Материал: Технология изготовления сварных конструкций

Технология изготовления сварных конструкций

Введение

Сваркой называют технологический процесс, в результате которого достигается неразъемное-сварное соединение деталей из металлов и их сплавов и других материалов, например пластмасс и стекла, или разнородных материалов, например, стекла и металла. Способностью свариваться обладают все металлы, образовывающие растворы и смеси эвтектического или неэвтектического состава. Соединение при сварке осуществляется за счет межатомного взаимодействия путем сцепления (связи) атомов. Для того чтобы произошло сцепление между атомами, необходимо ряд атомов металла одной соединяемой детали приблизить к ряду атомов металла другой детали на расстояние равное параметру кристаллической решетки металла соединяемых частей. При таком сближении внешние электроны атомов соединяемых деталей образуют общую (коллективную) электронную систему, за счет чего и достигается сварка. Сближению атомов мешает неровность поверхностей соединяемых деталей и наличие загрязнений в виде окислов, органических пленок и адсорбированных газов.

В соответствии с методом, применяемым для устранения этих препятствий и обеспечения необходимого для сварки сближения атомов, все существующие сварочные процессы (а их насчитывается более 60), можно отнести к двум основным группам: к группе способов сварки пластическим деформированием (давлением) и к группе способов сварки плавлением.

При сварке пластическим деформированием соединение деталей достигается путем совместной пластической деформации - осадки металла соединяемых частей в месте их соприкосновения (по кромке или по плоскости).

При сварке плавлением соединение деталей осуществляется за счет расплавления металла свариваемых элементов - основного металла по кромкам в месте их соприкосновения или основного и дополнительного металлов и смачивания твердого металла жидким.

Расплавленный металл свариваемых деталей самопроизвольно (спонтанно) без приложения внешнего усилия сливается между собой или с дополнительным металлом, образуя общую так называемую сварочную ванну. При этом достигается разрушение пленок, покрывающих поверхность соединяемых элементов, и сближение атомов металла свариваемых деталей до расстояния, при котором возникают металлические связи. Межатомному сцеплению способствует повышенная подвижность атомов, обусловленная высокой температурой сварочной ванны.

По мере удаления источника нагрева происходит затвердевание- кристаллизация металла сварочной ванны и превращение ее в шов, соединяющий детали в одно целое. Кристаллизация металла шва начинается от частично оплавленных зерен основного металла. Металл шва при всех видах сварки плавлением имеет литую структуру.

1. Технологическая часть

1.1 Описание конструкции

По заданию дипломного проектирования №08 необходимо разработать технологию сборки и сварки колонны К-14. Согласно рабочего чертежа №25 колонна является элементом здания временного ангара ООО «Уфа-Логистик» по улице Каспийской в Калининском р-не города Уфы.

Колонны представляют собой вертикально расположенные стержневые элементы, по которым нагрузка от вышележащих конструкций передаётся на фундамент. В них различают: верхнюю часть - оголовок, на который опирается вышележащая, конструкция; стержень - основная часть колонны, передающая нагрузку сверху вниз, и базу - нижнюю часть колонны, передающую нагрузку от стержня на фундамент.

Оголовок колонны служит опорой для вышележащих конструкций (балки, фермы) и распределяет сосредоточенную нагрузку на колонну равномерно по сечению стержня.

База колоны служит для распределения сосредоточенного давления от стержня колонны равномерно по площади опирания и обеспечивает закрепление нижнего конца колонны в соответствии с принятой расчетной схемой.

Стержень - основная часть колонны передающая нагрузку сверху вниз. Стержни колонны бывают постоянного, переменного и ступенчатого сечения, по высоте сечения стержня колонны могут быть сплошными и сквозными (решетчатыми), состоящими из отдельных ветвей, соединенными раскосами или планками.

Сплошные и сквозные колонны со стержнем постоянного сечения наиболее распространены при центральном сжатии. Сплошные колонны применяют при больших нагрузках и небольших высотах, сквозные, наоборот, - при меньших нагрузках и больших высотах.

Особенность внецентренно-сжатых колонн - воздействие на них одновременно продольной силы и изгибающего момента. Вследствие этого их сечения (в отличие от центрально-сжатых колонн) принимают более развитыми в плоскости действия момента (увеличивают высоту сечения) и часто несимметричными, так как от действия момента одна сторона сечения догружается, а другая - разгружается. Применяются колонны сплошного сечения и сквозные, постоянного сечения по высоте и переменного.

Данная конструкция является сплошной колонной переменного по высоте сечения. Колонна изготовлена из стали марки 09Г2С, массой 2366кг. Общая длина составляет 8066мм.

Нижняя часть колонны -база шарнирного типа состоит из опорной плиты, толщина которой 30мм. В опорной плите просверлены отверстия диаметром 35мм Верхняя часть -оголовок, состоит из плиты толщиной 30мм, с приваренными к ней косынками. Конструктивной особенностью колонны являются: стенка, которая из-за своих больших габаритных размеров имеет продольные и поперечные стыковые швы, одна из полок колонны установлена под наклоном относительно опорной плиты базы колонны позиция 3 ее толщина составляет 25мм. В верхней части колонны наклонная полка стыкуется с фланцем, позиция 4, толщиной 37мм, в котором просверлены отверстия диаметром 30мм. Другая полка колонны толщиной 16мм установлена перпендикулярно опорной плиты. В полке просверлены 4 отверстия диаметром 23мм.

На полках и стенке установлены элементы оформления из уголков и пластин с отверстиями, с обоих сторон стенки установлены поперечные ребра жесткости

Поясные швы ствола колонны выполняются автоматической сваркой под слоем флюса по ГОСТ 8713-79, все остальные сварные швы - механизированной сваркой в защитном газе по ГОСТ 14771-76

1- полки колонны, 2- стенка, 3- опорная плита базы колонны, 4- оголовок; 5- элементы оформления; 6- фланец

Рисунок 1 - Общий вид колонны К- 14

1.2 Анализ существующей технологии

Для сборки и сварки конструкции на заводе существует утвержденный технологический процесс, устанавливающий последовательность сборочно-сварочных операций, применяемую оснастку и инструмент, оборудование, сварочные материалы, режимы сварки и порядок наложения швов, а также операции по контролю качества.

На заготовительном этапе изготовление конструкции производится правкой металла на листоправильных машинах и машинах для правки фасонного проката.

Мелкие детали колонны толщиной металла до 14 мм выполняют на гильотинных ножницах, крупногабаритные детали колонны толщиной 8 - 80 мм на газорезательной машине. Отверстие в деталях сверлят на радиально сверлильных станках.

Сборка конструкции начинается с изготовления стержня колонны. Так как длина колонны превышает длину стандартного листового металлопроката, производят сборку стыковых швов деталей стенки и полок. Сборку проверяют по геометрическим размерам, затем заваривают стыковые швы.

Ствол колонны- составная двутавровая балка, поэтому сборка выполняется в специальной установке для сборки двутавровых балок.

На заваренной двутавровой балке правят грибовидность.

Поправленную балку транспортируют на участок обработки заготовок, где фрезеруют торцы и сверлят отверстия.

Сборку колонны выполняют на стеллаже по индивидуальной разметке. Установленные элементы прихватывают и заваривают.

После выполнения сборочно-сварочных операций, колонна в местах сварки зачищается и покрывается грунтовкой в один слой. В процессе изготовления конструкции обязательно выполняют пооперационный контроль всех сварных швов внешним осмотром.

Применяемая технология обеспечивает достаточную производительность, позволяет механизировать процессы сборки и сварки, получить хорошее качество швов. В дипломном проекте предлагается использовать кантователь вместо козелков для сварки поясных швов ветви колонны, что позволит сократить операции по использованию мостового крана при кантовке изделия в козелках. При автоматической сварке требуются дополнительные операции связанные с установкой и снятием сварочного оборудования с изделия, поэтому имеет смысл заменить автомат тракторного типа на автомат подвесного типа установленного на глагольную тележку.

1.3 Обоснование и выбор основного металла

Для изготовления конструкции применяется низкоуглеродистая низколегированная сталь марки 09Г2С-12 по ГОСТ 19281- 89.

К низкоуглеродистым конструкционным относятся, стали, в которых содержится до 0,25 % углерода. Кроме того, в них присутствуют постоянные примеси, их количество обычно не превышает 0,8 % Мn; 0,35 % Si; 0,04 % Р; 0,05 % S, а также некоторого остаточного водорода и азота.

К низколегированным относятся, стали, легированные одним или несколькими элементами, если содержание каждого из них не превышает 2 % а суммарное количество легирующих не превышает 5 %. Низколегированные стали, применяемые для изготовления сварных конструкций, делятся на низколегированные, низко- и среднеуглеродистые, низколегированные теплоустойчивые. Сталь 09Г2С-12 имеет повышенную прочность, текучесть, низкий порог хладноломкости, более высокую по сравнению с углеродистыми сталями коррозионную стойкость, хорошо сваривается без ограничений в широком диапазоне режимов сварки.

Таблица 1- Химический состав стали 09Г2С-12 в процентах

Таблица 2 - Механические свойства стали 09Г2С-12

1.4 Выбор и обоснование технологических процессов

При выборе последовательности сборочно-сварочных операций необходимо выбирать оптимальные варианты. Оптимизация должна производится по следующим признакам:

технологичность процесса сборки и сварки включая удобства и безопасность работы;

производительность процесса;

качество сборки и сварки;

экономичность.

Для выполнения заданных условий, необходимо руководствоваться следующими соображениями:

свободный доступ к швам при сварки;

свободная усадка сварного шва;

возможность применения специального инструмента и вспомогательного оборудования.

Проектом предполагается следующая последовательность сборочно-сварочных операций:

сборку стыковых швов полок и стенок ствола колонны, а также сборку оформления производить на ровной поверхности, для чего используется стеллаж. Для прихваток используем ручную дуговую сварку. Данный вид сварки позволяет варить швы в любых пространственных положениях.

сварку стыковых швов выполняем автоматической сваркой под слоем флюса. Производительность по сравнению с ручной сваркой увеличивается в 5-12 раз. При сварке под флюсом ток по электродной проволоке проходит только в ее вылете (место от токоподвода до дуги). Поэтому можно использовать повышенные (25-100 А/мм2) по сравнению с ручной дуговой сваркой (10-20 А/мм?) плотности сварочного тока без опасения значительного перегрева электрода в вылете и отслаивания обмазки, как в покрытом электроде. Использование больших сварочных токов резко повышает глубину проплавления основного металла и появляется возможность сварки металла повышенной толщины без разделки кромок.

Высокое качество металлов шва и сварного соединения достигается за счет надежной защиты расплавленного металла от взаимодействия с воздухом, его металлургической обработки и легирования расплавленным шлаком.

сборку Н-образного сечения производить в кондукторе. Такая сборка улучшает качество и увеличивает производительность;

сварка поясных швов Н-образного сечения производить автоматической сваркой под слоем флюса с помощью двухстоечного кантователя. Применение кантователя позволит избежать многочисленной кантовки и использование мостового крана;

сварку оформления колоны производить с помощью механизированной сварки на двухстоечном кантователе.

Преимущества и недостатки способа. Широкий диапазон применяемых защитных газов обусловливает большое распространение этого, способа как в отношении свариваемых металлов, так и их толщин (от 0,1 мм до десятков миллиметров). Основными преимуществами механизированного способа сварки являются следующие:

высокое качество сварных соединений на разнообразных металлах и их сплавах разной толщины, особенно при сварке в инертных газах из-за малого угара легирующих элементов;

отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака;

возможность наблюдения за образованием шва, что особенно важно при механизированной сварке;

высокая производительность и легкость механизации и автоматизации процесса;

низкая стоимость при использовании активных защитных газов.

К недостаткам способа относятся: необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги; возможность нарушения газовой защиты при сдувании струи газа движением воздуха или при забрызгивании сопла; потери металла на разбрызгивание, при котором брызги прочно соединяются с поверхностями шва и изделия; наличие газовой аппаратуры и в некоторых случаях необходимость водяного охлаждения горелок.

сдача сварных швов ОТК на наличие дефектов и их геометрические параметры.

последней операцией является покраска.

.5 Выбор сварочных материалов

Для механизированной сварки в среде защитного газа низкоуглеродистой низколегированной стали марки 09Г2С-12 применяем проволоку марки Св- 08Г2С по ГОСТ 2246- 70* в сочетании с углекислым газом СО2.

Наплавленный металл при применении такой проволоки получается хорошо раскисленным при достаточном содержании в нём кремния и марганца и с высокими механическими свойствами.

Таблица 3 - Химический состав проволоки марки Св - 08Г2С в процентах

В качестве защитного газа СО2 - Углекислый газ по ГОСТ 8050-85 с содержанием защитного газа в объеме не менее 99,5 % СО2 предназначен для защиты сварочной дуги при полуавтоматической сварке углеродистых и низколегированных сталей.

Углекислый газ СО2 - термически устойчив, бесцветный, с едва ощутимым запахом, тяжелее воздуха, что обеспечивает хорошую газовую защиту сварочной ванны.

Таблица 4 - Газ и его химический состав в процентах