Сварочное производство

Сварочное оборудование, выпускаемое в СССР, имеет буквенно-цифровое обозначение. Первая буква — тип изделия (Т — трансформатор, В — выпрямитель, Г—генератор, У — установка) ; вторая буква — вид сварки (Д —.дуговая, П — плазменная), третья буква — способ сварки (Ф — под флюсом, Г —в защитных газах, У — универсальный источник, отсутствие буквы — источник предназначен для ручной сварки штучными электродами); четвертая буква — уточнение назначения (М — многопостовой сварки, И — для импульсной сварки). Две (или одна) цифра после букв и тире означает номинальный сварочный ток в сотнях, ампер (округленно), а две последующие цифры, — регистрационный номер изделия, который в условиях данной курсовой работы студенты могут заменить двумя нулями. Например, ВДГМ— 1602 расшифровывают: сварочный выпрямитель для дуговой сварки в среде защитных газов многопостовой с номинальным токам 1600 А с регистрационным номером 02. Дополнительно в обозначений могут быть указаны исполнение (Т — тропическое, У — для умеренного климата) и другие сведения.

После выбора вида сварки и сварочного оборудования при разработке технологии назначают марку электрода или сварочной проволоки, режимы сварки (род тока, плотность тока, расход газа), условия сварки (подогрев, охлаждение). Порядок выбора электродов и условий сварки рассмотрены в предыдущих разделах. Кроме того, необходимо предусмотреть подготовку кромок, последовательность сварки и разработать комплекс приспособлений для сварки.

 

 

2.  Подготовка заготовок для сварных изделий

 

Сварочные цехи, кроме  основных участков, имеют заготовительные, где исходные материалы разделяют на заготовки, производят при необходимости их правку, гибку и обработку кромок под сварку. Последний вид обработки может производиться и в механических цехах предприятия.

Для сварных изделий  используют сортовой, фасонный, листовой прокат, трубы, а также литые и кованые заготовки. Из фасонного проката наиболее часто используют сталь прокатную угловую (ГОСТ 8509 — 72), балки двутавровые (ГОСТ 8239 — 72), швеллеры (ГОСТ 8240—72), а также трубы водогазопроводные (ГОСТ 3262 —7 2), бесшовные холоднотянутые (ГОСТ 8734 — 75) и горячекатаные (ГОСТ 8732 — 78) диаметром до 820 мм.

Наибольшее применение находит листовой прокат: толстолистовой (горячекатаный) с толщиной 4 ... 160 мм (ГОСТ 19903—74) и тонколистовой (холоднокатаный) (ГОСТ 19904—74).

Толщина листовой стали по сортаменту составляет 0,5 ... 0,8 (через 0,05 мм); 0,9 .. 1,8 (через 0,1 мм); 2; 2,2; 2,5; 2,8; 3; 3,2; 3,5; 3,8; 4; 4,5; 5...22 (через 1 мм); 25; 26... 42 (через 2 мм); 45; 48; 50; 52; 55 ... 110 (через 5 мм); 120; 125; 130; 140; 150; 160 мм. (Сортамент на конкретных предприятиях может иметь ограничение).

ГОСТ 19903—74 регламентирует, кроме толщины, размеры по ширине, длине, а также предельные отклонения размеров. Предельные отклонения толщины  горячекатаной листовой стали нормальной точности при ширине листов 1000…1500 мм даны в таблице1.

 

Таблица 1

Предельные отклонения толщины  горячекатаного листового проката  нормальной точности

Толщина листа, мм	Предельные отклонения, мм	Толщина, мм	Предельные отклонения, мм
Свыше 4 до 5,5	+0,2 -0,5	Свыше 60 до 70	+0,7 -1,6
Свыше 5,5 до 7	+0,25 -0,6	Свыше 70 до 80	+0,7 -2,2
Свыше 7,5 до 25	+0,3 -0,8	Свыше 80 до 90	+0,8 -2,5
Свыше 25 до 30	+0,3 -0,9	Свыше 90 до 100	+0,9 -2,7
Свыше 30 до 34	+0,3 -1,0	Свыше 100 до 115	+1,1 -3,1
Свыше 34 до 40	+0,4 -1,1	Свыше 115 до 125	+1,4 -3,5
Свыше 40 до 50	+0,5 -1,2	Свыше 125 до 140	+1,6 -3,8
Свыше 50 до 60	+0,3 -1,3	Свыше 140 до 160	+1,9 -4,2

 

Ширина листов —500 ... 1000 (через 50 мм) 1100; 1250; 1400; 1420; 1500... 3000 (через 100 мм); 3200 ... 3800 (через 200 мм). При этом длина может быть от 1000 до 12000 мм. Холоднокатаный прокат может поставляться и в рулонах массой до 20 т.

Листовой прокат бывает повышенной (группа А) и нормальной точности (группа Б) по толщине. Изготавливают листовой прокат из сталей углеродистых обычного качества (ГОСТ 380—71), углеродистых качественных (ГОСТ 1050—74), низколегированных (ГОСТ 19282—73), легированных качественных (ГОСТ 4543—71), высоколегированных коррозионностойких и жаростойких (ГОСТ 5632—72) и других сплавов специального назначения.

Пример обозначения  толстолистового проката горячекатаного группы Б, толщиной 25 мм из стали 20 без  указания размеров листа:

 

 

Исходный материал перед сваркой обычно подлежит предварительной подготовке: правке, резке, гибке, обработке кромок и т. д.

Правку листов с целью  устранения волнистости осуществляют на листоправильных машинах путем  пропуска между верхним нижним рядами валков (рис. 1, а). Правка происходит за счет многократного перегиба, величина которого определяется зазором между валками.

Для получения заготовок  типа обечаек тонкостенных цилиндров  используют гибочные машины (рис. 1, б), а для прямолинейной гибки гибкокромочные машины.

Резка исходного проката  на заготовки является наиболее распространенной операцией заготовительных участков. Основные способы резки: газокислородная, плазменная, резка на кривошипных  пресс-ножницах гильотинного типа, резка  дисковыми ножницами, вырубка в штампах, механическая резка на станках и пилах.

 

 

Рис. 1. Схема правки а и гибки б листового проката

 

Газокислородная и плазменная резка имеют наименьшую производительность, меньшую точность и худшее качество среза, но являются наиболее универсальными, позволяют разделять металл по любому, в том числе криволинейному, контуру и находят широкое применение. Наряду с ручной резкой, применяют автоматические и полуавтоматические установки, позволяющие вырезать заготовки без предварительной разметки. Такие установки имеют фотокопировальное или числовое программное управление перемещением резака. Точность резки указана в таблице2.

 

Таблица 2

 

Способ получения	Предельные отклонения, мм, при  интервале номинальных размеров
	до 1500	1500…2500	2500…4500
Ручная газокислородная резка по разметке	± 2,5	± 3	± 3,5
Машинная газокислородная резка	± 1,5	± 2	± 2,5
Резка на пресс-ножницах	± 1	± 1,5	± 2
Обработка на металлорежущих станках		H14; h14	±IT14/2

 

Газокислородную резку  можно применять для материалов практически любой толщины, но при этом следует помнить, что резке подлежат только малоуглеродистые и среднеуглеродистые конструкционные стали с содержанием общего количества легирующих элементов до 5%.

Резка листов на пресс-ножницах ограничена мощностью оборудования и наиболее распространена при толщине до 10...20 мм.

 

 

 

3. Приспособления для производства сварочных работ

 

Оборка под сварку является трудоемкой и наименее механизированной операцией. Цель ее — установка и  фиксация деталей в предусмотренном  проектом положении с обеспечением свободного доступа к месту сварки. Поэтому по возможности при проектировании деталей следует предусматривать взаимно ориентирующие и фиксирующие элементы: канавки, проточки, буртики, упоры — фиксаторы: и т. п.

Для крепления деталей  перед сваркой и в процессе сварки применяют специальные или универсальные; приспособления. К универсальным приспособлениям (рис. 2) относят клинья а, упоры б, болтовые соединения с упорами на прихватках в, стяжки винтовые г, скобы д, стяжки рычажно-винтовые е, струбцины ж, домкраты и т. д. Универсальные приспособления используют в мелкосерийном производстве, все они имеют ручной привод, не обеспечивают высокой производительности, но являются простыми и дешевыми.

Количество приспособлений может быть уменьшено при использовании прихваток, т.е. предварительных коротких швов малой высоты, которые фиксируют детали и устраняют их взаимное смещение в процессе сварки. При наложении основного шва прихватки переваривают. Площадь основного поперечного сечения прихватки не должна превышать 30% сечения основного шва, а длина не более (10…100) мм в зависимости от габаритных размеров и массы деталей.

Прихватки наносят обычно через (400...800) мм по длине шва. В серийном и массовом производстве необходимо предусматривать специальные быстродействующие приспособления, содержащие гидравлические или пневматические прижимы, кондукторы, кантователи, манипуляторы, специальные стенды. Данные Приспособления позволяют повысить точность конструкций и производительность труда при сварке.

Рис. 2. Универсальные сборочные приспособления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Пример выполнения расчетно-графического задания

«Разработкак конструкции и технологии производствка сварного изделия»

 

 

Исходные данные: чертеж ТКМ 4801 (рис. 3); условия работы детали: давление минерального масла 5МПа; механические свойства материала: σE = 400 МПа, δ10 = 25% (не менее); производство мелкосерийное.

 

 

Рис. 3. Корпус

 

 

1.   Анализ технологичности деталей. Выбор способа получения заготовки

 

Деталь представляет собой пустотелый цилиндр с дном и фланцем. Изготовление такой детали принципиально возможно, так как нет замкнутых полостей. Получение заготовки штамповкой при мелкосерийном производстве нецелесообразно и затруднительно из-за больших размеров и глубокой полости. Применение ковки потребует большого объема напусков вследствие глубокого отверстия, тонких стенок и фланца. Использование в качестве заготовки проката круглого сечения вызовет большие отходы при механической обработке и высокую себестоимость детали. Получение заготовки литьем принципиально возможно, но при этом будут определенные трудности, так как полость имеет только один выход, стенки сравнительно тонкие. Радиусы сопряжения стенок отсутствуют. Кроме того, деталь работает под внутренним давлением. Таким образом, рассматриваемая деталь является нетехнологичной и требует конструктивных изменений.

Один из рациональных вариантов производства заготовки  данного изделия будет сварка трех деталей (фланец, цилиндр, дно).

 

 

2. Выбор материала, оценка его свариваемости

 

Исходя из требуемых механических свойств и условий работы, выбираем по ГОСТ 1050 – 74 конструкционную углеродистую качественную сталь марки 15Г с повышенным содержанием марганца. Эта сталь имеет временное сопротивление разрыву σE = 420 МПа, условный предел текучести δ02 = 250 МПа и относительное удлинение δ10 = 26%.

Выбранная сталь обладает высокой пластичностью, содержит 0,2% углерода и до 1% марганца. Для оценки свариваемости можно определить эквивалентное содержание углерода

 

%

Но в данном случае расчет можно не выполнять, так как сталь 15Г содержит углерода менее 0,2%, обладает хорошей свариваемостью, не требует предварительного подогрева и термической обработки после сварки. При правильной технологии данная сталь обеспечивает бездефектную сварку и прочность сварного шва не менее прочности основного металла.

 

 

3.   Разработка конструкции сварного изделия. Выбор способа сварки

 

Исходя из размеров детали, ее назначения, характера производства и выбранной марки стали, в  данном случае можно использовать ручную дуговую сварку или полуавтоматическую в среде углекислого газа. Назначим для получения изделия полуавтоматическую дуговую сварку в углекислом газе как обладающую большей производительностью и обеспечивающую лучшее качество сварки.

Анализ формы детали и сортамента проката позволяет использовать заготовки для фланца и дна из листового проката, а для цилиндра – из горячекатаной трубы 140Х10 – 15Г – А ГОСТ 8732 – 78.

Исходя из формы детали и ее толщины, выберем по ГОСТ 14771 – 76 стыковое соединение Т6 для соединения фланца и угловое У4 для сварки дна (рис. 4).

В соединении Т6 необходимо предусмотреть центрирующую канавку  глубиной 3 мм на фланце и соответствующий  буртик высотой 5 мм на цилиндре. Такая  конструкция деталей усложнит технологию обработки, но упростит сборку перед сваркой и повысит точность сварной заготовки за счет надежной фиксации деталей.

Угловое соединение У4 не требует скоса кромок, не предусматривает  специальных фиксирующих элементов, а необходимая точность концентричного расположения деталей должна быть обеспечена при сварке.

 

 

Рис.4. Корпус сварной а и заготовки для его производства: фланец б, цилиндр в, дно г

 

После выбора вида сварки, типа сварных соединений и исходных заготовок разрабатываем сборочный  чертеж сварной конструкции №  ТКМ 4801.00 СБ (см. рис. 4, а) и чертежи входящих деталей (заготовок для сварки) № ТКМ 4801.01 (см. рис. 4, б), № ТКМ 4801.02 (см. рис. 4, в), № ТКМ 4801.03 (см. рис. 4, г).

Исполнительные размеры  соединяемых деталей определены из условия, что зазор между кромками составляет 2 мм, притупление кромок -2 мм, зазор в замке соединения -0 мм, угол скоса кромок -40± 2°, перекрытие деталей в соединении У4 – 2 мм.