Производство сварных конструкций

 

                                                  Задание 

 

Разработать технологический процесс  изготовления сварной конструкции :

 

Рисунок 1- Сварной сосуд

 

 

Технологический процесс включает в себя:

1. Подбор материала изделия;
2. Выбор способа сварки;
3. Выбор сварочного оборудования;
4. Расчет режимов сварки;
5. Описание технологического процесса;
6. Контроль качества шва;
7. Разработку необходимой оснастки;
8. Расчет разработанного приспособления.

 

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….….4

1.1 Описание изделия…………………....…..………………………….……..5

1.1.2 Требования предъявляемые к изделию……………………….………5

1.1.3 Обоснование и выбор основного материал и его описание…………8

1.2 Обоснование и выбор способа  сварки….………………………………11

1.3 Выбор сварочного оборудования и материалов………………………16

1.4 Расчет режимов сварки……………..……………………………………24

1.5 Описание технологического процесса.…………………………………27

1.6.Контроль качества сварных соединений.………………………………27

2.1 Описание разработанной оснастки.…………..…………………………30

2.2 Расчет болтовых соединений.…………..………………….……………23

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………...………..33

Приложение «А»……………………………………………………………..34

Введение

Сварку  начали применять в промышленности сравнительно недавно, в конце девятнадцатого века. В настоящее время сварка превратилась в один из ведущих технологических  процессов, от степени развития и  совершенствования, которого во многом зависит коренное улучшение технологии производства всевозможных машин и  приборов. Современная сварочная  наука и техника позволяют  надежно соединить детали любых  толщин и конфигураций: от деталей  мельчайших электронных приборов до крупных сборочных единиц — корпусных деталей машин.

Использование сварных конструкций во всех отраслях машиностроения и приборостроения  объясняется целым рядом их преимуществ  по сравнению с другими конструкциями, что подробно излагается в литературе и др.

В индивидуальном (опытном) и мелкосерийном производстве, а также при изготовлении конструкций  сложной формы вариант в сварном  исполнении зачастую оказывается более  выгодным, чем литой или кованый. Очень высоки технико-экономические  показатели комбинированных сварных  конструкций, в которых используют различные материалы, а отдельные  части изготовлены литьем, ковкой, штамповкой, механической обработкой и др. При изготовлении таких конструкций  снижаются трудозатраты, сокращается  цикл изготовления, более экономно расходуется металл, полнее используются его свойства, снижается масса  конструкции и повышается ее эксплуатационная надежность.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.Описание изделия.

 

Наше  изделие представляет из себя колонну длинной 3х метров . Используется в странах с тропическим климатом для поддержания части зданий, например балконов.

 

1.1.2. Требования предъявляемые к изделию.

 

Исходя  из данных условий к нашему изделию  предъявляется следующий ряд  требований :

1) Обладать коррозионной стойкостью.

2)Обладать достаточной надежностью, что бы использовать в строительной отрасли;

3) Обладать долговечностью;

4) Рабочая температура порядка 50 градусов.

Условия работы нашей колонны: она будет выдерживать статическую нагрузку длительное время, в условиях тропического климата, повышенной влажности.

Выбор материала  обусловлен тем что у нас агрессивная  среда, в которой могут работать далеко не все сплавы . В связи  с чем выбираем распространенный сплав 15ХСНД. Он отвечает всем требованиям предъявляемым нами к сварным колоннам . А в частности :

1. Его используют для производства сварных конструкций
2. Для производства конструкций к которым предъявляются повышенные требования коррозионной стойкости
3. Не имеет принципиальных ограничений по свариваемости

Для того что бы применять  сварочное вспомогательное оборудование нужно знать массу детали . Для  вычисления воспользуемся графическим пакетом АСКОН Компас  V12 :

.

 

Рисунок 1.1 - Расчет массы в Компас

 

 

Что бы выбирать  приспособления для сварки нам нужно  знать вес изделия. Для расчетов принимаем большую массу, ту которую  получили программным способом :

 

                                                         (1.11)

 

Где g – ускорение свободного падения равное 9.81 н/м.

 

 

 

Вывод: вес тела найден. Выбирая оборудование нужное нам для производства данной детали, будем руководствоваться грузоподъемностью не менее 13881,15 тонн.

 

1.1.3. Обоснование и выбор основного материал и его описание.

 

Характеристика  материала: Марка Сталь 15ХСНД

Заменитель: 

Сталь 16ГС, Сталь 16Г2АФ, Сталь 14ХГС, Сталь 14СНД, Сталь 15ГФ

 

Описание  материала нержавеющая сталь 15ХСНД.

 

Классификация: 

Сталь конструкционная низколегированная  для сварных конструкций

Применение : 

Для производства элементов сварных металлоконструкций и различных деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 °С до +450 °С.

Таблица 1- Химический состав в % материала 15ХСНД

 

Si	0.4-07
Cu	0.2-0.4
As	0.08
Mn	0.4-0.7
Ni	0.3-0.6
P	0.035
Cr	0.6-0.9
N	0.008
S	0.040

 

 

Таблица 2- Механические свойства материала 15ХСНД

 

T, Град	МПа	МПа	)
20	370	6       620	20
200	370	590	15
300	360	610	11
400	375	590	14
500	300	365	17

 

Свариваемость

 

Свариваемость – свойство металла и сочетания  металлов образовывать при установленной  технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным эксплуатацией  изделия и его конструкцией. Сложность  понятия о свариваемости материалов объясняется тем, что при оценке свариваемости необходимо учитывать  взаимосвязь конструкции изделия, сварочных материалов и металлов со сварочной технологией.

Показателей свариваемости много. Чаще всего  используется углеродный эквивалент, которым можно пользоваться как  показателем, характеризующим свариваемость, при предварительной оценке последней. Так же как показателей свариваемости  легированных сталей, используемых для  производства химической аппаратуры, является возможность сделать сварочное  соединение, обеспечивающее специальные  свойства – прочность при низких или высоких температурах, коррозионную стойкость.

В случае для нашего сплава 12Х18Н10Т  свариваемость  без ограничений, способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.

 

 

1.2. Обоснование и выбор способа  сварки.

 

Нам предстоит  сварить колонну с швами из стали. Стоит отметить что конструкция ответственная, она будет использоваться в строительстве. Проведем анализ способов сварки какой наиболее  подходит в нашем случае :

1. Ручная дуговая сварка не подходит в виду того что качество сварного шва зависит от сварщика, для нашей ответственной конструкции это не подходит.
2. Электрошлаковая  сварка не подходит в силу конструктивных особенностей нашего изделия и расположения швов.
3. Контактная сварка не подходит, так как ее применяют для сварки листовых конструкций.
4. Газовую сварку в основном применяют для сварки деталей с малой толщиной стенок.
5. Экзотически способы такие как : лазерная сварка, сварка в вакууме, импульсная сварка не рассматриваем в силу малой их распространенности.

 Выбираем  полуавтоматическую в среде защитных  газов, тем более что наши требования к сварке во многом совпадают с приоритетными областями данной сварки. Области приведены ниже.  Распишем подробней что этот способ  из себя представляет :

 

 

 

 

Сущность  процесса полуавтоматической сварки

 

При сварке плавящимся электродом в защитном газе (рисунок 5) в зону дуги, горящей между  плавящимся электродом (сварочной проволокой) и изделием через сопло подаётся защитный газ, защищающий металл сварочной  ванны, капли электродного металла  и закристаллизовавшийся металл от воздействия активных газов атмосферы. Теплотой дуги расплавляются кромки свариваемого изделия и электродная (сварочная) проволока. Расплавленный  металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует сварной шов.

 

Рисунок 1.4 - Схема сварки в защитных газах

 

При сварке в защитных газах плавящимся электродом в качестве электродного металла  применяют сварочную проволоку  близкую по химическому составу  к основному металлу. Выбор защитного  газа определяется его инертностью  к свариваемому металлу, либо активностью, способствующей рафинации металла  сварочной ванны. Для сварки цветных  металлов и сплавов на их основе применяют инертные одноатомные  газы (аргон, гелий и их смеси). Для  сварки меди и кобальта можно применить  азот. Для сварки сталей различных  классов применяют углекислый газ, но так как углекислый газ участвует  в металлургических процессах, способствуя  угару легирующих компонентов и  компонентов - раскислителей (кремния, марганца), то сварочную проволоку  следует выбрать с повышенным их содержанием. В ряде случаев целесообразно  применять смесь инертных и активных газов, чтобы повысить устойчивость дуги, улучшить формирование шва, воздействовать на его геометрические параметры, уменьшить  разбрызгивание.

Сварку  в защитных газах плавящимся электродом ведут на постоянном токе обратной полярности, т.к. на переменном токе из-за сильного охлаждения столба дуги защитным газом, дуга может прерываться. Скорость подачи сварочной проволоки определяет силу сварочного тока.

Для сварки в защитных газах плавящимся электродом характерно высокий процент потерь электродного металла вследствие угара  и разбрызгивания.

Разбрызгиванию  способствует вид переноса электродного металла, зависящий от параметров режима сварки (рисунок 2):

крупнокапельный;

смешанный;

мелкокапельный.

При крупнокапельном  переносе электродного металла образуется малое количество брызг, вследствие нечастых, но продолжительных коротких замыканий дугового промежутка. Высокое объёмное теплосодержание крупных капель приводит к надёжному соединению с поверхностью свариваемого металла.

При смешанном  переносе электродного металла наблюдается  максимальное образование брызг (потери на разбрызгивание могут достигать 20 30%) - такое явление также связано  с короткими замыканиями дугового промежутка расплавленным электродным  металлом и образованием в межэлектродном промежутке капель с разной массой и различной скоростью перемещения. В диапазоне сварочных токов, при котором возникает смешанный  перенос электродного металла сварку не выполняют.

 

Рисунок 1.5 - Виды переноса электродного металла

 

Наименьшие  потери на разбрызгивание наблюдаются  при мелкокапельном переносе электродного металла. В определённом диапазоне  сварочных токов (плотностей сварочных  токов) перенос электродного металла  приобретает мелкокапельный (струйный характер). Образовавшаяся на торце  электрода, при таком процессе, капля  не растягивается и не увеличивается  до соприкосновения с основным металлом, что не приводит к коротким замыканиям, взрывам и образованиям брызг.

 

 

Достоинства способа:

1) Повышенная производительность (по сравнению с дуговой сваркой покрытыми электродами);

2) Отсутствуют потери на огарки, устранены затраты времени на смену электродов;

3) Надёжная защита зоны сварки;

4 )Минимальная чувствительность к образованию оксидов;

5) Отсутствие шлаковой корки;

6)Возможность сварки во всех пространственных положениях.

Недостатки  способа:

1)Большие потери электродного металла на угар и разбрызгивание (на угар элементов 5-7%, при разбрызгивании от 10 до 30%);

2)Мощное излучение дуги;

3)Ограничение по сварочному току;

4)Сварка возможна только на постоянном токе.

Области применения:

Сварка тонколистового металла и металла средних  толщин (до 20мм);