Технология сборки и сварки рештака

2.2 Выбор способа сварки

Выбор способа обусловлен рядом факторов:

- лёгкость монтажа в заводских условиях;

? возможность сварки стали 30ХГСА ГОСТ11269 - 76;

? проплавление заданной толщины металла;

- защита сварного шва и зоны термического влияния от воздействия газов атмосферы;

- высокая производительность и легкость механизации и автоматизации процесса;

- возможность сварки конструкций сложной формы и больших габаритов;

? возможность визуального наблюдения за формированием шва.

Сварка в СО имеет ряд существенных недостатков: 1 - повышенное разбрызгивание и потери электродного металла; 2 - недостаточное сопротивление хрупкому разрушению, особенно при низких температурах. При данном способе сварки довольно трудно получить мелкокапельный либо струйный перенос металла, что сказывается на характере формирования шва. Также защитный газ не обеспечивает достаточную защиту шва от влаги, содержащейся в воздухе, защитном газе, наличие которой, в свою очередь приводит к формированию пор и трещин.

Сварка в смеси СО₂ + O₂ имеет недостатки, связанные с ухудшением механических свойств вследствие повышенного выгорания Мn и Si и повышенного окисления сварочной ванны. Для сварки рекомендуется использовать проволоку, дополнительно легированную цирконием --

Св-08Г2СЦ, но данная проволока имеет более высокую цену чем проволока Св-08Г2С, хотя имеет лишь незначительные отличия.

Смесь 80% СО₂ + 20% О₂ отличается увеличенным слоем шлака по сравнению со сваркой в СО₂. Ее применяют для сварки малоуглеродистой и низколегированной стали.

Для устранения данных недостатков будем использовать механизированную сварку плавящимся электродом в смеси защитного газа (Аг + СО).

При сварке углеродистых легированных сталей применение защитной смеси Аг + (18-25%) СО по многим параметрам более рационально, чем использование чистого Аг или СО.

Процесс сварки в смеси Аг + СО более стабилен, чем в чистых газах, перенос электродного металла более мелкокапельный, разбрызгивание минимальное. Углекислый газ способствует устранению пористости в сварных швах согласно [3].

Таблица 10 - Сравнительные технологические характеристики

Защитный газ	Iсв,А	Uд,В	Q, кг/ч	ш, %	анб, %
СО2	300 - 310	30 - 33	4.3	6.7	2.0
75%Ar+ 25%CО2	300 - 310	30 - 31	5.3	2.9	0.3

где Q - количество наплавленного металла за единицу времени, кг/ч;

ш - коэффициент потерь электродного металла на разбрызгивание, %:

aнб - коэффициент набрызгивания, определяющий трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей, %. В таблице 11 приведены средние значения коэффициентов по данным трех замеров.

Таблица 11 - Механические свойства наплавленного металла

Гигиеническая оценка процесса механизированной сварки углеродистой стали в СО₂ и многокомпонентных смесях на основе аргона.

Сопоставление уровня валовых выделений твердой составляющей сварочного аэрозоля (ТССА) для различных сочетаний «защитная среда - проволока» проводились при сварке на режимах с различной погонной энергией, обеспечивающей хорошее качество сварных соединений. При отборе проб на исследование валовых выделений ТССА применен метод внутренней фильтрации на ткань ФПИ-15 и фильтры АФА-ХА-20 воздушного потока, аспирируемого из укрытия зоны сварки.

По этим результатам можно сделать вывод о том, что благодаря уменьшению окислительного потенциала защитной среды, при сварке в смесях газа на основе аргона обеспечивается уменьшение валовых выделений твердой фракции сварочного аэрозоля, а в ней - снижение содержания токсичных выделений окислов марганца и хрома.

Таблица 12 - Уровень валовых выделений ТССА при сварке в защитных газах

Защитная среда	Режим сварки	Валовые выделения
	Iсв, А	Uд, В	г/мин	г/кг
СО2	300 350	31 33	0.83 0.71	9.07 5.39
Ar + СО2	300 350	28 30	0.69 0.46	6.59 3.49

Особенности сварки в смесях газов.

Учитывая, что смесь газов на основе аргона легче, чем СО₂, то при сварке необходимо соблюдать некоторые условия:

- сварку вести, по возможности «углом» вперед;

- вылет сварочной проволоки должен быть оптимальным в зависимости от диаметра проволоки (15 - 20мм);

- исключить подсос воздуха, как в соединениях шлангов, так и сопла с горелкой.

В то же время необходимо отметить, что при сварке в смесях на основе аргона процесс сварки стабилен, по сравнению со сваркой в СО₂, даже при некоторой неравномерности подачи сварочной проволоки, а также наличия на поверхности проволоки следов технологической смазки и ржавчины.

2.3 Выбор сварочных материалов

К сварочным материалам, используемым при сварке плавлением, относятся: сварочная проволока, присадочные прутки, порошковая проволока, плавящиеся покрытые электроды, неплавящиеся электроды, различные флюсы, защитные газы. С помощью сварочных материалов реализуется процесс сварки и осуществляется сложная физико-химическая обработка расплавленных электродного и основного металлов, производимая в газовой фазе и завершающаяся в сварочной ванне, что приводит к образованию шва нужного химического состава с требуемыми свойствами. Присадочный металл требуется для получения шва с необходимыми геометрическими размерами согласно [ 4 ].

Диаметр проволок сплошного сечения при сварке в углекислом газе и смесях газов выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и пространственного положения шва. Проволоками диаметром 1,6…2 мм сваривают соединения толщиной 10…16мм, швы в различных пространственных положениях, а также корневые слои многослойных соединений. Следовательно, при механизированной сварке плавящимся электродом швов, расположенных в различных пространственных положениях, выбираем электродную проволоку диаметром до 1,6мм.

В качестве электродов используется сварочная проволока по ГОСТ 2246-70. Для сварки стали 30ХГСА в среде углекислого газа рекомендуется проволока марок Св-18ХМА, Св-18ХГС, Св-08ГСМТ (или Св-10ГСМТ) согласно [ 2 ].

Таблица 13 - Химический состав сварочной проволоки, %

Марка проволоки	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ti	S	P
							не более
Св-18ХМА	0,15-0,22	0,12-0,35	0,40-0,70	0,80-1,10	0,15-0,30	-	0,025	0,025
Св-18ХГС	0,15-0,22	0,90-1,20	0,80-1,10	0,80-1,10	-	-	0,025	0,030
Св-08ГСМТ	0,06-0,11	0,40-0,70	1,00-1,30	?0,30	0,20-0,40	0,05-0,12	0,025	0,030

Для снижения вероятности выгорания легирующих элементов следует использовать из приведенных проволок Св-18ХГС или Св-08ГСМТ. А, учитывая, что содержание углерода в металле шва не должно превышать 0,15% согласно [4], из этих двух следует выбрать Св-08ГСМТ, как содержащую меньшее количество углерода.

При сварке среднеуглеродистых высокопрочных сталей толщиной более 30мм в защитных газах используют низкоуглеродистые легированные проволоки. Однако равнопрочности металла шва и свариваемой стали получить не удается. Обеспечить равнопрочность сварного соединения и основного металла можно за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла шва. В этом случае работоспособность сварного соединения при данном соотношении свойств мягкой прослойки - шва и основного металла определяется относительной толщиной мягкой прослойки.

В наиболее полной степени эффект контактного упрочнения может быть реализован при применении щелевой разделки, представляющей собой стыковое соединение с относительно узким зазором.

Для получения мягкой прослойки применим проволоку Св-08Г2С ГОСТ 2246-70. Проволока имеет повышенное содержание кремния и марганца, которые являются хорошими раскислителями и предназначена для сварки ответственных конструкций. Металл шва имеет хорошую стойкость против образования горячих трещин и содержит наименьшее количество шлаковых включений.

Таблица 14 - Химический состав проволоки Св-08Г2С ГОСТ2246-70

C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni
0,06 - 0,11	1,80 - 2,10	0,70 - 0,95	?0,03	?0,025	?0,20	?0,25

Таблица 15 - Механические свойства сварочной проволоки Св-08Г2С

Диаметр сварочной проволоки, мм	Временное сопротивление разрыву проволоки, кгс/см(Н/мм), предназначенной
	для сварки (наплавки)	для изготовления электродов
2	90-135 (882-1274)	-

Таблица 16 - Размеры и масса мотков сварочной проволоки Св-08Г2С

Диаметр проволоки, мм	Внутренний диаметр витков мотка проволоки, мм	Масса мотка проволоки, кг не менее
2	200 - 400	15

Защитные газы делятся на две группы: химически инертные и активные. Газы первой группы с металлом, нагретым и расплавленным, не взаимодействуют и практически не растворяются в нем. Газы второй группы защищают зону сварки от воздействия воздуха, но сами либо растворяются в жидком металле, либо вступают с ним в химическое взаимодействие.

Для защиты расплавленного электродного металла и сварочной ванны будем использовать смесь газов Аг + СО.

СО₂ в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ без запаха плотностью 1,839кг/м³. Он тяжелее воздуха, что обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны, но его накапливание в зоне сварки - выше 5% - может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья согласно [10].

Получают углекислый газ из отходящих газов при производстве аммиака, спиртов, нефтепереработки, а также на базе специального сжигания топлива. При повышении давления углекислый газ переходит в жидкое (углекислота), а затем - в твердое состояние (сухой лед). При испарении 1кг жидкого диоксида углерода образуется 509л углекислого газа.

СО₂ - Химически активный газ, защищает зону сварки от воздуха, но сам вступает с жидким металлом в химическое взаимодействие. Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газификацией через редуктор или с централизованным снабжением сварочных постов через рампы. В баллоне емкостью 40л содержится 25кг СО₂, дающего при испарении 12,5м³ газа при давлении 0,1МПа (760мм рт. ст.). Баллон окрашен в черный цвет, надписи желтого цвета.

ГОСТ 8050-85 устанавливает следующие сорта углекислоты: высший, первый и второй, которые отличаются физико - химическими показателями.

Таблица 17 - Физико-химические показатели газообразной и жидкой двуокиси углерода

Наименование показателя	Норма
	высший сорт	первый сорт	второй сорт
1. Объемная доля двуокиси углерода (СО2), %, не менее	99,8	99,5	98,8
9. Массовая доля воды, %, не более	0,0	0,0	0,1
10, Массовая концентрация водяных паров при температуре 20 °С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м3, не более	0,037	0,184	Не нормируется
3. Массовая концентрация минеральных масел и механических примесей, мг/кг, не более	0,1	0,1	Не нормируется

Для сварочного производства рекомендовано использование углекислоты высшего и первого сортов. Это связано с тем, что повышенное содержание влаги создает риск возникновения пористости металла шва и насыщения его водородом, который оказывает негативное воздействие на качество сварного соединения.

Также для сварки используем аргон по ГОСТ10157-89. Для хранения и транспортировки аргона используются стандартные баллоны емкостью 40л. Объем газа в баллоне при давлении 15 МПа 6,2м, при давлении 20 МПа -- 6,2м. Баллон окрашен в серый цвет, надпись зеленая. Аргон в баллоне находится в сжатом виде обычно под давлением 15 МПа. Баллон оснащается аргоновым редуктором АР-10; АР-40 или АР-150.

Приготовление смесей Аг + СО обычно производится непосредственно на сварочных постах. Однако возможно и многопостовое снабжение смесями, а также получение смесей непосредственно на заводе -изготовителе.

Простейшим способом смешения газов является использование ротаметров. Состав смеси регулируется изменением расхода газов с помощью редукторов, установленных на баллонах с защитными газами. Соотношение газов определяется предварительно проградуированным ротаметром (например, РС-З) по положению поплавка. Ротаметр (рис.22) представляет собой конусную стеклянную трубку 1, внутри которой помещен поплавок 2, изготовленный из эбонита, алюминия или коррозионно-стойкой стали. Материал поплавка выбирают по чувствительности ротаметра при определенных его размерах. Стеклянная трубка помещена в металлический каркас З. Принцип действия ротаметра основан на уравновешивании веса поплавка выходящей струей газа. Чем выше поднимается поплавок, тем больший зазор между его боковыми поверхностями и стеклянной трубкой, следовательно, больше расход газа.

Рисунок 22 Ротаметр поплавкового типа

Однако на производстве пользоваться ротаметрами неудобно, поэтому промышленностью выпускаются стандартные смесители: АКУП-1 -- позволяет получать двойные и тройные смеси с автоматическим поддержанием состава и расхода смеси независимо от давления газов на входе; УКП-1-71 -- выпускается для смешивания СО, и О, в соотношении 70% + 30%. Для получения других соотношений и других газов необходимо подобрать соответствующие диаметры отверстий в расходных дюзах и протарировать смеситель; УСГ-1 -- многопостовой смеситель позволяет получить двойные и тройные смеси, обеспечивая одновременно до 50 постов.

Конструкция смесителя УКП-1-71 показана на рис.23.

Рисунок 23 Смеситель УКП-1-71: 1 - толкатель; 2 -- корпус; З -- редуцирующий клапан; 4 - предохранительный клапан; 5 - гайка; 6 -- крышка; 7 -- соединительная трубка; 9 -- ниппель; 8, 10 -- расходные шайбы

3. Расчет режимов сварки

3.1 Расчет режимов сварки в СО₂

Таблица 18 - Конструктивные элементы шва ГОСТ14771 - 76

Условное обозначение сварочного соединения	Конструктивные элементы	S =S1	b	c	e	q	б
	подготовленных кромок свариваемых деталей	шва сварного соединения
С15			40 - 44	2+1-2	2+1-2	26±2	2+1-2	400±2

Основными параметрами режима механизированной сварки, оказывающими существенное влияние на размеры и форму швов являются:

- диаметр электродной проволоки, мм;

- значение силы тока, А;

- напряжение дуги, В;

- скорость сварки, м/ч;

- скорость подачи проволоки, м/ч;

- погонная энергия сварки, Дж/мм;

? обеспечение термического цикла, обеспечивающего оптимальные свойства зоны термического влияния и металла шва.

При определении режима сварки необходимо выбрать такие его параметры, которые обеспечат получение швов заданных размеров, формы и качества.

Для расчёта режима сварки будет взят один основной шов. Режим остальных швов выбирается по таблицам. В качестве основного, берётся шов №4 ГОСТ 14771?76 - С15 ? УП.

При сварке проволокой диаметром 1,6…2.0мм площадь первого прохода 20…40мм², площадь второго прохода 40…60мм², площадь последующих проходов составляет 40…100мм² согласно [14].

Определим силу сварочного тока.

(11)

где диаметр электродной проволоки, 1,6мм;

- плотность тока (160А/мм²).

Сила сварочного тока для первого прохода

I_св = 270 А.

Для принятого диаметра электрода и силы сварочного тока определим оптимальное напряжение на дуге:

(12)

U_? = 26 В.

Зная сварочный ток, диаметр электрода и напряжение на дуге, определим коэффициент формы провара по формуле:

(13)

где - коэффициент, величина которого зависит от рода и полярности тока. =0,92 при плотности тока 160А/мм² при сварке постоянным током обратной полярности.

Ш_пр = 2,035

Для определения скорости сварки необходимо найти значение коэффициента наплавки б_Н по формуле:

, (14)

где ш_П - коэффициент потерь, зависящий от плотности тока в электроде.

Ш_П= - 4,72+17,6 ?10^-2 ?ј - 4,48 ?10^-4 ?ј² (15)

Ш_П= - 4,72+17,6 ?10^-2 ?160 - 4,48 ?10^-4 ?160² = 12,4%

Величину коэффициента расплавления рассчитываем по формуле:

, (16)

где l - вылет электрода, составляющий 10…20мм. Приняв l = 15мм, получим;



Определим скорость сварки для первого прохода. F = 30мм²

; (17)

V_cв = 0,1956 см/с = 7,04 м/ч

При определении количества проходов, требуемых для заполнения разделки, необходимо иметь в виду, что максимальное сечение одного прохода обычно не превышает 100мм².

F_n=F⁰_n - F_н, (18)

где F⁰_n - площадь поперечного сечения наплавленного металла;

F_н - площадь первого прохода.

F_n= 30мм²

Режим сварки последующих проходов и их число выбирают из условий заполнения разделки и плавного спряжения шва с основным металлом.

Режим сварки для второго прохода.

I_св = 320А

Напряжение на дуге;

U_д = 28В

Коэффициент расплавления;

б_р = 9,4г/Ач

Коэффициент наплавки;

б_н = 8,23г/Ач

Скорость сварки второго прохода F = 40мм²;

V_св = 0,2344см/с = 8,44м/ч

Режим сварки для третьего прохода;

Скорость сварки, напряжение на дуге, коэффициент расплавления будут такиеже, как для второго прохода. Площадь сечения шва F = 90мм^2;

V_св = 0,0869см/с = 3,13м/ч

Для последнего прохода F = 66мм², тогда;

V_св = 0,1186см/с = 4,27м/ч

3.2 Расчет режимов сварки в смеси газов Ar + СО₂

Таблица 19 - Оптимальные режимы ИДС в смеси газов Ar+25СО₂ с использованием проволоки Св-08Г2С диаметром 1.6мм согласно [7]

Vп.п, м/ч	Iс, А	Uд, В	Iи, А	фи·103, с	?и, Гц	Вид переноса электродного металла
394	270…280	26…27	500	2,6	210	струйный
425	300…310	29…30	430	3.0	235

При сварке проволокой диаметром 1.6…2.0мм площадь первого прохода 20…40мм², площадь второго прохода 40…60мм², площадь последующих проходов составляет 40…100мм² согласно [14].

Определим коэффициент формы провара по формуле:

где - коэффициент, величина которого зависит от рода и полярности тока. = 0,92 при плотности тока 160 А/мм² при сварке постоянным током обратной полярности.

Ш_пр = 2,18

Для определения скорости сварки необходимо найти значение коэффициента наплавки б_Н по формуле:

,

где ш_П - коэффициент потерь, зависящий от плотности тока в электроде.

ш_П = 2,9%[таб.10].

Величину коэффициента расплавления рассчитываем по формуле:

,

где l - вылет электрода, составляющий 10…20мм. Приняв l = 15мм, получим;



Определим скорость сварки для первого прохода. F = 30мм²;

;

V_cв = 0,3015 см/с = 10,85 м/ч

При определении количества проходов, требуемых для заполнения разделки, необходимо иметь в виду, что максимальное сечение одного прохода обычно не превышает 100мм².

F_n=F⁰_n - F_н,

где F⁰_n - площадь поперечного сечения наплавленного металла;

F_н - площадь первого прохода;

F_n= 4

Режим сварки последующих проходов и их число выбирают из условий заполнения разделки и плавного спряжения шва с основным металлом.

Режим сварки для второго прохода;

I_св = 310А

Напряжение на дуге;

U_д = 28В

Коэффициент расплавления;

б_р = 9,37г/Ач

Коэффициент наплавки;

б_н = 9,1г/Ач

Скорость сварки;

V_св = 0,2448см/с = 8,8м/ч

F = 40мм^2;

Режим сварки для третьего прохода;

Скорость сварки, напряжение на дуге, коэффициент расплавления будут такиеже, как для второго прохода. Площадь сечения шва F = 90мм²;

V_св = 0,1116см/с = 4,018м/ч

Для последнего прохода F = 66мм², тогда;

V_св = 0,1522см/с = 5,48м/ч

4. Обоснование выбора основного сварочного оборудования

4.1 Выбор источника питания

Для питания сварочной дуги при механизированной сварке в среде защитных газов используют источники постоянного тока. К ним относятся сварочные преобразователи, агрегаты и выпрямители. Главным требованием к источникам питания является обеспечение ими легкого возбуждения и стабильного горения сварочной дуги. Все источники питания характеризуются следующими основными показателями: величиной напряжения холостого хода, формой внешней характеристики, мощностью, продолжительностью работы (ПР) и продолжительностью включения (ПВ), Внешняя вольт-амперная характеристика определяющая зависимость напряжения источника от величины сварочного тока, может быть падающей (круто, полого), жесткой или возрастающей. Внешние вольт-амперные характеристики источников питания показаны на рисунке 24.

Рисунок 24 Внешние вольт-амперные характеристики источников питания: 1 - крутопадающая; 2 - полого падающая; 3 - жёсткая; 4 - возрастающая

Крутопадающую характеристику применяют для источников, предназначенных для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом толстой проволокой. Полого падающую и жёсткую характеристики используют при сварке под флюсом и в среде защитных газов тонкой проволокой. Возрастающую характеристику применяют при сварке тонкой проволокой в среде защитных газов.

В силу физических особенностей стабильность дуги и её технологические свойства выше при использовании постоянного тока обратной полярности. При использовании постоянного тока прямой полярности количество расплавляемого электродного металла увеличивается на 25…30%, но резко снижается стабильность дуги и повышаются потери на разбрызгивание. Применение переменного тока невозможно из-за нестабильного горения дуги. Сварочный выпрямитель -- это статический преобразователь энергии трехфазной сети переменного тока в энергию выпрямленного тока, которая используется для дуговой сварки. Выбор схемы выпрямителя зависит от области его применения.

Для сварки данного вида изделия будем применять сварочный выпрямитель ВДУ-350сэ.адк. Основные технические данные приведены в таблице 17.

Выпрямитель сварочный универсальный ВДУ-350сэ.адк предназначен: для ручной дуговой сварки покрытыми электродами постоянным током, а также механизированной сварки сталей сварочной проволокой в среде защитных газов в составе полуавтоматов ПДГО-350сэ.адк. Дополнительно выпрямитель может осуществлять механизированную сварку в среде аргона постоянным током в импульсном режиме. Вид климатического исполнения У3.1 по ГОСТ 15150.

Таблица 17 - Технические характеристики

Наименование показателя	ВДУ - 350сэ
1. Напряжение сети, В.	380±5%
2. Частота, Гц.	50
3. Ток потребляемый от сети, А, (не более)	30
4. Напряжение холостого хода, В, (не более)	58
5. Рабочее напряжение, В.
ММА	22 - 35
МIG - MAG	15 - 30
TIG	12 - 28
6. Пределы регулирования сварочного тока, А.
ММА	25 - 350
МIG - MAG	25 - 350
TIG	25 - 320
7. Номинальный сварочный ток, А
MMA	ПВ 100% - 350А
МIG - MAG	ПВ 100% - 350А
TIG	ПВ 100% - 320А
8. Масса, кг.	180
9. Габаритные размеры, мм.	612?577?765

Форма и размеры шва помимо прочего (скорости сварки, пространственного положения электрода и изделия и др.) зависят также от характера расплавления и переноса электродного металла в сварочную ванну. Для улучшения технологических свойств дуги применяют периодическое изменение ее мощности - импульсно - дуговая сварка (рис.25).

Рисунок 25 Изменение тока и напряжения дуги при импульсно - дуговой сварке: I_п, U_п - ток и напряжение основной дуги; I_и, U_и - ток и напряжение дуги во время импульса; t_п, t_п - длительность паузы и импульса

Теплота, выделяемая основной дугой, недостаточна для плавления электродной проволоки со скоростью, равной скорости ее подачи. Вследствие этого длина дугового промежутка уменьшается. Под действием импульса тока происходит ускоренное расплавление электрода, обеспечивающее формирование капли на его конце. Резкое увеличение электродинамических сил сужает шейку капли и сбрасывает её в сварочную ванну.

Можно использовать одиночные импульсы или группу импульсов с одинаковыми или различными параметрами. В последнем случае первый или первые импульсы ускоряют расплавление электрода, а последующие сбрасывают каплю электродного металла в сварочную ванну. Устойчивость процесса зависит от соотношения основных параметров (величины и длительности импульсов и пауз). Соответствующим подбором тока основной дуги и импульса можно повысить скорость расплавления электродной проволоки, изменить форму и размеры шва, а также уменьшить нижний предел сварочного тока, обеспечивающий устойчивое горение дуги согласно [4].

Таблица 18 - Оптимальные значения тока для мелкокапельного переноса электродного металла при сварке в смеси 75%Ar+25%CO

Сварка	Диапазон рабочих токов, А при dэ
	1.2мм	1.6мм	2.0мм
Со струйным переносом	>320	>360	>420
Импульснодуговая	80…240	140…380	210…440

Критерием оценки длительности импульсов тока, необходимой для отрыва капли, является понятие активной длительности импульса сварочного тока. Определение активной длительности импульса должно производится при значении тока I_расч , т.е. (0,83 - 0,77)I_имп.

Активная длительность импульса тока синусоидальной формы составляет примерно 0,378 - 0,445 от полной длительности. В остальное время за счет импульса осуществляется дополнительный ввод тепла в электрод и изделие, что ухудшает качественные и энергетические показатели процесса.

Существенным недостатком импульсов тока синусоидальной и апериодической формы является малая крутизна фронта и среда импульса на рабочем участке, что при возмущениях приводит к нарушению стабильности переноса, так как значительно изменяется активная длительность импульса.

Оптимальной формой импульса является прямоугольная или близкая к ней. При такой форме импульса его энергия является минимальной по сравнению с другими формами импульса, что выгодно как с энергетической так и качественной стороны. Стабильность переноса электродного металла при этом значительно выше, так как активная длительность импульса при воздействии возмущений изменяется несущественно.

Рисунок 26 Импульс прямоугольной формы

Генератор импульсов типа ГПИ - 2 предназначен для автоматической и механизированной сварки цветных и черных металлов в среде аргона плавящимся электродом в комплексе со стандартным источником питания. Наложение импульсов тока на сварочную дугу позволяет эффективно управлять переносом электродного металла в сварочную ванну во всех пространственных положениях.

Генератор питается от трехфазной сети переменного тока с напряжением 380В.

Первичный ток 10А.

Параметры импульсов:

- длительность импульсов 0,6…0,9мсек;

- частота следования импульсов 30…100Гц;

- амплитуда импульсов 300…1000А.

Генератор автоматически прекращает генерирование импульсов при отсутствии дуги. При правильном выборе параметров слышен равномерный устойчивый треск, свидетельствующий о переносе капель расплавленного металла импульсами в сварочную ванну.

4.2 Выбор сварочного оборудования

Полуавтомат сварочный ПДГО - 350сэ предназначен для дуговой сварки в среде защитных газов сплошной и порошковой проволокой в составе ВДУ - 350сэ. Вид климатического исполнения У3.1 по ГОСТ 15150.

Таблица 19 - Технические характеристики

	ПДГО - 350сэ
1. Номинальный сварочный ток, А.	ПВ 100% - 350А
2. Пределы регулирования сварочного тока, А.	25 - 350
3. Диаметр сплошной электродной проволоки, мм.	0,8 - 1,6
4. Скорость подачи электродной проволоки, м / мин.	10…18
5. Количество пар подающих роликов, шт.	1
6. Расход защитного газа, л / мин.	2…30
7. Напряжение питания, В.
Механизм подачи	24;АС
Система управления	20;АС
8. Мощность двигателя механизма подачи, Вт.	65
9. Масса, кг.	9
10. Габаритные размеры, мм.	597?225?421
11. Кассета с проволокой (max): диаметр, мм.	300
масса, кг.	30

Сварочные горелки в комплекте с кабелем, предназначены для полуавтоматической сварки в защитных газах как сплошной, так и порошковой проволокой.

Рукоять горелки изготовлена из специального стекловолокна с выемками, не дающими скользить.

Кабель имеет небольшой вес и большую гибкость. Горелки Maqnum оснащены разъемом „европейского» типа для подключения к механизму подачи, что не требует каких - либо приспособлений.

Конструкция сопла предполагает максимальный отбор тепла от газового диффузора, что способствует лучшему охлаждению контактного наконечника.

Таблица 20 - Технические характеристики

	Maqnum 400	Maqnum 500
Номинальный ток, А	400А при ПВ60%	550А при ПВ60%
Диаметр проволоки, мм	0,9 - 2,0	0,9 - 4,0
Стандартная длина кабеля, м	3.0;3.6;4.5;6.0;7.5	3.0; 3.6; 4.5; 7.5.
Евроразъем для подключения к механической подачи	+	+

5. Технология изготовления сварного изделия

5.1 Заготовительные операции

Днище верхнее изготавливается из стали XARDOX. Резка листовой стали XARDOX выполняется газовой резкой. Скорость резки - 150?700мм / мин. Зона теплового воздействия - 4,0 ? 10мм. Допуск на размер ± 2мм.

Разрезаемость стали зависит от содержания в ней углерода и легирующих элементов. Она оценивается по эквиваленту углерода по формуле;

С_э = С + 0,16Mn + 0.3(Si + Mo) + 0.4Cr + 0.2V + 0.4(Ni + Cu), (19)

Величина углеродного эквивалента стали XARDOX составляет 0,26 - 0,37.

Таблица 21 - Предварительный подогрев перед газопламенной резкой

Марка	Толщина листа, мм	Температура подогрева, 0С
XARDOX 400	40 - 59,9	1000
	60 - 80	1500
	> 80	1750

Растрескивание по кромкам обреза связано с водородным растрескиванием. Подогрев можно выполнять посредством газопламенных горелок, электронагревательных матов, в печах.

Для избежания растрескивания по кромке обреза применяют низкую скорость резки, если нагрев невозможен. Независимо от того использовался подогрев или нет режим медленного охлаждения снижает опасность растрескивания по кромке обреза. Это достигается путем укладки вырезанной заготовки друг на друга сразу после резки и накрыванием их теплоизоляционным покрытием, пока они не остынут до температуры цеха.

Для раскроя листов XARDOX используем машину термической резки Одесса 2,5-2К-12. Программное управление машины позволяет получать заготовки с максимальной точностью формы размеров и минимальным расходом металла на отходы.

Технические характеристики:

- размер обрабатываемых листов, мм , не менее;

длина 9000

ширина 2000

- диапазон разрезаемых толщин, мм;

двумя вертикальными резаками с кромки листа 5-200

одним резаком с кромки листа 5-40

при пробивке отверстия в площади листа 5-40

- точность воспроизведения заданного контура ГОСТ5614-74 0,35

- стабилизация расстояния между резаком и листом автоматически

- классы вырезаемой заготовки по ГОСТ14792-80 К0320

- наибольшая скорость перемещения резаков, м/с 0,13

- наименьшая скорость перемещения резаков, м/с 0,83?10^-3

- потребляемая мощность, КВт 2

- количество суппортов, шт 2

- количество резаковых блоков, шт 2

- масса машины, кг не более 3520

- габариты машины, мм не более

длина по рельсовому пути 12600

ширина 5900

высота 3100

Технические характеристики и требования к эксплуатации

- количество обслуживающего персонала (резчиков),чел 1

- управление технологическими операциями автоматически

- площадь, занимаемая машиной, м² , не более 79

- размер колеи рельсового пути, мм 3300

- коэффициент использования машинного времени 0,8

- применяемые газы:

кислород технический по ГОСТ5583-78. сорт не ниже 1

горючий газ(ацетилен, пропан-бутан) с теплотой сгорания, МДж/м³,

(ккал/м³), не менее 35,6(8500)

воздух сжатый, класс загрязненности по ГОСТ17433-80 2

- электропитание от сети трехфазного переменного тока:

напряжение В 380

частота, Гц 50

- максимальное время непрерывной резки с последующим перерывом

на один час, час 16

При изготовлении нижнего днища для прямолинейной резки листового металла применяют ножницы гидравлические с наклонным ножом модели НА3725.

Таблица 22 - Технические данные ножниц НА3725

Наибольшие размеры разрезаемого листа, мм: толщина ширина	32 3150
Наибольшее усилие реза, кН	2303
Усилие прижима листа, кН	519
Размеры ножа, мм: сечение длина	165?45 1080
Ход подвижного ножа, мм	250
Частота хода ножа, 1 / мин	6 - 15
Угол наклона подвижного ножа: наибольший наименьший	3020' 0030'
Ход гидравлических прижимов, мм	50

После резки для удаления с поверхности кромок окалины и шлаков кромки зачищают. Для этого используют металлические скребки и пневматическую шлифовальную машинку М3 ПСМ-ИП2014 ТУ22-166-13-88.

Правка листов производится для выпрямления заготовок, искривленных в процессе вырезки их газовым пламенем и на механических ножницах. Для правки применяют листоправ PRH - 500.

Таблица 23 - Технические характеристики листоправа PRH - 500

	PRH - 500
Количество валков, шт	9
Рабочая длина валков, мм	1000
Толщина металла, мм	2 - 40

Заготовку для козырьков после правки отправляют на строжку для получения понижения на кромкострогальном станке модели 7814.

Таблица 24 - Технические характеристики кромкострогального станка типа 7814

Наибольшие размеры обрабатываемого изделия, мм: длина ширина высота	14000 2500 200
Ход каретки, мм	1500 - 14450
Наибольшее перемещение суппортов, мм: в вертикальном направлении в горизонтальном направлении	280 200
Угол поворота суппорта, град	±45
Скорость рабочего хода каретки, м / мин	4 - 40
Подача суппортов на один рабочий ход каретки, мм	0,5 - 6
Мощность электродвигателя, кВт	25
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	2150 4500 3350
Угол поворота резцедержателей, град	360
Масса, т	53

5.2 Технологический процесс сборки и сварки

Сборка и сварка рештака производится в заводских условиях сварщиками, требуемой квалификации и разряда.

Сборка производиться следующим образом:

в приспособление 0840-5052 устанавливают по упорам боковины поз. 3 и 4 по 1 шт. Затем устанавливают днище поз. 5, выдержав размер 800±2 и допуск перпендикулярности 3мм. Козырек поз.1 выставляют в размер 50.5±0.5 по приспособлению 0840 - 5053. Козырек поз.2 выставляют в размер 52.5±0.5 по приспособлению 0840 - 5054. Боковины к днищу и козырькам поджимают винтами и прихватывают, длина прихваток 20?30мм.

Для предотвращения поводок при сварке устанавливают распорки: две по торцам рештака, две на верхние полки боковин, длина прихваток 50мм.

На номерную бирку набивают номер и устанавливают ее на место, указанное в чертеже.

Качество сборки контролируется мастером ОТК в количестве 100%.

Для сварки рештак устанавливается на кантователь. Установленные детали приваривают, выдержав размеры и катеты сварных швов согласно чертежу. При сварке рештак кантовать не менее 7 раз на 180⁰. При сварке шва С15 количество проходов должно быть не менее трех. Сварку следует производить с малым интервалом времени между наложением отдельных слоев с применением каскадного метода заполнения разделки или заполнения разделки горкой. Длина каждого участка должна быть не более 300мм. По окончании сварки выставить нижнее днище поз.6 согласно чертежу и прихватить, длина прихваток 20?30мм. Тавровые швы варить накладными швами. После сварки рештак снять с кантователя и отправить на слесарные работы.

5.3 Сварочные напряжения и деформации, меры борьбы с ними

Собственные напряжения различаются: по времени существования, по характеру распределения, по объему изделия и по направлению в пространстве. Напряжения подразделяют на временные и остаточные. Остаточные напряжения возникают вследствие неравномерного нагрева и вызывают пластические деформации и структурные превращения. Сварочные напряжения всегда являются объемными. Они часто достигают в отдельных участках сварного соединения предела текучести.

При статических нагрузках остаточные сварочные напряжения не влияют на прочность сварных соединений. Однако конструкции из высокопрочных сталей весьма чувствительны к наличию остаточных напряжений. Влияние остаточных напряжений на усталостную прочность увеличивается при наличии концентраторов напряжений в виде подрезов, непроваров и т. д.

Возникновение остаточных сварочных напряжений можно предотвратить снижением степени неравномерности нагрева изделия при сварке. Поэтому надо выбирать режим, обеспечивающий более равномерный нагрев изделия по сечению.

Деформации сварных конструкций можно подразделить на:

- продольное укорочение шва и околошовной зоны;

- поперечная усадка шва и околошовной зоны;

- скручивание, вследствие неодновременности наложения поясных швов, разной жесткости сечения по осям симметрии и наличия полей остаточных напряжений в элементах конструкции до сварки;

- угловые деформации , возникающие в результате поперечной усадки швов.

Мероприятия по уменьшению сварочных деформаций:

- конструктивные - сечения сварных швов назначают минимальными по условиям прочности; швы необходимо располагать симметрично и возможно ближе к оси, проходящей через центр тяжести сечения, для уравновешивания деформаций; в пространственно развитых конструкциях целесообразно применять вспомогательные элементы в виде ребер жесткости, диафрагм, косынок, распоров; предусматривать возможность использования зажимных сборочно-сварочных приспособлений; количество швов в конструкции должно быть по возможности минимальным.

- технологические меры - назначение оптимального режима сварки, с тем чтобы зона разогрева была минимальной; правильный порядок выполнения швов; при выполнении швов большой протяженности использовать обратно - ступенчатый способ сварки; применение способа обратных деформаций согласно [12].

5.4 Технический контроль качества и исправление брака

Существующий уровень технологии и сварочного оборудования не может гарантировать полного отсутствия дефектов в сварных соединениях. Их возникновение связано с воздействием на процесс сварки различного рода случайных возмущений.

Для своевременного обнаружения и принятия технических и организационных мер по предупреждению дефектов необходим систематический контроль всех звеньев производства сварных узлов: в стадии проектирования конструкции; при выполнении операций, сопутствующих сварке; собственно сварочных операций; сварочного оборудования, а также квалификации наладчиков и сварщиков.

Необходимым контролем сварных соединений является: визуальноизмерительный метод. Также обязательным является входной контроль сварочного оборудования и материалов согласно РД 34.10.127-94.

Контроль сварочного оборудования до начала эксплуатации:

- проверка эксплуатационной документации;

- проверка комплектности;

- визуальный контроль и метрологические проверки приборов оборудования контроля режимов сварки;

- проверка электрического сопротивления изоляции;

- проверка работоспособности на номинальных режимах.

Контроль в процессе эксплуатации: внешний осмотр для выявления повреждений наружных частей, электрических цепей, заземления, состояния приборов.

Входной контроль металла (труб, листов, профиля, проката) поступающего для изготовления сварной конструкции проводится в соответствие с ГОСТ 24297-87. Контроль включает в себя следующие проверки:

- наличие сертификата, полноты его данных и соответствие их стандартам;

- проверка наличия заводской маркировки и соответствия её сертификату;

- осмотр металла на наличие поверхностных дефектов и повреждений.

Перед использованием сварочной проволоки должны быть проверены:

- наличие сертификата, полнота приведённых в нём данных;

- наличие на каждом упаковочном месте (мотке, бухте и пр.) бирок с контролем указанных в них данных;

- целостность упаковок и самих материалов (на поверхности проволоки не должно быть окалины, ржавчины, следов смазки, задиров, вмятин и других дефектов и загрязнений).

Входной контроль защитного газа: наличие документа регламентированного стандартом на соответствующий газ.

Визуальноизмерительным контролем (ВИК) (проводится согласно РД 03-606-03) проверяют качество подготовки и сборки заготовок под сварку, качество выполнения швов в процессе сварки и качество готовых сварных швов. Обычно внешним осмотром контролируют все сварные изделия независимо от применения других видов контроля. Внешний осмотр во многих случаях достаточно информативен, наиболее дешёвый и оперативный метод контроля.

При осмотре готовых соединений, прежде всего, визуальным осмотром, невооружённым глазом или в лупу, проверяют наличие трещин, подрезов, свищей, прожогов, натёков, непроваров у корня и кромок. Некоторые из указанных дефектов недопустимы и подлежат удалению и повторной заварке. При осмотре также определяют дефекты формы шва, характер распределения металла в усилении шва, величину проплавления.

Тщательный внешний осмотр - обычно весьма простая операция, тем не менее, может служить высокоэффективным средством предупреждения и обнаружения дефектов.

Дефекты, выявляемые при визуальном контроле сварных соединений:

- трещины всех видов и направлений;

- непровары (несплавления) между основным металлом и швом, а также между валиками шва;

- наплывы (натёки) и брызги металла;

- не заваренные кратеры;

- свищи;

- прожоги;

- скопления включений.

Выявленные при визуальном и измерительном контроле дефекты, которые могут быть исправлены (удалены) без последующей заварки выборок, должны быть исправлены до проведения контроля другими методами.

6. Конструкторская часть

6.1 Приспособления для сборки рештака

Для сборки рештака используется приспособление ФЮРА 5052.00.00, которое обеспечивает точность геометрических размеров и надежно фиксирует детали до окончания сборки. Распорки 4 обеспечивают получение размера 800±2мм, боковины фиксируются финтами 5 и 6. Опоры поз. 8 обеспечивают установку верхнего днища поз. 3 в размер 170±1мм. Винты 7 регулируют высоту посадки боковин в размер 170мм.

Козырек поз. 1 выставляется в размер50,5±0,5мм при помощи приспособления ФЮРА 0840.50.53. Приспособление устанавливается на выступающий замок боковин и прижимается винтами поз. 6.

Козырек поз.2 выставляется в размер 52,2±0,5мм при помощи приспособления ФЮРА 0840.50.54. Приспособление устанавливается во внутренние впадины замков боковин и прижимается винтами поз.7.

Рисунок 27 Приспособление для сборки рештаков



Рисунок 28 Приспособления для установки козырьков

6.2 Кантователь для сварки рештака

Кантователь рештаков и навесного оборудования предназначен для вращения изделия в процессе сварки в разных плоскостях для удобства проведения сварки. Свариваемое изделие крепится на поворотную балку 1. Траверса 2 вращается со скоростью 5об/мин. Вращение относительно продольной и поперечной оси с фиксированием через 30⁰. Управление кнопочное. Грузоподъемность 2000кг.

Рисунок 29 Кантователь для сварки рештаков

7. Производственная и экологическая безопасность

7.1 Опасные производственные факторы при сварке рештака

К опасным производственным факторам относятся воздействие электрического тока, искры и брызги, выбросы расплавленного металла и шлака; возможность взрыва баллонов и систем, находящихся под давлением; движущиеся механизмы и изделия.

Неправильная эксплуатация электрооборудования может привести к поражению электрическим током. Применение открытого газового пламени, открытых дуг и струй плазмы, наличие искр, брызг и выбросов расплавленного металла и шлака при сварке создают возможность ожогов и повышают опасность возникновения пожара. Опасность создают использование при сварке и резке горючих газов и кислорода, а также эксплуатация сосудов, работающих под давлением.

Движущиеся машины и механизмы изделия при отсутствии защитных устройств могут привести к травмированию работающих.

7.2. Вредные производственные факторы

К вредным производственным факторам при сварке относятся: повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны; ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение сварочной дуги, а также инфракрасное излучение сварочной ванны и свариваемых изделий; электромагнитные поля; ионизирующие излучения; шум; ультразвук; статическая нагрузка на руку.

При сварке в зону дыхания работающих могут поступать сварочные аэрозоли, содержащие в составе твердой фазы окислы различных металлов (марганца, хрома, никеля, меди, алюминия, железа и др.), их окислы и другие соединения, а также токсичные газы (окись углерода, озон, фтористый водород, окислы азота и др.). Количество и состав сварочных аэрозолей, их токсичность зависят от химического состава сварочных материалов и свариваемых металлов, вида технологического процесса. Воздействие на организм выделяющихся вредных веществ может явиться причиной острых и хронических профессиональных заболеваний и отравлений.

Интенсивность излучения сварочной дуги в оптическом диапазоне и его спектр зависят от мощности дуги, применяемых материалов и защитных газов. При отсутствии защиты возможны поражения органов зрения и ожоги кожных покровов. При механизированной сварке может возникнуть статическая нагрузка на руки, в результате чего могут возникнуть заболевания нервно - мышечного аппарата плечевого пояса.

7.3. Мероприятия по устранению опасных и вредных факторов

При выборе технологического процесса следует отдавать предпочтение тому, при котором будет обеспечена большая безопасность труда. Необходимо использовать сварочные материалы, которые выделяют вредные вещества в ограниченном количестве. Не допускается использование сварочных материалов, не прошедших гигиеническую оценку.

При проектировании и эксплуатации предприятий со сварочным производством должны быть приняты меры по профилактике производственного травматизма и профессиональных заболеваний, в первую очередь по уничтожению вредных и опасных производственных факторов, а если ликвидация вредных и опасных факторов затруднена технически или экономически, по их нейтрализации и защите от них.

Санитарно-гигиенические условия и обязательные мероприятия по охране труда в сварочном производстве регламентируются «Системой стандартов безопасности труда», «Строительными нормами и правилами» (СНиП), правилами техники безопасности и производственной санитарии, различными инструкциями, указаниями и другими документами.

Все лица, поступающие на работу, связанную с электросваркой, должны проходить предварительные и периодические медицинские осмотры.

Кожу защищают обычной рабочей одеждой, лицо и часть шеи - щитком или шлемом. Глаза защищаются специальными темными стеклами - светофильтрами, которые вставляют в щиток или шлем. Эти стекла совсем не пропускают ультрафиолетовые лучи, а инфракрасные пропускают в пределах от 0.1 до 4%, что не оказывает вредного влияния на зрение сварщика.

Помимо ожогов лучами электрической дуги, сварщику могут быть причинены ожоги брызгами расплавленного металла. Чтобы избежать ожогов, необходимо надевать рабочую одежду из плотной брезентовой материи. Одежда не должна иметь складок. Брюки надо носить только на выпуск.

При выполнении сварочных работ по изготовлению рештака в результате выгорания элементов легирования повышается загазованность рабочего места для предотвращения этого необходимо устанавливать устройства вытяжной вентиляции в зоне дыхания сварщика. Выбрасывать воздух нужно за пределы рабочих зон. Для удаления газов и пыли применяется как местная вентиляция рабочего места, так и приточно-вытяжная вентиляция всего помещения. Приточный воздух должен поступать рассеяно в рабочую зону помещений, а также там, где вытяжная вентиляция осуществляется посредством местных отсосов. Скорость движения воздуха на рабочих местах должна быть не более 0.3 м/с согласно [16].

Во всех производственных помещениях, в которых постоянно пребывают люди, должно быть предусмотрено естественное освещение. При недостаточности естественного освещения в дневное время, применяют искусственное освещение. Для сборочно - сварочных цехов можно применять общее или комбинированное (общее и местное) освещение. Общее освещение может быть равномерным или локализованным.

7.4. Вентиляция

Для снижения концентрации вредных веществ на рабочих местах до предельно допустимой концентрации необходимо прежде всего применять местные отсосы. Расход воздуха, удаляемого отсосами, определяют по формуле:

, (20)

где L₀ - площадь всасывающего отверстия отсоса, L₀ = 0,3м²;

V₀ - скорость воздуха в этом отверстии, для сварки в инертных газах

V₀ = 0,3м/с.

L = 324м³/ч

При сварке крупногабаритных изделий отсосы выполняют в виде подвижного воздухоприемника, укрепленного на шарнирно соединенных воздуховодах. Воздухоприемник в подъемно - выдвижной площадке выполнен в виде поворотной воронки, в качестве вытяжных каналов использованы полые стрелы. Данная вытяжная система подключается к индивидуальному вентиляционному агрегату или цеховой системе местной вытяжной вентиляции согласно [15].

7.5 Электробезопасность

Причинами электротравматизма на производстве является непосредственный контакт с токоведущими частями оборудования, высокие напряжения, работа с металлоконструкциями и так далее. Основными мерами защиты от поражения электрическим током являются:

- обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения, что достигается изоляцией токоведущих частей;

- устранение опасности поражения при появлении напряжения в корпусе, кожухе и других частях машины для дуговой сварки плавлением, что достигается использованием двойной изоляции, а также применением защитного заземления;