Курсовая работа: Разработка технологического процесса изготовления сварной конструкции – сварная двутавровая балка

Министерство образования и науки Мурманской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Мурманской области

«Мурманский индустриальный колледж»

Специальность: 22.02.06 Сварочное производство

Квалификация: техник

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Разработка технологического процесса изготовления сварной конструкции - сварная двутавровая балка

Студент:

Бурдейный Максим Григорьевич

Курс: III

Группа № 301.1

Руководитель КР:

Пашеева Т.Ю.,

г. Мурманск, 2019 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ

1.1 Характеристика сварной конструкции

1.2 Обоснование выбора материала для изготовления сварной конструкции

1.2.1 Характеристика основного металла по механическим свойствам

1.2.2 Характеристика основного металла по свариваемости

1.3 Технические условия на изготовление сварной конструкции

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ

2.1 Выбор и обоснование выбора способа сварки

2.2 Выбор и обоснование выбора сварочного оборудования

2.3 Выбор и обоснование выбора сварочных материалов

2.4 Определение параметров сварных швов и режимов сварки

2.5 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении заготовительных операций

2.6 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении сборочных операций

2.7 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении сварочных операций

2.8 Оборудование, приспособления и инструменты при выполнении отделочных операций

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ (чертеж, спецификация)

сварная конструкция технологический

Введение

Сварка-изобретение конца прошлого века, принадлежащее нашим соотечественникам Н.Н. Бенардосу и Н. Г. Славянину.

Сварка является одним из ведущих технологических процессов обработки металлов.

Определены основные направления развития сварочного производства:

Замена клепаных, литых, кованных конструкций более экономическими сварными. Высокие эксплуатационные характеристики сварных изделий - результат рациональных конструктивных решений и совершенства технологических процессов сборки и сварки.

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями, при их общем или местном нагреве, или совместным действием того и другого. Сварные соединения в процессе эксплуатации должны быть по возможности равнопрочными с основным металлом конструкции при всех видах нагрузок (статических, ударных, вибрационных) и любых температурах. Требуемые механические свойства в сварных соединениях достигаются: соответствующим выбором основного металла и конструктивной формой соединений; применением рациональных методов и режимов сварки; термической и механической обработкой конструкции после сварки.

Цель курсовой работы - разработка технологического процесса изготовления сварной конструкции - двутавровая балка.

1 Оценка технологичности конструкции

1.1 Характеристика сварной конструкции

Двутавры - основной балочный профиль - имеют наибольшее разнообразие по типам, которые соответствуют определенным областям применения.

Балки двутавровые обыкновенные (ГОСТ 8239-89), имеют уклон внутренних граней полок и обозначаются номером, соответствующим их высоте в см. В сортамент входят профили от № 10 до № 60.

Стенки у крупных двутавров имеют минимальную толщину и по условиям устойчивости достигают 1/55 высоты двутавра. Чем тоньше стенка, тем выгоднее сечение балки при работе ее на изгиб. Однако по условиям технологии прокатки у большинства двутавров стенки получаются значительно толще, чем это требуется по условию их устойчивости. Благодаря сосредоточению материала в полках двутавры имеют большую жесткость относительно оси x, но небольшая ширина полок делает их малоустойчивыми относительно оси y.

Двутавры применяются в изгибаемых элементах (балках), а также в ветвях решетчатых колонн и различных опор, где для их устойчивости применяются составные сечения.

Балки двутавровые широкополочные (ГОСТ 26020-81) имеют параллельные грани. Широкополочные двутавры прокатываются трех типов: нормальные двутавры (Б), широкополочные двутавры (Ш), колонные двутавры (К). Высота балочных профилей (Б) достигает 1000 мм, (Ш) - 700 мм и (К) - 400 мм при отношении ширины полок к высоте от (при малых высотах) до (при больших высотах). Колонные профили (К) имеют отношение ширины полок к высоте, близкое 1:1, что придает им устойчивость относительно оси y.

Рисунок 1 - Виды двутавров

Конструктивные преимущества (параллельность граней полок и мощность сечений) позволяют применять широкополочные двутавры в виде самостоятельного элемента (балки, колонны, стержни тяжелых ферм), не требующего почти никакой обработки, что снижает трудоемкость изготовления конструкций в 2-3 раза.

Из широкополочных двутавров путем разрезки стенки в продольном направлении получают тавровые профили (БТ), (ШТ) и (КТ) удобные для применения в решетчатых конструкциях. По мере расширения производства широкополочных двутавров применение обыкновенных двутавров сокращается.

На малых производствах сборка и сварка балок может осуществляться вручную, из-за чего их продукция зачастую очень дорогая.

Преимущества использования сварных балок. При возведении зданий и сооружений используется большое количество металлоконструкций, в том числе сварные двутавры. По сравнению с металлопрокатными сварные двутавры имеют большое количество преимуществ:

· Металлопрокатные имеют ограничение по размеру, когда сварная балка таких ограничений не имеет;

· Высокое качество получаемого изделия;

· Отсутствие вредных отходов производства;

· Металлические конструкции, получаемые методом сварки, изготавливаются из различных марок стали. Например в местах, где напряжение минимально можно использовать углеродистую сталь, а в местах, которые в последствии будут подвержены высоким нагрузкам - наоборот легированную высокопрочную. Благодаря такой технологии цена может быть снижена, когда прокатный стан осуществляет прокат только одной марки стали;

· Существует также возможность получения сварной балки переменного сечения, благодаря чему могут быть осуществлены любые архитектурные идеи;

· Также за счет гармоничного и правильного подбора сечения вес может быть снижен примерно на 10 %;

· Балки могут быть выполнены на заказ с заранее заданной длиной.

Рисунок 2 - Сварной составной двутавр

Область применения двутавровой балки простирается от тяжелого машиностроения и вагоностроения до сооружения мостов, подвесных путей, колонн и строительства промышленных помещений, занимающих большие территории. Масштабы построек подразумевают колоссальные нагрузки на опоры, несущие конструкции и основания.

1.2 Обоснование выбора материала для изготовления сварной конструкции

Правильный выбор материала для изготовления сварной конструкции - один из важнейших вопросов проектирования и технологической обработки, оказывает большое влияние как на эксплуатационные качества деталей, так и на их вес и экономичность изготовления.

Материал двутавровой балки должен иметь комплекс свойств, которые гарантируют высокие прочностные характеристики сварных соединений при применении простых технологических процессов сварки с наименьшими затратами на изготовление. Наиболее распространенным материалом для сварных конструкций являются низкоуглеродистые стали марок Ст3, Ст4, Ст5 по ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Они дешевые, хорошо свариваются, достаточно пластичны. Но при этом они имеют один недостаток - низкую прочность, поэтому низкоуглеродистые стали все чаще заменяют на низколегированные, например, 10ХСНД, 15ХСНД и другие, имеющие высокие прочностные показатели. Использование высокопрочных сталей дает возможность снизить вес сварных конструкций.

Свойства материала должны удовлетворять требованиям эксплуатации, обеспечивать необходимую свариваемость, технологическую обрабатываемость и экономическую целесообразность. Исходя из этих критериев сварную конструкцию - двутавровую балку предлагается изготовить из стали 15ХСНД - конструкционной, низколегированной, с содержанием углерода 0,15%; хрома, кремния, никеля и меди менее 1% каждого легирующего элемента (таблица 1).

Таблица 1- Химический состав низколегированной стали марки 15ХСНД

1.2.1 Характеристика основного металла по механическим свойствам

Выбор конструкционных материалов при изготовлении сварной двутавровой балки производится на основе их механических, физико-химических и технологических свойств. Требуемые механические свойства в сварных соединениях двутавра достигаются: соответствующим выбором основного металла и конструктивной формой соединений; применением рациональных методов и режимов сварки; термической и механической обработкой конструкции после сварки. Эти свойства стали определяют такие показатели, как прочность, упругость и пластичность, а также склонность к хрупкому разрушению, которое косвенно оценивается ударной вязкостью (таблица 2).

Таблица 2 -Механические свойства стали марки 15ХСНД

где у_в - МПа - предел кратковременной прочности;

у_т -МПа - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации);

д₅% - относительное удлинение при разрыве;

KCU , кДж / м^{2 -} - ударная вязкость.

Эксплуатационные требования имеют первостепенное значение, поскольку призваны обеспечить работоспособность сварной двутавровой балки при заданных условиях нагружения. Для оценки работоспособности материала используется комплексная характеристика - конструкционная прочность, включающая показатели прочности, надежности и долговечности.

Прочность характеризует способность материала сопротивляться деформации. Показателями прочности стали являются предел текучести у_ти временное сопротивление разрушению (предел прочности)у_в. Расчет конструкции на прочность производится по предельно допустимым напряжениям[у]с определенным коэффициентом запаса прочности:

Значение коэффициента запаса прочности зависит от многих факторов: вида сплава, условий нагружения, ответственности конструкции и др. Чем выше прочность стали, тем выше допустимые рабочие напряжения и, следовательно, меньше металлоёмкость конструкции.

1.2.2 Характеристика основного металла по свариваемости

Свариваемость - свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки неразъемное соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Свариваемость оценивается степенью соответствия свойств сварного соединения тем же свойствам основного материала и его склонностью к образованию дефектов. На свариваемость стали влияет содержание в ней углерода и легирующих элементов.

Определяем технологическую свариваемость стали марки 15ХСНД по химическому составу, путём определения эквивалента углерода, %:

где С - содержание углерода в стали, %;

Mn - марганца в стали, %;

Ni - никеля в стали, %;

Cr - хрома в стали, %;

Si - кремния в стали, %;

Р - фосфора в стали, %;

Cu - меди в стали, %.

Низколегированная сталь15ХСНД относятся к разряду хорошо свариваемых. Однако наличие в ней 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.