещения сварочного автомата. (Рис. 8) см. приложение (стр. 23).

Рис. 8 Трактор ТС-32

1. Формирующий медный ползун;

2. Нож;

3. Сборочная гребенка, удаляемая по мере перемещения трактора.

Технологические указания по производству автоматической сварки под флюсом:

1. копираппарат и электрод должны двигаться точно по оси шва;

2. слой флюса должен полностью закрывать сварочную дугу;

З. при сварке кольцевых швов цилиндрических конструкций электрод следует смещать от вертикальной оси на 25–60 мм в сторону обратную направлению вращения цилиндра;

4. сварку кольцевого шва следует начинать на расстоянии не менее 150 мм от начала или конца предварительно полностью заваренного шва.

Источник питания.

Сварочный выпрямитель типа ВКС-500–1 (Рис. 9)

Назначение

Выпрямитель предназначен для питания сварочной дуги постоянным током при ручной и автоматической сварке под слоем флюса.

Рис. 9 Сварочный выпрямитель типа ВКС500–1

Краткое описание

Выпрямитель однопостовой состоит из силового понижающего трансформатора, выпрямительного блока, пускорегулирующей и защитной аппаратуры.

Выпрямительный блок собран по шеститактной кольцевой схеме из кремниевых вентилей. Соединяется с трансформатором шинами.

Охлаждение вентилей и трансформатора воздушное принудительное; осуществляется вентилятором. Внешняя вольтамперная характеристика трансформатора – падающая.

Технические данные

Номинальный сварочный ток….500. А

Пределы регулирования тока…100–650а

Потребляемая мощность………20 кВ-А

Напряжение

питающей сети……………………380 В

номинальное рабочее………….40 В

холостого хода…………………..78 В

Размеры

длина………………………………870 мм

ширина………………….…………650 мм

высота……………………………..1215 мм

Масса………………………………385 кг

Неисправности по работе автоматов и способы их устранения

Неисправность

Возможные причины

Способ устранения

В процессе сварки наблюдаются, неравномерная подача проволоки и обрывы дуги при нормально работающем двигателе падающего механизма.

1. сработался падающий
ролик.

2. перегиб в шланге.

3. слабый зажим
проволоки в падающем механизме.

1. заменить подающий
ролик.

2. растянуть шланг,
чтобы не было прогибов.

3. отрегулировать
прижимным роликом
зажим проволоки в
падающем механизме, чтобы не было пробуксовки проволки.

Неустойчивое горение дуги,

сопровождающееся нагревом отдельных контактов в сварочной цепи.

Не обеспечена плотность контактов в сварочной цепи (зажимов сварочных приводов на пульте управления и в падающем механизме, крепления шлангового держателя на подающем механизм, соединения горелки со шлангом).

Проверить рукой нагрев всех контактов сварочной цепи. При повышенном нагреве обеспечить плотное соединение контактов.

При замыкании электрода не возбуждается сварочная дуга.

1. не включен
выключатель на аппаратном ящике

2. не включен источник сварочного тока.

1. включить выключатель

2.включить источник сварочного тока.

Усиленный нагрев

держателя при сварке на большом токе.

Не поступает вода в держатель для

Охлаждения.

Проверить соединение водяного охлаждения и обеспечить плотность крепления резиновых трубок к штуцерам, перегибы в шлангах подачи и отвода воды.

Образование пор.

1. неправильно выбран химический состав сварочной проволоки

2. плохая газовая защита.

Заменить проволоку на требуемую.

Возможные неполадки в работе редукторов и их устранение

Неисправности

Причины неисправности

Метод устранения

Пропуск газа в соединениях.

Неплотности:

1. под накидной гайкой;

2. под штуцером
манометра;

3. в кожухе манометра.

1. подтянуть ключом накидную гайку или сменить фибровые прокладки;

2. подтянуть ключом штуцер манометра или сменить фибровую прокладку;

3. заменить манометр.

Не поступает или плохо поступает газа через редуктор.

1. засорение фильтра
редуктора;

2. замерзание редуктора.

1. фильтр вынуть из
штуцера, прочистить и промыть бензином Б-70;

2. отогреть чистыми
тряпками, смоченными.

Падение давления в редукторе.

1. повреждена мембрана;

2. не плотность по периметру;

1. заменить мембрану;

2. устранить не плотность.

При точном соблюдении технологического процесса сварки на выбранном оборудовании мы изготавливаем конструкции, отвечающие всем нормам и требованиям чертежа на данное изделие.

Применение механизированных сборочно-сварочных приспособлений облегчает труд сварщика, повышает производительность его труда, а, следовательно, и уровень его заработной платы.

3.2 Выбор и обоснование сварочного инструмента

Инструмент сварщика

Рис. 10. сварочного инструмент

Инструмент сварщика – это совокупность орудий, употребляемых им в производстве, а именно: сварочный инструмент (электрододержатели, горелки и д.р.), инструмент для зачистки шва и свариваемых кромок, для подгонки соединяемых деталей, инструмент для наладки сварочного оборудования и приспособлений и мерительный инструмент.

Для зачистки шва и свариваемых кромок в сварочном производстве применяются:

Молоток-шлакоотделительлитель (рис. 10, а), представляющий собой инструмент с острыми и узкими рабочими поверхностями. Он предназначен для удаления шлаковой корки, особенно с угловых швов или швов, расположенных в узкой, глубокой разделке между кромками.

Проволочные щетки (рис. 10, б) применяются зачистки кромок перед сваркой и для удаления с поверхности шва остатков шлака. Щетки могут быть плоскими (широкими или узкими) или цилиндрическими (в виде кисти) для зачистки швов, расположенных в узком зазоре.

Наряду с ручным для зачистки применяется и механизированный инструмент.

Ручные шлифовальные машинки с пневматическим или электроприводом. Зачистка кромок перед сваркой выполняется шлифовальным кругом, закрепленным на шпинделе двигателя или в ручном приспособлении. В последнем случае шлифовальный круг вращается при помощи гибкого вала, что облегчает условия работы сварщика.

Для удаления с металлических поверхностей непрочно сцепленной окалины, брызг, краски и для других работ применяются также проволочные щетки (дисковые или торцовые).

Пневматические молотки предназначены для зачистки сварных швов от шлака и брызг, для удаления дефектных участков шва и т.п.

К инструменту сварщика относят слесарный инструмент для подгонки соединяемых деталей (вилки, струбцины, кувалды), для кантовки горячих деталей, а также инструмент для наладки сварочного и технологического оборудования.

Сварочные головки

Основные назначения сварочной головки (подача электродной проволоки в зону сварки с заданной скоростью и подвод к ней сварочного напряжения) такие же, как у шланговых полуавтоматов. Однако в автоматах сварочная головка имеет ряд особенностей, обусловленных непосредственной подачей проволоки в мундштук, (без гибкого направляющего шланга), применением широкого диапазона диаметров проволоки (иногда до 12 мм), большим диапазоном регулирования скоростей подачи, значительным числом корректировочных устройств. Устройство головки сварочного автомата (рис. 11) см. приложение (стр. 34).

Приводные устройства механизма подачи выполнены в основном так же, как и приводные устройства полуавтоматов. И здесь в большинстве случаев применяются головки с постоянной скоростью подачи, независимой от напряжения дуги, причем эта скорость может настраиваться отдельными ступенями или плавно в широком диапазоне. Однако, как уже было установлено, саморегулирование дуги происходит надежно только при плотностях тока в электроде, превышающих некоторое критическое значение. Так как при автоматической сварке применяется более толстая проволока или даже лента, то иногда могут возникнуть условия, когда восстановление режима при случайных его изменениях недопустимо затягивается или режим вообще не восстанавливается. С уменьшением плотности тока в электроде резко возрастает влияние изменения параметров электрической цепи при колебаниях напряжения, нагрева обмоток источника питания, нестабильности контактов, изменения крутящего момента на валу двигателя подачи, изменения вылета электрода и др. В этих случаях применяются автоматические регуляторы. Чаще всего головки с автоматическим регулированием снабжены регуляторами напряжения дуги, воздействующими на скорость подачи электрода.

Рис. 11. Токоподводящие мундштуки:

а – роликовый, б – колодочный, в - сапожковый,

г – трубчатый; 1 – указатель, 2 – контактирующие ролики, 3 – направляющий штырь,

4, 6 – пружины, 5 – корпус, 7 – колодка подвижная, 8 – токоподвод, 9 – крепление токоподвода,

10 – неподвижная колодка, 11 – гайка,

12 – наконечник, 13 – трубка, 14 – вставка,

15 – токоподвод.

Токоподводящий мундштук предназначен для направления электрода в сварочную ванну и для подвода к нему тока. Мундштуки бывают роликовыми, колодочными, трубчатыми.

Роликовый мундштук (рис. 11, а) имеет два или три контактных, не вращающихся ролика 2, укрепленных на токоведущем корпусе 5. Поджим проволоки к контакту, необходимый для надежного токоподвода, осуществляется пружиной 6.

Колодочный мундштук (рис. 11, б) состоит из двух контактных колодок 7 и 10. Колодка 7 может перемещаться на штыре 3 под действием пружины 4. Ток подводится к обеим колодкам или только к неподвижной колодке.

Для тонкой проволоки (1,6–2,5 мм) пригодны трубчатые мундштуки. Они имеют изогнутую направляющую в горелках для полуавтоматической сварки или направляющую прямую (рис., в). На конец трубки 13 при помощи накидной гайки крепится эксцентрически расположенный наконечник 12, Таким образом, контакт обеспечивается за счет упругих сил в изогнутой проволоке.

Контактирующие детали мундштуков довольно быстро изнашиваются; причинами износа являются сильное трение, электроэрозия и подгорание контактов. Износ мундштуков снижает точность направления электрода в зону сварки, ухудшает надежность токоподвода, вызывает искрение. Наблюдаются случаи сварки электрода с мундштуком и перерывов в горении дуги. Износ компенсируется поворотом контактирующего ролика 2 или наконечника 12, заменой вкладышей в колодках 7 я 10 или сапожка 15.

Контактирующие детали мундштуков изготавливают из «меди Ml, M2, МЗ или МЦ, бронзы марок Бр. АЖ-9–4, Бр. Х – 0,8, Бр. Б-2 со сменными вставками из твердых сплавов, например, марки ВК-8, МВ-20и др.

3.3 Расчет режимов сварки

Под свариваемостью понимается отношение металла к основным процессам: тепловому воздействию на металл в околошовных участках, плавлению, кристаллизации металла в зоне сплавления.

Отношение металла к конкретному способу сварки и режиму называют технологической свариваемостью.

Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, в результате которых образуется неразъёмное сварное соединение.

Свариваемость стали в работе определяется по косвенному методу оценки свариваемости и заключается в определении количества углерода в стали.

По свариваемости стали делятся на четыре группы

Группа свариваемости

Углеродистые

ГОСТ 380–71

ГОСТ 1050–60

ГОСТ 1435–54

Конструкционные

Легированные

ГОСТ 4543–71

ГОСТ 5058–63

Высоколегированные

ГОСТ 5632–72

ГОСТ 7419–55

ГОСТ 5952–63

Хорошая

Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст08, 10, 15, 20, 25

15Г, 20Г, 15Х, 15ХА, 20Х, 15ХМ, 20ХГСА, 10ХСНД, 10ХГСНД

08Х20Н14С2, 20Х23Н18, 08Х18Н10, 12Х18Н9Т, 15Х5

Удовлетво-

рительная

Ст5, 30, 35

12ХН2, 12ХНЗА, 20ХНЗА, 20ХН, 20ХГСА, 30Х, 30ХМ, 25ХГСА

30Х13, 12Х17, 25Х13Н2

Ограничен-

ная

Ст6, 40, 45, 50

35Г, 40Г, 45Г, 40Г2, 35Х, 40Х, 45Х, 40ХМФА, 40ХН, 30ХГС, З0ХГСА, 35ХМ, 20Х2Н4А, 18Х2Н4МА, 4ХС

17Х18Н9, 12Х18Н9, 20Х23Н18, 36Х18Н25С2

Плохая

65, 70, 75, 80, 85, У7, У8, У9, У10, У11, У12

50Г, 50Г2, 50Х, 50ХН, 45ХН3МФА, ХГС, 6ХС, 7Х3

40Х10С2М, 40Х13, 95Х18, Р18, Р9, 9ХС, 8Х3, 5ХНТ, 5ХНВ

Первая группа – хорошо сваривающиеся, у которых Сэкв не более 0,25. Эти стали при обычных способах сварки не дают трещин. Сварка таких сталей выполняется без предварительного и сопутствующего подогрева, без последующей термической обработки.

Вторая группа – удовлетворительно сваривающиеся, у которых Сэкв в пределах 0,25–0,35. Такие стали допускают сварку без появления трещин только в нормальных производственных условиях, когда температура окружающей среды выше 0 С и отсутствует ветер и т.д. В условиях, отличающихся от нормальных, для предупреждения образования трещин сварка сталей этой группы выполняется с предварительным подогревом или с предварительной и последующей термообработкой.

Третья группа с ограниченной свариваемостью Сэкв в пределах 0,35–0,45. К этой группе относят, стали, которые в обычных условиях сварки склоны к образованию трещин. Как правило, сварка таких сталей производится по специальной технологии, регламентирующей режимы предварительной термообработки подогрева и тепловой обработки после сварки.

Четвертая группа с плохой свариваемостью. Стали, входящие в эту группу, наиболее трудно поддаются сварке, склонны к образованию трещин. Сварка и выполняется с обязательной предварительной термообработкой перед сваркой, подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Сэкв для этих сталей более 0,45. Сэкв = 0,51 сопоставляется с эквивалентными содержанием углерода, по которому определяется свариваемость: при С_экв= 0,51 – свариваемость хорошая.

Для низколегированной стали 09Г2С особенностью является низкое содержание и углерода. Она хорошо сваривается и имеет высокие показатели по ударной вязкости, устойчива к коррозии и применяется для конструкций с тяжелым режимом работы.

Химический состав стали С09Г2С

Класс

прочн

Уров

кон

Угле

Не более

Марг

Mn

Азот

N

Крем

Si

Медь

Cu

Фосф

P

Сер

S

Мол

Mo

Ва

V

К 50

2

0,09

1,3–1,7

0,010

0,6

0,05

0,015

0,010

0,06

0,01

Режимы автоматической сварки под флюсом

d

электродной проволки, мм

4

Толщина металла, мм

Зазор в стыках, мм

Сила сварочного тока, А

Напряжение дуги, В

Скорость сварки, м/ч

Скорость подачи эл-ой пров-ки, м/ч

4

0–2

450

28–30

54

64

5

0–2

470

30–32

–

73

6

0–2,5

540

–

47,5

–

8

0–3

600

32–34

–

83

10

0–4

600–650

34–36

41,5

95

12

0–5

650–700

–

–

108

14

–

700–750

36–38

36,5

123

16

–

750–800

–

32

–

18

–

850–900

38–40

28

142

20

–

900–950

–

24,5

164

Режим автоматической сварки под флюсом включает ряд параметров. Основные из них – сила сварочного тока, напряжение дуги, скорость сварки, диаметр электрода, род и полярность тока. Дополнительные параметры – вылет электрода, наклон электрода и др.

Параметры режима сварки выбирают исходя из толщины свариваемого металла и требуемой формы сварочного шва, которая определяется глубиной проплавления и шириной шва.

Параметры режимов и влияние их на формирование шва.

Сила сварочного тока. От силы сварочного тока зависит тепловая мощность дуги. При увеличении силы тока количество выделяющейся теплоты возрастает и увеличивается давление дуги на ванну.

Диаметр электродной проволоки. При увеличении d электродной проволоки и неизменном сварочном токе плотность тока на электроде уменьшается, одновременно усиливается блуждание дуги между концом электрода и поверхностью сварочной ванны, что приводит к возрастанию ширины шва и уменьшению глубины провара и наоборот.

Напряжение дуги. Из всех параметров напряжение оказывает наибольшее влияние на ширину шва.

Род тока и полярность. При дуговой сварке под флюсом постоянным током применяется, как правило, обратная полярность.

Скорость сварки. При увеличении скорости сварки ширина шва уменьшается. При необходимости ведения сварки на больших скоростях применяют двухдуговую сварку трехфазной дугой.

Скорость подачи электродной проволоки. Для устойчивого процесса сварки скорость сварки скорость подачи электродной проволоки должна быть равна скорости ее плавления.

Вылет электрода. При увеличении вылета увеличивается глубина проплавления. Вылет составляет 40 – 60 мм.

Наклон электрода вдоль шва. При сварке углом вперед жидкий металл подтекает под дугу, толщина его прослойки увеличивается, а глубина проплавления увеличивается.

3.4 Расчет норм времени

Нормирование времени на сварку дает возможность правильно организовать оплату труда рабочих и планировать производство.

Норма времени на сварку Т слагается из пяти элементов и рассчитывается по формуле:

Т=Тп+То+Тв+Тд+Тз

Возьмем условно время:

1) Тп – подготовительное время выделяется на получение рабочим инструктивного задания по ознакомлению с условиями выполнения сварки, на подготовку и наладку оборудования – 15 мин.

2) Тв – вспомогательное время включает время на смену электродной проволки, очистку кромок и швов, их осмотр – 20 мин.

3) Тд – дополнительное время дается на обслуживание рабочего места, на отдых и естественные надобности – 15 мин.

4) Тз – заключительное время расходуется на сдачу работы – 20 мин.

Тосн. подсчитываем по формуле:

Тосн= ;

F – площадь поперечного сечения шва в см²;

L – длина шва в см;

– удельный вес наплавленного металла в Г/см³.

Для малоуглеродистых сталей = 7,85 (Г/см³)

– коэффициент наплавки в Г/Ач;

I – сварочный ток в А;

60 – коэффициент для перевода часов в минуты.

Fсеч. подсчитываем по теореме Пифагора, так как сечение шва с катетом 8 и с катетом 6 будет являться прямоугольным треугольником.

1) 6² = х² + х² 2) 8² = х² + х²

2х² = 36 2х² = 64

х² = = 18 х² = = 32

х = х =

Площадь прямоугольного треугольника подсчитываем по формуле:

SА = ав;

Где а – высота треугольника;

в - основание.

1) S₆ = = 18 = 9 (мм) = 0,9 (см²);

2) S₈ = = 32 = 16 (мм) = 0,16 (см²);

S = F;

= 18 (Г/Ач);

L₆ = 14 2 112 = 3136 (см) = 313,6 (мм);

L₈ = 18 2 36 = 1296 (см) = 129,6 (мм);

Тосн.св₆ = = = 16,411 (мин) 16,4 (мин);

Тосн.св₈ = = = 6,493 (мин) 6,5 (мин);

Т = Тосн.св₆ + Тосн.св₈ + Тп + Тв + Тд + Тз;

Т = 15 + 16,4 + 6,5 + 20 + 15 + 20 = 92,9 (мин) – 1 ч. 33 мин.

3.5 Расчет массы наплавленного металла

G = FL;

G₆ = 0,9 313,6 7,85 = 2215,6 (г);

G₈ = 0,9 129,6 7,85 = 915,6 (г);

Gобщ = 2215,6 + 915,6 = 2131,2 2 (кг) 130 (г).

3.6 Контроль качества сборки и сварки

Контроль качества сварочных работ. Он начинается еще до того, как сварщик приступит к сварке к сварке. Проверяют качество основного материала, который должен соответствовать требованиям сертификата. При наружном осмотре проверяют отсутствие на металле окалины, ржавчины, трещин, расслоения.

Контроль качества сварочной проволоки.

Каждая бухта сварочной проволоки должна иметь бирку, на которой указан товарный знак предприятия – изготовителя.

Контроль сборки

В собранном узле контролируются: зазоры между кромками свариваемых деталей, отсутствие или малая величина которых приводит к не провару корня шва, а большая – к прожогам и увеличению трудоемкости сварки, относительное положение деталей в узле, правильное положение прихваток.

Контроль качества сварки в готовом изделии

Для этой цели осуществляют:

1. внешний осмотр и обмер детали;

2. испытание на плотность, просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами;

3. контроль ультразвуком

4. магнитные методы контроля;

5. механические испытания.

Технические условия на сварочную проволоку

Электродная проволока при автоматической и полуавтоматической сварке и сварке в среде защитных газов является одним из основных элементов, определяющих качество сварного соединения. Поэтому ее выбирают в соответствии с химическим составом свариваемого материала, флюса или видам защитного газа так, чтобы механические свойства наплавленного металла были не менее нижнего предела механических свойств свариваемого металла и имели наименьшую склонность к горячим трещинам. Ввиду этого сварочная проволока должна содержать минимальное количество серы и углерода, а для обеспечения требуемых механических свойств проволока может иметь дополнительные легирующие элементы. Также следует учитывать марку применяемого флюса.

Технические условия на флюс

При выборе флюса необходимо иметь в виду, что флюс является одним из важнейших элементов для осуществления процесса сварки, определяющим вместе с проволокой и режимами сварки качество металла шва. Основные требования, предъявляемые к флюсам следующие.

1. Обеспечение устойчивости процесса сварки.

2. Обеспечение отсутствия трещин и пор в металле шва.

3. Обеспечение требуемых механических свойств металла шва.

4. Обеспечение хорошего формирования шва и легкой отделяемости шлака.

5. Минимальное выделение вредных газов при сварке.

6. Низкая стоимость и возможность массового промышленного изготовления.

Для сварки низколегированной стали используют флюсы: АН-348А,

ОСЦ-45, АН-60, АН-348АМ по ГОСТ 9087–81 в сочетании с проволоками

Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2 по ГОСТ2246–70.

Выбранный флюс должен соответствовать требованиям ГОСТ 9087–81, а сварочная проволока соответствовать требованиям ГОСТ2246–70.

Проверка квалификации сварщиков

Квалификацию сварщиков проверяют при установлении разряда, при допущении к выполнению ответственных работ. В каждом случае проверяют как теоретические задания, так и практические навыки.

Разряд усиливают согласно требованиям, предусмотренным тарифно-квалификационными справочниками. Испытания сварщиков производят по правилам аттестации специальной комиссии, создаваемой на заводе. Сварщику выдают удостоверение, в котором указывают конструкции, которые может сваривать сварщик.

Контроль технологического процесса сварки

Перед тем, как приступить к сварке, сварщик знакомиться с технологическими картами. Несоблюдение порядка наложения швов может вызвать значительную деформацию изделия, трудно устранимую в последствии. Не менее важным является соблюдение режима сварки. После окончания сварки швы зачищают от шлака, наплывов, а поверхность узла – от брызг металла.

Все дефекты сварных швов могут быть разделены на 3 группы (рис. 12) см. приложение (стр. 46) дефекты формы и размеров.

Рис. 12.

а – неполномерность шва б – неравномерность ширины стыкового шва в - неравномерность по длине катета углового шва.

Для устранения этих дефектов необходимо исключить: колебания напряжения в сети, проскальзывание проволоки в подающих роликах, неравномерность скорости сварки, неправильный угол наклона электрода, протекание жидкого металла в зазоры.

Рис. 13. Наружные и внутренние макроскопические дефекты:

а - наплывы, б - подрезы, в - непровар, г-трещины, д - шлаковые включения и газовые поры.

Наплывы (рис. 13, а) образуются в результате натекания жидкого металла на кромки холодного основного металла. Наплывы образуются чаще всего при выполнении горизонтальных швов на вертикальной плоскости. Причиной их может быть большой сварочный ток, слишком длинная дуга, неправильный наклон электрода, большой угол наклона изделия при сварке на спуск.

Подрезы (рис. 13, б) представляют собой продолговатые углубления-канавки, образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги, так как при этом возрастает ширина шва и сильнее оплавляются кромки. При выполнении угловых швов нельзя допускать смещения электрода в сторону вертикальной стенки.

Непроваром (рис. 13, в) называется местное не сплавление кромок основного металла. А также несплавление между собой отдельных швов при многослойной сгарке. Причинами образования непрваров являютсяшлохая зачистка металла от окалины, ржавчины и грязи, малый зазор при сборке

малый угол скоса кромок, большая скорость сварки. При автоматической сварке под флюсом непровары, как правило, образуются в начале шва, когда основной металл еще недостаточно прогрет. Поэтому сварку надо начинать со специальных выводных планках.

Трещины (рис. 13, г) являются наиболее опасными дефектами швов. Они могут возникать как в самом шве, так и в околошовной зоне. Причинами их образования являются внутренние напряжения, возникающие в процессе сварки. На образование трещин влияет повышенное содержание углерода, способствующего закалке, а также серы и фосфора. Сера увеличивает склонность металла к образованию горячих трещин, а фосфор – холодных.

Шлаковые включения (рис. 13, д) образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от окалины, ржавчины и грязи. Шлаковые включения ослабляют сечение шва и уменьшают его прочность. Газовые поры появляются в швах вследствие того, что газы, растворенные в жидком металле, при быстром охлаждении шва не успевают выйти наружу и остаются в нем в виде пузырьков. Для исключения этого дефекта нельзя допускать использования влажного или отсыревшего флюса, наличия ржавчины, масла и краски на кромках основного металла и сварочной проволоки, большой скорости сварки.

К дефектам микроструктуры относятся: повышенное содержание оксидов и различных неметаллических включений, микропоры, крупнозернистость, перегрев, пережог. Причиной образования пережога является плохая защита сварочной ванны от кислорода воздуха, а также сварка на чрезвычайно большом сварочном токе.

3.7 Требования техники безопасности при изготовлении конструкции

Санитарно-гигиенические условия и обязательные мероприятия по технике безопасности регламентируются «Системой стандартов безопасности труда», «строительными нормами и правилами». Все лица, поступающие на работу, связанную со сваркой, должны проходить предварительные и периодические медицинские осмотры.

Наибольшую опасность для здоровья сварщиков представляют соединения хрома, марганца, фтора, а также озон. Независимо от состава аэрозолей их суммарная концентрация в зоне дыхания сварщика не должна превышать 8,0 мг/м.

Противопожарные мероприятия

Сварочные цеха должны сооружаться из негорючих материалов. В местах сварки недопустимо скопление воспламеняющихся смазочных материалов, обтирочной ветоши.

Для быстрой ликвидации очагов пожара вблизи места сварки всегда должны быть бочка с водой и ведро, ящик с песком, лопата, а также ручной огнетушитель. Пожарные краны, рукава, стволы, огнетушители и другие средства тушения пожара необходимо содержать в исправности и хранить в определенных местах по согласованию с органами пожарного надзора.

Пожар может возникнуть не сразу, поэтому при окончании работы необходимо внимательно проверить, не тлеет ли что-нибудь, не пахнет ли дымом.

Электробезопасность

Корпус сварочной аппаратуры и источников тока необходимо заземлять. Кроме того, обязательно должно быть заземлено свариваемое изделие.

Перед присоединением сварочной установки следует произвести внешний осмотр, обратив внимание на состояние контактов и заземляющих проводников, наличие и исправность защитных средств.

Список литературы

1. Денисов Ю.А «Справочник сварщика», – М.: Машиностроение, 1981 г.

2. Куркин С.А. «Производство сварных конструкций», – М.: Высшая школа, 1991 г.

3. Михайлов А.Н, «Сварные конструкции», – М.: Стойиздат, 1983 г.

4. Потапьевский А.Г. «Сварка в защитных газах», – М.: Машиностроение, 1984 г.

5. Чернышев Г.Г. «Справочник электрогазосварщика и газорезчика», – М.: издательский центр «Академия», 2004 г.