Плазменная сварка

66

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка состоит из

110 страниц, 5 рисунков, 26 таблиц, графических документов в дипломном проекте - 8 листов А1.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ, ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА, ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, СИСТЕМЫ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ,      СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ,      СЕКТОРНЫЙ ОТВОД

В дипломном проекте разработан технологический процесс плазменной сварки секторного отвода на угол в 90 градусов, проведен анализ технического задания, расчет технологического времени, выбор основного и дополнительного оборудования. Произведен расчет производительности, разработан алгоритм функционирования технологического комплекса, составлена маршрутная карта, разработан план участка.

В экономической части проведено обоснование эффективности проектируемого технологического процесса. Произведен расчет себестоимости продукции и годовой экономический эффект.

Рассмотрены вопросы охраны окружающей среды и техники безопасности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………… 4

1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ И ЕГО АНАЛИЗ………………………8

1. 1 Методы сварки………………………………………………………… 8

1.1.1 Аргонодуговая сварка ………………………………………………..8

1.1.2 Электродуговая сварка под  флюсом…………………………………9

1.1.3 Плазменная сварка ……………………………………………………9

1.1.4 Классификация плазменных установок…………………………….11

1.1.5 Устройство и функционирование  плазменных установок………..14

1.2 Назначение и условия эксплуатации детали…………………………16

1.3 Механические и физические  свойства стали 09Г2С…………………17

1.4 Расчёт массы детали……………………………………………………19

1.5 Анализ технического задания…………………………………………19

2 РАСЧЕТ РЕЖИМОВ СВАРКИ, ВЫБОР ОСНОВНОГО И

         ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОРУДОВАНИЯ…………..…………...………..21

2.1 Расчет  режимов процесса сварки……………………………………...21

2.2 Выбор основного оборудования………………………………………22

2.3 Выбор сварочного робота……………………………………………..25

2.4  Выбор вспомогательного оборудования…………………………….28

2.4.1 Выбор электродугового полуавтомата……………………………..28

2.4.2 Выбор гидравлической листогибочной машины………………….29

2.4.3 Устройства перемещения……………………………………………31

3 ДЕФЕКТЫ В СВАРНЫХ ШВАХ И МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ………………………………………..32

 3.1 Классификация дефектов……………………………………………..32

3.2 Наружные дефекты…………………………………………………..33

3.3 Внутренние дефекты………………………………………………….35

3.4 Методы контроля………………………………………………………39

3.5 Контроль сварных швов…………………………………………..…43

4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ  ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ СЕКТОРНОГООТВОДА……………………………………………………...46

4.1 Разработка технологии сборочных  и сварочных работ……...………46

4.2 Расчет штучного времени……………………….……………………..47

4.3 Разработка технологической документации………………………….49

4.4 Разработка алгоритмов…………………………………   ……………53

4.5 Проектирование участка цеха…………………………………………54

5 ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СВАРОЧНЫХ РАБОТ СЕКТОРНОГО ОТВОДА ………………………...56

6 ОХАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ….......................71

7 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ………………………………..85

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………..90

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………...………..91

ПРИЛОЖЕНИЕ ……………………………………………...……….…..94

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

           Плазма - ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000-30000° С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазматронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах. 
           Вдуваемый в камеру газ, сжимая столб дуги в канале сопла плазматрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение при нагреве объема газа в 50-100 и более раз приводит к истечению плазмы со сверхзвуковыми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл. 
           Дуговую плазменную струю для сварки и резки получают по двум основным схемам. При плазменной струе прямого действия изделие включено в сварочную цепь дуги, активные пятна которой располагаются на вольфрамовом электроде и изделии. При плазменной струе косвенного действия активные пятна дуги находятся на вольфрамовом электроде и внутренней или боковой поверхности сопла. Плазмообразующий газ может служить также и защитой расплавленного металла от воздуха. В некоторых случаях для защиты расплавленного металла используют подачу отдельной струи специального, более дешевого защитного газа. Газ, перемещающийся вдоль стенок сопла, менее ионизирован и имеет пониженную температуру. Благодаря этому предупреждается расплавление сопла. Однако большинство плазменных горелок имеет дополнительное водяное охлаждение. 
Дуговая плазменная струя - интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов, так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др. (плазменная струя косвенного действия). Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от величины сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т. д. Геометрическая форма струи может быть также различной (квадрат, ной, круглой и т. д.) и определяться формой выходного отверстий сопла.

        Техника сварки. Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минуя на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки.. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в некоторый случаях и более высоким; для питания плазматрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В. Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях, В качестве плазмообразующего газа используют аргон или гелий, которые также могут быть и защитными. К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к ко-лебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической формы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давлением плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвостовую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки. 
           Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. Для сварки металла толщиной до 1 мм успешно используют микроплазменную сварку струей косвенного действия, в которой сила сварочного тока равна 0,1-10 А. Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза. 
           В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азото-водородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержащих двухатомные газы, энергетически более эффективно. Диссоциируя, двухатомный газ поглощает много теплоты, которая выделяется на холодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молекулу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водоохлаждаемые циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять вручную и автоматически.

Опыт  промышленного  применения  процессов  сварки  с использованием концентрированных источников энергии  свидетельствует о том, что в ряде случаев они имеют неоспоримые преимущества перед традиционными технологиями получения   неразъемных   соединений:   более   высокие   качество   и производительность процессов. Минимальные деформации и высокие физико-механические характеристики сварных соединений, полученных плазменной сваркой, как правило, позволяют исключить последующую механическую и термообработку.

Основными предпосылками использования концентрированных потоков энергии для обработки материалов являются:

1) высокая плотность мощности  и возможность плавной ее регулировки в широких пределах;

2) простота управления лучом;

3) высокая производительность;

4) возможность осуществления процессов, недоступных большинству других  технологий, за счет высоких температур, скоростей нагрева и охлаждения;

5) возможность полной автоматизации;

6) экологическая чистота [1].

Возможность плазменной обработки деталей в воздухе и в воде, что существенно расширяет спектр технологических возможностей применения плазменной обработки. Плазменная сварка титановых, медных и алюминиевых сплавов широко распространена и не встречает трудностей.

Также необходимо отметить, что использование плазменных установок в современной промышленности обусловлено низкой стоимостью плазменных установок, их автоматизацией, механизацией, простотой в эксплуатации, исключающей привлечение дополнительных специализированных кадров.

Высокий КПД использования энергии плазменной дуги – 75-90%, следовательно, низкая себестоимость процесса плазменной обработки. В среде современных рыночных отношений, когда идет активный переход от энергоемких, дорогих технологий к простым энергосберегающим, это особенно актуально.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ И ЕГО АНАЛИЗ

 

1. 1 Методы сварки

1.1.1 Аргонодуговая сварка

Применяют два вида аргонно-дуговой сварки: 1) неплавящимся вольфрамовым электродом; 2) плавящимся электродом из того же металла, что и свариваемый.

    Автоматическая и полуавтоматическая  сварки плавящимся электродом  наиболее производительны. При сварке  применяют проволоку диаметром  до 3 мм. примерно такого же состава, что и основной металл.

Подготовка кромок и техника выполнения отдельных типов соединений примерно такие же, как и при сварке в углекислом газе.

Для защиты обратной стороны шва от действия воздуха используют медные и стальные подкладки. При этом во время сварки струю аргона подводят также под нижнюю поверхность кромок свариваемых листов, для чего в подкладке делают канавку, расположенную вдоль линии шва.

Аргонно-дуговую сварку применяют при изготовлении конструкций из нержавеющих и жаропрочных сталей, цветных металлов( алюминия, меди, магния, титана, циркония, тантала,. ниобия) и их сплавов.

Этим способом можно также сваривать разнородные металлы. Применять его для сварки углеродистых и низколегированных сталей экономически нецелесообразно[6].

 

 

1.1.2 Электродуговая сварка под флюсом

Автоматическую и полуавтоматическую сварку низколегированных сталей выполняют проволоками Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2 под обычными флюсами АН-348А, ОСЦ-45. Для сварки на повышенных скоростях применяют флюс АН-60. Эти стали свариваются хорошо, поэтому термической обработки сварных соединений после сварки не требуется.

Швы сварных соединений по характеру выполнения могут быть односторонние и двусторонние, однопроходные или многослойные.

Чтобы улучшить формирование нижней части шва и обеспечить полный провар, при сварке односторонних стыковых швов применяют различные технологические приемы сварки: на флюсовой подушке, на гладкой медной подкладке, на флюсовомедной  подкладки.

Сварка на гладкой подкладке применяют только при точной сборке, без смещения стыкуемых кромок[6].

 

 

1.1.3 Плазменная сварка

Плазменная сварка является дальнейшим продолжением и усовершенствованием аргонодуговой сварки вольфрамовым неплавящимся электродом. Согласно ГОСТу 2601-84, плазменная сварка – сварка плавлением, при которой нагрев проводится сжатой дугой. Сжатая дуга – дуга, столб которой сжат с помощью сопла плазменной горелки, потока газа или внешнего электромагнитного поля. Плазменную сварку осуществляют сжатой дугой прямого и косвенного действия (рис.1.1). Сжатую дугу прямого действия получают при включении изделия в сварочную цепь, активные пятна дугового разряда (катодное и анодное) располагаются на вольфрамовом или на неплавящемся электроде из другого материала и изделии. При получении сжатой дуги косвенного действия изделие в сварочную цепь не включается, активные пятна дугового разряда находятся на электроде и на поверхности сопла. При нагреве изделия дугой косвенного действия передача теплоты осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излучением плазмы. При нагреве сжатой дугой прямого действия к перечисленным механизмам теплопередачи добавляется передача энергии заряженными частицами, двигающимися в электрическом поле.