Разработка технологии сборки и сварки металлической балки Б-3

Пояснительная записка

Разработка технологии сборки и сварки металлической балки Б-3

балка сварка шов

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.

Общие требования по выполнению сварочных работ регламентируются руководящими документами или технологическими указаниями по сварке, разрабатываемыми проектировщиками или отраслевыми институтами по организации строительства. Эти документы конкретизируются применительно к малым размерам конструкций и их элементов в картах технологических процессов сборки и сварки, разрабатываемых в организациях, осуществляющих заводское изготовление и монтаж металлических конструкций.

В данной курсовой работе рассмотрена разработка технологической карты сборки и сварки балки Б-3. Конструктивно представляющей стержень двутаврового сечения. Составляющие детали: стенки и полки.

Технологическая карта разработана в соответствии с ГОСТ 23 118–99 «Конструкции стальные строительные», СНиПами II-23−81* «Стальные конструкции. Нормы проектирования», 3,03,01−87 «Несущие и ограждающие конструкции», 15,132−96 «Сварка и контроль качества сварных соединений металлических конструкций при сооружении промышленных объектов». СП-53−101−98 «Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций».

1. Выбор стали для балки Б-3

Для металлических строительных конструкций рекомендуется применять листовой, универсальный фасонный прокат и гнутые профили из углеродистых и низколегированных сталей, химический состав и механические свойства которых определены в ГОСТ 27 772–82.

Выбор стали зависит от характера нагрузок, воздействующих на металлическую конструкцию, климатических условий ее эксплуатации и регламентируется СниП II-23−87*. В соответствии с вышеуказанным СниП, в зависимости от условий работы конструкции разделяются на 4 группы. Балка Б-3, разрабатываемая в данном курсовом проекте принадлежит к группе 2.

Группа 2. Сварные конструкции, либо их элементы, работающие при статической нагрузке [фермы; ригели рам; балки перекрытий и покрытий; косоуры лестниц; опоры ВЛ, за исключением сварных опор больших переходов; опоры ошиновки открытых распределительных устройств подстанций (ОРУ); опоры под выключатели ОРУ; опоры транспортных галерей; элементы контактной сети транспорта (штанги, анкерные оттяжки, хомуты); прожекторные мачты; элементы комбинированных опор антенных сооружений; трубопроводы ГЭС и насосных станций; облицовки водоводов; закладные части затворов и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы], а также конструкции и их элементы группы при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19 425–74* и ТУ 14−2-427−80 при наличии сварных монтажных соединений.

Под условиями работы понимается характер нагрузок — статические, вибрационные, динамические, климатические районы и соответствующие им предельные температуры.

Для данной колонны выбрана сталь С255. Буква С означает — сталь строительная, цифры условно обозначают предел текучести проката, согласно ГОСТ 27 772–88. Все характеристики стали приведены ниже в таблицах.

Химический состав стали

Механические характеристики

2. Выбор общей схемы сборки и требования к сборочным операциям

Общая схема сборки-сварки отправочной марки может состоять из:

— Сборка-сварка детали

— Сборка-сварка узла

— Окончательная сборка-сварка отправочной марки.

Сборочные операции осуществляются с целью обеспечения правильного взаимного расположения деталей собираемого под сварку элемента. Фиксируют собранные детали с помощью прихваток — коротких прерывистых швов, служащих для предварительного соединения подлежащих сварке деталей. Собранный на прихватках узел должен обладать необходимой жесткостью и прочностью, что позволяет его транспортировать к месту сварки и кантовать для позиционирования в удобное для сварки положение. Прихватки также уменьшают временные сварочные деформации, которые могут вызвать искажение геометрической формы изделия. Прихватки могут выполняться ручной дуговой сваркой или полуавтоматической дуговой сваркой в СО₂. При сборке применяется сборочная оснастка — приспособления и вспомогательные устройства для выполнения сборочных работ.

Сварочные операции позволяют окончательно закрепить собранные детали, узлы и конструкции и получить изделия, отвечающие конструктивным и эксплуатационным требованиям. Сварка производится с применением серийного и специализированного сварочного оборудования и сварочной оснастки. Ввиду того, что необходимо выполнить 300 типовых балок (серийное производство) то будут применены все вышеупомянутые этапы.

Сборка и сварка стыковых соединений листов

В строительных конструкциях сборка и сварка соединений листов, как правило, проводятся до установки их в собираемый узел или элемент. На заводах основной объем этих работ выполняется на специализированных механизированных участках и поточных линиях, которые необходимо располагать последовательно в технологическом потоке заготовительных цехов, что позволяет максимально механизировать не только сборочно-сварочные, но и транспортные операции.

Для сборки и сварки индивидуальных листов для балки ведутся на стеллажах. При этом все подъемно транспортные работы выполняются мостовым краном. Для сборки листы укладывают в рамы, и выравнивают кромки так, чтобы они находились в одной горизонтальной плоскости, и закрепляют их прихватками. Сборка листов заканчивается установкой выводных планок. Причем при ширине 500 мм прихватки по краям обычно не ставятся. В этом случае для закрепления стыка электроприхватки накладываются только на выводные планки.

Сборка сварных балок составного двутаврового сечения

В строительных стальных конструкциях сварные двутавровые балки — основной элемент колонн и других подобных конструкций. Сборку и сварку балок выполняют заранее — до общей сборки конструкции. Последовательность сборки и сварки составных двутавровых балок состоит из:

— Стыковки вертикальных и горизонтальных листов

— Автоматическая сварка стыков

— Правка листов

— Сборка двутаврового сечения

— Правка грибовидности горизонтальных листов

— Фрезерование торцов.

В процессе сборки необходимо не только плотно притягивать полки к стенкам, но и обеспечивать угол 90⁰, и совпадение их осей. Прихватки 50−60 мм должны накладываться через каждые 500−600 мм катетом 4−6 мм. При большом объеме работ сборка ведется на сборочных установках с передвижным порталом. Они обеспечивают требуемые геометрические характеристики без разметки. Для поджатия деталей применяются пневматические прижимы. Для производства 1200 колонн был выбран совмещенный неповоротный (для фиксации геометрических размеров) и поворотный (для переворота двутавра) кондукторы.

3. Выбор вида сварки

При изготовлении металлических конструкций рекомендуется использовать следующие виды сварки:

Для прихватки при сборке элементов:

1 Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.

2 Механизированная в СО₂

3 Механизированная порошковой проволокой в углекислом газе Для сварки:

1 Автоматическая сварка под флюсом

2 Механизированная сварка в углекислом газе.

3 Механизированная сварка порошковой проволокой в углекислом газе и без него.

4 Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.

Выбор вида сварки зависит от:

· характера (серийности) производства;

· назначения технологической операции

· пространственного положения шва.

В условиях единичного и мелкосерийного производства и на монтаже для прихватки целесообразно использование ручной дуговой сварки покрытыми электродами. В условиях среднеи крупносерийного производства в заводских условиях для прихватки собираемых элементов желательно использование механизированных способов сварки: в углекислом газе порошковыми проволоками и проволоками сплошного сечения или садозащитными порошковыми проволоками.

При выборе вида сварки необходимо учитывать, что экономически и технически применение автоматической сварки для выполнения стыковых соединений целесообразно при длине швов более 300 мм, для сварки угловых швов при их длине более 1−1,5 м. Длина швов, выполненных ручной и механизированными методами сварки, неограниченна.

В тех случаях, когда при изготовлении возможно позиционирование («кантовка») изделия лучшее формирование шва обеспечивается при сварке в нижнем положении и в «лодочку». Механизированная сварка порошковой проволокой может быть применена для сварки в нижнем, наклонном и вертикальном положениях. Автоматическая сварка в углекислом газе и смеси газов и под флюсом применима обычно только для сварки в нижнем положении и вертикальных швов на специализированном оборудовании, обеспечивающем предотвращение вытекания сварочной ванны с помощью специальных формирующих устройств.

Проанализировав вышеперечисленные достоинства и недостатки каждого вида сварки, для сборки 300 балок будем применять механизированную и автоматическую сварку в углекислом газе проволокой Св-08Г2С

4. Выбор типов сварных соединений

Выбор типа соединения зависит от:

· толщины свариваемых деталей;

· вида сварки;

· условий эксплуатации (т.е. группы конструкций).

В строительных конструкциях соединения, выполняемые дуговой сваркой, могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными. При сварке балок используется сталь 10−25 мм, следовательно скос кромок применять не следует.

5. Выбор сварочных материалов

Сварочные материалы — электроды покрытые, сварочные проволоки (сплошного сечения и порошковые), флюсы и защитные газы относятся к расходуемым в процессе сварки и прихватки материалам.

Выбор вида и марки сварочного материала зависит от:

марки свариваемой стали;

вида сварки;

условий эксплуатации конструкций, т. е. группы конструкций и

климатического района, в котором эксплуатируется конструкция.

Сварочные материалы должны обеспечивать свойства металла шва на уровне свойств свариваемой стали.

Для производства балок Б-3 была выбрана проволока Св-08Г2С, Св-08 характеристики которой приведены выше, марка электродов для РДС и прихватки Э42, флюс АН-348А

Расход проволоки:

М=F_м •L_ш ?г?К_р

М=0,92•40,7•7800•1,05=30,67 м. — на одну балку Б-3.

6. Выбор режима сварки

Режим сварки это совокупность показателей процесса сварки, обеспечивающих получение швов заданных размеров, формы и качества.

Применительно к методам дуговой сварки, такими параметрами являются: род, полярность и величина тока в дуге (А); диаметр сварочной проволоки (мм); напряжение электрической дуги (В); скорость подачи электродной проволоки (м/ч); скорость сварки (м/ч), число проходов (при многопроходной сварке).

Параметры режима определяются:

— видом сварки;

— типом шва (формой разделки кромок);

— толщиной свариваемого металла или высотой первого прохода для

стыковых швов или катетом шва для угловых швов;

— маркой свариваемой стали и температурой окружающей среды

(определяющих предрасположенность к образованию закалочных

структур и трещин).

Для стыковки двух стенок, толщиной 10 мм.

Диаметр сварочной проволоки 3 мм, напряжение 28−30 В, сила сварочного тока 400−450 А, постоянный ток обратная полярность, скорость сварки 50−55 м/ч.

Для стыковки стенки и полки.

Диаметр сварочной проволоки 2 мм, напряжение 35−38 В, сила сварочного тока 440−460 А, постоянный ток обратная полярность, скорость сварки 38−40 м/ч.

Сборка конструкции в целом.

Диаметр сварочной проволоки 1,4 мм, напряжение 32−34 В, сила сварочного тока 300−320 А, постоянный ток обратная полярность, расход углекислого газа 15−20 л/мин.

7. Выбор оборудования для сварки (сварочного оборудования)

Для выполнения дуговой сварки и прихваток в строительстве используют в основном следующие виды сварочного оборудования:

1. Источники питания дуги — трансформаторы для сварки на переменном токе, выпрямители и сварочные агрегаты для сварки на постоянном токе.

2. Аппараты для выполнения механизированной и автоматической сварки — шланговые полуавтоматы для сварки под флюсом, в защитных газах и порошковой проволокой, и сварочные автоматы (сварочные тракторы и самоходные головки).

Выбор вида и типа сварочного оборудования определяется следующими факторами: видом сварки; пространственным положением и протяженностью шва, параметрами режима сварки.

Технические характеристики выбранных источников питания и аппаратов для выполнения сварки должны обеспечивать реализацию назначенных режимов сварки. Вместе с этим они не должны иметь неоправданно высоких запасов мощности, т.к. это ведет к перерасходу электроэнергии.

Были выбраны:

ВД-201УЗ m=115 кг.

А1416, габаритные размеры 1070×845×1920, скорость сварки 25−250 м/ч (источник питания ВДУ-1201).

А547УМ, габаритные размеры 350×118×245, скорость сварки 160−780 м/ч (источник питания ВС-300Б).

8. Выбор сборочно-сварочной оснастки

Сборочно-сварочная оснастка это дополнительные технологические устройства (приспособления), предназначенные для выполнения сборочных и сварочных работ.

При помощи сборочных приспособлений собираемые под сварку детали или узлы ориентируются относительно друг друга в положение, предусмотренное чертежом, закрепляются и прихватываются. Наиболее удобное положение собираемых деталей (узлов), при котором прихватки выполняются в нижнем положении или «в лодочку».

Сварочные приспособления или механическое сварочное оборудование предназначено для ориентирования или ориентирования и перемещения изделия относительно сварочного аппарата.

9. Последовательность выполнения швов

Регулирование сварочных деформаций и напряжений при сварке конструкций в значительной степени определяется последовательностью наложения швов. С этой точки зрения при выполнении сварных швов должен соблюдаться следующий порядок. Сначала свариваются стыковые соединения поперечных швов, затем продольных. Угловые и тавровые соединения выполняются после заварки стыковых швов.

Стыковые соединения листов осуществляются, как правило, автоматической сваркой на проход под флюсом на стеллажах и стендах, оснащённых стационарными и переносными флюсовыми подушками, причём начало и конец шва выполняются на входных и выходных планках.

Сварка балок составного двутаврового сечения. Составные двутавровые балки отличаются наличием швов значительной протяжённости и большого сечения, поэтому для выполнения поясных швов рекомендуется автоматическая сварка под флюсом с расположением швов в «лодочку».

Для того, чтобы избежать больших остаточных деформаций — кривизны и винтообразности, рекомендуется вести сварку всех поясных швов в одном направлении.

10. Операционный контроль

Организация контроля качества при изготовлении и возведении металлических конструкций предполагает выполнение следующих видов контроля:

- входной — проверка качества и соответствия стандартам

комплектующих материалов и заготовок, в том числе класса и марки

сталей, сварочных материалов и др.

- операционный, — в рамках которого осуществляется проверка

геометрических размеров шаблонов, кондукторов и других

элементов оснастки; геометрических параметров заготовки после

механической обработки и сборки элементов под сварку,

расположение, размеры и качество сварных швов и соединений;

геометрические параметры собранного и сваренного элемента

конструкции; качество антикоррозионных покрытий.

- приемочный — периодический контроль и испытания конструкции и

приемо-сдаточный контроль.

В зависимости от конструктивного оформления, условий эксплуатации и степени ответственности швы сварных соединений подразделяются на 12 типов и на 1, II, III категории, которые определяют высокий, средний и низкий уровень качества.

1.ГОСТ 23 118−78. Конструкции металлические строительные. Общие технические условия. — М.: Изд-во ст-в, 1978.

2. Стальные конструкции: Нормы проектирования: СНиП 11−23−81*, — М.: Стройиздат, 1988.-94 с.

3. Несущие и ограждающие конструкции: СНиП 3.03.01−87, Стройиздат, 1988.

4. Сварка и контроль качества сварных соединений металлических конструкций при сооружении промышленных объектов: РД 34 15.132−96 М., 1988

5. Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций: СП-53−101−98, — М.: 1999.

6.ГОСТ 27 772−88. Прокат для строительных стальных конструкций. — М.: Изд-во ст-в, 1989.

7.ГОСТ 14 771−76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные.

Основные типы, конструктивные элементы и размеры. — М.: Изд-во ст-в, 1979.

8. Изготовление стальных конструкций. Под ред. В. М. Краснова. Стройиздат, 1978.-355 с.

9. Сварка и резка в промышленном строительстве. Т.2 / Под ред. В. Д. Малышева. — М.: Стройиздат, 1989.-400 с. (справочник строителя).