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 устойчивого процесса сварки

-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	Определяются используемым 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

Флюс:

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