Сборка и сварка фланца
Введение
Сварке подвергаются
практически любые металлы и неметаллы в любых условиях на земле, в воде и
космосе. Соединения, получаемые сваркой, характеризуются высокими механическими
свойствами, небольшим расходом металла, низкой трудоемкостью и невысокой
себестоимостью. Надежность соединений, выполняемых сваркой, позволяет применять
ее при сборке самых ответственных конструкций.
Научно-технические,
экспериментальные и практические работы, выполняемые в последнее время
(примерно с 1970-х годов) в области сварки, позволили создать принципиально
новые конструкции машин.
Главное требование- это
соответствие эксплуатационному назначению.
Конструкции должны быть
прочными, жесткими и надёжными, а так же экономичными и минимально трудоемкими
при изготовлении и монтаже.
Каждая конструкция
проходит 3 этапа: проектирование, изготовление и сборка или монтаж.
Основоположниками дуговой
сварки являются российские ученые и инженеры- В.В.Петров, Н.Н.Бенардос, и
Н.Г.Славянов.
В дуговой электросварке
источником тепла является электрическая дуга, которая возникает между
электродом и металлом. Сущность электродуговой сварки в том, что свариваемый
металл плавится теплом дуги.
При дуговой сварке
плавящимся электродом шов образуется за счет расплавления электрода и
свариваемого металла. При сварке неплавящимся электродом шов заполняется
металлом свариваемых частей, но иногда присадочным металлом, подаваемым в зону
дуги со стороны.
Темой данного проекта
является сборка и сварка фланца.
1. Описание конструкции с анализом ее технологичности
Понятие технологичности
сварной конструкции- это возможность изготовления всех деталей конструкции и с
ее наименьшими трудовыми затратами удобными способами и с применением самого
производственного оборудования, например штамповка деталей вместо кислородной
резки.
Фланцы могут быть
элементами трубы, фитинга, вала, корпусной детали и т.д. Фланец в виде
отдельных деталей чаще всего приваривают или привинчивают к концам соединяемых
деталей. Фланцы применяются для соединения изделий арматуры с трубопроводами,
соединения отдельных участков трубопроводов между собой и для присоединения трубопроводов
к различному оборудованию. Фланцевые соединения обеспечивают герметичность и
прочность конструкций, а также простоту изготовления, разборки и сборки.
При проектировании, а так
же при изготовлении сварных конструкций необходимо помнить, что очень больше
внутренние напряжения (иногда- до частичного саморазрушения) возможны при
сварке электрозаклепками, поэтому следует избегать таких соединений, применяя
нахлесточную сварку либо в широких прорезях.
Конструкция технологична,
т.к. ее можно сваривать ручной, полуавтоматической и автоматической сваркой.
2. Характеристики свариваемого материала
Свариваемость-это
способность металлов и сплавов образовывать соединение с помощью сварки без
трещин, пор и других дефектов.
Низколегированные стали
содержат до 0,23% углерода, имеют легирующие добавки и иногда называются
сталями повышенной прочности.
Особенности сварки
низколегированных сталей: они ведут себя при сварке так же, как и
низкоуглеродистая стал, но имеются отличия при действии термических циклов.
1. Больше склонность к
росту зерен в околошовной зоне, особенно при перегреве.
2. Более склонны к
подкладке при повышенных скоростях остывания.
3. Стойкость металла шва
против образования горячих трещин ниже из-за легирующих элементов.
4. Чувствительность к концентраторам
напряжений и даже к тепловым «ожогам».
Химический состав стали
C
|
Si
|
Mn
|
S
|
P
|
Cr
|
Ni
|
0,17-0,25
|
0,17-0,37
|
0,35-0,65
|
0,045
|
0,040
|
0,30
|
0,30
|
Механические свойства
стали
Предел прочности кг/мм2
|
Отностительная удельная δ10%
не меньше
|
40-52
|
22
|
3. Определение свариваемости материала
конструкции
Сэкв.=С + Mn/6+Cr/6+Si/5+P/2+Ni/12+S/5
Cэкв.=0,2+0,48/6+0,25/5+0,04/2+0,30/12=0,37
Если Сэкв.=0,46…0,59%, то
сталь хорошо сваривается
Если Сэкв.0,6%, то сталь плохо сваривается
Вывод: Свариваемость
металла хорошая, т.к. Сэкв.≤0,45
4.
Разработка
технологического процесса изготовления сварной конструкции
Способ изготовления
заготовки и подготовка кромок.
Изготовление заготовки
фланца можно разбить на следующие этапы:
1)правка листа
2)зачистка листа и
подготовка поверхности
3)подготовка кромок под
сварку
1)правка листа
Листа правильные
многовалковые машины предназначены для правки листового проката и листовых заготовок.
Правкой осуществляет между рядами вращающихся валков, расположенных в шахматном
порядке расстояния между нижним и верхнем рядами валков регулируют и
устанавливают в зависимости от толщины выправленного листа .При прохождением
между валками каждый участок листа получает многократный изгиб в
противоположены стороны и выправляется. В зависимости от величины искривления
листа правка производится за один или несколько проходов листа правильные
многовалковые машины имеют 23 валка. Заготовка проходит между двумя рядами правильных
роликов, расположенных в шахматном порядке, многократно изгибается и
выправляется. Ролики выполняют сменными в зависимости от конфигурации сечения
выпрямляемого материала, что позволяет править на одно машин различные
профилями.
2)зачистка листа и
подготовка поверхности
Очистку применяют для
удаления с поверхности металла средств консервации, загрязнений, смазочно-охлаждающих
жидкостей, ржавчины, окалин, заусенцев, грата и шлака, затрудняющих процесс
сварки, вызывающих дефекты сварных швов и препятствующих нанесению. Для очистки
проката, деталей и сварных узлов применяют механические и химические методы. К
механическим методам относятся способом очистки: дробеструйная, дробеметная, на
зачистных станках, в галтовочных барабанах, с помощью ручных пневматических и
электрических машин. К химическим- обезжиривание и травление, выполняемые
ванным или струйным способами.
Дробеструйный и
дробеметный способы применяют для очистки листов и профильного проката и
сварных узлов от окалины, ржавчины и загрязнений при толщине металла 3мм и
более. При дробеструйном и дробеметном способах очистки дробь выбрасывается с
большой скоростью на очищаемый металл и ударяясь, удаляет имеющиеся на нем
загрязнения, ржавчину и окалину.
Дробеструйная очистка
осуществляется дробеструйными аппаратами, которые выбрасывают дробь на
очищаемую поверхность через сопло с помощью сжатого воздуха.
В дробеметных аппаратах
дробь выбрасывается лопатками ротора в результате центробежной силы.
Дробеметную и дробеструйную очистку производят в камерах, в которых установлены
очистные аппараты, оборудованные для размещения и транспортировки очищаемых
изделий, устройства для сбора, сепарации (очистки), возврата дроби и для
вытяжки загрязненного воздуха.
3)подготовка кромок под
сварку
При назначении форм
подготовки кромок учитывают прежде всего глубину провара, технологические и
экономические условия процесса. Так например, стыковые соединения с V-образной
подготовкой кромок рекомендуется применять для металла толщиной 3-26мм. При
возможности кантовки стыкового соединения, при доступе с двух сторон, для
металла толщиной 12-40мм выполняется К-образная подготовка кромок, при толщине
до 60мм Х-образная разделка. В данном курсовом проекте применяется именно
Х-образная разделка кромок.
Выбор сварочных
материалов.
Выбор сварочных
материалов осуществляется с учетом химических и механических свойств сварочного
металла. Кроме того, нужно учитывать технологические особенности сварочной
конструкции и состав сварки. В данном случае для автоматической сварки фланца
выбирается следующие сварочные материалы:
1)сварочная проволока
Св-08А
2)флюс ФЦ-16
Электродная проволока при
автоматической сварке под флюсом является одним из основных элементов,
определяющих качество сварного соединения. Ее выбирают в соответствии с
химическим составом сварного материала и флюса. Механические свойства
наплавленного металла должны быть не менее нижнего предела механических свойств
сварного металла.
Флюс является одним из
важнейших элементов для успешного проведения сварки, и во многом определяет
качество металла шва. Основные требования:
-обеспечение отсутствия
трещин и пор в металле шва
-обеспечение требуемых
механических свойств металла шва
-обеспечение хорошего
формирования шва с легкой отделяемостью шлака
-минимальное выделение
вредных газов при сварке
-сварка с их применением
должна быть экономически выгодной
Выбранный флюс должен
соответствовать требованиям ГОСТа и ТУ на данную марку.
Химический состав флюса
ФЦ-16,% ОСТ 24.948.02-99
SiO2
|
MnO
|
MgO
|
Al2O3
|
CaF2
|
CaO
|
NaF
|
Fe2O3
|
S
|
P
|
26-32
|
3-6
|
6-9
|
17-21
|
12-18
|
15-21
|
3-8
|
1,0
|
0,03
|
0,035
|
Сварочная проволока
Св-08А ГОСТ 2246-70
C
|
Mn
|
Si
|
P
|
S
|
Cr
|
Ni
|
Al
|
Cu
|
0.10
|
0.35-0.6
|
0.03
|
0.03
|
0.03
|
0.12
|
0.25
|
0.25
|
0.25
|
Выбор способов сборки и
сварки.
Для изготовления сварных
конструкций высокого качества требуется правильная сборка деталей свариваемого
изделия, т.е. правильная взаимная установка и закрепление.
Процесс сборки
свариваемого изделия из ряда последовательных операций. Сначала детали подаются
на рабочее место, затем собирается изделие или сварной узел. Для этого
необходимо установить детали в сборочном устройстве в определенном положении. В
этих положениях детали должны быть закреплены, после чего их сваривают. Подача
деталей к месту сборки и установка их в требуемом положении осуществляется
универсальным или специальным подъемно-транспортным оборудованием. Положение
деталей во время сборки определяется установочными элементами приспособления
или другими смежными деталями.
Таким образом, основным
назначением сборочного оборудования в сварочном производстве является фиксация
и закрепление свариваемых деталей. Сборочное оборудование делится на сборочное
и сварочно-сборочное.
На сборочном оборудовании
сборка заканчивается прихваткой. На сборочно-сварочном- кроме сборки,
производится полная или частичная сварка изделия, а иногда и выдержка после
сварки с целью уменьшения сварочных деформаций. При этом сваривать можно как и
после предварительной прихватки, так и без нее.
Назначение и конструкция оборудования
определяется техническим процессом, зависящим прежде всего от изделия :его
формы, размеров, требуемой точности, типа производства, его программы, наличия
производственных площадей, загрузки рабочих мест, вида сварки и других
факторов.
При выборе способов
сварки следует учитывать, что механизация и автоматизация сварочных работ
является важнейшим фактором повышения производительности труда, качества
сварочного изделии и улучшений условий труда.
Выбор сборочно-сварочного
оборудования.
Применяется при сварке
различных типов соединений: стыковых (с разделкой и без разделки кромок),
нахлёсточных, тавровых и угловых, прямолинейными и кольцевыми швами; прямым и
наклонным электродом, а также для наплавки.
Наличие места для
крепления воздушной системы сбора флюса после сварки.
Сварочная головка
комплектуется микропроцессорным блоком управления автомата дуговой сварки
АДФ-1000.
Блок управления в составе
сварочной головки обеспечивает:
- плавную регулировку
скорости подачи электродной проволоки - сварочного тока;
- стабилизацию скорости
подачи проволоки;
- цифровая индикация
величины сварочного тока и напряжения;
предварительную
установку сварочного режима (сварочного напряжения, скорости подачи проволоки);
- работа автомата в
режиме «Наладка» и «Сварка»;
- обеспечивает
стабилизацию режима сварки по напряжению, стабилизацию режима сварки по току;
Технические
характеристики автомата дуговой сварки АДФ-1000
Номинальное напряжение однофазной питающей
сети частотой 50 Гц, В
|
42
|
Номинальный сварочный ток (при продолжительности
включения ПВ = 100%), А
|
1000
|
Пределы регулирования сварочного
тока, А
источником
питания
|
Диаметры электродной проволоки, мм
|
2 - 5
|
Пределы регулирования скорости
подачи электродной проволоки, м/ч (м/мин)
|
26 …360
(0,43 … 6,0)
|
Угол поворота сварочной головки
относительно вертикальной оси, град
|
±90
|
Угол поворота сварочной головки
вокруг горизонтальной оси, град
|
±45
|
Угол наклона токоподвода
относительно вертикальной оси, град
|
+45 («углом вперёд»)
–30 («углом назад»)
|
Ход вертикального суппорта, мм
|
100
|
Ход горизонтального суппорта, мм
|
100
|
Вместимость барабана (с внутренней
заправкой проволоки) не более, кг
|
20
|
Вместимость кассетного устройства
(для мотков проволоки) или кассеты (с наружной намоткой проволоки) не более,
кг
|
30
|
Ёмкость бункера для флюса не менее,
дм3
|
10
|
сварной
конструкция кромка оборудование
Расчёт режимов сварки.
Режимом сварки называется
совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение
сварных соединений заданных размеров, формы и качества.
Площадь поперечного
сечения шва:
Fн.м.=1,5eq+4(S/2-C/2)2 .tgα+S.b
Fн.м=1,5.35.2,5+4(25/2-6/2).0,53+25=634,75
мм2=6,34 см2
Примерное соотношение
между диаметром электрода и толщиной свариваемого металла может быть сведена в
следующую таблицу:
Толщина свариваемого изделия, мм
|
1-2
|
3
|
4-5
|
6-12
|
13 и более
|
Диаметр электрода, мм
|
1,5-2
|
3
|
3-4
|
4-5
|
5
|
Величина сварочного тока
рассчитывается по формуле:
I = .100
I=
Напряжение на дуге:
U=40 B
Определяем коэффициент
провара:
пр.=1,5
Ширина шва:
пр.. h=1,5.18=27 мм
Наплавка:
Fн=0,75.eq=0,75.3,5.27=70
мм2=0,7 см2
Определяем коэффициент
наплавки:
= А + В
= 7+ 0,04=16,3 (A.u)
Действительный
коэффициент наплавки:
н.д.= +∆
н.д.=16,3+0,5=16,8 (А.ч)
Скорость перемещения
дуги:
Vп.д. =
Vп.д. = =3,82м/ч
Скорость подачи сварочной
проволоки:
=123,5 м/ч
Расчет расхода сварочных
материалов.
Расчёт расхода сварочных
материалов производится исходя из расчётов поперечного сечения швов и их длины.
Электроды:
Gэл.=F.l.R=0,63.8179,7.7,8=40195гр=40,1кг
Gфлюса=40195.0,7=28136гр=28,1кг
Меры борьбы со сварочными
напряжениями и деформациями.
Сварка вызывает в
изделиях появление напряжений, существующих без приложения внешних сил.
Напряжения возникают по ряду причин, прежде всего из-за неравномерного
распределения температуры при сварке, что затрудняет расширение и сжатие
металла при его нагреве и остывании, так как нагретый участок со всех сторон окружен
холодным металлом, размеры которого не изменяются. Вследствие структурных
превращений участков металла околошовой зоны, нагретых в процессе сварки выше
критических точек, в свариваемых конструкциях возникают структурные напряжения.
В отличие от напряжений, действующих на конструкцию во время ее эксплуатации и
вызываемых внешними силами, эти напряжения называют внутренними (собственными)
и остаточными сварочными напряжениями. Бели значения сварочных напряжений
достигнут предела текучести металла, они вызовут изменение размеров и формы, т.
е. деформацию изделия. Деформации могут быть временными и остаточными. Если
остаточные деформации достигнут заметной величины, они могут привести к
неисправимому браку. Остаточные напряжения могут вызвать не только деформацию
сварного изделия, но и его разрушение. Особенно сильно проявляется действие
этих напряжений в условиях, способствующих хрупкому разрушению сварного
соединения, которое происходит в результате неблагоприятного сочетания
концентрации напряжений, температуры и остаточных напряжений.
Для борьбы с остаточными деформациями
и напряжениями следует соблюдать следующие правила:
1.При сборке конструкций
применять по возможности сборочные приспособления (стяжные планки, клинья и
т.п.), обеспечивающие свободное перемещение свариваемых конструкций от усадки
швов. Прихватки можно применять только для стыков деталей из тонкого металла
(3—5 мм) и в нахлесточных соединениях. Следует строго соблюдать размеры
притуплений, зазоров и соосность элементов.
2.Выполнять необходимую последовательность
сварки швов; чередование слоев двухстороннего шва: чередование сварки поясных
швов балок; строго выполнять последовательность и порядок сварки швов,
указанные в типовой технологии или проекте производства сварочных работ.
3.Не допускать превышения
величины тепловложения в шов (увеличения сила сварочного тока по сравнению с
рекомендуемой для электродов применяемого типа и диаметра).
4.Использовать жесткое
закрепление деталей перед сваркой для уменьшения их деформаций (если это предусмотрено
технологической запиской или инструкцией) с помощью прихваток или
приспособлений; использовать вибрацию конструкций в процессе сварки для
уменьшения деформаций и напряжений.
5.При сварке пластических
сталей и металлов использовать проковку слоев шва непосредственно за сваркой(если
это предусмотрено технологической запиской).
6.Использовать
предварительный обратный выгиб листовых деталей (стенок и полок балок, листов
корпуса резервуаров и др.) для предупреждения угловой деформации.
7.При сварке листовых
резервуарных конструкций (днищ и корпусов)сперва сваривать стыки между листами,
а потом стыки между полосами или поясами, при обратном порядке не исключены
появление трещин в местах пересечений швов, а также увеличение коробления
конструкций.
8. В необходимых случаях применять
предвари тельный и сопутствующий подогревы.
9.Применять в необходимых
случаях общую или местную термическую обработку сварных соединений.
Из перечисленных способов
снижения напряжений и деформаций обязательными для сварщика являются правила,
указанные в п.п. 2, 3 и 7, остальные следует применять по указанию руководителя
сварочных работ или если они предусмотрены техническими условиями, а также
другими технологическими документами.
Контроль качества сварных
соединений.
Методы контроля качества
сварных соединений могут быть разделены на две основные группы:
- методы контроля без
разрушений образцов или изделий - неразрушающий контроль;
- методы контроля с
разрушением образцов или производственных стыков - разрушающий контроль.
Группа методов контроля,
объединенная общими физическими характеристиками, составляет вид контроля.
Все виды неразрушающего
контроля классифицируются по следующим основным признакам:
• по характеру физических
полей или излучений, взаимодействующих с контролируемым объектом;
• по характеру
аналогичных взаимодействий веществ с контролируемым объектом;
• по различным видам
информации о качестве контролируемого объекта.
Для контроля качества
сварных соединений могут быть применены виды, имеющие наиболее широкое применение
на практике: внешний осмотр, акустический, капиллярный и радиационный.
Каждый вид контроля имеет
свою оптимальную область применения, отличается определенными достоинствами и
недостатками. Поэтому наиболее полную информацию о качестве изделия или сварного
шва можно получить только при сочетании различных видов контроля.
Наиболее распространенным
видом неразрушающего контроля является внешний осмотр и обмер сварных швов,
который имеет существенное значение для получения качественных сварных
конструкций.
Широкое применение
получил радиационный вид контроля, осуществляемый с помощью рентгеновского и
гамма-излучений, которые проникают через контролируемый объект и изменяют
интенсивность излучения в местах наличия дефектов. Это изменение регистрируется
на рентгеновской пленке или на пластине (радиографический метод).
Радиационные методы
позволяют выявить скрытые внутренние дефекты в стыковых швах практически любых
материалов. Невозможно обнаружить дефекты только в угловых швах.
Из акустических методов
контроля наибольшее распространение получила ультразвуковая дефектоскопия.
Хорошо обнаруживаются дефекты с малым раскрытием, типа трещин, газовых пор и
шлаковых включений, в том числе и те, которые невозможно определить
радиационной дефектоскопией. Среди магнитных методов контроля следует отметить
магнитографический и магнитопорошковый. Наибольшее распространение имеет
магнитопорошковый метод, так как он позволяет визуально наблюдать расположение
ферромагнитного порошка вокруг дефекта. Однако этот метод применим только для
контроля ферромагнитных материалов (углеродистые стали).
В капиллярном виде
контроля используют движение индикаторного вещества, т.е. проникновение
индикатора по микропорам и микротрещинам, вглубь дефектов как бы по капиллярам.
После нанесения индикаторов на поверхность шва и выдержки излишний индикатор
удаляют. Оставшийся в дефектах индикатор под воздействием облучения начинает
высвечиваться и тем самым обнаруживаются дефекты сварного шва.
6. Техника
безопасности при выполнении сборочных и сварочных работ
При сборке сварных
конструкций следует соблюдать следующие требования:
1)все обрабатываемые
изделия должны устанавливаться и надёжно закрепляться в приспособлениях
2)пользоваться только
проверенным подъёмно-транспортным оборудованием
3)при работе совместно с
электросварщиками нужно пользоваться очками или маской с тёмными стёклами
4)при заточке инструмента
на наждаке без защитного экрана и при работе со шлифовальной машиной работать в
очках с прозрачными стёклами
При сварочных работах
следует руководствоваться следующими требованиями:
1)работа должна
производиться только со щитком или маской, закрывающей все части лица
работающего и снабжённой необходимым светозащитным стеклом
2)спецодежда должна
удовлетворять установленным нормам
3)для защиты окружающих
от действия электрической дуги рабочее место электросварщика должно быть
ограждено
4)присоединение проводов
к свариваемому изделию, электрододержателю и сварочным установкам должно быть
плотным и прочным
5)при сварочных токах,
превышающих 600 А, токоведущий провод должен присоединяться к
электрододержателю, минуя его рукоятку
6)рукоятка
электрододержателя должна быть изготовлена из диэлектрического и
теплоизолирующего материала
7)для защиты от флюсовой
пыли, выделяющейся при сварке, используются флюсоотсосы, а рабочее место
обеспечивается вентиляцией
8)горелки для сварки в
углекислом газе не должны иметь открытых токоведущих частей, а рукоятки должны
быть покрыты диэлектрическим теплоизолирующим материалом
9)в случае появления
искрения между корпусом горелки и деталью сварка должна быть прекращена до
устранения неполадок
10)газовые и водяные
коммуникации должны быть герметичными и не иметь утечек газа или воды
Основными мерами защиты
от пожара являются: наличие исправной электропроводки, сварочных проводов и
других источников, отсутствие при работе на участке легковоспламеняющихся
веществ, соблюдение всех требований противопожарных правил всеми работающими на
участке.
Список литературы
1.Куркин С.А. , Николаев Г.А. Сварные конструкции – М: Высшая
школа, 1991
2.Рыжков Н.И. Производство сварных конструкций в тяжёлом
машиностроении – М: 1980
3.Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением – Л:
Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987
4.Сварка в машиностроении. Справочник под ред. В.А. Винокурова
– М, 1978
5.Гитлевич А.Д., Этингоф Л.А. Механизация и автоматизация
сварочного производства – 6.М: Машиностроение, 1979
Маслов Б.Г., Выборнов А.П. Производство сварных конструкций –
М: Академия, 2008