Разработка технологии сварки трубы

Введение

Сварочная техника и технология занимает одно из ведущих мест в современном производстве. Развитие техники и технологии предъявляет все новые требования к способам производства и, в частности к технологии сварки. Сегодня свариваются материалы, которые еще относительно недавно считались экзотическими. Свариваются детали электроники толщиной в несколько микрон и детали тяжелого оборудования толщиной в несколько метров. Постоянно усложняются условия, в которых выполняются сварочные работы: сваривать приходится под водой, при высоких температурах, в глубоком вакууме, при повышенной радиации, в невесомости. Недаром сварка стала вторым после сборки технологическим процессом, впервые в мире опробованным нашими космонавтами в космосе.

Сварка во многих случаях заменила такие трудоёмкие процессы изготовления конструкций, как клёпка и литьё, соединение на резьбе и ковка.

В последующие годы стали применять: сварку ультразвуком, электронно-лучевую, плазменную, диффузионную, холодную сварку, сварку трением и др.

Необходимость повышения производительности труда ведет к увеличению уровня механизации и автоматизации сварочного производства, к его оснащению новыми сложными машинами и агрегатами, без которых сегодня немыслимо серийное производство многих видах продукции.

В последние годы патентные ведомства ежемесячно регистрируют более 200 изобретений в области сварочной техники и технологии — таковы темпы развития сварочного производства [2].

Целью выпускной квалификационной работы является разработка технологии сборки и сварки внутренних швов сосуда изотермической емкости.

Исходя из цели, в выпускной квалификационной работе рассмотрены следующие задачи:

1) охарактеризовать свариваемость и металлургические процессы данной марки материала;

2) произвести подбор сварочного оборудования и сварочных материалов;

3) выбрать метод подготовки кромок перед сваркой и обработка швов после сварки;

4) выбрать контроль качества данного сварного соединения;

5) подобрать оборудование для сборки и сварки внутренних швов сосуда изотермической емкости;

6) рассчитать приспособления;

7) рассчитать сварной шов на прочность;

8) рассчитать расходы сварных материалов на изготовление данного изделия;

9) рассчитать нормы времени.

1. Технологическая часть.

1.1 Описание конструкции изделия Сосуд изотермической емкости предназначен для хранения жидкой двуокиси углерода. Характеристика изделия представлена в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристика сосуда.

1,2 — днища, 3…7 — трубопроводы, 8 — подогреватель, 9 — накладки, 10 — проушины, 11 — фланец.

Рисунок 1 — Сосуд изометрической емкости.

Сосуд представляет собой цилиндр, сваренный из нескольких обечаек, изготовленный из листовой стали. К цилиндрическим кромкам корпуса привариваются днища, также состоящие из нескольких листов. К наружной поверхности сосуда привариваются трубопроводы обвязки, фланец крышки. Внутри емкости находится испаритель для поддержания паровой фазы углекислоты [11].

1.2 Характеристика основного металла При разработке технологии сварки конкретной конструкции необходимо учитывать как свойства материала, так и те изменения, которые могут наблюдаться при сварке в материале сварного соединения.

В свою очередь эти изменения определяются технологическими параметрами выбранного способа сварки (концентрация источника нагрева, скорость сварки и т. д.) составом и температурой окружающей среды, составом используемых дополнительных материалов, флюсов, присадочной проволоки, защитных и инертных газов, характером подготовки деталей под сварку (разделкой кромок, подготовкой поверхности и т. д.) пространственным положением осуществляемого процесса сварки.

В зависимости от климатической зоны, в которой будет эксплуатироваться изделие, прочностных требований, выбирают ту или иную сталь. Для изготовления емкости и по данному проекту применяется сталь 09Г2С, которая относится к низколегированным конструкционным сталям [10]. Химический состав марки стали 09Г2С приведен в таблице 2. Механически свойства приведены в таблице 3.

Таблица 2 — Химический состав марки стали 09Г2С в %.

Таблица 3-Механические свойства марки стали 09Г2С.

1.3 Особенности свариваемости основного металла Свариваемость — это свойство металла или сочетания свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающие требованиям, обусловленными конструкцией и эксплуатацией изделия.

Низколегированная сталь 09Г2С, относятся к числу хорошо сваривающихся металлов. Для этой стали технологию сварки выбирают из условий обеспечения комплекса требований, главные из которых достижение равнопрочности сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном соединении [31].

Свойства стали в известных пределах регулируют за счет изменения содержания углерода и легирующих элементов. Повышение вероятности образования горячих трещин при увеличение содержания углерода обусловлено склонностью углерода к ликвации, а холодных трещин — тем, что углерод снижает температуру мартенситного превращения и способствует формированию малопластичного мартенсита. Объемные изменения (увеличение объема) при превращении аустенита в мартенсит с повышением содержания углерода возрастают. Это приводит к увеличению внутренних напряжений.

В связи с отмеченным, в сварных конструкциях применим сталь 09Г2С, относящиеся к низколегированной стали повышенной прочности перлитного класса, содержащие 0,09% С. Она обладает достаточной прочностью и относительно хорошей свариваемостью.

Сталь 09Г2С поставляется в основном в горячекатаном состоянии или после нормализации по ГОСТ 19 282– —73 и специальным техническим условиям.

Образование горячих трещин предотвращают также за счет рационального выбора материалов: флюсов, электродов, электродных проволок таким образом, чтобы при осуществлении любого отмеченного металлургического варианта обеспечивалось снижение вредных примесей в металле шва.

Образование пор при сварке стали, связанно с выделением окиси углерода, водорода и азота. Вероятность образования пор из-за выделения окиси углерода небольшая, поскольку в сварочной ванне, как правило, обеспечивается достаточная концентрация сильных раскислителей (например, кремния).

Вероятность образования пор из-за водорода при сварке низколегированных сталей выше, чем при сварке углеродистых сталей из-за повышенной степени раскисленности. Поэтому при сварке стали 09Г2С необходимо предусматривать меры для снижения вероятности попадания водорода и азота в зону сварки.

Сталь 09Г2С сваривается практически всеми видами и способами сварки плавлением [10].

1.4 Способ сварки изделия Для сварки внутренних и внешних продольных швов обечайки из низкоуглеродистой стали 09Г2С рекомендуется использовать автоматическую сварку под слоем флюса.

При сварке под флюсом сварочная дуга между концом электрода и изделием горит под слоем сыпучего вещества, называемого флюсом [7].

На рисунке 2 изображен продольный разрез зоны сварки под флюсом, где 1- электрод, 2 — газовый пузырь, 3 — сыпучий флюс, 4 — ванна жидкого металла.

Рисунок 2 — Продольный разрез зоны сварки под флюсом Флюс насыпается слоем толщиной 50−60 мм; дуга утоплена в массе флюса и горит в жидкой среде расплавленного флюса, в газовом пузыре, образуемом газами и парами, непрерывно создаваемыми дугой. При среднем насыпном весе флюса около 1,5 г/см² статическое давление слоя флюса на жидкий металл составляет 7−9 г/см². Этого незначительного давления, как показывает опыт, достаточно, чтобы устранить нежелательные механические воздействия дуги на ванну жидкого металла, разбрызгивание жидкого металла и нарушение формирования шва даже при очень больших токах. В то время как при открытой дуге механическое воздействие дуги на ванну жидкого металла делает практически невозможной сварку при силе тока выше 500−600, а вследствие разбрызгивания металла и нарушения правильного формирования шва, погружение дуги во флюс дало возможность увеличить применяемые токи в среднем до 1000−2000 А и максимально до 3000−4000 А. Сварка под флюсом даёт возможность повысить сварочный ток в 6−8 раз по сравнению с открытой дугой с сохранением высокого качества сварки и отличного формирования шва [1].

Производительность сварки при этом растет значительно быстрее увеличения тока, меняется самый характер образования шва. Маломощная открытая дуга лишь незначительно расплавляет кромки шва, который образуется главным образом за счет расплавленного электродного металла, заполняющего разделку кромок. Мощная закрытая дуга под флюсом глубоко расплавляет основной металл, позволяет уменьшить разделку кромок под сварку, а часто и совсем обойтись без разделки. Снижается доля участия электродного металла в образовании шва.

Таким образом, производительность сварки под флюсом возрастает как за счет увеличения сварочного тока, так и за счет лучшего его использования. Возможность резкого увеличения силы сварочного тока составляет главное, неоценимое преимущество сварки под флюсом.

Заключение

дуги в газовый пузырь со стенками из жидкого флюса практически сводит к нулю потери металла на угар и разбрызгивание, суммарная величина которых не превышает.

2% веса расплавленного электродного металла. Сварные швы получаются равномерного и очень высокого качества. Отсутствие потерь на угар и разбрызгивание и уменьшение доли электродного металла в образовании шва позволяют весьма значительно экономить расход электродной проволоки. Лучшее использование тока заметно экономит расход электроэнергии. Так как дуга горит невидимо под толстым слоем флюса, не требуется защиты глаз работающих.

К недостаткам сварки под флюсом можно отнести невидимость места сварки, закрытого толстым слоем флюса, и довольно значительные расход и стоимость флюса. Невидимость места сварки повышает требования к точности подготовки и сборки изделия под сварку, затрудняет сварку швов сложной конфигурации. Расход флюса по весу в среднем равняется весу израсходованной проволоки, и стоимость его оказывает существенное влияние на общую стоимость сварки.

Применение для сварки под флюсом дуговых автоматов особых осложнений не вызывает, дуга под флюсом обычно устойчивее открытой дуги. Переход на сварку под флюсом потребовал лишь увеличения сварочных токов и соответственного увеличения размеров и усиления конструкции автоматов. Сварка под флюсом в большинстве случаев ведется на токе высоких плотностей, поэтому широко применяются автоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки [20].

1.5 Металлургические процессы при сварке При автоматической сварке под слоем флюса сварочная дуга горит во флюсогазовом пузыре, заполненном раскаленными газами столба дуги и парами флюса.

Условия протекания металлургических процессов отличаются рядом особенностей:

· более эффективная защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха (в швах, выполненных под флюсом, содержание азота не превышает 0,008%);

· объем сварочной ванны больше, чем при ручной дуговой сварке, больше и время пребывания ее в расплавленном состоянии, что способствует более полному протеканию химических реакций между жидким металлом и шлаком;

· более устойчивая зависимость между режимом сварки и химическим составом расплавляемого металла, что позволяет с достаточной точностью и стабильностью получать заданный состав металла швов.

Одной из важных особенностей металлургических процессов при сварке под флюсом является легирование шва марганцем и кремнием за счет восстановления их из оксидов МnО и SiO2, находящихся во флюсе. В зоне сварки с высокой температурой протекают восстановительные реакции:

Образовавшийся оксид FeO частично всплывает в шлак, частично растворяется в жидком металле. Марганец и кремний полностью растворяются в металле.

В хвостовой части сварочной ванны в зоне пониженных температур протекают реакции раскисления за счет Мn и Si, имеющих большее сродство к кислороду в этих условиях, чем железо:

Получающиеся при этом оксиды соединяются между собой в комплексные легкоплавкие силикаты марганца и железа, легко всплывающие в шлак [29].

1.6 Методы подготовки кромок перед сваркой. Обработка швов после сварки.

1.6.1 Методы подготовка кромок под сварку Металл, идущий на изготовление сварных конструкций, предварительно очищают. Очистка должна производиться до сборки узла. Металл в месте сварки тщательно очищают от ржавчины, пор и других дефектов. Особенно следует обратить внимание на зачистку металла в зазоре между кромками.

Если в зазор уже собранного узла попали загрязнения, его следует тщательно продуть сжатым воздухом или прожечь пламенем горелки. Для очистки понадобится электрошлифовальная машина ВОSСН, представленная на рисунке 3, шлифовальный круг 80−10−20 25А СМ26К56.

Маска из органического стеклаС-40 ТУ6 4−1-456−700-для защиты глаз рабочего от вредного воздействия. Зачистить места подлежащие не менее 20 мм до чистого металла. Техническая характеристика электрошлифовальной машины ВОSСН представлена в таблице 4.

Рисунок 3 — Электрошлифовальная машина ВОSСН Таблица 4 — Техническая характеристика.

После зачистки обезжирить в нефрозе, для этого понадобится хлопчатобумажные салфетка ГОСТ 11 680–76 и перчатки ГОСТ 1108–59, а затем продуть на воздухе [14].

1.6.2 Обработка швов после сварки После сварки производят зачистку сварного шва от шлаковой корки и дальнейший контроль внешним осмотром.

Сварные швы зачищают заподлицо, применяется электрошлифовальная машина ВОSСН, шлифовальный круг 80−10−20 25А СМ26К56. Маска из органического стеклаС-40 ТУ6 4−1-456−700 [22].

1.7 Сварочные материалы.

1.7.1 Присадочный материал Для сварки под слоем флюса понадобиться проволока марки стали Св-08Г2С (неомедненная) изготовленная согласно ГОСТ 2246–70. Сварочная проволока поступает на участок в герметичных упаковках из полиэтиленовых пленок с бирками, на которых указанна марка проволоки, диаметр и дата химической обработки номер плавки клеймо контроля.

Сварочная проволока перед запуском должна быть проверена на наличие загрязнений на поверхности (ржавчины, окалины, следов смазки и др.) По необходимости произвести ее очистку любым механическим или химическим способом. Химический состав марки проволоки приведен в таблице 5. Механические свойства приведены в таблице 6, где у_в — предел кратковременной прочности, у_T — предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), д₅ — относительное удлинение при разрыве [21].

Таблица 5 — Химический состав марки проволоки Св-08Г2С в %.

Таблица 6 — Механические свойства при Т=20^oС марки проволокиСв-08Г2С.

1.7.2 Защитный газ Для сборки на прихватки сварочным полуавтоматом ПДГО — 510 У3 по данному проекту, требуется углекислый газ, изготовленный по ГОСТ 8050–76. Углекислота применяется I и II сортов, которые отличаются лишь содержанием паров воды (соответственно 0,178 и 0,515 Н₂О в 1 м³ СО₂).

Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газификацией на заводе, с централизованным снабжением сварочных постов через рампы. В баллоне емкостью 40 л содержится 25 кг СО₂, дающего при испарении 12,5 м³ газа при давлении 760 мм рт. ст. [15].

При сварке сталей по узкому зазору с целью стабилизации процесса сварки и уменьшения расхода дорогого и дефицитного аргона вполне целесообразно применение двойных смесей 75% СО₃+ 25% Ar, которая и будет применяться для сборки емкости на прихватки.

Газовые защитные смеси имеют весьма значительные перспективы, но широкое их применение требует организации централизованного снабжения сварочного производства смесями нужного состава. Только в этом случае применение смесей может дать значительный экономический эффект.

Смесь аргона с диоксидом углерода (углекислым газом) главным образом применяется при сварке углеродистых и низколегированных сталей, такая как марка 09Г2С. Добавление аргона к углекислому газу уменьшает разбрызгивание расплавленного металла. Небольшая добавка углекислого газа к аргону дает ту же характеристику дуги, что и небольшая добавка кислорода. Разница в том, что в последнем случае переход на струйный режим переноса происходит при больших значениях тока. При содержании в смеси более 20% углекислого газа режим струйного переноса становится неустойчивым [19].

Таблица 7 — Химический состав защитного газа.

1.7.3 Флюс Для сварки внешнего и внутреннего шва обечайки сварочным трактором ESABA- 6 используется флюс АН-348А.

Флюс АН-348А предназначается для автоматической дуговой сварки широкой номенклатуры изделий из низкоуглеродистых сталей.

Сварочно-технологические свойства: устойчивость дуги хорошая, разрывная длина дуги до 13 мм, формирование шва вполне удовлетворительное, склонность к образованию пор и трещин низкая, модификация флюса АН-348А требует более тщательной сушки, отделимость шлаковой корки вполне удовлетворительная, затрудненная при сварке корневых валиков.

Металлургические свойства: высококремнистый высокомарганцовистый оксидный флюс с химической активностью Аф = 0,7−0,75. Цвет зерен — коричневый с оттенками, размер зерен 0,35−0,5 мм; строение зерен — стекловидное; объемная масса 1,3−1,8 кг/дм³.

При сварке под слоем флюса интенсивно протекают — кремне и — марганцевосстановительные процессы [30]. Химический состав флюсаАН-348А приведен в таблице 8.

Таблица 8 — Состав флюса, в%.

1.8 Напряжения и деформации при сварке, меры борьбы с ними Расширение и сокращение металла от неравномерного нагрева или охлаждения, а также от структурных превращений образуют так называемые собственные или внутренние деформации и напряжения при сварке.

В процессе сварки шов и около шовная зона разогреваются до высоких температур, что вызывает расширение и удлинение детали в направлении оси шва. При этом со стороны менее нагретой части на высокотемпературную зону действует реакция, вызывая в ней собственные деформации укорочения.

Значительная часть собственной деформации укорочения в зоне шва переходит в пластическую деформацию.

Остаточные растягивающие напряжения создают в металле запас энергии, который может способствовать разрушению металла. Они также способствуют ускорению коррозионных процессов. Связанные с ними пластические деформации напряжения существенно влияют на точность и стабильность размеров, возникают деформации ползучести, особенно при повышенных температурах. Для снятия остаточных напряжений после сварки проводят термообработку. Применяют как общий нагрев конструкции (отпуск или отжиг), так и местный неравномерный нагрев.

Достоинство отпуска являются снижение напряжений во всех точках изделия, без снижения пластичности металла [32].

1.9 Контроль качества сварного изделия Контроль качества выполняется в три этапа:

· контроль заготовки и сборки под сварку;

· контроль процесса сварки;

· контроль готовых швов.

Контроль заготовки и сборки под сварку производиться визуально. Заготовки осматриваются на наличие вмятин, заусенцев, качество подготовки кромок, величины зазора, правильности разделки кромок и т. д.

Наблюдение за процессом сварки контролируется защита зоны дуги, проверка наличия микротрещин, может предотвратить появление больших трещин.

На готовых изделиях осмотру подвергают сварной шов и зону прилегающего основного металла на расстояние не менее 20 мм. от шва. После очистки от шлака, брызг, загрязнений проверяют наличие трещин, подрезов, свищей, прожогов и т. д. О качестве судят о постоянстве его геометрических размеров, внешнего вида, а также цвета поверхности изделия. Для контроля размеров шва использовать универсальный шаблон сварщика УШС — 3. Для выявления мелких дефектов использовать лупу 5х ГОСТ 105 578– — 96. Осмотр недоступных для прямого наблюдения использовать ультразвуковой дефектоскоп УД 2 — 12 ГОСТ 23 043– — 84 представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 — Ультразвуковой дефектоскоп УД2 — 12.

Принцип действия ультразвукового дефектоскоп УД 2 — 12 состоит в том, что формируемый прибором зондирующий электрический импульс посредством пьезоэлектрического преобразователя (далее ПЭП) возбуждает в исследуемом изделии ультразвуковую волну (далее УЗ), фронт которой, отражаясь от области дефекта в материале, возвращается к приемному ПЭП, где преобразуется опять в электрический сигнал. Принятый сигнал усиливается и преобразуется к виду, удобному для регистрации и наблюдению. Зная скорость распространения УЗ в исследуемом материале и время ее прохождения от возбуждающего до приемного ПЭП, можно легко вычислить расстояние до дефекта, его координаты и размер. Все это выполняется прибором автоматически [3]. Техническая характеристика ультразвукового дефектоскопа УД2 — 12 приведены в таблице 9.

Таблица 9 — Техническая характеристика.

2. Оборудование, оснастка и приспособление.

2.1 Сварочное оборудование.

2.1.1 Сварочные станки и установки Для сварки внешнего и внутреннего шва обечайки рекомендуется использовать сварочный трактор ESABA 6.

ESABA 6 — трактор для автоматической сварки с двумя сварочными головками. Трактор перемещается непосредственно по изделию вдоль стыка при помощи направляющего устройства, монтируемого на горелку. Скорость перемещения плавно регулируется в пределах 0,15−2,0 м/мин.

Основные компоненты.

Блок управления РЕН сварочным процессом А6 применяться для автоматической сварки под флюсом или MIG/MAG — сварки головками и тракторами А2/А6. Блок управления приспособлен для работы совместно со сварочными источниками LAF TAF. Тесная связь блока управления со сварочными источниками обеспечивает очень высокую стабильность сварочных процессов. Дисплей блока управления демонстрирует установленные сварочные параметры и выдает сообщения об ошибках, если эти параметры выходят за рамки допустимых значений.

Работа блока может вестись в ручном и автоматическом режиме. В ручном режиме скорость подачи проволоки, скорость перемещения, а так же другие параметры устанавливаются и регулируются вручную. В автоматическом режиме выбирается группа параметров и в процессе сварки ведётся лишь их тонкая настройка. Основное меню служит для установки: тепловложения, тока сварки, скорости подачи, напряжения дуги, скорости перемещения и отображает заданные параметры.

Стартовое меню служит для установки: способа возбуждения дуги, вида окончания сварки, направления сварки, способа регулирования, типа проволоки, материала проволоки, диаметра проволоки. Могут быть установлены значения функций заварки кратера и времени окончания сварки.

Мотор подачи проволоки и перемещения трактораA6-VEC.

A6-VEC это мотор с возможностью переключения скоростей. A6-VEC в комбинации с устройством выпрямления проволоки позволяет получать на выходе совершенно прямую проволоку. Впоследствии применяя для каждого диаметра проволоки соответствующие подающие ролики, биение и вибрации в контактных частях головки сводятся к минимуму, тем самым срок службы кантатных частей значительно продлевается.

Подвижная база трактора — другой модуль, является двух опорной четырех колесной портальной системой, приводом на каждую опору. Она приводиться в движение двигателем A6-VEC. Трактор может двигаться по окружности, пренебрегая, если необходимо, неровностями поверхности.

Бункер для флюса изготовлен из силумина, вместимость флюса 10 литров. Из бункера через рукав подается флюс в воронку, которая прикреплена к контактной части сварочной головки и регулируется по высоте так, что бы флюс всегда закрывал дугу и сварочную ванну.

Система рециркуляции флюса — каждая сварочная головка оснащается системой рециркуляции флюса обратно бункер оставшийся после кристаллизации шлака флюс. При этом происходит фильтрация флюса[1]. Техническая характеристика представлена в таблице 10.

Таблица 10 — Техническая характеристика.

2.1.2 Источник питания Для сварочного трактора ESABA 6 понадобится источник питания LAF — 800 DC. Серия источников питания LAF компании ESAB представлена на рисунке 5.

Сварочный источник питания LAF имеет отличные сварочные характеристики во всем диапазоне токов и напряжений. LAF используют тиристорные выпрямительные мосты для преобразования синусоидального вторичного напряжения прямоугольной формы. Особенно хороши характеристики первичного и повторного зажигания дуги. Источник обеспечивает стабильную дугу, как на высоких, так и на малых величинах напряжения. Плавное регулирование напряжения дуги позволяет четко управлять сварочными параметрами.

Непрерывный контроль напряжения позволяет использовать очень точные настройки сварочных параметров. Сварочные источники LAF поддерживают устойчивую дугу на очень низких токах и напряжениях [13]. LAF идеальны для сварки под флюсом. Техническая характеристика представлена в таблице 11. Вольт амперная характеристика изображена на рисунке 6.

Таблица 11 — Техническая характеристика.

Рисунок 5 — Серия источников питания LAF компании ESAB.

Рисунок 6 — ВВАХ LAF 800 DC (1) ВАХ сварочной дуги (2).

Расчет режима работы источника питания.

При выборе оборудования необходимо произвести проверку на возможность его эксплуатации при сварке конкретного шва без перегрева по условию.

I_св? I_доп., (1).

где I_св -сварочный ток, А;

I_доп — допустимый ток при требуемом режиме работы, А.

I_доп.= I_{ном. v} PP_ном /PP_тр (2).

200 А? 800 А Данный аппарат пригоден для сварки внутреннего сосуда изотермической емкости.

2.1.3 Сварочный аппарат Для сборки на прихватки внешнего и внутреннего шва обечайки понадобиться сварочный полуавтомат ПДГО-510 представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 — Сварочный полуавтомат ПДГО-510.

Полуавтомат предназначен для сварки малоуглеродистых, низко и среднелегированных, коррозионностойких сталей сварочной проволокой на постоянном токе для сварки как сплошной, так и порошковой проволокой диаметром от 1,6 до 3,2 мм.

Механизм подачи полузакрытого типа представляет собой удобный в эксплуатации конструктов, внутри которого установлены привод редукторный и газовый тракт. Органы управления сварочным режимом расположены на лицевой панели. Снаружи на отдельном кронштейне расположены кассета и тормозное устройство, соответствующие европейскому стандарту. Механизм подачи может быть также использован при работе непосредственно с полной бухтой электродной проволоки, уложенной на разматывающее устройство. Стыковочный узел с горелкой может быть двух исполнений: с евроразъемом или стычным соединением, что позволяет свободно работать с любым типом современных горелок.

Блок управления обеспечивает плавную регулировку скорости подачи сварочной проволоки, управление газовым клапаном и сварочным источником от кнопки на горелке, измерение параметров сварочного режима в процессе сварки, установку временных интервалов сварочного цикла, дистанционное включение источника сварочного тока, возможность работы как в режиме «длинные швы», так и в режиме «короткие швы».

Газовая аппаратура полуавтомата состоит из редуктора-расходомера, снабженного подогревателем газа и газового клапана. Редуктор-расходомер закрепляется на баллоне с защитным газом и служит для снижения давления газа и регулирования его расхода.

Подогреватель газа предназначен для подогрева углекислого газа, поступающего в редуктор, с целью предупреждения замерзания клапанов при перепаде давления.

Питание подогревателя осуществляется через разъем «~36В», установленный на панели выпрямителя.

При изменении диаметра сварочной проволоки необходимо установить в горелке соответствующий наконечник и спиральный канал.

Одновременно на механизме подачи необходимо установить соответствующие ролики. Полуавтомат обеспечивает подачу токоведущей электродной проволоки и защитного газа в зону сварки, поддержание стабильного горения дуги и последовательное выполнение операций сварочного цикла. Процесс включения источника питания, подачи электродной проволоки и защитного газа в полуавтомате — автоматический.

Электродная проволока с помощью электродвигательного привода подающего устройства, поступает из кассеты в зону сварки по кабелю-токогазоподводу горелки, также в зону сварки подается газ. Перемещение горелки вдоль шва производится сварщиком вручную. Управление полуавтомата осуществляется с лицевой панели. При нажатии кнопки на горелке происходит включение газового клапана, включается источник питания и привод подачи электродной проволоки. При замыкании проволоки на изделии зажигается дуга и начинается сварка. Дальнейшее протекание сварочного цикла зависит от положения переключателя режимов, расположенного на механизме подачи. В режиме сварки длинными швами, после размыкания кнопки на горелке, двигатель привода подачи не останавливается, сварка продолжается. После повторного нажатия кнопки останавливается двигатель, а после выдержки времени «Газ после сварки» — газовый клапан. При размыкании кнопки, на горелке схема приходит в исходное состояние, обеспечивающее возможность нового запуска.

В режиме сварки короткими швами после размыкания кнопки на горелке двигатель останавливается, после выдержки времени «Растяжка дуги» отключается источник питания, затем, после выдержки времени «Газ после сварки» — газовый клапан. Прекращается подача защитного газа, схема приходит в исходное состояние, обеспечивающее возможность нового запуска.

Полуавтомат ПДГО-510 универсальный, передвижной. Имеет несколько вариантов конструктивного исполнения: с питанием в нашем случае от ВДУ-506.

Выпрямитель ВДУ-506 имеет тиристорное управление и отличается от выпрямителей предыдущих серий следующим: изменением углов наклонов вольтамперных характеристик при ручной дуговой и полуавтоматической сварке, что обеспечивает более качественную сварку; введением блока снижения напряжения холостого хода. В конструкцию выпрямителя, в соответствие с требованиями НАКС; установкой термореле и сигнальной аппаратуры (лампа перегрева) на лицевой панели; регулировкой индуктивности дросселя в цепи управления переносом капли электродного металла (два положения) при полуавтоматической сварке [5].

Использованием функции тока короткого замыкания при полуавтоматической сварке, что позволяет производить сварку «мягкой» или «жесткой» дугой; пред установкой сварочного напряжения при полуавтоматической сварке; использованием отдельного специального трансформатора питания цепей управления, синхронизированного с цепью электропитания; что позволяет обеспечивать повышенную стабильность параметров управления процессом при колебаниях питающей сети; измененной намоткой силового трансформатора и дросселя (с зазором между витками для удаления пыли), расположением болтов соединения шин силового трансформатора и выпрямительного блока в удобном для обслуживания месте (вдоль боковых крышек); новой плата управления с дополнительной защитой, увеличенной жесткостью корпуса и рамы крепления силового трансформатора; лицевой панелью, защищенной от механических повреждений, имеется возможность крепления колес для перемещения выпрямителя.

По сравнению с аналогичными полуавтоматами, выпускаемыми в настоящее время ПДГО-510 имеют следующие преимущества:

· стабилизацию скорости подачи сварочной проволоки и обратную связь по напряжению на двигателе подачи сварочной проволоки, что позволяет производить качественную сварку на расстоянии до 50 метров от сварочного источника;

· стабильная скорость подачи сварочной проволоки при длине шлейфа горелки 3…5 м и изгибах шлейфа;

· автоматическое управление газовым трактом, сварочным источником и подающим механизмом посредством кнопки на горелке;

· регулировка длительности растяжки дуги и продувки газа до и после сварки;

· применение 4-х роликового механизма подачи, обеспечивает повышенное тяговое усилие и возможность работы с горелками длиной до 5 м;

· универсальное тормозное устройство, соответствует европейскому стандарту;

· зубчатое зацепление подающего и прижимного роликов;

· тарирование усилие прижимного устройства;

· комплектуется немецкой горелкой фирмы «Binzel»;

· подключение горелки через евроразъем;

· обеспечивает установку кассеты (диаметром 300мм) с проволокой весом 15 кг;

· подача сварочной проволоки может производиться непосредственно с кассеты или с бухты, уложенной на разматывающее устройство;

· подключается к любому типу сварочных источников дляМИГ/МАГ сварки производства «Фирмы СЭЛМА»;

· подключается к любому типу сварочных источников других производителей через блок питания БП-02 [1].

Техническая характеристика представлена в таблице 12.

Таблица 12 — Техническая характеристика.

2.2 Механическое оборудование.

2.2.1 Оборудование для установки и поворота свариваемого изделия Для установки и поворота свариваемого изделия в процесс сварки кольцевых и продольных швов емкости использовать манипулятор МС — 5, изображен на рисунке 8.

Рисунок 8 — Манипулятор МС — 5.

Манипуляторы сварочные модели МС различной грузоподъёмности предназначены для наклона и вращения изделий в положении, удобном для сварки со сварочной скоростью при автоматической, полуавтоматической и ручной электродуговой сварке.

С помощью манипулятора можно производить автоматическую сварку стыковых и угловых кольцевых швов, ручную и полуавтоматическую сварку прямолинейных и кольцевых швов и другие работы, требующие поворота или кантовки изделий. Техническая характеристика представлена в таблице 13.

Таблица 13 — Техническая характеристика.

2.2.2 Оборудование для установки и перемещения сварочного аппарата Для установки и перемещения сварочного аппарата использовать колонну марки КС, изображена на рисунке 9.

Рисунок 9 — Сварочная колонна марки КС.

Сварочная колонна марки КС предназначена для крепления и перемещения головок для сварки прямолинейных и кольцевых швов сосудов или труб под флюсом, а также для сварки продольных швов.

Колонны КС применяются в сборочно-сварочных цехах и на участках производства, размеры сварочных колонн могут варьироваться от 2×2 до 10×10 метров.

В штатный комплект сварочной колонны входят: гибкие кабельные каналы (гусеницы), шкаф управления с пультом д/у. Колонна состоит из вертикальной стойки (включая механизм подъёма, каретку, противовес, противоаварийное устройство, опорно-поворотное устройство (механизированное или ручное) и устройство блокировки поворота (ручное или пневматическое)), тележки-шасси (ручной или механизированной), горизонтальной балки и других частей. Каждая составная часть является типовой для данного оборудования. Основные части конструкции — вертикальная стойка и горизонтальная балка.

Колонна сварочная может поворачиваться около вертикальной оси на 180° в обоих направлениях. Поворот может быть ручным или механизированным (с помощью электропривода). Также возможна поставка без опорно-поворотного устройства.

При сварке внутренних и внешних продольных швов, сварке кольцевых швов цилиндрических деталей, использовать совместную работу сварочной колонны с манипулятором МС — 5, при этом управление всем механическим комплексом производится с рабочего места сварщика.

Пульт управления колонной позволяет управлять перемещением и поворотом колонны, движением рабочего инструмента путём подъёма и перемещения горизонтальной балки [5].

2.3 Сборочно-сварочное приспособление Сборочно-сварочным приспособление называется дополнительные технологические устройства к оборудованию, используемые для выполнения операций сборки под сварку, сварки, устранения или уменьшения деформаций напряжений, а также для контроля.

К сборочно-сварочным приспособлениям предъявляется целый ряд требований:

· удобство в эксплуатации;

· обеспечение заданной последовательности сборки и наложения швов в соответствии с разработанным технологическим процессом;

· обеспечение заданного качества сварного изделия;

· возможность использования при конструировании и изготовлении сварочных приспособлений типовых деталей, узлов и механизмов;

· обеспечение сборки быстрого отвода тепла от места сварки для уменьшения коробления, заданного угла поворота изделия, свободной установки и съема изделия, свободного доступа для осмотра, наладки и контроля;

· технологичность деталей и узлов приспособления, а также приспособления в целом;

· использование механизмов для загрузки, подачи и установки деталей, снятия, выталкивания и выгрузки собранного изделия, применения других средств комплексной механизации.

Сборочно-сварочная оснастка должна обеспечивать:

· пространственное размещение деталей в свариваемом узле, исключая операцию подгонки;

точность сборки в пределах установленных чертежом допусков;

· доступ к местам прихватки и сварки;

· надежное закрепление свариваемого изделия силовыми прижимами;

· возможность сварки в нижнем положении;

· элементы сборочно-сварочных приспособлений должны быть достаточно прочными и жесткими.

При сборочно-сварочных работах с обечайками изотермической емкости использовать чалочное приспособление 176 022, состоящие из прижимов, зажимов, пневмозажимов [5].

2.4 Транспортное оборудование Для внутрицеховой и межцеховой транспортировки изделии использовать, кран мостовой подвесной однобалочный грузоподъемностью 5 тонн, изображен на рисунке 10.

Рисунок 10 — Мостовой кран Q=5 тонн Электрические мостовые краны комплектуются электрическими троллеями и гибкими токопроводами. Краны мостовые однобалочные оснащаются электрическим талями или тельферами со всеми необходимыми функциями для двигателей, кабельными пультами управления (постами) или пультами радиоуправления, а так же проверенными системами частотного преобразования и плавности пуска крана. Подвесной кран мостовой электрический передвигаться по крановым путям со средней скоростью 0,4 м/с [5].

3. Расчетная часть.

3.1 Расчет и выбор режима сварки Режим сварки — это совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов указанных размеров, формы и качества.

При ручной дуговой сварке это диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги, площадь поперечного сечения шва, выполняемого за один проход дуги, число проходов, род тока, полярность и т. д.

Напряжение дуги — с увеличением напряжения дуги также возрастает тепловая мощность дуги, а, следовательно, и размер сварочной ванны. Особенно интенсивно возрастают ширина и длина ванны. При постоянной силе сварочного тока повышение напряжения дуги незначительно сказывается на глубине проплавления ванны.

Скорость сварки — при постоянной энергии, повышение скорости сварки вызывает увеличение термического КПД процесса, а это в свою очередь приводит к возрастанию глубины проплавления и уменьшению ширины шва. Изменение скорости сварки при постоянной тепловой мощности дуги заметно сказывается на размерах сварочной ванны и шва.

Диаметр электрода — при постоянной силе сварочного тока, диаметр электрода определяет плотность энергии в пятне нагрева и подвижность дуги. В связи с этим при увеличении диаметра электрода уменьшается давление дуги на расплав, снижается глубина проплавления ванны и возрастает ее ширина.

Сила тока — в наибольшей степени определяет тепловую мощность. При постоянном диаметре электрода с увеличением силы тока дуги возрастает концентрация тепловой энергии в пятне нагрева, повышается температура плазмы столба дуги, положение активности пятен на электроде и изделии.

С увеличением силы сварочного тока дуги возрастает длина сварочной ванны, ее ширина и глубина проплавления [24].

Таблица 14 — Режимы сборки на прихватки.

Таблица 15 — Режимы сварки.

3.2 Расчет силовых элементов приспособления Усилие зажатия Р_заж, Нм, приходящее на один метр шва должно быть в определенных интервалах Р_min? Р_заж? Р_max, (3).

где Р_min — минимальное значение усилия зажатия, Нм;

Р_max — максимальное значение усилия зажатия, Нм;

Р_max — максимальное значение усилия зажатия, Нм.

Максимальное усилие зажатия находится из условия отсутствия смятия на контактируемых поверхностях, определяется по формуле.

Р_max=(n*A*[у]_см) / l, (4).

где n — число прижимов с одной стороны шва;

А — площадь контактирования прижима с изделием, мІ;

[у]см — допускаемое напряжение смятия для данного металла, МПа;

l — длина шва, м.

[у]см=2*у_т, (5).

где у_т — предел текучести данного металла, МПа.

Предел текучести для сортового проката стали 09Г2С равен 295 Н/ ммІ.

[у]_см=2*295= 590 МПа Р_max=(3*48 400*10^-6*590*10⁶) / 2550*10^-3=33,595 Н/ мІ.

Минимальное усилие зажатия находится из условия предотвращения поперечных деформаций при сварке и определяется по формуле Р_min =(м*q_эф / S*V_св) *10^-4, (6).

где м — коэффициент поперечной деформации;

q_эф — эффективная мощность сварочного источника тепла, ВА;

S — толщина свариваемого металла, м;

V_св — скорость сварки, м/с.

q_эф =U_д*I_св*з_и, (7).

где U_д — напряжение дуги, (52В);

I_св — сила сварочного тока, (200 А);

з_и — коэффициент полезного источника, для автоматической сварки под слоем флюса з_и=0,85.

q_эф=52*200*0,85 =8840 ВА Р_min =[0,33*8840/30*10^-3*250] *10^-4 = 23,28*10^-4 Н /м Усилие зажатия на 1 м шва определяется по формуле Р_заж = n* Р₁/ l, (8).

где n — число прижимов;

Р₁— усилие, создаваемое одним прижимом с учетом кинематики механизма, давления воздуха, масла и т. д., Н.

Усилие сжатия пневматическим прижимом определяется по формуле Р₁ = Р_в*А*з, (9).

где Р_в — давление воздуха в сети, Р_в =0,6МПа;

А — площадь поршня со стороны штока или со стороны противоположной штоку, мІ;

з — коэффициент полезного действия цилиндра, з =0,8.

Р₁=0,6*364,1*10^-6*0,8 =174,768 Н;

Р_заж=6*174,768/2880*10^-3=0,363*10^-3Н/м.

23,28*10^-4? 0,363*10^-3? 33,595.

Данное приспособление пригодно для сварки проектируемого изделия.

3.3 Расчет сварных швов на прочность Расчет сварных швов конструкций производится по допускаемым напряжениям и осуществляется следующими этапами:

­ определяется тип конструкции;

­ определяются внешние нагрузки, и составляется расчетная схема;

­ определяются механические характеристики основного металла;

­ определяется дополнительное напряжение для сварного шва;

­ на основе гипотез прочности сравнивают максимальное напряжение в металле шва с допускаемыми напряжениями и делают заключение о выполнении условия прочности [4].

Рисунок 11- Максимально напряжение Максимальное напряжение.

[у]_max =у_х+у_y+3*ф`І? [у`], (10).

где у_х` и у_y — нормальные напряжения, действующие в одной точке во взаимно-перпендикулярных направлениях, МПа;

ф`- касательное напряжение, возникающее в этой же точке, МПа;

[у`] - допускаемое напряжение, МПа.

у_х=P*R/2*S, (11).

где Р — максимальное внутреннее давление, Р=0,07кН /м;

R — внутренний радиус оболочки, R=3000мм;

S — толщина стенки оболочки, S=30 мм.

у_х = 3000*10^-3*0,07? 2*30*10^-3 =0,0035 10^-3 МПа.

Допускаемое напряжение [у`], МПа, для металла шва определяется.

[у`]=к₁*[у], (12).

где [у] - допускаемое напряжение для основного металла, МПа;

к₁ — коэффициент снижения допустимых напряжений, к₁ = 1,0.

[у] = у_т? n, (13).

где у_т — предел текучести металла, у_т= 65 МПа;

nкоэффициент запаса прочности, n= от 1,4 до 1,6.

[у] =65? 1,5= 43,3 МПа.

0,0035 10^-3 ?43,3.

3.4 Расчет норм расхода сварочных материалов.

3.4.1 Расчет норм расхода присадочной проволоки Норма расхода Н_n, кг, определяется по формуле Н_n= G_n*l_ш, (14).

где G_n — удельная норма расхода на 1 метр шва, кг;

l_ш — длина сварного шва, м [17].

Прихватка: 210*2+105*2+195*2=1020.

Сварка:

L=пD= 3,14*3000=9420*4=37 680.

L=пD= 3,14*1550=4867*4=19 468.

L=2880*4=11 520.

Н_n= 0,442*1020*10^-3=0,185+0,092+0,172=0,449 кг.

Н_n= 0,442*68 668*10^-3=16,654+8,604+5,091=30,349 кг.

3.4.2 Расчет норм расхода защитного газа Норма расхода Н_r, дм³, защитного газа на сварное изделие определяется по формуле:

Н_r= q_r*l_ш+q_доп, (15).

где q_r — удельная норма расхода газа на 1 метр шва, дм³;

q_доп — дополнительный расход газа на подготовительно-заключительные операции, дм³ [17].

Н_r= 54*1020*10^-3+1,8=22,681+11,341+21,061=55,083 дм³.

3.4.3 Расчет норм расхода флюса Норма расхода флюса Н_ф, определяется по формуле Н_ф = G_ф * К_ф,(16).

где G_ф — удельный расход флюса на 1 м шва;

К_ф— коэффициент, выражающий отношение массы израсходованного флюса к массе сварочной проволоки и зависящий от типа сварного соединения и способа сварки [17].

Нф=0,1334*7,44*18=17,86 кг.

3.5 Расчет норм времени на операции.

3.5.1 Расчет нормы времени слесарной операции Норма времени Н_в, мин, на слесарную операцию в среднесерийном производстве определяется по формуле Н_в= У Т_оп[1+(б_обс+б_отп+ б_пэ)/ 100%]*К₁*К₂ ,(17).

где У Т_оп — сумма оперативного времени на выполнение приемов и комплексов слесарных работ.

Зачистка перед сваркой 0,4 мин. на 1 м. шва Обезжиривание свариваемых кромок 0,1 мин. на 1 м. шва [18].

Т_О=0,4+0,1=0,5,.

где б_обс — время обслуживания рабочего места, %, б_обс= 2;

б_отп — время на отдых и личные надобности, %, б_отп= 4;

б_пэ — подготовительно-заключительное время, %, б_пэ= 6;

К₁ — коэффициент учитывающий число деталей в партии, К₁= 1;

К₂ — коэффициент учитывающий условия выполнения работ, К₂= 1.

Н_в= 0,5[7,43+(2+4+6)/ 100%]*1*1=3,32+0,83=4,15мин.

3.5.2 Расчет нормы времени сборочной операции Норма времени Н_в, мин, на сборку в среднесерийном производстве определяется по формуле Н_в= У Т_оп[1+(б_обс+б_отп+ б_пэ)/ 100%]*к₁*к₂, (18).

где У Т_оп — сумма оперативного времени на выполнение приемов и комплексов слесарных работ.

Оперативное временя на выполнение приемов и комплексов слесарных работ:

— зачистка от брызг 0,64мин. на 1 м. шва;

— подтягивание проводов, откусывание и удаление остатков проволоки 0,25 мин. на 1 м. за осмотр и помер шва 0,20 мин. на 1 м. шва;