Разработка технологии сварки обечайки

Разработка технологии сварки обечайки

1. Разработка технологии сборки и сварки изделия

Под технологическим процессом в машиностроении понимают последовательное изменение формы или состояния материала в целях получения изделия определенного вида или качества. Основная цель проектирования технологического процесса - разработка такого способа изготовления заданного изделия, который бы являлся наиболее рациональным не только технически, но и экономически при правильном и полном использовании всех технических возможностей оборудования и оснастки на наиболее выгодных режимах, при минимальных затратах времени, рабочей силы, вспомогательных материалов и т.д.

Разработку процесса изготовления конструкций в серийном производстве, в том числе сварных, выполняют в два этапа: предварительный и окончательный. [5]

На первом этапе производят расчленение изделий (по их чертежам на сборочные элементы, технологические узлы, под узлы), установление рациональной последовательности рабочих операций, а также выбор оптимального способа сборки и сварки изделия, выбор прогрессивных способов обработки и установление рациональной последовательности операций изготовления и подготовки деталей, их сборки и сварки в соответствии с техническими условиями по обеспечению надлежащего качества изделия, выбор основного и специального технологического оборудования, оснастки и средств механизации, назначение режимов сварки и обработки, нормирование и определение трудоемкости изготовления изделия.

В результате выявляется принципиальная схема технологического процесса (технологический маршрут), одновременно решаются вопросы, связанные с выбором оборудования, оснастки и режимов работы. В этом маршруте определяются все основные операции по изготовлению сварного изделия в принятой последовательности. Применительно к нашей конструкции принципиальная схема сборочно-сварочного технологического процесса будет выглядеть следующим образом:

Операция 010 - осуществляются заготовительная операция, операции формообразования и операции механической обработки:

.        Раскрой металла;

.        Резка по разметке;

.        Зачистка от брызг металла;

.        Контроль размеров;

.        Производится механическая обработка кромок развертки в месте сварки (разделка кромок);

.        Контроль размеров;

.        Вальцовка развертки обечайки корпуса на листогибочной машине;

.        Контроль качества вальцовки, выдержки размеров.

Операция 020 - осуществляется прихватка и сварка стыка обечайки корпуса:

1.   Зачистить поверхности под сварку от грязи и ржавчины на ширине не менее 20 мм;

2.       Прихватить стык обечайки корпуса минимум в 6 местах, выдерживая размер;

.        Сварить с зачисткой шва после каждого прохода;

.        Зачистить сварной шов с внутренней стороны;

.        Заварить корень шва с внутренней стороны;

.        Зачистить сварной шов и поверхности деталей от брызг металла;

.        Произвести ВИК;

.        Уложить сборку на складское место.

Операция 030 - осуществляется неразрушающий контроль сварного шва.

2. Выбор способа получения заготовок

.1 Раскрой

Исходные данные:

Ширина - 1500 мм;

Внутренний диаметр - 1400 мм;

Толщина(S) - 12 мм;

σ_пр сталь 10Х17Н13М2Т - 530 МПа.

Для получения заготовок используются различные операции: раскрой, резка, гибка, прессование, объемная и листовая штамповка и т.д. [1]

Определяем длину развертки обечайки по формуле 1:

(1)

где - длина развертки обечайки; - внутренний диаметр обечайки;  - толщина металла.

мм

По ГОСТ 19903-74 выбираем лист 2000×000.

Определим коэффициент использования материала:

(2)

где  площадь материала изделия;

 площадь материала заготовки.

 

К_им≥75%, следовательно материал расходуется рационально.

Оставшийся после раскроя металл пойдет на изготовление деталей данного цеха или других цехов завода.

2.2 Резка

 

Для резки металла в данном реферате применяется установка автоматизированного плазменного раскроя CyberSTEP - CyberCUT 2060 с источником плазменной резки Kjellberg - HiFocus 440i

Установка автоматизированного плазменного раскроя CyberCUT 2060 позволяет резать листовой металл размерами до 2000 х 9000 мм.

Конструкция установки представляет собой портал с двусторонним приводом, перемещающийся по продольным рельсовым направляющим, и суппорта с закрепленным на нем плазмотроном.

На суппорте установлена система регулировки высоты плазмотрона THC, которая обеспечивает автоматическое поддержание требуемой высоты в процессе резки, что обеспечивает высокую точность, воспроизводимость и качество реза. Система THC контролирует процесс резки по напряжению дуги, система THC газопламенного резака (если установлен) имеет емкостный тип управления. Обе системы полностью независимы и обеспечивают комфортную работу оператора установки.

Система подвода коммуникаций (кабели, шланги) выполнена с использованием гибких кабельных каналов.

Источник плазменной резки, а так же все необходимые системы подачи газа подбираются в соответствии с требованиями заказчика.

Управление установкой осуществляется с помощью системы ЧПУ.

Таблица 1 - Технические характеристики установки автоматизированного плазменного раскроя CyberCUT 2060

Ширина обрабатываемого листа, мм	2000
Длина обрабатываемого листа, мм	9000
Вертикальный ход перемещения плазмотрона, мм	150
Длина рельсового пути (с учетом парковочной зоны), мм	9800
Скорость позиционирования, мм/мин	до 30000
Точность воспроизведения заданного контура, мм	± 0,1
Стабилизация расстояния между плазмотроном и поверхностью заготовки	автоматическая
Система питания	220В, 50 Гц
Потребляемая мощность, кВт
Условия эксплуатации	закрытое помещение цеха +5…+40˚С

Источник плазменной резки Kjellberg - HiFocus 440i

Самый мощный в линейке источник плазменной резки металла.

Имеет высокую гибкость применения для плазменной резки металла толщиной от 0,5 до 120 мм.

Обеспечивает максимальную продуктивность при высокой скорости плазменной резки и минимальных эксплуатационных расходах.

Источник плазменной резки HiFocus 440i использует технологию Contour Cut для резки мелких контуров и малых отверстий в конструкционной стали.

Таблица 2 - Технические характеристики источника плазменной резки Kjellberg - HiFocus 440i

Напряжение питания	400 В; 3-фазы; 50Гц
Подключаемая нагрузка	макс. 127 КВт
Плазмообразующий газ Газ для маркировки	Воздух, Кислород, Азот / Водород (forming gas: N2 - 95%, H2 - 5%), Аргон / Водород Аргон
Вихревой газ	Воздух, Азот, Кислород
Режим плазменной резки	20 - 440 A, пошагово; 200 V, 440 A / 100% ПВ
Режим маркировки маркировки	5 - 50 A, пошагово
Диапазон толщины металла: Высоколегированная сталь Углеродистая	1.0 - 120 мм 0.5 - 120 мм
Рекомендуемая толщина металла: Высоколегированная сталь Углеродистая сталь	1.0 - 80 мм 0.5 - 60 мм
Прожиг	до 50 мм
Масса	589 кг
Габаритные размеры (L x W x H)	1030 x 680 x 1450 мм

2.3 Вальцовка

сварка флюс обечайка плазменный

Для вальцовки используем листогибочную машину с гидравлическим приводом LHF-1260Н.

Рисунок 2 - Схема листогибочной машины с гидравлическим приводом LHF-1260Н: 1 - нижние валки; 2 - верхний валок; 3 - изгибаемый лист

Таблица 3 - Технические характеристики листогибочной машины с гидравлическим приводом LHF-1260Н

Параметры	Значения
Длинна гибки, мм	6100
Наибольшая толщина изгибаемого листа, мм	80
Диаметр валков, мм	800
Габаритные размеры, мм	7695×2350×2620
Масса, кг	105000
Мощность привода, кВт	255

3. Расчет режимов автоматической сварки под флюсом

Сварной шов обечайки варится автоматической сваркой под флюсом, следовательно, к нему можно применить следующую методику расчета [1]:

Исходные данные: основной материал - сталь (10Х17Н13М2Т); толщина свариваемых деталей - S = 12 мм.

Рисунок 3 - Сварной шов при автоматической сварке под слоем флюса

1.       Выбираем диаметр электродной проволоки:

d_э=3 мм для шва №1 и для d_э=4 мм для шва №2. Выбор такого диаметра проволоки сопряжен с рядом факторов: пониженные токи сварки, минимальное тепловложение, высокое качество шва окупает меньшую производительность по сравнению с проволоками большего диаметра.

.        Для диаметра электродной проволоки 3 мм в расчетах будем использовать сварной ток I_св= 280…300 А., а для проволоки 4 мм будем использовать ток 480 А.

.        Определяем величину напряжения на дуге по эмпирической зависимости:

,

Принимаем напряжение U_св=32 В для 4 мм и U_св=28 В для 3 мм.

4.       Определяем площадь сечения наплавленного металла шва за данный проход исходя из рисунка 3:

,

Так как площадь наплавленного металла меньше рекомендуемой площади (не более 100 мм²), то сварку будем вести в один проход.

.        Определяем скорость сварки одного прохода:

, для d_э=4 мм

, для d_э=3 мм

Принимаем 35 м/ч

где ψ - потери электродного металла вследствие испарения разбрызгивания и окисления, %. Обычно ψ=7…15%. Для расчетов ψ принимают 10%.

6.       Определяем скорость подачи проволоки:

В таблице 4 представлены рассчитанные параметры режимов сварки.

Таблица 4 - Параметры режимов автоматической сварки шва под флюсом

Диаметр электродной проволоки, мм	Сварочный ток, А	Сварочное напряжение, В	Скорость сварки, м/ч	Скорость подачи проволоки, м/ч.
3	480	30	35	68,5
4	280	32	57	62,5

4. Расчет режимов дуговой сварки

Сварной шов обечайки варится электрошлаковой сваркой. Следовательно, к нему можно применить следующую методику расчета [1]:

Исходные данные: основной материал - сталь (10Х17Н13М2Т); толщина свариваемых деталей - S = 12 мм.

Рисунок 4 - Сварной шов при ручной дуговой сварке

Согласно рекомендациям для 10Х17Н13М2Т выбираем электроды ЭА-400.

1.      Выбираем диаметр электрода согласно рекомендациям - 5 мм оптимальный вариант для РД сварки покрытыми электродами.

2.      Определяем силу сварочного тока:

А

3.      Берем значение I=180А

4.      Оптимальное напряжение на дуге электродов ЭА-400 находится в пределах 22…24 В. Для расчетов принимаем Uд=24В.

Определение длины дуги lд=(0,5…1,2) d_эл

D_эл=5 мм l_д=(0,5.. 1,2)∙5=2,5…6 мм.

5.      Рассчитываем скорость сварки:

 

6.      Определение числа проходов:

 

n =6

 в моем случае составляет 30,4 , то потребное количество проходов будет равно 1

7.      Расход электродов

 

 

 

 

 

Для того чтобы проворить шов длиной 4433,7 мм потребуется 2,2 кг электродов.

8. Время работы оборудования

 

14 мин

Вывод: В таблице 5 представлены рассчитанные параметры режимов сварки.

Таблица 5 - Параметры режимов ручной дуговой сварки.

Диаметр электрода, мм	Сварочный ток, А	Сварочное напряжение, В	Скорость сварки, м/ч
3	100-110	22-26	8,8 м/ч
5	180

5. Выбор сварочного оборудования

 

Для РД сварки используем форсаж-250

Таблица 3 - Технические характеристики

Наименование параметра	Значение
Напряжение питания, В	3х380
Допустимые отклонения напряжения, %
Номинальный сварочный ток, А	250
Диапазон регулирования сварочного тока, А	15-250
Потребляемая мощность, кВА	10
Продолжительность включения (ПВ), %	80
Диаметр электрода, мм	1,6-5,0
Напряжение холостого хода, В	95
Габаритные размеры ДхШхВ, мм	430х190х350
Масса, кг	13,6
Температурный диапазон, °С

Заключение

В результате проделанной работы мною был разработан технологический процесс изготовления обечайки промывной колонны. В работе использовались разные методы заготовительных, формообразующих, механообрабатывающих, сборочно-сварочных, контрольных и других операций, в результате чего схема технологического процесса подобрана наиболее рационально, с учетом всех конструктивных и технических элементов.

В зависимости от скорости сварки наиболее эффективно использовать автоматическую сварку под слоем флюса.

Список источников

1 Инженерно-технологические основы подготовки сварочного производства/ под редакцией д.т.н. профессора Розена А.Е. Пенза 2010.

2 Справочник сталей и сплавов/ Под ред. В.Т. Сорокина - М.: Машиностроение, 1989 -640 с.

3 Сварка и свариваемые материалы: В 3 т. Свариваемость материалов. Справоч. изд./ Под ред. Э.Л. Макарова.-М.: Металлургия, 1991. Т1. - 528 с.

4 Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. - М.: Машиностроение, 1974. - 238 с.

5 Попков А.М. Расчет параметров режима сварки и технологических характеристик дугового разряда в углекислом газе. // Свароч. пр-во. 1989. №8. С. 16.

6 Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на дуговую сварку в среде углекислого газа. - М.: Экономика, 1980. - 193 с.

7 Промышленное оборудование. - Каталог. №5, М.: Дюкон, 2001. - 98 с.

8 Контроль качества сварки /Под. ред. В.Н. Волченко. - М.: Машиностроение, 1975. - 328 с.

9 Павеле Л.А., Рыбаков А.С. Производство технологического оборудования. Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов направления 551800 «Технологические машины и оборудование». Тула, 2003. - 33 с.

10 Красовский А.И. Основы проектирования сварочных цехов. - М.: Машиностроение, 1980. - 319 с.

11 Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления: Отрасл. Каталог / Под ред. Кудрявцева В.И. - ВНИИгидропривод. - М.:ВНИИТЭМР, 1990.-184 с.