ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ «КИРЕЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ» Тема работы ВКР: «Технология сварной двутавровой балки по чертежу» Подготовил: Ефимов М. г. Киреевск, 2014 г.

ВВЕДЕНИЕ История развития сварочного производства Основоположниками сварки являются русские ученые и инженеры – В.В. Петров, Н.Н. Бенардос и Н.Г.Славянов. В 1802 г. профессор физики Петров открыл дуговой разряд от построенного им мощного «вольтового столба». Н.Н.Бенардос впервые применил электрическую дугу между угольным электродом и металлом для сварки. Он применил созданный им способ не только для сварки, но и для наплавки и резки металлов. Другой русский изобретатель-Славянов, разработал способ дуговой сварки металлическим электродом с защитой сварочной зоны слоем флюса, и первый в мире механизм для полуавтоматической подачи электронного прутка в зону сварки. Изобретения Бенардоса и Славянова нашли заметное применение по тем временам, и в первую очередь на железных дорогах, а затем на нескольких крупных машиностроительных и металлургических заводах России. Изобретения Бенардоса

Однако только после революции 1917 г. сварка получила интенсивное развитие в нашей стране. Были разработаны новые высокопроизводительные виды сварки, это электрошлаковая, в углекислом газе, диффузная и другие На современном этапе развития сварочного производства в связи с развитием научно-технической революции резко возрос диагноз свариваемых толщин, материалов видов сварки. В настоящее время сваривают материалы толщиной от несколько микрон (в микроэлектронике) до нескольких метров (в тяжелом машиностроении)

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 2.1 Назначение конструкции Балки - конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб. Наиболее часто применяют сварные балки двутаврового сечения. Двутавровые балки хорошо сопротивляются изгибу в плоскости своей наибольшей жесткости, они бывают прокатные и сварные. Балки нашли применение при сооружении пролетных строений автодорожных мостов. Подкрановые балки нужны для работы грузоподъемной техники Обычно сварной двутавр состоит из трех основных листовых элементов: стенки и двух полок. Устойчивость вертикальной стенки обеспечивается вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости.

Свариваемость основного металла Для сварки балки я использовал сталь С235. Эта сталь для строительных конструкций. Она применяется для изготовления проката, предназначенного для строительных стальных конструкций со сварными и другими соединениями Сталь С235 сваривается без ограничений, т. е. сварка производится без подогрева и без последующей термообработки

Подготовка металла к сварке Деталировка изделия Наимено вание детали Размеры детали Кол-во штук Масса одной детали Обща я масса 1 Верхняя полка Лист сталь С235, толщина 3 мм. Размер 1300*120 13,56 кг 2 Нижняя полка Лист сталь С235, толщина 3 мм. Размер 1300*120 13,56 кг 3Стенка Лист сталь С235, толщина 3 мм. Размер 1300*160 14,87 кг 4 Рёбра жёсткости Лист сталь С235, толщина 3 мм. Размер 54*158 40,2 кг 0,8 кг ИТОГО: 12,78 кг

Заготовительные работы Очистить металл от загрязнений и ржавчины. Листовой прокат, а также заготовки под сварку можно очистить вручную или с помощью пескоструйного аппарата. Качество чистки определяется внешним осмотром. Затем выполняют правку, т. е. устраняют деформации. Правку проверяют линейкой поставленной на ребро. Затем производят нанесение линий контура заготовок, с учётом на чистовую обработку. Линии контура наносятся вручную, с помощью чертилки, линейки и угольника. Разметку проверяют повторным измерением. Затем вырезают заготовки по нанесенной разметке. После резки проверяют наличие заусенцев и деформаций внешним осмотром Разделка кромок для этой конструкции не нужна, так как толщина листа –3 мм. Листоправильная машина Машина для резки металла

Сборка изделия Сборку выполняю на столе. Сначала укладываю нижний пояс. На середине пояса параллельно его оси наношу две риски, расстояние между которыми равно толщине вертикальной стенки. По рискам устанавливаю и прикрепляют струбцинами сборочные уголки, между которыми устанавливаю вертикальную стенку. В местах, где вертикальная стенка значительно искривлена, для совмещения ее с рисками на поясе можно пользоваться скобой и клиньями. Для уничтожения зазора между вертикальной стенкой и поясом пользуются хомутом. Затем накладываю верхний пояс, проверяю правильность положения стенки и верхнего пояса, зажимаю собранную балку хомутами и ставлю прихватки.

Контроль качества сборки изделия Контроль сборки изделия выполняют повторными измерениями линейкой, точность углов проверяют угольником. Места прихваток зачищают щеткой. Если «хватки» имеют дефект, то их вырезают и делают новые.

Выбор источника питания Сварку буду выполнять механизированным способом сварки. Механизированная дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитного газа - это разновидность электрической дуговой сварки, при которой электродная проволока подается автоматически с постоянной скоростью, а сварочная горелка перемещается вдоль шва вручную. При этом дуга, вылет электродной проволоки, ванна расплавленного металла и ее застывающая часть защищены от воздействия окружающего воздуха защитным газом, подаваемым в зону сварки.

Главными компонентами этого процесса сварки являются: - источник питания, который обеспечивает дугу электрической энергией; - подающий механизм, который подает в дугу с постоянной скоростью электродную проволоку, которая плавится теплом дуги; -защитный газ. Подача проволоки осуществляется механизмом с электродвигателем постоянного тока, позволяющим плавно изменять скорость подачи изменением его оборотов и сменой подающих роликов. Перед началом сварки выключателем Вк производится подключение всей аппаратуры полуавтомата. При нажатии кнопки «Пуск», замыкается цепь и на горелку подается сварочное напряжение источника питания, одновременно включается двигатель механизма подачи электродной проволоки. Возбуждается сварочная дуга. При отпускании кнопки «Пуск» размыкается цепь катушки контактора, т. е. выключается сварочный ток и двигатель подачи электродной проволоки. Процесс сварки прекращается.

Выбор сварочного материала В качестве защитного газа можно использовать углекислый, инертный или смесь углекислого и инертного газа. Смесь аргона с % углекислого газа при сварке углеродистых сталей позволяет избежать образования пор, несколько повышает стабильность дуги и надежность защиты зоны сварки при наличии сквозняков, улучшает формирование шва при сварке тонколистового металла.

Для полуавтомата я выбираю сварочную проволоку марки Св-08Г2С, она используется при работе с низколегированными сталями. Химический состав Св-08Г2С может рассказать нам о следующем: Две первые буквы СВ указывают на то что данная проволока является сварочной, а следующие за ними буквы говорят о содержании различных элементов в металле проволоки: 08 - массовая доля углерода в сотых долях процента, в нашем случае 0,08% углерода. Из этого значения мы можем сделать вывод, что данная проволока низкоуглеродистая. Г - указывает на наличие в проволоке марганца, а цифра 2 обозначает двухпроцентное его содержание. С - говорит о наличии в составе кремния, а поскольку буквы цифра не указана, содержание данного элемента в сварочной проволоке менее 1%.По маркировке можно понять, что сварочная проволока Св 08Г2С является легированной (суммарно более 2,5% кремния и марганца) низкоуглеродистой легированной проволокой

Определение диаметра электродной проволоки Диаметр электродной проволоки выбираю по таблице: Толщина листа, мм и более Диаметр электродной проволоки d э, мм 0,8-1,0 1,2 -1,6 2,0 Так как толщина металла 3 мм, я выбираю электродную проволоку dэ=1,3 мм, марки Св-08Г2С Данная проволока используется для сварки углеродистых и низколегированных сталей в среде активного газа, отличительной особенностью сварки этой проволокой является получение ровного и чистого сварочного шва

Расчет сварочного тока, напряжения, расхода углекислого газа Расчет сварочного тока, А, при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле где а - плотность тока в электродной проволоке, А/мм 2 (при сварке в СО2 а = А/мм 2 ); dэ- диаметр электродной проволоки, мм.

Напряжение дуги и расход углекислого газа выбираются в зависимости от силы сварочного тока по табл. Сила сварочного тока, А Напряжение дуги, В Расход СО 2, л/мин Из таблицы я определяю для силы тока Iсв=170 А, Uд=22-24В, расход СО2=12 л/мин При сварочном токе 170 А длина дуги должна быть в пределах 1,6 ÷ 4,0 мм. Вылет электродной проволоки составляет 10 ÷ 16 мм

Определение скорости подачи электродной проволоки Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, рассчитывается по формуле где αр – коэффициент расплавления проволоки, г/А· ч ; ρ – плотность металла электродной проволоки, г/см 3 (для стали ρ =7,8 г/см 3). Значение αр рассчитывается по формуле

Определение скорости сварки Скорость сварки, м/ч, рассчитывается по формуле: где αН - коэффициент наплавки, г/А ч; αН = αР·(1-Ψ), где Ψ - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО2, Ψ = 0, ; FB - площадь поперечного сечения одного валика, 0,13 см 2 αН= 13,5*(1-0,15)=11,5 г/А ч

Определение массы наплавленного металла Масса наплавленного металла, г, сварке рассчитывается по следующим формулам: при сварке Gн=Fсв L·ρ ; где L – длина шва, см; ρ – плотность наплавленного металла (для стали ρ=7,8 г/см 3); VН - объем наплавленного металла, см 3. L=1300*4+58*16+158*8= =7392 мм Gн=0,12*739*7,8= 692 гр.

Определение времени горения дуги Время горения дуги, ч, определяется по формуле Определение полного времени сварки Полное время сварки, ч, определяется по формуле где КП – коэффициент использования сварочного поста, ( КП= 0,6 ÷ 0,57).

Определение расхода электродной проволоки Расход электродной проволоки, г, рассчитывается по формуле где GH – масса наплавленного металла, г; Ψ – коэффициент потерь, (Ψ = 0,1 - 0,15). Gпр=692*(1+0,15)=796 гр.

Определение расхода электроэнергии Расход электроэнергии, к Вт· ч, определяется по формуле где UД– напряжение дуги, В; η– КПД источника питания: при постоянном токе 0,6÷0,7, при переменном 0,8÷ 0,9; WO– мощность источника питания, работающего на холостом ходе, к Вт. На постоянном токе Wо = 2,0÷ 3,0 к Вт, на переменном – Wо= 0,2÷ 0,4 к Вт.

Техника сварки Перед началом сварки необходимо включить газ и проверить его расход, выждать несколько секунд, чтобы полностью вышел воздух из шлангов, и обдуть место сварки углекислым газом. Несоблюдение этих условий приводит к образованию пор в начале шва. Тонкий металл в нижнем положении сваривают при равномерном поступательном перемещении электрода (без поперечных колебаний) за исключением мест, имеющих зазоры. Соединения с зазорами сваривают поперечными колебаниями конца электрода. Швы варит в разнобой. В этом случае деформации и внутренние напряжения минимальны. В момент окончания процесса сварки прекращают продвижение дуги, выключают подачу проволоки и сварочный ток, задерживают на секунду-две мундштук над кратером, чтобы защитить металл сварочной ванны от окисления, а затем удаляют держатель от места сварки. Прекращать процесс сварки растягиванием дуги не рекомендуется. Перед прекращением процесса сварки рекомендуется заполнить кратер шва металлом.

Контроль качества сварки Обычно по воздействию на материал или изделие все методы контроля разделяются на две большие группы – разрушающие и неразрушающие. К разрушающим относят механические, металлографические и коррозионные испытания. Механические испытания сварных соединений и металла шва включают растяжение, изгиб, сплющивание и другие виды разрушения, которые количественно характеризуют прочность, качество и надежность соединений. Неразрушающие методы используют для проверки качества швов без их разрушения.

Общая схема неразрушающего контроля включает: объект контроля О; излучающий И и приемный П преобразователи; излучатель СИ и приемник СП сигналов; индикаторное устройство ИУ. Сигналы от излучателя и приемника поступают на индикаторное устройство и служат для принятия решения Р о дефектности или качестве объекта.

Техника безопасности при изготовлении заданной конструкции Нарушение техники безопасности при проведении сварочных работ нередко приводит к самым печальным последствиям – пожарам, взрывам и, как следствие, травмам, а то и гибели людей. Также при сварке возможны следующие травмы: поражение электрическим током, ожоги от шлака и капель металла, травмы механического характера. Для предотвращения всех этих положений важно неукоснительно соблюдать следующие меры предосторожности: 1. Надежная изоляция всех, проводов 2. Применение в источниках питания автоматических выключателей высокого напряжения 3. Надежное устройство электрододержателя с хорошей изоляцией 4. Работа в исправной сухой спецодежде и рукавицах.

Заключение. В процессе выполнения письменной экзаменационной работы я выяснил, что металлоконструкции, в составе которых присутствует сварная балка, дают ощутимую экономическую выгоду при возведении различного типа и направленности сооружений и зданий. Применение сварных балок в каркасных металлоконструкциях позволяет существенно облегчить элементы таких конструкций, которые имеют завышенный коэффициент запаса прочности. К тому же, применение сварных балок позволяет создать экономичные формы опор. А это, в свою очередь уменьшает массу всей металлоконструкции.

Сварная двутавровая балка также обладает рядом преимуществ и возможностей, не присущих горячекатанной балке: возможность подбора сечения, отсутствующего в сортаменте производимых стандартных прокатных профилей. снижение массы и металлоемкости каркаса возводимого сооружения благодаря возможности подбора оптимального сечения профиля. возможность применения разного типа стали для стенки и полок возможность изготовления несимметричных сечений несущая способность и жесткость сварной балки превышают возможности прокатных профилей.

Приложение