Технология сварки газгольдера

Технология сварки газгольдера

Национальный технический университет Украины

“Киевский политехнический институт”

Кафедра сварочного производства

Курсовая работа

по дисциплине “Сварка плавлением”

Тема: ”Технология сварки газгольдера”

Выполнил:

студент 3-го курса

Таранухин В. С.

Проверил:

Зворыкин К. О.

Киев-2005

Исходные данные.

Сварное изделие:

Материал:

Согласно бланку задания на курсовую работу изделие изготовлено из Стали 09Г2С.

Тип производства:

Согласно бланку задания на курсовую работу изделие изготавливается серийно, т. е. смотря на габариты изделия серийное производство можно считать около 30 штук.

Содержание

1. Вступление

. Конструкторско - технологический анализ изделия

. Оценка свариваемости основного металла

. Выбор способа сварки

. Выбор сварочных материалов

. Выбор стандартной или разработка не стандартной подготовки кромок

. Расчёт режимов сварки

. Техника сварки

. Выбор сварочного оборудования общего или специального назначения

Расчёт технологической себестоимости сварки по всем выбранным

технологиям

. Принятие решения

Выводы по работе

Список использованной литературы

1. Вступление

Целью данной курсовой работы является ознакомление студента с разработкой технологии сварки плавлением, получение студентом навыков выполнения данной работы.

Задачей данной курсовой работы является разработка технологии сварки данного в задании изделия, то есть для разработки правильной и корректной технологии нужно выполнить следующие пункты задания:

Произвести конструкторско - технологический анализ изделия при этом уделяя особое внимание расположению и доступности швов. Грамотно рассчитать свариваемость основного металла, чтобы правильно выбрать способ сварки. Выбрать два способа сварки, учитывая тип производства. Выбрать сварочные материалы, учитывая специфику материала и их дефицитность. Выбрать тип подготовки кромок из ГОСТов, учитывая особенности конструкции. Произвести расчёт режимов сварки. Оговорить технику сварки, для того чтобы сварщики имели представление о том как будет выполняться тех. процесс. Выбрать сварочное оборудование, учитывая его стоимость и дефицитность. Произвести расчет технологической себестоимости сварки по всем выбранным технологиям, чтобы можно было сравнить эконом. эффект. Принять решение о том какая из технологий является более корректной в данном случае.

2. Конструкторско - технологический анализ изделия

Назначение, конструкция и условие эксплуатации:

Газгольдер предназначен для хранения газообразных веществ. Масса приблизительно составляет около 10 тон. Следовательно, газгольдер представляет собой крупно - габаритное изделие, что следует учитывать при организации сварных работ. Условия эксплуатации: работа при температурах от -20 до 20-25єС под давлением, в условиях умеренного климата .

Сварные соединения:

Газгольдер имеет четыре сварных соединения. Все соединения являются стыковыми. Протяженность швов: 1 - 1800 мм, 2 и 4 - 8500 мм, 3 - 2500 мм . Доступность всех швов без ограничений, при условии возможности кантовки изделия. Конфигурация соединений является: 1,2,4- кольцевой, 3-прямолинейной. Толщина материала: 1 - 110/80 мм, 2,3,4 - 80 мм.

Организация сварочных работ:

Общая схема сварки и сборки задана конструкцией газгольдера. Предлагается проводить сварку всех соединений в заводских условиях.

. Оценка свариваемости основного металла

Из марочника сталей находим механические свойства и химический состав стали 09Г2С.

Общие сведения

Химический состав

Механические свойства

Технологические свойства

Рассчитаем склонность к образованию горячих трещин:

HCS= C(S+P+0.04Si+0.01Ni)/(3Mn+Cr+Mo+V)=

0.09(0.04+0.035+0.04*0.8+0.01*0.3)/(1.3*3+0.3+0)=0.024

Так как HCS<0.004 металл не склонен к образованию горячих трещин.

Рассчитаем склонность к образованию холодных трещин:

Cэкв=C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni + Cu)/15=

0.09+1.7/6+(0.3+0)/5+(0.3+0.3)/15=0.47

Так как Cэкв<0.4…0.45 металл несколько склонен к образованию холодных трещин.

Можно сделать логический вывод, что металл обладает хорошей свариваемостью.

4. Выбор способа сварки

Выбор способа сварки зависит от многих факторов, заполним таблицу 1 в соответствии с приведенными ниже рисунками.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Таблица 1. Выбор способа сварки.

« - » - не рекомендуется,

« + » - рекомендуется ограниченно,

« (+) » - рекомендуется,

Выходя из таблиц выбираем Ш и АФ.

5. Выбор сварочных материалов

Выбор сварочной проволоки:

Для сварки Стали 09Г2С рекомендуется использовать сварочную проволоку для способов сварки АФ и Ш близкую по хим. составу к основному металлу и содержащую меньшее количество углерода. Такой проволокой являются СВ - 08Г2С более высокое легирование проволоки будет являться залогом равнопрочности шва основному металлу.

ПРОВОЛОКА СТАЛЬНАЯ СВАРОЧНАЯ (ГОСТ 2246-70).

По виду поверхности проволока производится неомедненой и омедненой. Медное покрытие - 6 мкм. Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, забоин, окалины, ржавчины, масла и др. загрязнений. Допускаются отдельные риски, царапины, местная рябизна, вмятины глубиной не более предельного отклонения по диаметру.

Таблица 2. Химический состав сварочной проволоки.

Применение.

Сварка под флюсом низколегированных сталей повышенного уровня прочности и хладостойкости металлоконструкций ответственного назначения (конструкций мостов, опор, котлов, труб и трубопроводов работающих при высоких давлениях и температурах).

Выбор сварочного флюса:

Для сварки Стали 90Г2С рекомендуется использовать активный высокомарган- цевый сварочный флюс, желательно чтобы он был подходящим как для способов сварки АФ так и Ш . Такой сварочный флюс АН - 348А, предназначенный для механизированной и автоматизированной сварки и наплавки, а также электрошлаковой сварки широкой номенклатуры углеродистых и низколегированных сталей.

Сварочно - технологические свойства: стойкость дуги - хорошая; разрывная длина дуги до 13мм; формировка шва - удовлетворительная; склонность металла шва к образованию пор и трещин - удовлетворительная; отрыв шлаковой корки - удовлетворительный.

Таблица 3. Химический состав сварочного флюса.

Данные по применению: род и значение допустимого тока - ~,= 1000 А; допустимая скорость сварки - 120 м/ч; температура сушки - 400єС ( около 2ч).

. Выбор стандартной или разработка не стандартной подготовки кромок

В ГОСТах - 15164-78, 8713 - 79, для стыкового соединения находим следующие стандартные подготовки кромок:

Флюс.

Из следующего списка для АФ выбираем разработку кромок С26, потому как она удовлетворяет технико - экономическим требованиям, которые поставило перед нами задание. Выберем интересующие нас размеры:

=0+1, mm ,с=10+1,-1 , e=51+-8 mm ,g=5,5+1.5,-2 mm,α=10+2,-2 °, R=8+1,-1.

Для Ш выбираем разработку кромок С1, потому как она является единой стандартной для электрошлаковой сварки деталей одинаковой толщины. Находим его размеры:

Выберем интересующие нас размеры: =26mm, е=30+-2 mm , g=2.5+-1mm,α=45°.

В ГОСТах - 15164-78, для таврового соединения находим следующие стандартные подготовки кромок:

Флюс.

Из следующего списка для АФ выбираем разработку кромок Т5, потому как она удовлетворяет технико - экономическим требованиям, которые поставило перед нами задание. Выберем интересующие нас размеры:

=0+1, mm ,с=4+1,-1 , e=28+-2 mm ,g=8+-2 mm,α=20+2,-2 °, R=6+1,-1.

7. Расчёт режимов сварки

Расчет режима электрошлаковой сварки

Диаметр электрода:

где S - толщина металла. Принимаем d=3 мм, из-за ограничений по плавлению проволоки и выбора серийного оборудования.

Количество электродов:

без колебаний: n=S/50=80/50=1.6 ;

с колебаниями: n=S/150=80/150=0.54.

Принимаем n=1 с колебаниями.

Расстояние между электродами:

Δ=(S+Δэ - (n-1)*Δп )/n= (80+17.5-(1-1)*4.5)/2=97.5 мм;

где Δэ - недоход между электродами, Δп - недоход до ползуна.

Скорость сварки:

=(565*n)/(S*b+137.5)=(565*1)/(80*26+137.5)=0.26 мм/с (0.94м/ч),

где b - растояние между кромками.

Скорость подачи эл. проволоки:

п=(4* Vc *F)/(п* d2*n)= 4*0.26*2080/(3.14*32*1) =76.5 мм/с (275 м/ч),

где F- площадь шва, F=b*S=26*80=2080 мм2.

Сварочный ток на один электрод:

Рассчитываем по формуле: Iс=(7,2…8,2)* Vп =(7,2…8,2)*76.5= 550…630 А,

Принимаем Iс =600 А на один электрод, общий - Iс =600 А .

Напряжение сварки:

Uc=√S+35=√80+35=44 В.

Принимаем Uс =45 В.

Сухой вылет: lс=(20…30)*d=60…90 мм.

Без расчетов принимаем:в =35-70 мм, глубина шлаковой ванны;п=8-11 мм/с (около 40 м/ч), скорость колебаний электрода;з=5 с, время задержки у ползуна.

Расчет режима дуговой сварки под флюсом по площади наплавленного металла.

Так как шов многопроходный определяем диаметр для корневого шва и заполняющих проходов. Расчет ведем по площади наплавленного металла: нк=(10…12) мм2=11 мм2, - площадь корневого шва,нз=(80…100) мм2=100 мм2, - площадь заполняющего шва,

Чтобы найти точную площадь заполняющего прохода рассчитаем режимы сварки по размерам шва, приняв притупление равное толщине материала.

Глубина проплавления:

=S-0.5*b=10-0,5*1=9,5 мм,

где b-зазор.

Диаметр проволоки для корневого шва:кор=(0.29…1.1)* h =2.8…10.5 мм,

для автоматической сварки принимаем из стандартного ряда диаметров принимаем кор= 5 мм.

Скорость сварки:

к=695*dкор/е2=695*5/152=15 мм/с (55 м/ч),

Скорости попали в диапазон рекомендованных для выбранного флюса и способа 4…16 мм/с.

Сварочный ток:

Рассчитываем по формуле:

ск= (85.4*h*√(dкор* Vck))/(4+0.0285*h*√(dкор* Vck))= (85.4*9.5*√(5* 15))/ (4+0.0285*9.5*√(5*15))=1100 А,

Сварочный ток не выходит из рекомендованных значений 550…1150 А.

Напряжение сварки:

Рассчитываем по формуле:

Ucк=22+ 0.02* Iск=44 В.

Вылет электрода:

в=(8...12)*d=50+-10 мм.

Скорость подачи эл. проволоки на переменном токе:

пк=0.32* Iск/d2 +2.22*10-3 * Iск 2/d3 =0.32*1100/25 +2.22*10-3 *11002/53 =35.6 мм/с (128 м/ч).

Уточняем площадь корневого шва:

к= п*d2* Vпк /4* Vcк =3.14*25*35.6/4*15=47 мм2,но =2*(Fуc+Fk+Fз)=2*0.7*е*g+Fk+(S/2-5)*40=2(0.7*51*5.5+47+(80/2-5)*40)=3288мм2, - общая площадь наплавленного металла.

Найдем количество проходов:

= (Fно - Fк*nk-Fп*nп)/Fнз+ nk+ nп=(3288-2*47-0*0)/100+2+0=33.9 шт,

принимаем количество проходов n=34 штук.

Уточняем площадь заполняющего шва:

з=(Fно - Fк - Fп )/( n - nk-nп )=(3288-47-0)/(34-2-0)=101 мм2,

Найдем диаметр электрода для заполняющего шва:

з=Кд * Fз=(0.036…0.16)*101=3.6…16 мм,

где Кд - коэф. учитывающий положение шва.

Принимаем dз= 5 мм.

Скорость сварки:

з= 110*(dз / Fз )=110*5/101=5.4 мм/с (19.6 м/ч),

Скорости попали в диапазон рекомендованных 4…16 мм/с.

Скорость подачи эл. проволоки:

пз=(4* Vcз *Fз)/(п* dз 2)= 4*5.4*101/(3.14*52) =28 мм/с (100 м/ч),

Сварочный ток:

Рассчитываем по формуле

сз(~)= dзап ((√450* dз* Vпз+5185)-72)= 945 А,

Сварочный ток не выходит из рекомендованных значений 1150 А.

Напряжение сварки:

Рассчитываем по формуле:

Ucк=22+ 0.02* Iск=41 В.

Вылет электрода:

в=(8...12)*d=50+-10 мм.

Все рассчитанные значения примем во внимание при выборе оборудования.

Техника электрошлаковой сварки (труба горизонтально, стык вертикальный):

Сварная обечайка и днище устанавливаются на стенд с вращающимися роликами, центрируются и фиксируются, затем приваривается карман для начала процесса сварки. Ролики вращают изделия со скоростью сварки, при окончании процесса ставится выводная планка по которой автомат завершает сварку шва. Выводная планка срезается после сварки.

Техника сварки под флюсом (труба горизонтально, стык вертикальный):

Сварная обечайка и днище устанавливаются на стенд с вращающимися роликами, центрируется и фиксируется, затем подвесной автомат подводится под стык и выполняет сварку корневого шва. Ролики вращают изделия со скоростью сварки, одновременно с этим удаляется шлаковая корка с уже сформированного и остывшего шва. Аналогично выполняются заполняющие швы. После завершения процесса сварки наружной стороны шва трактор-автомат ставится во внутрь и процесс происходит аналогично.

9. Выбор сварочного оборудования общего или специального назначения

Выбираем установку для электрошлаковой сварки:

Наиболее распространенным и широко используемым аппаратом для сварки кольцевых швов является А -535, он удовлетворяет всем энергетическим и технологическим параметрам сварки.

Характеристика аппарата:

Рабочее напряжение: 36-60В.

Номинальный сварочный ток: 1000А.

Электродная проволока: 3 мм.

Скорость подачи: 65-480 м/ч.

Колво проволок: 3 шт.

Скорость сварки: 0.4-9 м/ч.

Тип ИП: ТШС -1000-3.

Габариты: 1600*820*1070 мм.

Масса: 380 кг.

Выбираем установки для сварки под флюсом и источники питания к ним:

Наиболее распространенным и широко используемым аппаратами для сварки под флюсом является А -1416 и ТС -17 М, они удовлетворяют всем энергетическим и технологическим параметрам сварки.

Характеристика аппарата А-1416:

Напряжение сети: 380В.

Номинальный сварочный ток: 2000А.

Электродная проволока: 2-5 мм.

Скорость подачи: 50-509 м/ч.

Скорость сварки: 12-120 м/ч.

Тип ИП: ТДФ -1601.

Габариты: 1660*870*1160 мм.

Масса: 320 кг.

Характеристика аппарата ТС-17М:

Напряжение сети: 220,380В.

Номинальный сварочный ток: 2000А.

Электродная проволока: 1.6-5 мм.

Скорость подачи: 52-400 м/ч.

Скорость сварки: 16-126 м/ч.

Тип ИП: ТДФ -1601.

Габариты: 640*300*570 мм.

Масса: 42 кг.

. Расчёт технологической себестоимости сварки по всем выбранным

технологиям

Рассчитаем технологическую эффективность электрошлаковой сварки:

Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п,

Зс.м- затраты на сварочные материалы;

Зт.э- затраты на техническую электроэнергию;

Зс.о- затраты на сварочное оборудование;

Зз.п-затраты на зарплату рабочих.

Рассчитаем основное время сварки:

.o= Lшо*(n пк/Vс.к+ n пз/Vс.к)= 1*(1/0.94)=1.06 ч,

Затраты на сварочные материалы:

Найдем массу наплавленного метала:

Мэп=Крп(1+ψр)*р*n *F*Vп*t=1*1.02*(1+0.)*7.8*10-3*32*3.14/4*76.5*1.06*3.6=16.4 кг,

Зс.э=Мэп*Цэп=16.4*6=98.5 гривен,

где - Цэп -цена за 1 кг электродной проволоки.

Затраты на флюс:

Мф = К*Мэп =0.075*16.4=1.23 кг,

Зс.ф=Мф *Цф=1.23*6=7.4 гривен,

где - Цф -цена за 1 кг флюса.

Зс.м=Зс.э + Зс.ф =98.4+7.4=105.8 гривен - затраты на сварочные материалы;

Затраты на техническую электроэнергию:

т.э =(Uc*Ic*tcо)/ŋu + Px*( tco /Ку -tco)=(44*600*1.06)*10-3/0.8 + 0.3(1.06/0.6-1.06)=36кВт,

где - Px мощность холостого хода источника питания, ŋu- КПД источника питания,

Ку - коэф. использования сварочного оборудования зависящий от способа сварки и типа производства (Ку =0.55…0.75).

Зт.э= Wт.э *Цээ=36*0.5=18 гривен,

где - Цээ -цена за 1 кВт электроэнергии.

Затраты на зарплату рабочих:

Зз.п=Кд* tcо*Чтс/Ку=1.2*1.06*5/0.6=10.6 гр,

где - Чтс - часовая тарификация, Кд - коэф. доплат (Кр =1.1…1.3).

Затраты на сварочное оборудование:

где - Цээ -цена за оборудование, Кр - коэф. затрат на ремонт (Кр =0.15…0.2),

На - норма амортизационных отчислений(На =0.24…0.34), Фд - действительный годовой фонд работы оборудования.

Рассчитаем технологическую себестоимость электрошлаковой сварки:

Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п=105.8+18+10.6+34.2=168.6 гр.

Рассчитаем технологическую сварки под флюсом:

Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п,

Зс.м- затраты на сварочные материалы;

Зт.э- затраты на техническую электроэнергию;

Зс.о- затраты на сварочное оборудование;

Зз.п-затраты на зарплату рабочих.

Рассчитаем основное время сварки:

.o= Lшо*(n пк/Vс.к+ n пз/Vс.к)=1*(32/19.6+2/55)=1.67 ч,

Затраты на сварочные материалы:

Найдем массу наплавленного метала:

Мэп=Крп(1+ψр)*р*n *F*Vп*t=1.02*(1+0)*7.8*10-3*52*3.14/4*28*1.67*3.6=26.3 кг,

Зс.э=Мэп*Цэп=26.3*6=157.7 гривен,

где - Цэп -цена за 1 кг электродной проволоки.

Затраты на флюс:

Мф = К*Мэп =1.2*26.3=31.7 кг,

Зс.ф=Мф *Цф=31.7*6=189.3 гривен,

где - Цф -цена за 1 кг флюса.

Зс.м=Зс.э + Зс.ф =157.7+189.3=347 гривен - затраты на сварочные материалы;

Затраты на техническую электроэнергию:

т.э =(Uc*Ic*tcо)/ŋu + Px*( tco /Ку -tco)=(1.67*945*41)*10-3/0.8 + 0.3(1.67/0.6-1.67)=82кВт,

где - Px мощность холостого хода источника питания, ŋu- КПД источника питания,

Ку - коэф. использования сварочного оборудования зависящий от способа сварки и типа производства (Ку =0.55…0.75).

Зт.э= Wт.э *Цээ=82*0.5=41 гривен,

где - Цээ -цена за 1 кВт электроэнергии.

Затраты на зарплату рабочих:

Зз.п=Кд* tcо*Чтс/Ку=1.2*1.67*5/0.6=16.7 гр,

где - Чтс - часовая тарификация, Кд - коэф. доплат (Кр =1.1…1.3).

Затраты на сварочное оборудование:

Зс.о= (Кр +На)/Фд * tcо/Ку *Цс.о=(0.175+0.3)/1840*1.67/0.4*10000=10.8 гр,

где - Цээ -цена за оборудование, Кр - коэф. затрат на ремонт (Кр =0.15…0.2),

На - норма амортизационных отчислений(На =0.24…0.34), Фд - действительный годовой фонд работы оборудования.

Рассчитаем технологическую себестоимость сварки:

Ст= Зс.м+ Зт.э+ Зс.о+ Зз.п=347+41+16.7+10.8=415.5 гр.

. Принятие решения

Сделав расчет технологической себестоимости каждого способа сварки можно однозначно склонить выбор способа сварки в сторону электрошлаковой сварки.

Сварка под флюсом менее производительный способ сварки из - за меньшей массы наплавленного металла в единицу времени. Этот эффект можно объяснить подогревом проволоки на вылете и теплом шлаковой ванны.

Итак, остановим свой выбор на электрошлаковой сварке.

Выводы

В данной курсовой работе мы ознакомились с разработкой технологии сварки плавлением. Выполнили поставленные задачи данной курсовой работы:

Произвели конструкторско - технологический анализ изделия и выяснили, что вид шва - стыковой и тавровый, конфигурация шва - кольцевой и прямолинейный, доступность шва - без ограничений; Рассчитали свариваемость основного металла и получили, что металл к холодным трещинам - несколько склонен, к горячим трещинам - не склонен;

Выбрали два способа сварки, это Ш и АФ;

Выбрали сварочные материалы: это флюс марки АН-348А, проволока СВ - 08Г2С;

Выбрали тип подготовки кромок из ГОСТов, для Ш - С1, АФ - С26 ;

Произвели расчёт режимов сварки и полученные данные занесли в тех. карту;

Оговорили технику сварки, для того чтобы сварщики имели представление о том как будет выполняться тех. процесс;Выбрали сварочное оборудование, для Ш - А -535, АФ - А-1416 и ТС-17М; Произвели расчет технологической себестоимости сварки по выбранным технологиям, и получили максимальный эконом. эффект при следующем способе: Ш; Приняли решение о том что электрошлаковая сварка является более корректной в данном случае технологией.

Список использованной литературы

сварка газгольдер электрошлаковая проволока

Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Технология и оборудование сварки плавлением» / Сост. И. Ф. Коринець. - К.: КПИ, 1988 - 76с.

Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Сварка плавлением» / Сост. И. Ф. Коринець, В. П. Бойко. - К.: КПИ, 1990 - 76с.

Аппаратура для механизированной дуговой и электрошлаковой сварки и наплавки / А. И. Чвертко, В. Е. Патон, М. Г. Бельфор, Г. М. Гологовский. - К.: Наукова думка, 1978. - 200с.

Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2-х томах. /

Б. Н. Конищев, С. А. Курланов, Н. Н. Потапов и др.; Под общей ред.

Н. Н. Потапова. - М.; Машиностроение, 1989.

Сварка в машиностроении: Справочник: В 4-х томах. /Под ред. Н. А. Ольшанского. - М.; Машиностроение, 1978.

Сварка в машиностроении: Справочник: В 4-х томах. /Под ред. А. И. Акулова. - М.; Машиностроение, 1979.

Прайс листы отечественных производителей сварочных материалов и оборудования.

Корінець І.Ф. Конспект лекцій з дисципліни “Зварювання плавленням”

Глобальна інформаційна мережа Інтернет.

Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением./ Под ред. Б.Е. Патона. -М.: Машиностроение, 1974.-767с.

Акулов А.И., Бельчук А.К., Демянцевич В.П., Технология и оборудование

плавлением. Учебник.-М.: Машиностроение, 1977.-432с.

Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением./ Под ред. Б.Е. Патона. -М.: Машиностроение, 1974.-767с.

Сварка в машиностроении : Справочник в 4-х т./ Т.2. Под редакцией А.И. Акулова. -М.:Машиностроение, 1978. -567с.

.Гуревич С.М. Справочник по сварке цветных металлов. -Киев: Наук. Думка,1990. -512с.

Клячкин Я.Л. Сварка цветных металлов и их сплавов. -М.: Машиностроение, 1967. -336с.

Биковський О.Г., Піньковский І.В. Довідник зварника. -Київ:Техніка, 2002.-336с.