Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРАВИТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

КОМИТЕТ ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

Санкт-Петербургское государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«ПЕТРОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

(СПб ГБОУ СПО «Петровский колледж»)

Отделение информационно-промышленных технологий и судостроения

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

МДК.02.02 Основы проектирования технологических процессов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНОЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ «БАК С ФЛАНЦАМИ» В УСЛОВИЯХ ЕДИНИЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Введение

Основоположником сварки является русский физик и электротехник В.В Петров, который в 1802 году открыл электрическую дугу плавящую металл. На этом открытии ко основана элек-тродуговая сварка плавлением, являющаяся самым распространенным видом сварки в мире.

В 1882 году Н.Н.Бенардос изобрел дуговую сварку с использованием неплавящегося электрода; в 1888 году Н.Г. Славянов разработал сварку плавящимся металлическим электро-дом. Сварка с применением электродов получила широкое распространение в машинострое-нии и строительстве.

В середине XX века Патон Е.О предложил технологию и автоматические стенды для сварки под слоем флюса. В дальнейшем, в Институте электросварки имени Е.О. Патона были разработаны новые способы сварки такие как плазменная, контактная и электрошлаковая.

Сварка обеспечивает следующие преимущества перед другими методами соединения металлов:

1. Экономичность и сокращение сроков работ и уменьшение стоимости изготовления конструкций за счет снижения расхода металла и уменьшения трудоемкости работ.

2. Удешевление технологического оборудования. Сварочное оборудование сравни-тельно несложно, относительно дешево и весьма высокопроизводительно.

3. Возможность комплексной механизации и автоматизации массового производства однотипных сварных изделий.

4. Возможность широкого использования в сварных конструкциях прогрессивных со-временных видов материалов.

5. Облегчение изготовления микроузлов и микродеталей в производстве некоторых видов изделий - полупроводниковых приборов и пр.

6. Высокие показатели герметичности и надежности сварных соединений.

7. Уменьшение производственных шумов и улучшение условий труда на производстве.

Сварка имеет следующие недостатки перед другими методами соединения металлов:

1. Значительное загрязнение воздуха в помещениях в которых производится сварка газами выделяющимися при плавлении металла.

2. Способность наплавленного металла шва давать трещины из-за неравномерного распределения вредных примесей в основном металле.

3. Отсутствие простого и надежного способа контроля качества швов.

4. Образование в металле шва и околошовной зоне основного металла остаточных сва-рочных напряжений от неравномерного распределения тепла по металлу в процессе сварки.

5. Деформация металла от усадки сварных швов в результате чего искажается первона-чальная форма изделий.

Производство сварочных работ - это важнейший технологический процесс. На дан-ный момент сварка имеет высокую степень распространенности в промышленности и строи-тельстве: от производства мебели и железобетонных конструкций зданий до кораблестроения, космонавтики и авиастроения. Сварочные работы используются там где требуется прочное соединение металлоконструкций, реже других материалов. На данный момент нет более уни-версального и эффективного способа соединить несколько металлических деталей в единое изделие.

В настоящее время большое значение уделяется разработке новых источников питания для различных способов сварки новых материалов и сплавов, идёт постоянное улучшение технологии сварочных работ, большое значение приобретает создание комплексно-автоматизированного сварочного производства, широкое распространение в последние годы получили инверторные источники питания. Значительно расширяются возможности сварки с использованием импульсных источников на основе инверторов. Благодаря использованию новых сплавов и материалов повышается качество и уменьшается сложность производства конструкций.

1. Разработка технических требований на изготовление сварной металлоконструкции «Бак с фланцами»

1.1 Описание металлоконструкции

Технические требования, являются техническим документом который разрабатывается по решению изготовителя или по требованию заказчика. Требования являются неотъемлемой частью конструкторской или другой документации и должна содержать полный комплекс требований к продукции ее изготовлению, контролю и приему. Технические требования не должны противоречить требования ГОСТов.

Технологические требования создают следующие разделы:

· Вводная часть (наименование продукции, ее назначение, область применения и условия эксплуатации).

· Технические требования (основные параметры и характеристики изделия, основные параметры требования к материалам и другие разделы). В другие разделы могут быть добавлены и другие непредусмотренные ГОСТом разделы с соответствии с особенностями конкретного производства.

Настоящие технические требования распространяются на изготовление сварной металлоконструкции «Бак с фланцами», который является узлом машины. Применяется он в химической промышленности для получения искусственного волокна. На двух боковых стенках имеется по два окна на каждой, в которые монтируются наборы электронагревателей. Бак, совместно с обогревателями, предназначен для разогрева масла «силикон» до Т=170-200о С, которое по трубопроводам поступает в систему обогрева нити. Бак при повышенном температурном режиме (200о С). Сварные швы должны быть герметичны, фланцы окон должны иметь ровную плоскость для лучшей герметизации при установке обогревателей.

1.2 Основные параметры и характеристики

Рисунок 1 Эскиз конструкции “Бак с фланцами”

Габариты: длина 896 мм; ширина 510 мм высота 730мм Масса: 210 кг

Металлоконструкция “Бак с фланцами” должна состоять настоящим техническим требованием.

Металлоконструкция «Бак с фланцами» во время работы не испытывает значительные внешние механические нагрузки (статические от собственного веса и веса элементов, расположенных на нем). Испытывает динамические нагрузки (при перемещении грузов), влияние повышенных температур при эксплуатации.

Металлоконструкция должна обладать прочностью, жесткостью, несущие элементы не должны деформироваться, обладать достаточной химической стойкостью против взаимодействия в окружающей средой.

«Бак с фланцами» должен обеспечивать надежность в течении всего срока эксплуатации.

Требования к швам: прочность, плотность, жесткость, герметичность и отсутствие внутренних дефектов в наиболее нагруженных швах.

1.3 Требования к основному материалу

В связи с предписанными условиями эксплуатации, наиболее оптимальным материалом для изготовления конструкции “Бак с фланцами” является сталь 10ХСНД, которая является конструкционной низколегированной для сварных конструкций. Химический состав и механические свойства представлены в таблице 1 и 2 соответственно.

Таблица 1. Химический состав стали 10ХСНД (%) ГОСТ 19282-73

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu	As
До 0,12	0,8 - 1,1	0,5 - 0,8	0,5 - 0,8	до 0,04	До 0.0035	0,6 - 0,9	До 0.008	0,4 - 0,6	До 0.008

Таблица 2 Механические свойства стали 10ХСНД

Сортамент	ув	ут	д 5	KCU
-	МПа	Мпа	%	кДж/м2
Лист, ГОСТ 18282-73	530	390	19	290

Исходные заготовки поставляются в виде листового, фасонного проката и труб.

Требования к листовому прокату регламентируется положениями ГОСТ 19903-74 «Прокат листовой горячекатаный. Сортамент».

В соответствии с ним к листовому прокату устанавливаются следующие требования точности:

а) по размерам с указанием размеров по толщине, ширине и длине;

б) по толщине (+0,20 мм при толщине 10 мм и ширине до 1000мм)

в) предоставляются требования по ширине проката в зависимости от толщины и вида кромки (+10 мм для листов с необрезной кромкой и толщиной 10мм);

г) по длине проката в зависимости от толщины и ширины (+25 мм для листов толщиной 10мм и длиной свыше 2000 мм);

д) по плоскостности на 1 метр длины в зависимости от точности прокатки и толщины проката (8-15 мм):

е) по серповидности (2 мм на 1 м длины).

В соответствии с ГОСТ 19903-74 «Прокат листовой горячекатаный. Сортамент» прокат стали 10ХСНД горячекатаный нормальной точности (Б), нормальной плоскости (ПН), с необрезной кромкой (НО), размером по ГОСТ 19903-74 10Ч970Ч900 мм, горячекатаный без термической обработки и нетравленый, группа поверхности 5д имеет обозначение:

Упаковка в пачки, маркировка, транспортирование и хранение - по ГОСТ 7566-81.

Листы упаковываются в пачки. Пачки или пакеты должны быть обвязаны упаковочной лентой по ГОСТ 3560-73, ГОСТ 6009-74.

Листы транспортируют всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки, действующими на данном виде транспорта, и условиями погрузки и крепления грузов.

Резка должна проводиться под прямым углом. Косина реза и серповидность не должны выводить листы за номинальные размеры по ширине и длине.

При изготовлении проката в листах с необрезной кромкой надрывы и другие дефекты (если они имеются на кромках) не должны превышать половины предельных отклонений по ширине и выводить листы за номинальный размер по ширине, указанной в заказе.

Измерение толщины проката проводят на расстоянии не менее 100 мм от торцов и не менее 40 мм от кромок.

Выпуклость или вогнутость боковых граней проката не должна превышать пре-дельных отклонений по ширине.

Требования к трубному прокату регламентируется положениями ГОСТ 10704-91. «Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент.».

В соответствии с ним к трубному прокату устанавливаются следующие требования точности:

а) по наружному диаметру и толщине стенки + 1.5% (обычной точности);

б) по кривизне труб на 1 метр длины в зависимости от толщины стенки (1,5ч3мм);

Трубный прокат, используемый в производстве «Бака с фланцами» изготавливают мерной длины.

В соответствии с вышеизложенным трубы горячедеформированные: (диаметром 60 мм, толщиной 5 мм и длиной 250 мм; диаметром 70 мм, толщиной 3 мм и длиной 50 мм; диаметром 30 мм, толщиной 4 мм и длиной 105 мм), обычной точности имеют обозначение: 60Ч5Ч250; 70Ч3Ч50; 30Ч4Ч105 10ХСНД ГОСТ 9941-81;

По классу точности трубы изготавливаются:

С обрезкой концов и снятием заусенцев- I

В зависимости от показателей качества трубы изготавливаются:

С нормированием химического состава- Б.

Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение труб - по ГОСТ 10692.

Требования к уголкам стальным равнополочным регламентируются положениями ГОСТ 8509-93.

В соответствии с ним к фасонному прокату устанавливаются следующие требования точности:

а) по размеру и толщине полки ± 3-5% (обычной точности);

б) по точности прокатки - класса В (обычной точности)

Фасонный прокат, используемый в производстве «Бака с фланцами» изготавливают мерной длины.

В процессе изготовления применяются покупные детали: уголки для изготовления деталей1,9,10,14; бобышка (деталь 4); из стали 10ХСНД.

1.4 Требования к сварочным материалам

Для сварки металлоконструкции «Бак с фланцами» следует применить электроды марки Э50А УОНИ-13/55.

Расшифровка:

Электроды марки Э50А УОНИ-13/55 предназначены для ручной дуговой сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, когда к металлу сварных швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости, особенно при работе в условиях пониженных температур. Сварка во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз, постоянным током обратной полярности.

Таблица 3 Рекомендуемое значение тока (А)

Диаметр, мм	Положение шва
	нижнее	вертикальное	потолочное
2,0	40-60	40-60	40-60
2,5	55-80	50-65	45-65
3,0	90-120	80-100	70-90
4,0	130-150	130-140	110-130
5,0	180-210	160-180	--
6,0	210-240	--	--

Характеристики плавления электродов.

- Коэффициент наплавки, г/Ач: 9,0

- Расход электродов на 1кг наплавленного металла, кг: 1,7

Основные характеристики металла шва и наплавленного металла.

Механические свойства металла шва, не менее

- Временное сопротивление разрыву, МПа: 510

- Предел текучести, МПа: 410

- Относительное удлинение, %: 20

- Ударная вязкость, Дж/смІ, при температуре +20°С: 130

- Ударная вязкость, Дж/смІ, при температуре -40°С: 100

- Ударная вязкость, Дж/смІ, при температуре -60°С: 80

Химический состав наплавленного металла, %

- Углерод, не более: 0,12

- Марганец: 0,70-1,20

- Кремний: 0,20-0,50

- Сера, не более: 0,030

- Фосфор, не более: 0,030

Стержни электродов должны быть из сварочной проволоки, предназначенной для изготовления электродов, по ГОСТ 2246 или по техническим условиям, устанавливающим химический состав металла проволоки и предусматривающим остальные требования по ГОСТ 2246.

Покрытие электродов должно быть плотным, прочным, без вздутий, пор, наплывов, трещин, за исключением поверхностных трещин и неровностей, за исключением местных вмятин и задиров.

На поверхности покрытия электродов допускаются поверхностные продольные трещины и местные сетчатые растрескивания, протяженность (максимальный размер) который не превышает трехкратный номинальный диаметр электрода, если минимальное расстояние между ближайшими концами трещин или (и) краями участков местного сетчатого растрескивания болие трехкратной длины болие протяжонной трещины или участка растрескивания.

На поверхности покрытия электродов допускаются местные вмятины, глубиной не более 50% толщены покрытия в количестве не более четырех по суммарной протяженности до 25 мм на одном электроде.

Две местные вмятины, расположенные с двух сторон электрода в одном поперечном сечении, могут быть приняты за одну, если их суммарная глубина не превышает 50% толщены покрытия.

На поверхности покрытия допускаются местные задиры протяженностью не более 15мм при глубине не более 25% номинальной толщины покрытия числом не более двух на одном электроде.

Разность толщин покрытия е в диаметрально противоположных участках электрода не должна превышать значений указанных в таблице 4

Таблица 4 Покрытие электродов

Номинальный диаметр электрода	Значение е для электродов
	е с тонким, средним, толстым покрытием	е с особо толстым покрытием для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами
2.5	0,12(0,16)	0,18(0,24)
3.0	0,15(0,20)	0,23(0,28)
4.0	0,20(0,26)	0,28(0,34)

На (в) каждой коробке или пачке с электродами должна имется этикетка или маркировка, содержащая следующие данные:

а) наименование или товарный знак предприятия-изготовителя;

б) условное обозначение электродов;

в) номер партии и дату изготовления;

г) область применения электродов;

д) режимы сварочного тока в зависимости от диаметра электродов и положения сварки или наплавки;

е) особые условия выполнения сварки или наплавки;

ж) механические и специальные свойства металла шва, наплавленного металла или сварного соединения;

з) допустимое содержание влаги в покрытии перед использованием электрода;

и) режим повторного прокаливания электродов;

к) массу электродов в коробке или пачке.

Данные по подпунктам г-и должны быть взяты из стандарта или технических условий на конкретной марки.

Транспортная транспортировка- по ГОСТ 14192. При этом наносят манипуляционные знаки “Хрупкое. Осторожно!” и “Беречь от влаги!” а на одну из боковых поверхностей каждого ящика наклеивают этикетку по п. 6.7.

Каждая партия электродов должна сопровождаться сертификатом, удостоверяющим соответствие электродов требованием настоящего требования и стандартам или технических условий на электроды данной марки. В сертификате указывают:

Наименование или товарный знак предприятия изготовителя;

Условное обозначение электродов;

Номер партии и дату изготовления электродов;

Массу нетто партии в килограммах;

Марку проволоки электродных стержней с указанием обозначения стандарта или технических условий;

Фактический химический состав наплавленного металла;

Фактические значения показателей механических и специальных свойств металла шва, наплавленного металла или сварного соединения, являющихся приемосдаточными характеристиками электродов конкретной марки.

1.5 Требование к основному персоналу

К выполнению сварочных работ допускаются лица достигшие не моложе 21 года, имеющие не ниже четвертого разряда, срок работы по указанному разряду должен быть не менее 6 месяце, подтверждённым действующим удостоверением прошедшим инструктаж по технике безопасности, имеющие 3 группу по электробезопасности, и не имеющие медицинских противопоказаний для осуществления сварочных работ. Срок работы по указанному разряду должен быть не менее трех месяцев.

К выполнению сборочных работ допускаются слесари 3 разряда, подтверждённым действующим удостоверением, прошедшим инструктаж по технике безопасности, имеющим удостоверение 2 группы по электробезопасности, не имеющих медицинских противопоказаний.

К руководству сварочными работами допускается инженерно-технический персонал, прошедший соответствующее обучение и имеющие удостоверение специалиста сварочного производства 4го уровня (ISO 14732).

Для осуществления контрольных мероприятий привлекаются лица не моложе 18 лет, прошедшие специальную подготовку, имеющую 3 группу специалиста сварочного производства, подтвержденным действующим удостоверением.

1.6 Требования к заготовительным операциям

Для изготовления деталей металлоконструкции может быть использовано любое оборудование обеспечивающие выполнение требований чертежа. Точность изготовления деталей должны соответствовать Н14; h14, IT12/2 ГОСТ.

На деталях не допускается кривизна, волнистость, надрывности, трещины, сколы, утяжины, заусенцы, смятия торцов и другие поверхностные дефекты.

Правка осуществляется механическим способом на соответствующем профельном оборудовании. Осуществление правки не должно превести к оброзованию внутренних напряжений. В результате механической правки удлинение не должно привышать более 1%.

Разметка

Точность выполнения разметки должна обеспечивать точность изготовления детали. На разметке необходимо учитывать припуски на механическую обработку детали после резки и усадки от сварки в соответствии с рекомендации приведенными в таблице.

Механическая резка

При этом необходимо учитывать точность реза производительность и изменение физико механических своиств зоны реза. Обрезная кромка должна быть перпендекулярна основанию, не иметь вмятин и заусенцев. Отклонение от намеченой резки должно не более 1мм

Термическая (газовая) резка

Термическая резка должна обеспечивать требованную точность деталей. В случае невозможности необходимо придусмотреть припуски для точности деталей которые будут удалятся последующим механическим способом. После резки свариваемые кромки должны быть отчищины от грязи, наплывов и т.п.

Гибка

В результате гибки не должно быть утончения матерьялов, образования гофр, потери устойчивости, искажения профеля, минимальная величена радиуса гибки должна быть не менее 25S. Гибка не должна приводить к появлению напряжений.

Разделка кромки

Форма профиля кромки и размеры должны соответствовать требованиям ГОСТ 5264-80.

а) Разделка кромки может быть осуществлена механическим способом или термическим. Выбор способа определяется техническими требованиями.

б) Свариваемые кромки должны быть отчищены на ширину не менее 20 мм, до металлического блеска.

в) В случае формирования обратного валика или выполнения подвариваемого корня свариваемые кромки должны быть отчищены на ширину не менее 10 мм.

г) Отчистка может быть осуществлена любым оборудованием обеспечивающим требуемое качество.

1.7 Требования к сборочным операциям

При сборке под сварку должна быть обеспечена точность сборки деталей в пределах размеров и допусков, установленных рабочими чертежами.

Для обеспечения требуемой точности сборки следует применять специальные сборочно-сварочные кондукторы и приспособления, которые должны исключать возможность деформаций и не затруднять выполнение сварочных работ.

Принудительная пригонка деталей и элементов, нарушающая конструктивные формы, предусмотренные чертежом, запрещаются.

При сборке конструкций под сварку детали устанавливают таким образом, чтобы обеспечить возможность выполнения сварных швов преимущественно в нижнем положении.

При сборке конструкций под сварку между свариваемыми деталями необходимо обеспечивать зазоры для всех типов сварных соединений;

для ручной дуговой сварки - по ГОСТ 5264-80;

для сварки труб всеми видами сварки (ручной дуговой, полуавтоматической в углекислом газе, автоматической под слоем флюса и газовой) - по ГОСТ 16037-80;

для ручной дуговой сварки под острыми и тупыми углами - по ГОСТ 11534-75.

Местные повышенные зазоры должны быть устранены до начала общей сварки соединения. Если устранить зазоры поджатием деталей невозможно, то разрешается производить наплавку

Наплавку разрешается производить при длине зазора не более 10% общей длины шва и ширине не более 0,6 наименьшей толщины свариваемых деталей.

При сборке деталей под сварку допускаются следующие отклонения от проектного расположения деталей:

а). в стыковых соединениях:

смещение свариваемых кромок относительно друг друга при толщине стыкуемых деталей не более 4 мм - до 0,5 мм; при толщине 4…10мм - до 1 мм; при толщине свыше 10 мм - до 0,1 толщины стыкуемых деталей, но не более 3 мм (рис.2);

уступ кромок в плоскостях соединения для полок элементов и других свободных по ширине деталей не более 3 мм для деталей шириной до 400 мм и не более 4 мм для деталей шириной более 400 мм (рис.3);

Рисунок 2 Смещение свариваемых кромок

Рисунок 3 Уступ кромок в плоскостях соединения

уступ кромок в соединениях замкнутого контура не более 2 мм по всему периметру (рис.4);

б). в тавровых соединениях:

отклонение полки от заданного по чертежу положению не более 1:100 (рис.5).

Рисунок 4 Уступ кромок в соединениях замкнутого контура



Рисунок 5 Отклонение плоскости полки в тавровых соединениях

Сборка под сварку должна обеспечить получение отклонений линейных размеров готовых сварных соединений.

Собранные на стендах или в приспособлениях детали металлоконструкций после проверки их положения должны закрепляться при помощи прихваток, струбцин, скоб, пневматических или гидравлических зажимов

Прихватка элементов сварных соединений при сборке должна выполняться сварщиком той же квалификации, что и при сварке, с использованием тех же сварочных материалов. Если прихватка и сварка соединений выполняется различными видами сварки (прихватка вручную, а сварка автоматами или полуавтоматами), то сварочные материалы могут отличаться.

Прихватка расчетных элементов сварных несущих металлоконструкций должна выполняться сварщиками, аттестованными в соответствии с Правилами аттестации сварщиков Госгортехнадзора и имеющих удостоверение.

Прихватки необходимо размещать в местах расположения сварных швов.

Количество и размеры прихваток, а также последовательность их наложения определяются технологическим процессом изготовления.

Разрешается наложение прихваток вне мест расположения швов для временного скрепления деталей, если они не создают дополнительных концентраторов напряжения в ответственных элементах металлоконструкций. В дальнейшем эти прихватки должны быть удалены, а места их размещения зачищены.

По окончании сборочных работ шва прихваток и места под сварку должны быть зачищены от шлака, окалины, брызг.

Прихватки, имеющие дефекты, должны быть удалены и выполнены вновь.

Собранные под сварку металлоконструкции и отдельные составные части, подлежащие сварке, должны быть предъявлены на проверку мастеру (бригадиру).

Дефектные места в швах сварных соединений металлоконструкций должны исправляться заваркой.

Заварка производится только после полного удаления участка дефектного шва и подготовки места под сварку в соответствии и требованиями технологической документации и настоящих технических условий.

Дефектные швы и их отдельные участки допускается ремонтировать любым способом, обеспечивающим требуемое качество сварного соединения.

Не допускается исправление дефектного участка более двух раз.

Маркировка наносится на поверхность детали или на бирке и должна содержать обозначение чертежа.

Маркировка сборочной единицы металлоконструкций должна содержать обозначение по чертежу.

К сборке металлоконструкций должны допускаться только те элементы и детали, которые отвечают требованиям настоящего ТУ.

Сборка конструкций может производиться только из выправленных деталей, очищенных от грязи, масла, ржавчины, заусенцев, влаги.

1.8 Требования к сварочным операциям

Осуществить визуальный осмотр кромок при наличии загрязнений удалить любым способом

Во избежание создания в металлоконструкциях при сварке реактивных напряжений рекомендуется, в свою очередь, выполнять в свободном состоянии стыковые швы, расположенные перпендикулярно силовому потоку, затем остальные стыковые швы и в последнюю очередь - угловые и тавровые.

Сварочные работы должны выполняться обеспечением требований по технике безопасности, действующих на предприятии, карт технологического процесса к ГОСТ 12.3.003-86.

Сварочные работы, как правило, должны обеспечивать выполнение сварных швов в нижнем положении. Выполнение вертикальных и потолочных швов допускается в случаях, когда металлоконструкция по своим габаритам не может быть установлена в нужное положение или если это предусмотрено технологическим процессом.

Для крупногабаритных сборочных единиц рекомендуется применять манипуляторы, позиционеры, кантователи и другие специальные приспособления.

Электроды просушить и прокалить по режимам, указанных в паспортах на эти материалы.

По окончании сварки швы и прилегающими к ним зоны должны быть очищены от шлака, брызг и натека металла, а выводные планки удалены термической резкой.

1.9 Охрана труда

Металлоконструкции и их элементы не должны представлять опасности для здоровья человека в условиях хранения, монтажа и эксплуатации.

Требования безопасности - по ГОСТ 12.2.003, ГОСТ Р 12.2.011 и ГОСТ 12.3.033.

Все работы должны проводиться в соответствии с требованиями пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004.

Пожарная безопасность должна обеспечиваться как в нормальном, так и в аварийном режимах работы; помещения должны быть оснащены средствами пожаротушения по ГОСТ 12.4.009.

Требования к электробезопасности на производстве - по ГОСТ 12.1.019.

К работе на технологическом оборудовании допускаются лица, достигшие 18 лет и прошедшие предварительный медицинский осмотр в соответствии с действующим приказом Министерства Здравоохранения РФ.

Работающие должны пройти обучение безопасности труда по ГОСТ 12.0.004.

Выполнение требований техники безопасности должно обеспечиваться соблюдением соответствующих утвержденных инструкций и правил по технике безопасности при осуществлении работ и эксплуатации производственного оборудования.

Отходы, образующиеся при изготовлении металлоконструкций, подлежат утилизации и должны вывозиться на полигоны промышленных отходов или организованно обезвреживаться в специальных, отведенных для этой цели местах.

Загрязнение окружающей среды отходами производства не допускается.

Работающие должны быть снабжены средствами индивидуальной защиты по ГОСТ 12.4.011.

Спецодежда и обувь должны соответствовать требованиям ГОСТ 28507, ГОСТ 5007, ГОСТ 27575 и ГОСТ 27574.

На рабочих местах должны быть обеспечены допустимые параметры микроклимата по СанПиН 2.2.4.548:

температура воздуха, єС: 17-23 (в холодный период года);

18-27 (в теплый период года);

влажность воздуха 15-75%.

Эквивалентный уровень звука в производственных помещениях должен быть не более 80 дбА в соответствии с требованиями СН 2.2.4/2.1.8.562.

1.10 Защита окружающей среды

Основным видом возможного опасного воздействия на окружающую среду является загрязнение атмосферного воздуха, почвы и вод в результате

- неорганизованного захоронения отходов материалов;

- произвольной свалки их в не предназначенных для этой цели местах.

Металлоконструкции и материалы, используемые при их изготовлении, не должны представлять опасности для жизни, здоровья людей и окружающей среды как в процессе эксплуатации, так и после её окончания.

Утилизация отходов производства - по СанПиН 2.1.7.1322-03.

При утилизации отходов материалов и химикатов, а также при обустройстве приточно-вытяжной вентиляции рабочих помещений должны соблюдаться требования по охране природы согласно ГОСТ 17.1.1.01, ГОСТ 17.1.3.13, ГОСТ 17.2.3.02 и ГОСТ 17.2.1.04.

Требования по ресурсосбережению - по ГОСТ 30772.

Допускается утилизацию отходов материалов в процессе производства осуществлять на договорной основе с фирмой, имеющей соответствующую лицензию.Содержание вредных веществ в выбросах в атмосферу, сбросах в водоемы и загрязнения почвы контролируется в соответствии с «Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий», МУ 2.1.7.730-99, ГН 2.1.6.1338 и ГН 2.1.5.1315.

1.11 Требования к контролю качества

Контроль качества подготовки и сборки деталей под сварку должен производиться в соответствии с требованиями чертежа и технологического процесса. При этом должно быть проверено:

- зазоры в соединениях, смещение кромок правильность сборки деталей и их крепление в сборочных приспособлениях;

- качество прихваток и правильность их наложения;

- соответствие сварочных материалов и квалификации сварщиков требованиям технологического процесса.

В процессе сварки должны контролироваться:

применяемые сварочные материалы, режим сварки;

исправность сварочного оборудования; очередность наложения швов.

Контроль качества сварных соединений должен осуществляться визуальным осмотром и замером швов по СНиП 3.03.01-87.

Визуальному осмотру должны подвергаться 100% сварных швов металлоконструкций для выявления наружных трещин, наплывов, наружных пор, незаваренных кратеров, соответствие формы и размеров швов требованиям соответствующих стандартов и чертежей.

В сварных швах не допускается:-дефекты!

- непровары по сечению швов в соединениях, доступных сварке с двух сторон, глубиной более 5% толщины основного металла, если эта толщина не превышает 40 мм, и более2 мм, если толщина основного металла превышает 40 мм. Длина непровара должна быть не более 50 мм и общая длина участка непровара не более 200 мм на 1 м шва;

- непровары в корне шва в соединениях, доступных сварке только с одной стороны, без подкладок, глубиной более 15% толщины основного металла, если эта толщина не превышает 20 мм, и более 3 мм, если толщина основного металла превышает 20 мм;

- размеры отдельных шлаковых включений или пор либо скоплений их по глубине шва более 10% при толщине свариваемого металла до 20 мм и более3 мм при толщине свариваемого металла свыше 20 мм;

- шлаковые включения, расположенные цепочкой или сплошной линией вдоль шва при суммарной их длине, превышающей 200 мм на 1 м шва;

- скопления газовых пор в отдельных участках шва в количестве более 5 на 1 см2 шва;

суммарная величина непроваров, шлаковых включений и пор, расположенных отдельно или цепочкой, превышающая в рассматриваемом сечении при двусторонней сварке 10% толщины свариваемого металла или более 2 мм, при односторонней сварке без подкладок - 15% или более 3 мм;

- подрезы и наплывы.

-Металлоконструкции должны проверяться на качество сварных соединений, правильность геометрических форм и размеров в соответствии с требованиями рабочих чертежей или другой документации и настоящих технических условий.

2. Анализ технологичности сварной металлоконструкции «Бак с фланцами»

Согласно ГОСТ 14.205-2003.

Технологичность - совокупность свойств конструкции изделия, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для заданных показателей качества, объёма выпуска, условий выполнения работ, утилизации.

Под производственной технологичностью понимают технологичность конструкции изделия при технологической подготовке производства, изготовлении, а также монтаже вне предприятия-изготовителя.

Анализ производственной технологичности металлоконструкции «Бак с фланцами»

1) Сварная металлоконструкция “Бак с фланцами” должна выдерживать нагрузку выше на 30% от рабочей.

2) Свариваемость для данного материала удовлетворительная (строгий режим сварки).

3) Швы подразделяются на 3 группы, 1-я группа короткие швы до 250мм, 2-я группа средние швы свыше 250 до 500мм, 3-я группа свыше 500мм длинные. Технологичными являются короткие швы. Металлоконструкция имеет швы от 94 мм до 880мм, и, т.к. подавляющее большинство швов свыше 250 мм, по данному критерию металлоконструкция не технологична для изменения этого показателя средние швы выполняют от центра краям, длинные швы выполняются обратно-ступенчатым способом от центра к краям.

4) Технологически выгодным является нижнее положение; т.к. большинство швов находятся в вертикальной и потолочном положении, то, следовательно, по этому показателю металлоконструкция не технологична.

5)Технологичными являются швы, которые доступны для сварки в нижнем положении, металлоконструкция имеет ряд швов недоступных для сварки в нижнем положении, и другие, и ввиду этого металлоконструкция не технологична, поэтому для улучшения техно-логичности назначаю поузловую сборку-сварку металлоконструкции и кантовку за счёт чего все швы становятся доступными для сварки в нижнем положении

6) Металлоконструкция не подлежит кантовке без специальных устройств, по этому показателю она не технологична.

7) Все заготовки можно получить на универсальном оборудовании, которое обеспечит квалитет точности h14, по этому показателю металлоконструкция технологична.

2.1 Расчет свариваемости основного материала

1) В соответствии с ГОСТ, стали классифицируются по эквивалентному содержанию углерода на:

1. Хорошо свариваемые; СЭкв ?

2. Удовлетворительно свариваемые; СЭкв =

3. Ограниченно свариваемые; СЭкв

4. Плохо свариваемые; СЭкв

2) В настоящее время существует большое количество методик определения свариваемости, но наиболее широкое применение имеют указанные ниже:

I. Расчетно-статистический метод оценки стойкости против образования горячих трещин.

Где HCS - критерий стойкости сталей к образованию горячих трещин;

C,S,P,Si,… - химические элементы, входящие в состав стали

Для сталей, с пределом прочности менее 700Мпа (ув < 700 Мпа), критическое значение HCS = 4

Если HCS < 4, то сталь имеет высокое сопротивление к образованию горячих трещин.

Для сталей с ув > 700Мпа, рубежным критерием HCS = 2.

Где UCS - критерий стойкости к образованию горячих трещин;

C,S,P - химические элементы.

Если UCS < 10, то сталь имеет высокое сопротивление к образованию горячих трещин

Если UCS > 30, то сталь склонна к образованию горячих трещин.

II. Расчетно-статистический метод оценки стойкости против образования холодных трещин

Метод Международного Института сварки.

Где Сэкв - эквивалент углерода

Для конструкций, изготовленных из проката, ГОСТ 27772 - 88

В настоящее время, рубежным значением для эквивалента углерода, является 0,45%.

3) Исходные данные.

Металлоконструкция «Бак с фланцами» изготовляется из стали 10ХСНД.

Таблица 5 Содержание химических элементов в стали

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu	As
До 0,12	0,8 - 1,1	0,5 - 0,8	0,5 - 0,8	до 0,04	До 0.0035	0,6 - 0,9	До 0.008	0,4 - 0,6	До 0.008

Расчет свариваемости заданного материала.

1. Рассчитаем стойкость стали к образованию горячих трещин по формуле (1):

HCS > 4, следовательно сталь склонна к образованию горячих трещин.

2. Рассчитаем критерий стойкости к образованию горячих трещин UCS по формуле (2):

3. Рассчитаем эквивалент углерода по формуле (4)

2.2 Особенности сварки основного металла

Низколегированные стали относятся к разряду хорошо свариваемых. Однако наличие в них легирующих элементов обусловливает возможность появления закалочных структур в зоне термического влияния, что при неблагоприятном сочетании других факторов может вызвать уменьшение стойкости ее против холодных трещин. Легирующие элементы могут снизить также сопротивляемость швов горячим трещинам, усугубить или, напротив, ослабить последствия перегрева и склонность к хрупкому разрушению металла в зоне термического влияния и шве. Особые затруднения возникают при сварке термически улучшенных сталей, которые разупрочняются в различных участках зоны термического влияния.

Наибольшие трудности при сварке сталей этого класса связаны с получением требуемой ударной вязкости металла шва и зоны термического влияния вблизи границы сплавления. Низкая стойкость против хрупкого разрушения низколегированных сталей, подвергнутых перегреву при электрошлаковой сварке, может явиться следствием значительного укрупнения аустенитного зерна и внутризеренной структуры, образования видманштеттовой структуры и ферритных оторочек по границам зерен, повышенной хрупкости ферритной основы металла, развития высокотемпературной химической неоднородности, перераспределения и выделения по границам зерен карбидов или легкоплавких сульфидных включений в виде плен и строчек.

Подобные же причины вызывают снижение стойкости против хрупкого разрушения металла шва. В противоположность металлу зоны термического влияния, который под влиянием сварочного нагрева претерпевает а - у - а-превращение, в металле шва происходит только превращение у - а. Это обстоятельство, а также крупнозернистость строения металла шва вызывают заметную его химическую неоднородность, в особенности по наиболее ликвирующим примесям стали-сере, фосфору, углероду.

Электрошлаковому способу сварки присуще рафинирующее действие. Исключительно чистым оказывается шов по оксидным включениям, столь типичным для всех способов дуговой сварки. Что касается сульфидов и фосфидов, их общее количество невелико. На свойства шва при электрошлаковой сварке основное влияние оказывает не столько количество этих включений, сколько выделение сульфидов в виде пленок по границам зерен, в особенности в области оси шва, и внутрикристаллическая ликвация фосфора, обогащающего участки феррита, совпадающие с границами первичных кристаллитов.

Распределение неметаллических включений в металле шва в значительной степени определяется направленностью роста кристаллитов, зависящей, в свою очередь, от режимов сварки. С увеличением скорости сварки (скорости подачи проволоки) и глубины металлической ванны количество сульфидов, оттесненных коси шва растущими под тупым углом кристаллитами, увеличивается, а ударная вязкость металла шва понижается.

Уменьшают сопротивляемость хрупким разрушениям газы - кислород и азот, находящиеся в твердом растворе, и повышенная плотность дислокаций в металле шва.

В соединениях из большинства низколегированных сталей ударная вязкость металла шва и зоны термического влияния вблизи границы сплавления в участках перегрева и твердо-жидкого состояния при комнатной температуре в состоянии после сварки или после отпуска обычно удовлетворяет требованиям соответствующих технических условий. При более низких температурах ударная вязкость этих участков зачастую низка. По этим причинам выбор технологии электрошлаковой сварки и последующей термообработки во многом определяется условиями эксплуатации конструкции и стойкостью низколегированной стали и металла шва в сварном соединении против хрупкого разрушения.

Существует ряд возможностей для получения соединений с высокими свойствами. Они состоят в выборе материалов с высокой стойкостью против перегрева при электрошлаковой сварке, рациональной термообработки, режимов и технологических приемов сварки. Задача технолога состоит в оценке сопротивляемости хрупкому разрушению металла шва и свариваемой стали в зоне термического влияния и определении применительно к конкретным конструкциям и условиям их эксплуатации рациональных методов повышения свойств соединений.

Легирование стали оказывает решающее влияние на стойкость ее против перегрева при электрошлаковой сварке. При рациональном легировании стали она может оказаться столь высокой, что требования по ударной вязкости металла вблизи границы сплавления удовлетворяются уже после высокого отпуска, без применения улучшающей высокотемпературной термообработки - нормализации.

2.3 Мероприятия по повышению технологичности

Для повышения технологичности предлагаю разбивание конструкции на узлы.

Кантовка узлов позволяет переместить сварные соединения в более удобные пространственные положения, например, в нижнее положение. При кантовке необходимо использовать специализированное оборудование и механизмы. Протяженность швов - средняя. Следует применить при сварке направление от центра к краям, обратноступенчатым способом.

Данные мероприятия снижают внутренние напряжения. Для минимизации тепловложений необходимо применять минимально-допустимые значения тока или применить разделку кромок с меньшим сечением. По возможности увеличить скорость сварки.

3. Маршрутная технология изготовления металлоконструкции «Бак с фланцами»

Маршрутная технология - это разработка последовательности осуществления операции, изготовления сварной металлоконструкции при котором операции указываются упрощенно, отображается лишь последовательность обработки.

Рисунок 6 Узел 1

Рисунок 7 Узел 2

Рисунок 8 Узел 3



Рисунок 9 Узел 4

Рисунок 10 Узел 5

Рисунок 11 Узел 6

Расчленения на узлы закончено, далее указываю правильную последовательность сборки:

Рисунок 12 Схема заготовительных операций



Рисунок 13 Схема сборочно-сварочных операций

4. Разработка технологического процесса

Технологическим процессом называется часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства, т. е. по изменению размеров, формы, свойств материалов, контроля и перемещения заготовки.

Технологический процесс разрабатывается на основании чертежа изделия, программы выпуска и отдельных его деталей, и определяет последовательность операций:

· изготовление деталей;

· сборка узлов и агрегатов, т. е. соединение отдельных деталей в сборочные единицы и агрегаты;

· окончательная сборка всего изделия;

· сварка узлов и окончательная сварка;

· контроль качества.

При изготовлении металлоконструкции применяются следующие операции:

1. Заготовительные операции;

2. Сборочные операции;

3. Сварочные операции;

4. Контрольные операции.

4.1 Заготовительные операции

Заготовительные операции- процесс изготовления конструкции, включающий в себя сварку, начинается с выполнения заготовительных операций, к которым относится правка, разметка, резка, обработка кромок, гибка, и чистка кромок под сварку.

Заготовительные работы можно разделить на два основных этапа:

· - раскрой - разрезание полуфабриката;

· - формообразование деталей из полученных заготовок.

При необходимости иногда вводится предварительная зачистка и правка полуфабриката.

При изготовлении заготовок применяю следующие виды обработки металла:

1. Правка проката перед дальнейшими технологическими операциями.

2. Резка

3. Получение отверстий механическим способом

4. Очистка поверхности под сварку

Выбор заготовительного оборудования производится с учетом типа материала, его марки и толщины.

Заготовительное оборудование должно обеспечивать высокую производительность и по возможности иметь небольшие габариты.

Для изготовления сварной металлоконструкции секция “Бак с фланцами” предлагаю использовать нижеследующее заготовительное оборудование:

1) Листоправильная машина МЛЧ 1725 для правки листового проката

2) Установка гидроабразивной резки MultiCam WaterJet серии V V-304-W для резки листового проката

3)Дробеструйная установка SXB2000-6 для очистки листового проката после гидроабразивной резки

4) Пила ленточная Корвет 425 для резки фасонного и трубного проката

5) УШМ BOSCH GWS 15125 CIEH для зачистки кромки деталей

6)Сверлильный станок марки «Bosch PBD 40 0603B07000» для сверления отверстий в фасонном прокате.

-листоправильная валковую машина для правки металла, выбран именно этот вид машины, т.к. она даёт необходимые допуски по плоскостности;

-для резки использую установку гидроабразивной резки, т.к. другие виды резки не подходят: механическая, не подходит т.к. слишком сложный контур резки, плазменная резка не подходит, т.к. сталь изготовлена из марки 10ХСНД, для этой стали слишком сложные требования к температуре;

-для изготовления отверстий в фасонном прокате использую сверлильный станок т.к. установка гидроабразивной резки не дает такой возможности (сложность закрепления уголков на столе станка).

Выбор метода раскроя.

Следует выбирать такой метод раскроя металла, который обеспечивал бы получение наименьших отходов.

В зависимости от типа производства могут применяться три метода раскроя.

Первый метод - индивидуальный, имеющий наибольшее практическое применение, состоит в том, что листы разделяются на полосы, предназначенные для получения одноименных деталей.

Второй метод, получил название смешанного раскроя. В этом случае лист раскраивают с учётом изготовления разноимённых деталей и обеспечения необходимой комплектности деталей на изделие.

Третий или групповой метод начинается с раскроя деталей больших размеров, а оставшийся от основного раскроя лист используются для деталей меньших размеров. Этот метод раскроя исключает раскрой полноценных листов на полосы для деталей малых размеров, так как они могут быть изготовлены из полос, остающихся от основного раскроя листов.

Для раскроя деталей использую смешанный метод раскроя.

Рисунок 14. Схема раскроя листа



Рисунок 15. Схема раскроя профильного проката

Рисунок 16 Схема раскроя трубного проката

Расчёт расхода металлопроката рассчитывается по формуле:

, (7)

где Fп - площадь полосы (мм2),

УFз - площадь заготовок (мм2).

Расчёт отходов с листового проката

=(3150000-2193642) / 3150000 х 100=30,36%

Расчёт отходов с фасонного проката

=(9300-9208)/9300 х 100=0,98%

Расчёт отходов с трубного проката

=(190-186) / 190 х 100=2%

4.2 Сборочные операции

Сборочные операции осуществляют с целью обеспечения правильного взаимного расположения и закрепления деталей собираемого узла. Собранный узел должен обладать жесткостью и прочностью, необходимой как при извлечении его из сборочного приспособления и транспортировке к месту сварки, так и для уменьшения временных сварочных деформаций. Поэтому собранные детали фиксируют с помощью прихваток.

Осуществляю поузловую сборку с последующей окончательной сборкой-сваркой металлоконструкции. Для каждого сварного узла разрабатывается сборочно-сварочное приспособление на базе УСПС. Этапы разработки приспособлений рассмотрены в конструкторской части.

4.3 Сварочные операции

Режимом сварки называют основные показатели, определяющие процесс сварки, которые устанавливаются на основе исходных данных и должны выполняться для получения сварного соединения требуемого качества, размеров и формы, установленных техническими требованиями.

К этим показателям при дуговой сварке в защитных газах относятся:

· диаметр проволоки;

· сила сварочного тока;

· род и полярность тока;

· напряжение сварочной дуги;

· скорость сварки;

· масса наплавленного металла;

При многослойном шве -- диаметр проволоки и сила тока для первого и последующих слоев, а также другие характеристики.

В зависимости от марки свариваемого металла и его толщины подбирают тип и марку проволоки.

Диаметр проволоки выбирается в зависимости от положения сварки и толщины металла. При нижнем положении сварки диаметр проволоки можно определить, руководствуясь соотношением между катетом и толщиной свариваемого металла по таблице 6.

Таблица 6 Зависимость диаметра проволоки от толщины свариваемого металла (катета)

S, мм	1,5 - 2,0	3	4,0 - 8	9 - 12	13 - 15	16 - 20	20
k, мм	2	3	4,5	5	6 - 8	16	20
dэл, мм	1,6 - 2,0	3	4	4 - 5	5	5 - 6	6 - 10

Допустимая плотность тока в сварочной проволоке 100 А/мм2

Силу сварочного Iсв (А) тока рассчитывают по формуле:

, (8)

Где, Iсв - сила сварочного тока, А;

dэ - диаметр проволоки мм,

j -плотность тока А/мм2.

Существуют оптимальные соотношения между dэл и площадью поперечного сечения наплавленного металла.

Для первого прохода (при проваре корня шва)

F1= (6…8) dэл (9)

Для последующих проходов

FП= (8...12) dэл (10)

Расчёт напряжения в сварочной дуге Uд рассчитывается по формуле:

, (11)

где Iсв - сила сварочного тока (А),

- напряжение в дуге (V)

dэ - диаметр проволоки (мм).

Расчет скорости сварки Vсв (м/ч) производится по формуле:

, (12)

где Vсв- скорость сварки

Lн - коэффициент наплавки (г/АЧч),

Iсв - сила сварочного тока (А),

Fшв - площадь поперечного сечения шва (см2),

г -плотность стали 7.84 (г/см3).

Масса наплавленного металла Gн (г) для дуговой сварки в защитных газах рассчитывается по формуле:

, (13)

где Gн- масса наплавленного металла

F - площадь поперечного сечения шва (см2),

l -длина шва (см),

г -плотность стали 7.84 (г/см3)

Коэффициент наплавленного металла рассчитывается по формуле