Сварка мангала
Содержание
Введение
. Краткое описание
. Технологическая часть
.1 Физические и химические свойства
металла
.2 Выбор способа сварки
.3 Выбор сварочного оборудования
.4 Виды швов
.5 Выбор сварочных материалов
.6 Режим сварки
.7 Контроль качества шва
.8 Экономическая часть
. Техника безопасности и пожарная
безопасность
. Экология
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Сваркой называется процесс получения
неразъемного соединения материалов путем местного нагрева свариваемых кромок
деталей пластического или расплавленного состояния.
Сварка может быть выполнена с применением или
без применения механического сжатия свариваемых деталей.
Прочность сварного соединения обеспечивается
атомными или молекулярными связями. Важное значение имеет при этом взаимная
диффузия атомов свариваемых материалов.
Современная сварочная техника располагает
большим разнообразием способов сварки. Наибольшее распространение получила
электрическая дуговая сварка, при которой местный нагрев свариваемых кромок
осуществляется теплом электрической дуги.
Явление электрического дугового разряда впервые
было открыто в 1802 г. Русским ученым, профессором физики Петербургской
медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым. В своих трудах
он не только описал явление электрической дуги, но и предсказал возможность
использования тепла, выделяемого дугой, для плавления металлов. Таким образом,
В.В. Петров первым указал на возможность электрической плавки металлов. Однако
это открытие не нашло практического применения и развития в условиях низкого
уровня техники.
Только спустя 80 лет, в 1882 г. Талантливый
русский изобретатель Николай Николаевич Бенардос разработал и предложил
практический способ использования электрической дуги для сварки металлов. По
этому способу сварка производилась электрической дугой, возбуждаемой между
угольным электродом и изделием.
Несколько позже, в 1888 г. Русский
инженер-изобретатель Н.Г. Славянов разработал способ сварки при помощи
металлического электрода. Этот способ в настоящее время широко применяется в
сварочном производстве. Кроме того, Н.Н. Бенардос и Н.Г. Славянов разработали
также основные положения и других методов сварки: с несколькими электродами, в
среде защитных газов, контактной сварки.
Цель: спроектировать мангал.
Для выполнения данной цели я поставил задачи:
1. Произвести замеры
2. Подобрать материал
. Сделать чертеж
. Соблюдать технологию сварки
. Выполнить экономическую часть
. Отметить положительные и отрицательные
стороны работы
1. Краткое описание изделия
Мангал складной, выполнен из углеродистой стали.
Предназначен для приготовления шашлыка на природе, в походах. Мангал состоит из
двух торцевых стенок, двух боковых стенок, дна, которые свариваются между
собой, 4-х ножек выполненных из металлического уголка. Такой мангал, выполненный
из вышеперечисленных материалов, весит всего 2-2,5 кг. Он удобнее и компактнее
не разборных мангалов, существующих в продаже.
Рис. 1. Мангал
мангал металл сварка сталь
Рисунок 2. Чертеж мангала
2. Технологическая часть
.1 Физические и химические свойства металла
Углеродистые стали - это сплавы в основном
железа с углеродом, содержащие до 2% углерода. Кроме углерода, эти стали содержат
до 0,8% марганца и до 0,4% кремния, остающихся после раскисления, а также
вредные примеси - до 0,055% серы и до 0,045% фосфора.
Углеродистая сталь является основным материалом
для изготовления деталей машин и аппаратов. Для котельных агрегатов, турбин,
вспомогательного оборудования широко применяют низкруглеродистые стали,
содержащие до 0,25% углерода. Они очень пластичны и поэтому хорошо поддаются
обработке давлением, гибке и правке в горячем и холодном состоянии, хорошо
свариваются. Эти стали можно использовать также в виде стального фасонного
литья. Кроме того, они обладают вполне удовлетворительными механическими
свойствами: достаточно прочны при температурах до 450 °С, хорошо воспринимают
динамические нагрузки.
Низкоуглеродистые стали удовлетворительно
сопротивляются коррозии в условиях работы ряда деталей тепломеханического
оборудования электростанций. Эти стали самые дешевые и наименее дефицитные.
Особенности производства стали и стальных
полуфабрикатов оказывают существенное влияние на механические свойства и
качество готовых изделий.
Большинство деталей котлов и турбин
изготавливают из углеродистой стали, выплавленной в основных мартеновских
печах.
Продувкой в бессемеровском конвертере получают
углеродистую сталь с содержанием углерода до 0,5%. Эту сталь применяют для
производства сварных труб неответственного назначения, болтов, профилей, тонкой
жести.
При одинаковом содержании углерода
бессемеровская сталь имеет более высокую прочность и твердость, чем
мартеновская. Эта разница в свойствах объясняется тем, что в бессемеровской
стали содержится повышенное количество растворенных азота и фосфора -
элементов, упрочняющих сталь, но делающих ее одновременно и более хрупкой.
Применение кислородного дутья в конвертерах значительно ослабляет этот недостаток
конвертерной стали.
Сталь, полученная в конвертерах с кислородным
дутьем и основной футеровкой, приближается по свойствам к мартеновской.
Кроме способа выплавки, на свойства стали и
готовых изделий большое влияние оказывает способ раскисления, по которому стали
делятся на спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп).
По назначению углеродистые стали делят на
конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали в свою очередь
разделяют на строительные и машиностроительные.
В строительных сталях содержание углерода обычно
не превышает 0,25%, т. е. эти стали относятся к категории малоуглеродистых. Они
хорошо свариваются, хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии, но
прочность их относительно невысока.
Машиностроительные малоуглеродистые стали часто
применяют в качестве цементуемых, т.е. для деталей, подвергаемых поверхностному
науглероживанию и закалке для повышения износостойкости, а также для
изготовления крепежных деталей. Среднеуглеродистые машиностроительные стали
(0,3-0,7% углерода) прочнее строительных и могут подвергаться закалке с высоким
отпуском. В результате такой термической обработки улучшаются их механические
свойства. Однако эти стали хуже свариваются и плохо поддаются деформации в
холодном состоянии, Инструментальные стали содержат от 0,7 до 1,4% углерода.
Углеродистые стали классифицируют также по
качеству, которое определяется содержанием серы и фосфора, способом
производства и постоянством механических свойств и химического состава. Чем
меньше содержание вредных примесей, колебание механических свойств и
химического состава, тем выше качество стали.
Углеродистые стали бывают обыкновенного
качества, качественные и высококачественные.
Углерод - элемент, в основном определяющий
свойства углеродистых сталей. Влияние углерода на прочность и пластичность
углеродистой стали после прокатки показано на рис. 66. С увеличением содержания
углерода возрастают предел прочности и твердость стали, снижаются показатели
пластичности (относительное удлинение и относительное сужение), а также ударная
вязкость. При 0,8% углерода прочность стали достигает максимального значения,
после чего она начинает снижаться.
Изменение прочности стали в зависимости от
содержания углерода легко объяснить характером изменения микроструктуры. Незакаленная
углеродистая сталь при содержании углерода менее 0,8% состоит из кристаллитов
свободного феррита и перлита, при 0,8% - только из перлита и при содержании
углерода более 0,8% - из перлита и свободного цементита.
Феррит (твердый раствор углерода в а-железе) -
очень пластичен и вязок, но непрочен. Перлит, механическая смесь
тонкодисперсных пластинок феррита и цементита, придает прочность. Цементит
очень тверд, хрупок и статически прочен. При повышении в стали содержания
углерода (в пределах до 0,8%) увеличивается содержание перлита и повышается
прочность стали. Однако вместе с этим снижаются ее пластичность и ударная
вязкость. При содержании 0,8% С (100% перлита) прочность стали достигает
максимума. При дальнейшем увеличении содержания углерода избыточный свободный
цементит образует оторочку вокруг перлитных зерен, что приводит к хрупкому
разрушению и некоторому снижению прочности стали.
Марганец вводят в любую сталь для раскисления
(т.е. для устранения вредных включений закиси железа). Марганец растворяется в
феррите и цементите, поэтому его обнаружение металлографическими методами
невозможно. Он повышает прочность стали и сильно увеличивает прокаливаемость.
Содержание марганца в углеродистой стали отдельных марок может достигать 0,8%.
Кремний, подобно марганцу, является
раскислителем, но действует более эффективно. В кипящей стали содержание
кремния не должно превышать 0,07%. Если кремния будет больше, то раскисление
кремнием произойдет настолько полно, что не получится «кипения» жидкого металла
за счет раскисления углеродом. В спокойной углеродистой стали содержится от
0,12 до 0,37% кремния. Весь кремний растворяется в феррите. Он сильно повышает
прочность и твердость стали.
Сера - вредная примесь. В процессе выплавки
стали содержание серы снижают, но полностью ее удалить не удается. В
мартеновской стали обыкновенного качества содержание серы допускается до
0,055%.
Присутствие серы в большом количестве приводит к
образованию трещин при ковке, штамповке и прокатке в горячем состоянии, это
явление называется красноломкостью. В углеродистой стали сера взаимодействует с
железом, в результате чего получается сернистое железо FeS. Сернистое железо
образует с железом относительно легкоплавкую эвтектику, которая располагается
по границам зерен. При температурах ковки, штамповки, прокатки в горячем
состоянии эвтектика FeS-Fe находится в жидком состоянии. В процессе горячей
пластической деформации по границам зерен, где располагается жидкая эвтектика,
образуются горячие трещины.
Если в сталь ввести достаточное количество
марганца, то вредное влияние серы будет устранено, так как она будет связана в
тугоплавкий сульфид марганца MnS. Включения MnS располагаются в середине зерен,
а не по их границам. При горячей обработке давлением включения MnS легко
деформируются без образования трещин.
Фосфор, подобно сере, является вредной примесью.
Растворяясь в феррите, фосфор резко снижает его пластичность, повышает
температуру перехода в хрупкое состояние, или иначе - вызывает хладноломкость
стали. Это явление наблюдается при содержании фосфора свыше 0,1%. Однако
допустить содержание даже 0,05% Р для стали ответственного назначения уже
рискованно, так как фосфор очень склонен к ликвации. Области слитка с
повышенным содержанием фосфора становятся хладноломкими. В мартеновской стали
обыкновенного качества допускается не более 0,045% Р.
Сера и фосфор, вызывая ломкость стали и
одновременно понижая механические свойства, улучшают обрабатываемость резанием:
повышается чистота обрабатываемой поверхности, увеличивается время между переточками
резцов, фрез и т.д. Поэтому для ряда неответственных деталей, подвергаемых
механической обработке, применяют так называемые автоматные стали с повышенным
содержанием серы (до 0,30%) и фосфора (до 0,15%).
Кислород - вредная примесь. Закись железа,
подобно сере, вызывает красноломкость стали. Очень твердые окислы алюминия,
кремния и марганца резко ухудшают обрабатываемость стали резанием, быстро
затупляя режущий инструмент.
В процессе выплавки углеродистой стали из
металлического лома в нее могут попасть никель, хром, медь и другие элементы.
Эти примеси ухудшают технологические свойства углеродистой стали (в частности,
свариваемость), поэтому их содержание стараются свести к минимуму.
.2 Выбор способа сварки
Для выполнения данного изделия я выбрал
полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа. Сварка в защитном газе
является одним из способов дуговой сварки. При этом в зону дуги подается
защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну,
предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха,
окисления и азотирования. Рисунок 3 поясняет принцип дуговой сварки в защитном
газе.
Преимуществами сварки в защитных газах являются:
· высокая производительность (примерно
в 2,5 раза выше, чем при ручной дуговой сварке покрытыми электродами);
· высокоэффективная защита
расплавленного металла, особенно при использовании инертных газов;
· возможность визуального наблюдения
за сварочной ванной и дугой;
· широкий диапазон толщин свариваемых
заготовок (от десятых долей миллиметра до десятков миллиметров);
· возможность сварки в различных
пространственных положениях;
· отсутствие необходимости зачищать
швы при многослойной сварке;
· узкая зона термического влияния.
Существуют следующие разновидности сварки в
защитном газе: сварка в инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в
нейтральных двухатомных газах (азот, водород) и в углекислом газе. Наиболее
широкое практическое применение получили: аргонодуговая сварка и сварка в
углекислом газе. Инертный газ гелий применяется очень редко ввиду его большой
стоимости. Сварка в двухатомных газах (водород и азот) имеет ограниченное
применение, так как водород и азот в зоне дуги диссоциируют на атомы, а
атомарные азот и водород активно взаимодействуют с большинством металлов.
Сварка в защитном газе может быть ручной,
механизированной и автоматической. Ручная сварка применяется при соединении
кромок изделий толщиной до 25-30 мм и при выполнении коротких и криволинейных
швов. Механизированная и автоматическая сварка применяется при массовом
производстве сварных конструкций с прямолинейными швами.
Дуговая сварка в защитном газе производится как
неплавящимся, так и плавящимся электродами. Неплавящийся электрод служит только
для возбуждения и поддержания горения дуги. Для заполнения разделки кромок в
зону дуги вводят присадочный металл в виде прутков или проволоки. Неплавящийся
электрод изготавливают из вольфрама. Плавящиеся электроды применяют в виде сварочной
проволоки, изготовленной по ГОСТ 2246-70 или из металла, по химическому составу
сходному со свариваемым металлом.
При дуговой сварке применяют два способа газовой
защиты: струйную местную защиту и общую защиту в камерах. Струйная защита
относится к наиболее распространенному способу местной защиты при сварке.
Качество струйной защиты зависит от конструкции и размеров сопла, расхода
защитного газа и расстояния от среза сопла до поверхности свариваемого металла.
На практике применяют три вида сопл: конические, цилиндрические и
профилированные. Лучшая защита обеспечивается при применении профилированных
сопл.
При сварке со струйной защитой обеспечивается
защита только зоны расплавления. Возможен подсос воздуха в реакционную зону.
Поэтому с точки зрения защиты ванны ее нельзя признать совершенной. Для
улучшения защиты в ряде случаев, особенно при сварке активных металлов,
применяют местные камеры. Общая защита в герметичных камерах обеспечивает
наиболее высокую степень защиты металла в процессе сварки. Это необходимо при
сварке особо активных металлов и сплавов (например, титана, циркония,
молибдена, тантала, ниобия и сплавов на их основе).
.3 Выбор сварочного оборудования
В качестве сварочного оборудования использовал
промышленный аппарат сварки MIG 305 STB со ступенчатой регулировкой сварочного
напряжения.представляет собой серию мощных и удобных в эксплуатации
универсальных аппаратов со ступенчатой регулировкой сварочного напряжения для
сварки по технологиям MIG- и MAG-короткой дугой и струйным переносом металла.
Эти аппараты предназначены для сваривания легких конструкций, а также
тонколистового и толстолистового металла. Они рассчитаны, в первую очередь, на
обработку низкоуглеродистой стали, но могут применяться и для работы с
нержавеющей сталью и алюминием.
Аппарат для MIG-сварки с интенсивным рабочим
циклом - ваш неизменный спутник при проведении повседневных интенсивных и
качественных сварочных работ. Некоторые модели поставляются в форме компактных
моноблоков серии С, помимо которых доступны также модели с отдельным подающим
механизмом серии STB и варианты с опциональным воздушным или водяным
охлаждением.
Промышленный аппарат сварки MIG 305 STB со
ступенчатой регулировкой сварочного напряжения - технические характеристики
Сварочный ток, А: 40-300
Сварочный ток (ПВ 35%), А: 285
Сварочный ток (ПВ 60%), А: 215
Сварочный ток (ПВ 100%), А: 170
Напряжение х.х., В: холостого хода 14-16 min
/41-47 max
Диаметр электрода, мм: 0,6-1,2
Сеть, В: 3×230/400
Габариты, мм: 1300×440×900
Масса, кг: 130
Рис. 4. Предохранитель 230/400В, А: 16/10
Рис. 5. Сварочный аппарат MIG 305
2.4 Виды швов
Стенки мангала сваривал наружными угловыми
швами, которые не вызывают затруднений при сварке. Пистолет удерживал под углом
750; манипуляции выполнял полумесяцем.
Рис. 6
Ножки мангала сваривал угловыми швами, удерживая
изделие в положении «Лодочки». В этом случае лучше формируется сварочная ванна,
отсутствуют дефекты шва. Сварочный пистолет также удерживал под углом 75-80
градусов.
Рис. 7
2.5 Выбор сварочных материалов
Для изготовления мангала использовал сталь
низкоуглеродистую марки Ст ЗПС.
· Ст - сталь
· З - условный номер марки стали
· ПС - сталь полуспокойная. Предел
прочности данной стали 370-470 Па, относительное удлинение 24%.
Диоксид углерода (двуокись углерода, углекислый
газ) высокого давления и низкотемпературный получают из отбросных газов
производств аммиака, спиртов, а также на базе специального сжигания топлива и
других производств. Двуокись углерода выпускается жидкая низкотемпературная,
жидкая высокого давления и газообразная.
Жидкая двуокись углерода применяется для
создания защитной среды при сварке низкоуглеродистых и некоторых
конструкционных и специальных сталей. Углекислый газ, подаваемый в зону дуги,
не является нейтральным. Так, под действием высокой температуры диссоциирует на
оксид углерода и свободный кислород (СО2 <=> СО + О). При этом
происходит некоторое окисление расплавленного металла сварочной ванны, и, как
следствие, металл шва получается пористым с низкими механическими свойствами.
Для уменьшения окислительного действия
свободного кислорода (при сварке плавящимся электродом) применяют электродную
проволоку с повышенным содержанием раскисляющих примесей (марганца, кремния).
При этом получается беспористый шов с хорошими механическими свойствами.
Преимущество сварки в среде СО2 -
большая скорость сварки и глубокое проплавление. Основной недостаток - крупнокапельный
перенос электродного металла и высокий уровень разбрызгивания. Поверхность
сварного шва при сварке в среде СО2 обычно сильно окислена.
Диоксид углерода является химически активным
газом и не может использоваться для дуговой сварки вольфрамовым электродом.
Высокий окислительный потенциал газа может привести к разрушению вольфрамового
электрода.
Газообразная двуокись углерода - газ без цвета и
запаха при температуре 20 °С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), имеет
плотность 1,839 кг/м3. Жидкая двуокись углерода - бесцветная
жидкость без запаха. Двуокись углерода нетоксична и невзрывоопасна, тяжелее
воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При
концентрациях в воздухе более 5% (92 г/м3) двуокись углерода может
вызвать явление кислородной недостаточности и удушье.
Жидкую двуокись углерода высокого давления
поставляют в баллонах (ГОСТ 949-73) вместимостью до 50 дм3, в
спецтаре по нормативно-технической документации для автотранспорта. Баллоны с
двуокисью углерода окрашиваются в черный цвет с желтой надписью <СО2
сварочный>. В табл. приведены технические требования, предъявляемые к
диоксиду углерода.
Табл. 1 Технические требования к диоксиду
углерода (углекислому газу).
Рисунок 8
Сварочную проволоку использовал марки СВ-08А.
· СВ - сварочная проволока
· 08- содержание углерода
· А - сталь чистая без примесей.
Основу электродов
<#"793805.files/image010.gif">
Сварку изделия выполняем за один проход.
.7 Контроль качества швов
Контроль за качеством швов выполняется
визуально. Швы осматриваются, незначительные дефекты удаляем вышлифовкой, затем
данные места повторно провариваем. Мангал не несет никаких нагрузок, поэтому
более обстоятельного контроля не требуется.
2.8 Экономическая часть
Лист холоднотканный - (480+310) х 2 = 1580 мм
х 200 = 316000 мм2
480 х 310 = 148800 мм2
148800 + 316000 = 464800 = 0,465 м2
Сталь 0,3 мм, весит 2,36 кг за 1 м2
0,465 х 2,36 = 1,096 кг.
Цена 1 т. - 21500 руб.
,096 х 21500 = 235,6 руб.
х 4 = 0,480
Вес 1м2 - 1,76 х 0,480 = 0,845
,845 х 20,480 = 17,30 руб.
,6 + 17,3 = 252,9 руб.
Расход электродов
L - 1580 мм + 800 =
2380
шт. при L
- 500 мм. d - 3 мм по цене 75
руб.
3.
Техника безопасности и пожарная безопасность
Техника безопасности при обращении с
газосварочным оборудованием заключается в выполнении следующих требований:
запрещаются устанавливать оборудование производить сварочные работы вблизи
огнеопасных материалов. Подвижные ацетиленовые генераторы должны
устанавливаться не ближе 10 м. от очагов огня. Во время работы запрещается
оставлять генератор без надзора.
Сварка внутри резервуаров, котлов, цистерн
должна производиться с перерывами при непрерывной вентиляции и низковольтном
освещении в присутствии постоянного наблюдающего. Перед производством работ
необходимо убедиться в отсутствии в указанных емкостях взрывоопасных смесей.
Карбид кальция необходимо хранить только в
герметически закрытых барабанах в сухих и хорошо проветриваемых помещениях.
Вскрывать барабаны разрешается только специальным ножом, при этом крышку на
участке резания покрывают маслом (можно просверлить отверстие, а затем сделать
вырез ножницами).
4.
Экология
Пермский край является одним из индустриальных
центров России с необыкновенно широкой специализацией и большим количеством
сверхкрупных предприятий.
Экологическое состояние природной среды
Пермского края обуславливается в первую очередь значительным по плотности
размещения на его территории количеством объектов промышленного строительства,
транспортных коммуникаций, путепроводов и жилой застройки, а также
эксплуатируемых месторождений полезных ископаемых (каменный уголь, нефть, поваренная
соль и др.) Связанные с этим экологические последствия антропогенных изменений
среды в отдельных районах края привели к значительным изменениям её
компонентов.
Основные источники антропогенного воздействия на
природную среду края и их пространственное распределение отображает следующая
карта:
Рисунок 9
К ним относятся месторождения полезных
ископаемых и области их расположения (нефтегазоносный, угленосный и соленосный
бассейны), транспортные коммуникации (авто- и железнодорожные магистрали,
нефте- и газопроводы). Помимо этой информации на карте показаны районы наиболее
интенсивного использования земель (свыше 90% их площади здесь занимают
сельхозугодья).
Пермский край является важным индустриальным
звеном в составе Уральского экономического региона. Структура промышленного
производства включает такие отрасли как черная и цветная металлургия,
машиностроение, химическая и лесная промышленность, легкая и пищевая. Большое
число промышленных предприятий обуславливает наличие значительных по площади
ореолов загрязнения окружающей среды вокруг населенных пунктов.
Наиболее важным критерием оценки экологического
состояния природной среды является здоровье населения. Далеко не все
заболевания связаны с воздействием тех или иных факторов на среду обитания,
однако, существует отчетливая связь между общей заболеваемостью и уровнем
антропогенно-техногенной нагрузки на экосистемы.
Рисунок 10
Заключение
Цель, поставленная перед написанием работы
«Сварка мангала» достигнута, все поставленные задачи выполнены. Собранный
материал дает ясное представление об изделии, описывает ход сварки,
обстоятельно и плотно раскрывает технологию полуавтоматической сварки в среде
углекислого газа, характеризует используемые материалы и оборудование.
Большое внимание в данной работе уделяется общим
вопросам любой сварки: от подготовки металла до полной сварке изделия, проверки
его на прочность.
В письменной экзаменационной работе содержатся
интересные сведения по сварке изделия, приведены экономические расчеты,
предоставлена экологическая информация.
Письменная экзаменационная работа «Сварка
мангала» полезна и актуальна с точки зрения общего знакомства с данной
конструкцией, информация по сварке и изготовлению заданной конструкции изложена
доступна.
В приложение есть необходимая наглядность,
чертеж, рисунки и таблицы
Это дает возможность использовать письменную
экзаменационную работу в качестве учебного пособия, при обучении по профессии
«Электрогазосварщик»
Данная письменная работа может стать отправной
точкой для разработки комплекса сварочных работ и подготовки металла к сварке
данного изделия.
Список литературы
1. Геворкян В.Г. Основы
сварочного дела: учеб. Пособие для техникумов.- 5-е издание, переработанное и
доп. - М.: Высшая школа, 1991. - 239с.
2. Справочник сварщика: Пособие
для сварщиков, мастеров, технологов, конструкторов. - Донецк: Донбасс, 1989 г.
- 301с.
. Чебан В.А. Сварочные работы
(начальное профессиональное образование) - Ростов на Дону: Феникс, 2008. -
412с.