Проектирование производственного участка сборки и сварки стойки

Термическая резка, в свою очередь бывает, бывает двух основных видов: кислородная и плазменно-дуговая.

Использование кислородной резки ограничивается минимальной толщиной подлежащего резке металла, равной 6 мм. С увеличением толщины разрезаемого металла экономические и технические преимущества кислородной резки по сравнению с механической резкой повышаются, и при толщине металла более 25 мм эти преимущества кислородной резки во всех случаях становятся бесспорными. Газопламенная вырезка деталей может выполняться вручную резаками, на газопламенных машинах или более современными способами. Сравнение эксплуатационных характеристик автоматической, полуавтоматической и ручной кислородной резки, в основном, приводят к следующим данным:

скорость полуавтоматической и автоматической резки выше, чем ручной; чистота реза повышается с увеличением автоматизации процесса резки и за счет использования новейших технологий. В этом случае можно сразу производить чистую разделку кромок деталей под сварку.

Области применения и экономическая эффективность плазменной резки определяются ее универсальностью в отношении разрезаемых металлов, диапазона обрабатываемых толщин, достигаемыми скоростями резки и другими ее особенностями. По используемому оборудованию плазменная резка существенно доступнее и проще в эксплуатации, может выполняться как с помощью машин, так и вручную. В диапазоне толщин изделий из стали до 40--50 мм скорость плазменной резки превышает кислородную. При толщинах, превышающих эти значения, плазменная резка уравнивается по скорости, а затем уступает газопламенной. Соответственно в диапазоне толщин до 40 мм резка плазменным резаком экономичнее, чем кислородным. При 40 мм стоимости обоих резов уравниваются, а при резке углеродистых сталей большей толщины использование газопламенного резака экономичнее.

Для резки труб и вырезки фланцев выбираем кислородную резку

Зачистка. Для удаления с поверхности кромок окалины и шлаков, получаемых после вырезки деталей газовым пламенем, кромки зачищают. Эту операцию в большинстве случаев выполняют наждачными кругами. Для этого используют шлифовальные машины

Правка деталей и заготовок. Выпрямление деталей и заготовок из листового либо широкополосного материала, искривленных в процессе вырезки их газовым пламенем производят на листоправильных вальцах.

Подготовка кромок. Тавровые соединения бывают без подготовки кромок и с подготовкой кромок (?.е. с разделкой или, иначе, с притуплением кромок). В соединениях без подготовки кромок возможен непровар корня шва. По этой причине такие соединения плохо работают при переменных и ударных нагрузках. Односторонний и двусторонний скосы кромок обеспечивают полный провар соединяемых элементов. Эти соединения имеют хорошую прочность при любых нагрузках

Очистка. Детали, соединяемые посредством сварки плавлением, в ряде случаев требуют очистки от окалины или окислов. Эта подготовительная операция может быть выполнена одним из способов: газопламенной обработкой;

пескоструйными либо дробеструйными аппаратами;

переносными наждачными кругами;

2.1.2 Выбор методов сборки

В общей трудоемкости сборочные операции занимают 2540 %. Они наименее механизированы. Сборка - совокупность операций по установке деталей в положение, предусмотренное чертежом для последующей сварки или пайки.

Помимо требований, определяемых конструкцией изделия, сборка должна удовлетворять ряду требований, вытекающих из особенностей техпроцесса сварки и пайки (допустимые зазоры, смещения кромок и др.)

Различают следующие виды сборок:

1) поузловая;

2) методом наращивания;

3) окончательная.

Сборка включает три группы операций:

1) установку деталей в положение, предусмотренное чертежом;

2) взаимное ориентирование деталей;

3) временное закрепление деталей.

В индивидуальном и мелкосерийном производстве установка деталей осуществляется либо вручную, либо с помощью грузоподъемных средств.

Операции взаимного ориентирования могут осуществляться по разметке вручную. Процесс очень трудоемкий. Для снижения трудоемкости операции взаимного ориентирования целесообразно использовать кондукторы, собранные из набора стандартизованных деталей Универсально-сборных приспособлений (УСПС), что позволит оперативно производить сборку и переналадку приспособлений под другие сборочные единицы и конструкции.

В индивидуальном и мелкосерийном производстве закрепление деталей осуществляют с помощью струбцин, скоб с клиньями и других простейших приспособлений, а также с помощью швов-прихваток.

При сварке трубы к фланцу или листу под углом 90 градусов чтобы предотвратить перекос прихватки делают в 4 местах (рис.2.). Сначала делают первую прихватку (1), проверяют угол со стороны прихватки (если нужно выправляют) после чего делают вторую с другой стороны (2), строго напротив первой и опять проверяют угол. Теперь проверяют угол со стороны не прихвачено области (3) если нужно поправляют и прихватывают, проверяют и прихватывают с противоположной стороны (4) и только после того как прихватили с четырех сторон накладывают основной шов. При больших диаметрах труб количество прихваток увеличивают до 6-8 штук. При малых можно прихватывать в трех местах на равном расстоянии.

Рис. 2.1 Сборка трубы и фланца

Если не проделать такой последовательности сборки, то в большинстве случаев трубу утянет на один бок. Особенно при сварке труб небольших диаметров.

Требования к швам прихваток:

1) прихватку выполняют только после очистки свариваемых кромок и прилегающих к ним поверхностей, шириной не менее 10мм, до металлического блеска.

2) прихваточные швы нужно выполнять с применением тех же сварочных материалов, которые будут использоваться при сварке.

3) по сечению размер прихватки не должен превышать 2/3 размера основного шва.

4) По длине прихватки могут быть либо сплошными, либо прерывистыми. Если прихваточные швы прерывистые, то их длина должна составлять не более (4ч5)д, но не более 800 мм (д - толщина свариваемых элементов)

5) Расстояние между прихватками должно быть (30ч50)д, но не более 500 мм.

6) Обязательно закреплять прихваточными швами соединяемые детали в начале и в конце стыка.

Выбираем сборку изделия на универсальном приспособлении УСПС.

2.1.3 Выбор методов сварки

Для правильного выбора способов сварки надо принимать во внимание следующие факторы:

1) свариваемость материала;

2) требования к качеству свариваемого изделия;

3) анализ возникновения деформаций.

Сталь Ст3пс сваривается без ограничений, что при правильно выбранных режимах сварки обеспечивает однородный состав металла шва, хорошее качество шва, а его механические свойства незначительно отличаются от основного металла.

Швы в изделии тавровые, толщина металла 8 мм. Пространственное положение швов - нижнее.

На основании анализа свариваемости можно сделать вывод, что данная сталь способна свариваться любыми способами сварки. Проанализируем сварку данного изделия по следующим способам: ручная дуговая сварка, сварка под флюсом и сварка в среде защитных газов.

Ручная дуговая сварка является высокоманевренным способом, но не всегда обеспечивает стабильность состава и свойства металла по всей длине шва. Кроме того, при ручной дуговой сварке требуется постоянная смена электродов, что ведет к появлению частых кратеров. Процесс ручной дуговой сварки нельзя автоматизировать - это еще один недостаток. Она обладает небольшой производительностью и не обеспечивает нужного качества формирования шва.

Сварка под флюсом имеет большее преимущество перед ручной дуговой сваркой за счет обеспечения стабильности состава и свойств металла шва, происходит более надежная защита зоны сварки от окисления легирующих компонентов кислородом воздуха, она получила применение при автоматической сварке для выполнения протяженных швов.

Сварка в защитных газах является высокотехнологичным способом, возможна сварка на больших скоростях, обладает высоким качеством формирования шва, высокой производительностью (в 10 раз выше, чем при РДС). Данный способ отличается относительной дешевизной и малой трудоемкостью. При использовании сварки в СО2 упрощается техника сварки, облегчается работа и уменьшается расход электродного металла.

Исходя из вышеперечисленного выбираем, для постановки прихваток ручную дуговую сварку, так как этот способ сварки маневренный и универсальны для выполнения основного шва - механизированную сварку в среде СО2.

Полуавтоматы для сварки с применением защитных газов оборудованы специальным клапаном, прекращающим подачу рабочего газа по окончании сварки. Состав оборудования для механической сварки представлен на рис. 2.2.

Рис. 2.2 Состав оборудования для полуавтоматической сварки в среде защитных газов

2.2 Расчет и выбор режимов сварки

Основными параметрами механизированных процессов дуговой сварки являются следующие:

- диаметр электродной проволоки dэл, мм;

- вылет ее lэл, мм;

- скорость подачи электродной проволоки Vпп, мм/с;

- сила тока Iсв, А;

- напряжение Uсв, В;

- скорость сварки Vсв, мм/с.

Полуавтоматическую сварку в углекислом газе выполняют короткой дугой на постоянном токе обратной полярности. Расстояние от сопла горелки до изделия не должно превышать 25мм.

Угловые соединения сваривают с таким же наклоном в направлении сварки и с наклоном поперек шва под углом 40 - 50о к горизонтали, смещая электрод на 1 - 1,5 мм от угла на горизонтальную полку.

Швы катетов 4 - 8 мм накладывают за один проход, перемещая электрод по вытянутой спирали.

При сварке необходимо обеспечить защиту от сдувания газа и подсоса воздуха через зазор.

Для уменьшения разбрызгивания в сварочную цепь можно последовательно включить дроссель или использовать газовые смеси аргона и СО2.

Для конструктивных элементов сварных соединений приняты следующие

обозначения:

s, s1 - толщины стенок свариваемых деталей, мм;

b - зазор между кромками свариваемых деталей после прихватки, мм;

k - катет шва;

1. Определяем толщины основного металла и катеты сварных швов, мм по чертежу: S = 8? У4 Д6.

Таблица 2.1

Зависимость диаметра электродной проволоки от толщины и катета свариваемого металла

2.Определяем диаметр электродной проволоки для механизированной и автоматической сварки, мм по таблице 2.1:

dэл =1,6 мм;

3. Вылет электрода:

Lэл =10Чdэл

Lэл = 10Ч1,6 =16 мм

4. Рассчитываем силу сварочного тока.

Iсв= jЧFэл, А

где j - плотность тока, А/мм2.

Большие значения плотности тока соответствуют меньшим диаметрам электродных проволок.

Таблица 2.2

Допустимая плотность тока в зависимости от диаметра проволоки

Из таблицы 2.2 принимаем для расчетов j = 100A /мм2

Fэл - площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм2.

Определяем площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм2

Fэл = рЧdэл2 /4

Fэл = 3,14Ч1,62/4 =2,0мм2

Определяем силу сварочного тока, A.

Iсв = 100Ч2,0= 200А

5. Определяем коэффициент расплавления бр г/А*с

бр= (0,83 + 0,22ЧIсв/dэл)Ч10-4 г/АЧс

бр = (0,83 + 0,22Ч200/1,6)Ч10-4 = 2,8Ч10-3 г/АЧс,

где Iсв- сила сварочного тока, А; 0,83 и 0,22 - эмпирические коэффициенты.

6. Определяем скорость подачи проволоки;

V пп =4Чр ЧIсв/(рЧd2эл эл)

V пп =4 Ч5,3Ч10-3Ч710/(3,14Ч32Ч7,85Ч10-3) = 35,50 мм/с,

7. Определяем напряжение на дуге:

Определяем напряжение сварочной дуги по формуле:

Uд = 20 + 50ЧIсв/1000vdэл ±1В

Uд = 20 + 50Ч200/1000v1,6±1В = 27,91±1В = 28В

8. Определяем коэффициент наплавки.

бн = бр Ч(1 - ш/100 )

где бн- коэффициент наплавки, г/А*с, - коэффициент потерь на угар и разбрызгивание при дуговой сварке в среде защитных газов, %, определяется по эмпирической формуле

Ш = - 4,72+АЧ10-2 Чj - 4,48Ч10-4Чj2

где А - коэффициент, значение которого зависит от защитного газа, для СО2 - А = 20.

Ш = - 4,72+20Ч10-2 Ч100 - 4,48Ч10-4Ч1002

бн = 2,8 Ч10-3 Ч(1-10,8/100) = 2,3 Ч10-3 г/АЧс

9. Определяем площадь наплавки:

Fн = 2Чк2/2 + 2Ч1,05ЧкЧg

где к -катет шва, мм, g - выпуклость шва, принимаем g - 1,1.

Fн = 2Ч62/2 + 2Ч1,05Ч6Ч1,1= 49,86 мм2

10. Определяем скорость сварки для швов Т3 ?6 по формуле:

Vсв = 0,9ЧрЧdэл2ЧVпп/4ЧFн, мм /с,

Vсв = 0,9Ч3,14Ч1,62*35,50 / 4Ч49,86 = 1,29 мм /с,

где Vсв- скорость сварки, мм/с, Fн- площадь поперечного шва, ммІ, 0,9- коэффициент, учитывающий потери металла на угар и разбрызгивание.

2.3 Выбор сварочных материалов

Основным требованием к материалам для сварки является обеспечение при оптимальных режимах сварного соединения, которое бы по своим эксплуатационным характеристикам не уступало основному металлу. Выбор сварочных материалов производится в соответствии с принятыми способами сварки. Общие принципы выбора сварочных материалов можно характеризовать следующими условиями:

обеспечением требуемой эксплуатационной прочности сварного соединения, т. е. определенного уровня механических свойств металла шва в сочетании с основным металлом;

обеспечением необходимой сплошности металла шва (без пор и шлаковых включений или с минимальными размерами и количеством указанных дефектов на единицу длины шва);

отсутствием холодных и горячих трещин, т. е. получением металла шва с достаточной технологической прочностью;

получением комплекса специальных свойств металла шва (жаропрочности, жаростойкости, коррозийной стойкости). Выбор стальной сварочной проволоки для механизированных способов сварки производится по ГОСТ 2246-70. Он предусматривает выпуск стальной сварочной проволоки для сварки, наплавки диаметром от 0,3 до 12 мм.

Проволоку выбирают с учетом:

способа сварки;

рассчитанных режимов сварки;

применяемого сварочного оборудования;

требуемых свойств сварных соединений;

марки свариваемых сталей.

Для сварки малоуглеродистой стали в среде СО2 рекомендуется использовать следующие марки: Св-10ГС, Св-08ГС, Св-08Г2С и др. Наиболее широкое применение находит проволока Св-08Г2С, которая в большей степени отвечает всем требованиям, предъявляемым к сварным швам по механическим свойствам и химическому составу.

Таблица 2.3

Химический состав проволок Св-08А и Св-08Г2С

Полуавтоматические сварочные аппараты работают преимущественно с проволокой, которая не имеет защитной среды, в отличие от электрода. Но сварочная ванна в таком случае остается подверженной негативному влиянию кислорода из атмосферы. Из-за этого качество получаемого шва резко падает и соединение становится крайне ненадежным. Чтобы изолировать ванну от всего, что может ей навредить, следует использовать газ для сварки полуавтоматом.

Защитные газы влияют на режим переноса металла, свойства и геометрию сварочного шва, задымленность и многие другие характеристики сварочного шва.

Правильный выбор защитного газа для процессов дуговой сварки металла могут резко повысить скорость, качество сварки и глубину проплавления.

Чистые сварочные газы. Чистые газы, используемые для сварки, это аргон, гелий, и углекислый газ. Эти газы могут иметь как положительное, так и негативное воздействие на дуговой процесс сварки и появление дефектов в сварочном шве.

Аргон. 100% аргон обычно используются для аргонодуговой TIG сварки для всех материалов и MIG сварки цветных металлов. Аргон химически инертен, что делает его пригодным для сварки химически активных и тугоплавких металлов. Этот газ имеет низкую теплопроводность и потенциал ионизации, что приводит к низкой передаче тепла на внешнюю область сварочной дуги. В результате формируется узкий столб дуги, который в свою очередь, создает традиционный для сварки в чистом аргоне профиль сварочного шва: глубокий и относительно узкий.

Гелий. Гелий также является одноатомным инертным газом, и чаще всего используется для аргонодуговой TIG сварки цветных металлов. В отличие от аргона, гелий имеет высокую проводимость тепла и потенциал ионизации, которые дают противоположный, чем при сварке в аргоне, эффект. Гелий обеспечивает широкий профиль сварочного шва, хорошее смачивание по краю и более высокое тепловложение, чем чистый аргон.

Углекислый газ. Углекислый газ CO2 - активный газ - обычно используется для полуавтоматической сварки короткой дугой и сварки порошковой проволокой. CO2 является наиболее распространенным из химически активных газов, используемых в полуавтоматической сварке. И единственным газом, который можно использовать в чистом виде без добавления инертного газа. Углекислый газ является одним из самых дешевых защитных газов, что делает его привлекательным выбором, когда материальные затраты являются основным приоритетом при сварочном процессе. CO2 обеспечивает очень глубокое проплавление, что полезно для сварки толстого металла, однако, при сварке в этом газе менее стабильна сварочная дуга, что приводит к большому образованию брызг. Также его применение ограничивается сваркой на короткой дуге и делает не возможной сварку со струйным переносом.

Сварочные смеси газов. В зависимости от сварочного процесса и материалов для сварки используется множество различных сварочных газов и их смесей.

Выбираем в качестве защитного газа СО2. Углекислый газ, предназначенный для сварки, соответствует ГОСТ 8050-85, который в зависимости, от содержания СО2 предусматривает два сорта сварочной углекислоты: первый сорт - с содержанием CQ2 не менее 99,5%, второй сорт - с содержанием СО2 не менее 99%.

2.4 Выбор приспособлений

Для резки труб используем машину переносную Орбита-ручная (Орбита Р) (рис.2.).

Поставляется в комплекте с цепью для труб на диаметры 200-1420мм.

Диаметры разрезаемых труб - 200-1420 мм.

Комплект поясов для резки труб Ш320-1420мм.