Разработка технологии сборки и сварки металлической балки Б-3
Пояснительная записка
Разработка технологии сборки и сварки металлической балки Б-3
Введение
балка сварка шов
Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.
Общие требования по выполнению сварочных работ регламентируются руководящими документами или технологическими указаниями по сварке, разрабатываемыми проектировщиками или отраслевыми институтами по организации строительства. Эти документы конкретизируются применительно к малым размерам конструкций и их элементов в картах технологических процессов сборки и сварки, разрабатываемых в организациях, осуществляющих заводское изготовление и монтаж металлических конструкций.
В данной курсовой работе рассмотрена разработка технологической карты сборки и сварки балки Б-3. Конструктивно представляющей стержень двутаврового сечения. Составляющие детали: стенки и полки.
Технологическая карта разработана в соответствии с ГОСТ 23118-99 «Конструкции стальные строительные», СНиПами II-23-81* «Стальные конструкции. Нормы проектирования», 3,03,01-87 «Несущие и ограждающие конструкции», 15,132-96 «Сварка и контроль качества сварных соединений металлических конструкций при сооружении промышленных объектов». СП-53-101-98 «Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций».
1. Выбор стали для балки Б-3
Для металлических строительных конструкций рекомендуется применять листовой, универсальный фасонный прокат и гнутые профили из углеродистых и низколегированных сталей, химический состав и механические свойства которых определены в ГОСТ 27772-82.
Выбор стали зависит от характера нагрузок, воздействующих на металлическую конструкцию, климатических условий ее эксплуатации и регламентируется СниП II-23-87*. В соответствии с вышеуказанным СниП, в зависимости от условий работы конструкции разделяются на 4 группы. Балка Б-3, разрабатываемая в данном курсовом проекте принадлежит к группе 2.
Группа 2. Сварные конструкции, либо их элементы, работающие при статической нагрузке [фермы; ригели рам; балки перекрытий и покрытий; косоуры лестниц; опоры ВЛ, за исключением сварных опор больших переходов; опоры ошиновки открытых распределительных устройств подстанций (ОРУ); опоры под выключатели ОРУ; опоры транспортных галерей; элементы контактной сети транспорта (штанги, анкерные оттяжки, хомуты); прожекторные мачты; элементы комбинированных опор антенных сооружений; трубопроводы ГЭС и насосных станций; облицовки водоводов; закладные части затворов и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы], а также конструкции и их элементы группы при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19425-74* и ТУ 14-2-427-80 при наличии сварных монтажных соединений.
Под условиями работы понимается характер нагрузок - статические, вибрационные, динамические, климатические районы и соответствующие им предельные температуры.
Для данной колонны выбрана сталь С255. Буква С означает - сталь строительная, цифры условно обозначают предел текучести проката, согласно ГОСТ 27772-88. Все характеристики стали приведены ниже в таблицах.
Химический состав стали
Массовая доля элемента,%углеродамарганцакремниясерыфосфорахроманикелямедиС255, 0,22Не более 0,650,15-0,300,050Не более 0,040Не более 0,030Не более 0,030Не более 0,030
Механические характеристики
Наимено-вание сталиТолщина, полки, ммМеханические характеристикиУдарная вязкость KCU, Дж/см2при температуре, °СПредел текучести, Н/мм2Временное сопротивление, Н/мм2Относительное удлинение,% -20 -40После механического старенияне менеене менееC255От 4 до 10 включ.245 (25)3802529-29Св. 10 до 20 включ.245 (25)3702029-29Св. 20 до 40 включ.235 (24)3702029-29
Сталь по ГОСТ 27772Марка сталиПредел текучести, МПаВременное сопротивление, МПаОтносительное удлинение, %Модуль упрочнения E, МПаС255Ст3Гсп245380254500*
2. Выбор общей схемы сборки и требования к сборочным операциям
Общая схема сборки-сварки отправочной марки может состоять из:
Сборка-сварка детали
Сборка-сварка узла
Окончательная сборка-сварка отправочной марки.
Сборочные операции осуществляются с целью обеспечения правильного взаимного расположения деталей собираемого под сварку элемента. Фиксируют собранные детали с помощью прихваток - коротких прерывистых швов, служащих для предварительного соединения подлежащих сварке деталей. Собранный на прихватках узел должен обладать необходимой жесткостью и прочностью, что позволяет его транспортировать к месту сварки и кантовать для позиционирования в удобное для сварки положение. Прихватки также уменьшают временные сварочные деформации, которые могут вызвать искажение геометрической формы изделия. Прихватки могут выполняться ручной дуговой сваркой или полуавтоматической дуговой сваркой в СО2. При сборке применяется сборочная оснастка - приспособления и вспомогательные устройства для выполнения сборочных работ.
Сварочные операции позволяют окончательно закрепить собранные детали, узлы и конструкции и получить изделия, отвечающие конструктивным и эксплуатационным требованиям. Сварка производится с применением серийного и специализированного сварочного оборудования и сварочной оснастки. Ввиду того, что необходимо выполнить 300 типовых балок (серийное производство) то будут применены все вышеупомянутые этапы.
Сборка и сварка стыковых соединений листов
В строительных конструкциях сборка и сварка соединений листов, как правило, проводятся до установки их в собираемый узел или элемент. На заводах основной объем этих работ выполняется на специализированных механизированных участках и поточных линиях, которые необходимо располагать последовательно в технологическом потоке заготовительных цехов, что позволяет максимально механизировать не только сборочно-сварочные, но и транспортные операции.
Для сборки и сварки индивидуальных листов для балки ведутся на стеллажах. При этом все подъемно транспортные работы выполняются мостовым краном. Для сборки листы укладывают в рамы, и выравнивают кромки так, чтобы они находились в одной горизонтальной плоскости, и закрепляют их прихватками. Сборка листов заканчивается установкой выводных планок. Причем при ширине 500 мм прихватки по краям обычно не ставятся. В этом случае для закрепления стыка электроприхватки накладываются только на выводные планки.
Сборка сварных балок составного двутаврового сечения
В строительных стальных конструкциях сварные двутавровые балки - основной элемент колонн и других подобных конструкций. Сборку и сварку балок выполняют заранее - до общей сборки конструкции. Последовательность сборки и сварки составных двутавровых балок состоит из:
Стыковки вертикальных и горизонтальных листов
Автоматическая сварка стыков
Правка листов
Сборка двутаврового сечения
Правка грибовидности горизонтальных листов
Фрезерование торцов.
В процессе сборки необходимо не только плотно притягивать полки к стенкам, но и обеспечивать угол 900, и совпадение их осей. Прихватки 50-60 мм должны накладываться через каждые 500-600 мм катетом 4-6 мм. При большом объеме работ сборка ведется на сборочных установках с передвижным порталом. Они обеспечивают требуемые геометрические характеристики без разметки. Для поджатия деталей применяются пневматические прижимы. Для производства 1200 колонн был выбран совмещенный неповоротный (для фиксации геометрических размеров) и поворотный (для переворота двутавра) кондукторы.
3. Выбор вида сварки
При изготовлении металлических конструкций рекомендуется использовать следующие виды сварки:
Для прихватки при сборке элементов:
1Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.
2Механизированная в СО2
Механизированная порошковой проволокой в углекислом газе
Для сварки:
1Автоматическая сварка под флюсом
2Механизированная сварка в углекислом газе.
3Механизированная сварка порошковой проволокой в углекислом газе и без него.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.
Выбор вида сварки зависит от:
·характера (серийности) производства;
·назначения технологической операции
·пространственного положения шва.
В условиях единичного и мелкосерийного производства и на монтаже для прихватки целесообразно использование ручной дуговой сварки покрытыми электродами. В условиях средне- и крупносерийного производства в заводских условиях для прихватки собираемых элементов желательно использование механизированных способов сварки: в углекислом газе порошковыми проволоками и проволоками сплошного сечения или садозащитными порошковыми проволоками.
При выборе вида сварки необходимо учитывать, что экономически и технически применение автоматической сварки для выполнения стыковых соединений целесообразно при длине швов более 300 мм, для сварки угловых швов при их длине более 1-1,5 м. Длина швов, выполненных ручной и механизированными методами сварки, неограниченна.
В тех случаях, когда при изготовлении возможно позиционирование («кантовка») изделия лучшее формирование шва обеспечивается при сварке в нижнем положении и в «лодочку». Механизированная сварка порошковой проволокой может быть применена для сварки в нижнем, наклонном и вертикальном положениях. Автоматическая сварка в углекислом газе и смеси газов и под флюсом применима обычно только для сварки в нижнем положении и вертикальных швов на специализированном оборудовании, обеспечивающем предотвращение вытекания сварочной ванны с помощью специальных формирующих устройств.
Проанализировав вышеперечисленные достоинства и недостатки каждого вида сварки, для сборки 300 балок будем применять механизированную и автоматическую сварку в углекислом газе проволокой Св-08Г2С
Материалы для сваркиСталив углекислом газе (по ГОСТ 805085 или в его смеси с аргоном (по ГОСТ 1015779*)Маркисварочной проволоки (по ГОСТ 224670*)С235, С245, С255, С275, С285Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА, Св-08Г2С
4. Выбор типов сварных соединений
Выбор типа соединения зависит от:
·толщины свариваемых деталей;
·вида сварки;
·условий эксплуатации (т.е. группы конструкций).
В строительных конструкциях соединения, выполняемые дуговой сваркой, могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными. При сварке балок используется сталь 10-25 мм, следовательно скос кромок применять не следует.
. Выбор сварочных материалов
Сварочные материалы - электроды покрытые, сварочные проволоки (сплошного сечения и порошковые), флюсы и защитные газы относятся к расходуемым в процессе сварки и прихватки материалам.
Выбор вида и марки сварочного материала зависит от:
- марки свариваемой стали;
- вида сварки;
- условий эксплуатации конструкций, т.е. группы конструкций и
климатического района, в котором эксплуатируется конструкция.
Сварочные материалы должны обеспечивать свойства металла шва на уровне свойств свариваемой стали.
Для производства балок Б-3 была выбрана проволока Св-08Г2С, Св-08 характеристики которой приведены выше, марка электродов для РДС и прихватки Э42, флюс АН-348А
Расход проволоки:
М=0,000092∙40,7∙7800∙1,05=30,67 м. - на одну балку Б-3.
. Выбор режима сварки
Режим сварки это совокупность показателей процесса сварки, обеспечивающих получение швов заданных размеров, формы и качества.
Применительно к методам дуговой сварки, такими параметрами являются: род, полярность и величина тока в дуге (А); диаметр сварочной проволоки (мм); напряжение электрической дуги (В); скорость подачи электродной проволоки (м/ч); скорость сварки (м/ч), число проходов (при многопроходной сварке).
Параметры режима определяются:
- видом сварки;
типом шва (формой разделки кромок);
- толщиной свариваемого металла или высотой первого прохода для
стыковых швов или катетом шва для угловых швов;
- маркой свариваемой стали и температурой окружающей среды
(определяющих предрасположенность к образованию закалочных
структур и трещин).
Для стыковки двух стенок, толщиной 10 мм.
Диаметр сварочной проволоки 3 мм, напряжение 28-30 В, сила сварочного тока 400-450 А, постоянный ток обратная полярность, скорость сварки 50-55 м/ч.
Для стыковки стенки и полки.
Диаметр сварочной проволоки 2 мм, напряжение 35-38 В, сила сварочного тока 440-460 А, постоянный ток обратная полярность, скорость сварки 38-40 м/ч.
Сборка конструкции в целом.
Диаметр сварочной проволоки 1,4 мм, напряжение 32-34 В, сила сварочного тока 300-320 А, постоянный ток обратная полярность, расход углекислого газа 15-20 л/мин.
7. Выбор оборудования для сварки (сварочного оборудования)
Для выполнения дуговой сварки и прихваток в строительстве используют в основном следующие виды сварочного оборудования:
1. Источники питания дуги - трансформаторы для сварки на переменном токе, выпрямители и сварочные агрегаты для сварки на постоянном токе.
. Аппараты для выполнения механизированной и автоматической сварки - шланговые полуавтоматы для сварки под флюсом, в защитных газах и порошковой проволокой, и сварочные автоматы (сварочные тракторы и самоходные головки).
Выбор вида и типа сварочного оборудования определяется следующими факторами: видом сварки; пространственным положением и протяженностью шва, параметрами режима сварки.
Технические характеристики выбранных источников питания и аппаратов для выполнения сварки должны обеспечивать реализацию назначенных режимов сварки. Вместе с этим они не должны иметь неоправданно высоких запасов мощности, т.к. это ведет к перерасходу электроэнергии.
Были выбраны:
ВД-201УЗ m=115 кг.
А1416, габаритные размеры 1070x845x1920, скорость сварки 25-250 м/ч (источник питания ВДУ-1201).
А547УМ, габаритные размеры 350x118x245, скорость сварки 160-780 м/ч (источник питания ВС-300Б).
8. Выбор сборочно-сварочной оснастки
Сборочно-сварочная оснастка это дополнительные технологические устройства (приспособления), предназначенные для выполнения сборочных и сварочных работ.
При помощи сборочных приспособлений собираемые под сварку детали или узлы ориентируются относительно друг друга в положение, предусмотренное чертежом, закрепляются и прихватываются. Наиболее удобное положение собираемых деталей (узлов), при котором прихватки выполняются в нижнем положении или «в лодочку».
Сварочные приспособления или механическое сварочное оборудование предназначено для ориентирования или ориентирования и перемещения изделия относительно сварочного аппарата.
. Последовательность выполнения швов
Регулирование сварочных деформаций и напряжений при сварке конструкций в значительной степени определяется последовательностью наложения швов. С этой точки зрения при выполнении сварных швов должен соблюдаться следующий порядок. Сначала свариваются стыковые соединения поперечных швов, затем продольных. Угловые и тавровые соединения выполняются после заварки стыковых швов.
Стыковые соединения листов осуществляются, как правило, автоматической сваркой на проход под флюсом на стеллажах и стендах, оснащённых стационарными и переносными флюсовыми подушками, причём начало и конец шва выполняются на входных и выходных планках.
Сварка балок составного двутаврового сечения. Составные двутавровые балки отличаются наличием швов значительной протяжённости и большого сечения, поэтому для выполнения поясных швов рекомендуется автоматическая сварка под флюсом с расположением швов в «лодочку».
Для того, чтобы избежать больших остаточных деформаций - кривизны и винтообразности, рекомендуется вести сварку всех поясных швов в одном направлении.
. Операционный контроль
Организация контроля качества при изготовлении и возведении металлических конструкций предполагает выполнение следующих видов контроля:
- входной - проверка качества и соответствия стандартам
комплектующих материалов и заготовок, в том числе класса и марки
сталей, сварочных материалов и др.
- операционный, - в рамках которого осуществляется проверка
геометрических размеров шаблонов, кондукторов и других
элементов оснастки; геометрических параметров заготовки после
механической обработки и сборки элементов под сварку,
расположение, размеры и качество сварных швов и соединений;
геометрические параметры собранного и сваренного элемента
конструкции; качество антикоррозионных покрытий.
- приемочный - периодический контроль и испытания конструкции и
приемо-сдаточный контроль.
В зависимости от конструктивного оформления, условий эксплуатации и степени ответственности швы сварных соединений подразделяются на 12 типов и на 1, II, III категории, которые определяют высокий, средний и низкий уровень качества.
Литература
1.ГОСТ 23118-78. Конструкции металлические строительные. Общие технические условия. - М.: Изд-во ст-в, 1978.
. Стальные конструкции: Нормы проектирования: СНиП 11-23-81*, - М.: Стройиздат, 1988.-94 с.
. Несущие и ограждающие конструкции: СНиП 3.03.01-87, Стройиздат, 1988.
. Сварка и контроль качества сварных соединений металлических конструкций при сооружении промышленных объектов: РД 34 15.132-96 М., 1988
. Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций: СП-53-101-98, - М.: 1999.
.ГОСТ 27772-88. Прокат для строительных стальных конструкций.. - М.: Изд-во ст-в, 1989.
.ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные.
Основные типы, конструктивные элементы и размеры. - М.: Изд-во ст-в, 1979.
. Изготовление стальных конструкций. Под ред. В.М. Краснова. Стройиздат, 1978.-355 с.
. Сварка и резка в промышленном строительстве. Т.2 / Под ред. В.Д. Малышева. - М.: Стройиздат, 1989.-400 с. (справочник строителя).