Проектирование участка изготовления хребтовой балки полувагона в условиях серийного производства

метки: Сварка, Хребтовый, Сварочный, Электродный, Скорость, Автоматический, Аргон, Работа

Машиностроению в России принадлежит ведущая роль в ускорении социально-экономического развития страны. От темпов роста и характера развития машиностроения зависит развитие производительных сил во всех отраслях народного хозяйства, ибо любая новая научная идея, любая новая технология не может быть реализована без соответствующего оборудования.

В развитии машиностроения большое значение имеет сварочное производство, как один из ведущих технологических процессов в производстве сварных конструкций. Применение сварных конструкций и заготовок обеспечивают значительную экономию материальных, трудовых ресурсов.

Применение сварки весьма эффективно при создании металлоконструкций с использованием различного вида проката, штампованных заготовок. Сварные конструкции более легкие, менее трудоемкие, при их изготовлении сокращаются сроки исполнения, плотность швов является существенным преимуществом сварки.

ОАО «НПК «Уралвагонзавод» является предприятием машиностроительного профиля. ОАО «НПК «Уралвагонзавод» — предприятие с законченным машиностроительным циклом, включающим в себя комплекс металлург ических, кузнечных, термических, механосборочных цехов и вспомогательных цехов с широким спектром необходимого оборудования.

В перечень основных видов выпускаемой продукции входят: железнодорожные вагоны, полувагоны и цистерны, различные виды дорожной, строительной, погрузочно-транспортной и специальной техники, металлоконструкции любой сложности и размеров.

Цех 340 входит в состав вагоносборочного производства. Цех находится в самом начале вагоносборочного конвейера. Специфика цеха заключается в том, что он производит хребтовые балки для вагонов разных модификаций. Цех является самостоятельной производственно-хозяйственной единицей.

Со времени изготовления первого полувагона в 1963 году объединение выпустила на магистрали 800 тыс. бортовых платформ, крытых вагонов, полувагонов различной грузоподъемности, год от года совершенствуя их конструкции. Появляются новые конструкции платформ и цистерн. А примерно, с 2006 года ведётся подготовка производства и изготовление платформ для перевозки слябовых заготовок. Производство хребтовых балок налажено на изготовление разных моделей вагонов и цистерн: полувагонов и вагон цистерн.

По мере ускорения темпов развития научно-технического прогресса улучшаются технологические процессы изготовления деталей и узлов, а также оснащение технологическими средствами.

Хребтовая балка — несущая конструкция. Упоры являются конструктивным элементом хребтовой балки полувагона и служат для крепления поглощающего аппарата автосцепного устройства. В настоящее время упоры крепятся к зетам хребтовой балки клепаным соединением. Опорные полки подкреплены ребрами, соединяющими эти полки с привалочными плитами. Между ребрами размещены заклепки.

Основные особенности конструкции всех типов вагонов

... между Петербургом и Москвой выдвинула задачу создания отечественных конструкций вагонов и их производство. Постройка первых четырехосных грузовых вагонов (платформ и крытых) Александровским заводом началась в 1846 г. ... сцепных приборов, а следовательно, и рамы кузова вагона. Поэтому в вагонах постройки 1898—1900 гг. начинают появляться хребтовые балки, а в последующие годы происходит постепенная ...

У полувагонов последних лет постройки после эксплуатации в течение одного-двух лет было обнаружено массовое ослабление заклепок узлов упоров. Кроме того, у 45% полувагонов возникли трещины литья упоров по ребрам и по второму ряду заклепок. Испытания вагонов на нормативные продольные статические нагрузки показали, что напряжения сжатия в ребрах упоров уже при нагрузках на вагон 100-150 тс превышают предел текучести литой стали и приводят к остаточным деформациям. Но недостатки клепаного соединения потребовали разработки и введения в производство сварного варианта крепления упоров, т.е замена клёпаных соединений на соединения выполненные полуавтоматической сваркой в среде защитного газа.

Сварные швы соединения зетов выполнены автоматической св

Гипот

Отсюда тема

В ходе данного дипломного проекта спроектирован участок и разработана технология сборки и сварки хребтовой балки.

Реализация цели предопределяет постановку и решение следующих основных задач:

— Изучить литературу по темам дипломного проекта.

• Выполнить чертёжи:
• Сборочный чертеж хребтовой балки под прихватку;
• Планировка участка;
• Общий вид установки
• Произвести расчёт технико-экономических показателей;
• Разработать технологический процесс изготовления хребтовой балки.

1. Технологическая часть

1.1 Конструкция, назначение и условия работы изделия

Хребтовая балка является наиболее сложным и ответственным узлом рамы вагона. Несмотря на существенные различия в конструкциях вагонов, конструкции хребтовых балок имеют много общего. Основная несущая часть любой хребтовой балки выполняется из профилей проката. Конструкция хребтовой балки с несущей частью из зетовых профилей может считаться типовой, так как этот профиль предназначен специально для хребтовых балок вагонов. В концевых частях хребтовой балки любого вагона размещены также типовые элементы: передние и задние упоры, которые служат для восприятия ударно — тяговых нагрузок, надпятники. Между передними и задними упорами расположены предохранительные планки, исключающие износ стенок при перемещении поглощающего аппарата.

Рисунок 1 — Хребтовая балка. 1 — зетовый профиль, 2 — передний упор, 3 — предохранительная планка, 4 — задний упор, 5 — надпятник

Хребтовая балка состоит из следующих основных узлов:

• балка — 2 шт.;
• передний упор — 2 шт.;
• упор с надпятником — 2 шт.;
• усиливающая планка — 4 шт.;
• планка — 2 шт.;
• накладка — 8 шт.;
• доска фирменная — 1 шт.

Конструкция балки должна удовлетворять требованиям действующих «Норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм» и соответствовать требованиям стандартов и технических условий как в целом на узел, так и на комплектующие изделия и материалы.

Качество сварных швов должно соответствовать требованиям, установленным для швов, работающих на растяжение или отрыв по ОСТ 24.050.34 сварные швы должны выполняться преимущественно в нижнем положении.

Параметры и размеры сварных швов, кроме кромок под сварку, а также допускаемые отклонения элементов швов должны соответствовать для сварки в защитных газах по ГОСТу 14771-76, для автоматической сварки — ГОСТу 8713-79, нестандартные швы — чертежу.

1.2 Характеристика материала, применяемого для изготовления изделия

Хребтовая балка изготовлена из деталей следующих марок:

• балка профиль зетовый 10Г2БД ГОСТ 19281 — 89;
• упор с надпятником — сталь 20Г1ФЛ ТУ24.05.486-82;
• доска фирменная — сталь 15Л ГОСТ977-88;
• планка усиливающая — 09Г2Д ГОСТ19281-89;
• накладка -09Г2Д ГОСТ19281-89;
• планка — 09Г2Д ГОСТ19281-89;
• упор передний — сталь 20ФТЛ ТУ3-333-85;
• пояс нижний — сталь 20ФТЛ ТУ 3-333-85.

Хладостойкость сварных конструкций в значительной мере обуславливается свойствами основного металла, из которого она изготовлена. Наилучшим комплексом свойств (прочность, пластичность, штампуемость, свариваемость).

Таблица 1 — Химический состав сталей

Марка стали	Химический состав в%
	C	Mn	Si	S	P	Cr	V	Ni	Cu	Ti
09Г2Д	0,08-0,12	1,40- 1,80	0,17- 0,37	0,025	0,02	0,30	—	0,30	0,15-0,30	0,025
20Г1ФЛ	0,14 -0,19	0,65-0,96	0,15-0,22	0,025	0,02	0,35	0,85	—	0,05-0,11	0,025
10Г2БД	0,12	1,40-1,80	0,17 — 0,25	0,025	0,02	0,3	0,12	0,04	0,15-0,30	0,025
15Л	0,14	0,12 — 0,16	0,16 — 0,20	0,025	0,02	0,3	—	—	0,05 — 0,12	0,012
20ФТЛ	0,14 — 0,19	0,72- 0,81	0,15- 0,22	0,025	0,02	0,35	0,85	0,02	0,05 — 0,11	0,65-0,85

Таблица 2 — Механические свойства сталей

Марка стали	Предел текучести, кгс/мм2	Предел прочности, кгс/мм2	Относительное удлинение	Ударная вязкость, кгс м/мм2 при t ° C
				+20	— 20	-40	-70
1	2	3	4	5	6	7	8
09Г2Д	30	44	21	10	3	3	3

Свариваемость стали можно ориентировочно оценить по ее химическому составу (таблица 1).

Процентное содержание углерода в этих сталях примерно одинаково. При этом обобщенное влияние химического состава на склонность к трещинообразованию устанавливается путем определения в стали эквивалентного углерода — Сэ, численное значение которого определяется по формуле:

Сэ = С + Mn/20 + Ni/15 + Cr/10

Сэ = 0,12 + 1,5/20 + 0,3/15 + 0,3/10 =0,245%

Стали, применяемые для изготовления деталей хребтовой балки, относятся к первой группе сталей по свариваемости, т.е. хорошо свариваются всеми видами сварки без ограничений.

1.3 Анализ технологичности конструкции

В соответствии с ГОСТ 14.205 — 83 «Технологичность конструкции изделия. Основные определения» — это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объёма выпуска и условий выполнения работ. В зависимости от области проявления различают производственную, эксплуатационную и ремонтную технологичность конструкции изделия.

Технологичность конструкции в значительной степени зависит от масштаба выпуска и вида производства.

Технологичной считается конструкция, обеспечивающая наиболее простое, быстрое и экономичное изготовление при обязательном соблюдении необходимых условий прочности, устойчивости, выносливости и других эксплуатационных качеств, т.е. в которой соблюдается соответствие прогрессивных конструктивных решений передовым технологическим возможностям производства.

Технологическая отработка конструкции в процессе их проектирования дает возможность не только своевременно решить вопросы повышения технологичности, она позволяет также заблаговременно определить те требования, которые новое изделие предъявляет к серийному производству.

При объективной оценке технологичности конструкции, их деталей и узлов, учитывают ряд положительных факторов, определяющих технологичность конструкции. К ним относится:

• ? правильность выбора видов сварки;
• ? оптимальность расчленения изделия на сварные узлы;
• ? целесообразность применяемого сварочного оборудования;
• ? обоснованность выбора сборочно-сварочных приспособлений и инструментов;
• ? обоснованность рассчитанных режимов сварки;
• ? соответствие марок электродов, флюсов и электродной проволоки;
• ? рациональность организации рабочих мест;
• ? правильность выбора методов контроля.

Технологичной считается конструкция, обеспечивающая наиболее простое, быстрое и экономичное изготовление при обязательном соблюдении необходимых условий прочности, устойчивости, выносливости и других эксплуатационных качеств, т.е. в которой соблюдается соответствие прогрессивных конструктивных решений передовым технологическим возможностям производства.

При выполнении сварных конструкций перерасходу наплавленного металла способствуют отклонения от строгого соблюдения предписаний технической документации и инструкций в отношении точности и качества выполнения заготовительных, сборочных и сварочных работ. Несовершенство принятых в технологическом процессе методов и оборудования обработки, недостаточная точность заготовок, обслуживающая необходимость назначения излишних припусков и проведения ручных работ по подгонке элементов.

Комплексное решение вопросов прочности, точности, технологичности и экономичности позволяет создавать наиболее рациональные сварные конструкции с наименьшими затратами материалов, времени и труда на их изготовление.

1.4 Разработка технологического процесса

Анализ существующего технологического процесса

В соответствии с конструкцией изделия технология изготовления хребтовой балки состоит из следующих операций:

• сверловка зетов;
• обрезка зетов;
• сборка-сварка упора переднего и упора с надпятником;
• установка заклёпок на упоры;
• клёпка упоров;
• сборка-сварка с зетами;
• автосварка наружного шва;
• полуавтоматическая сварка;
• сдача хребтовой балки.

Упоры автосцепки в рамах грузовых вагонов, передающих продольные усилия на хребтовую балку, изготавливаются из стального литья и соединяются заклепками с хребтовой балкой. Передний упор предназначен для передачи растягивающего (тягового) усилия, задний упор — для передачи сжимающего (ударного) усилия. Упоры воспринимают своими опорными полками продольные усилия от элементов автосцепки и через привалочные плиты, приклепываемые к вертикальным стенкам профиля хребтовой балки, передают эти усилия на балку. Опорные полки подкреплены ребрами, соединяющими эти полки с привалочными плитами. Между ребрами размещены заклепки. Рассматриваемый узел по прочности и надежности не отвечает требованиям норм, учитывающим перспективные условия эксплуатации, в частности, повышение веса поездов до 10 тыс. тс и силы тяги локомотива по троганию с места до 150-160 тс. Эти требования обусловлены длительным (30-40 лет) сроком службы грузовых вагонов. Недостаточная прочность литья и заклепочного соединения была подтверждена результатами длительной эксплуатации четырехосных полувагонов на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа. У полувагонов последних лет постройки после эксплуатации в течение одного-двух лет было обнаружено массовое ослабление заклепок узлов упоров. Кроме того, у 45% полувагонов возникли трещины литья упоров по ребрам и по второму ряду заклепок. В предложенном варианте мы заменяем соединением заклепками на сварку в среде защитного газа.

Кроме того, предлагаем заменить устаревшее оборудование — полуавтомат А-1197Г и выпрямитель ВС-632 на более современную инверторную установку PHOENIX 401 PROGRESSPULSforceArc заменить защитный газ СО2 на смесь газов.

Для соединения полок балок зетового профиля применяется автоматическая сварка под слоем флюса — сварочный автомат А1416 и сварочный выпрямителя ВДУ-1601.

Выбор способа сварки.

Для приварки переднего и заднего упоров, ушек, пятников, фирменной доски, прихватки упоров к зетам выбираем механизированную сварку в смеси аргона с кислородом. Процесс сварки в смеси Аг+02 отличается стабильностью горения дуги; хорошим внешним видом сварных соединений (гладкий мелкочешуйчатый шов), пониженным уровнем разбрызгивания электродного металла на 70-80% из-за меньшего поверхностного натяжения расплавленного металла. Наиболее полно перечисленные преимущества проявляются при сварке на форсированных режимах, когда наступает струйный перенос металла. Металл сварных швов, выполненных в смеси на основе аргона, отличается низким содержанием газов и неметаллических включений, высокими механическими свойствами металла шва, особенно ударной вязкостью при низких температурах.

Преимущества:

1. Лучшее качество.

2. Лучшие условия труда.

3. Экономия средств.

Использование защитных газовых смесей уменьшает расход электроэнергии и материалов на 10-15%.

Защитные газовые смеси — это высокое качество сварного соединения для полуавтоматической, автоматической (в т. ч. с применением робота-автомата) электросварки.

Для соединения зетового профиля и приварки швеллера к ним применяется автоматическая сварка под слоем флюса.

Достоинства способа:

• высокая производительность;
• высокое качество получаемых соединений;
• экономия электроэнергии;
• экономия сварочных материалов;
• невидимая дуга.

Недостатки процесса:

• трудность сварки деталей малых толщин;
• трудность сварки коротких швов;
• трудность выполнения швов в пространственных положениях, отличных от нижнего.

Флюсы выполняют ряд важных функций при сварке: изолируют сварочную ванну от атмосферного воздействия, стабилизируют дугу, формируют поверхность шва и легируют шов.

Одна из наиболее важных характеристик флюса — его вязкость в расплавленном состоянии. От нее зависят формирование шва, глубина проплавления основного металла и выход газов из зоны плавления.

Другие важные характеристики флюсов — их плотность и газопроницаемость. При меньшей плотности шлак легче удаляется из металла сварочной ванны, всплывая на ее поверхность. Это способствует получению сварочных швов, чистых от неметаллических включений.

От газопроницаемости флюсов зависит количество газов и паров в зоне плавления. Высокая газопроницаемость флюса ухудшает его защитные свойства, но способствует лучшему удалению газов, выделившихся из сварочной ванны при кристаллизации.

Лучшей защитной способностью обладают флюсы с плотным строением частиц мелкой грануляции.

Электропроводимость флюса, отделяемость шлаков корки — также важные физические характеристики флюса.

1.5 Выбор сварочных материалов

Механизированная сварка

Сварочные швы выполняются в нижнем положений механизированной сваркой в смеси газов: аргона и кислорода. В качестве сварочных материалов выбираем сварочную проволоку Св -08 Г2С ГОСТ 2246 — 70.

Кислород (О2).

Кислород обладает высокой химической активностью и способен образовывать химические соединения (оксиды) со всеми элементами, кроме инертных газов (аргон, криптон, ксенон, неон и гелий) и благородных металлов (золото, серебро, платина, палладий, родий и т.д.).

В сжатом или нагретом кислороде процесс окисления при определенных условиях может протекать с нарастающей скоростью за счет повышения температуры в зоне реакции вследствие выделения теплоты.

Технический кислород находит широкое применение во многих ведущих отраслях промышленности. Его используют для интенсификации выплавки стали (в мартеновских и электрических печах) и чугуна (в доменных печах), при кислородно-конверторной выплавке стали и получении цветных металлов из руд. Крупным потребителем кислорода является химическая промышленность. С его применением осуществляется газификация твердых топлив, конверсия газообразных углеводородов при получении синтетического аммиака, метанола и формальдегида, производство ацетилена из природного газа, азотной и серной кислот и другие процессы.

Технический газообразный кислород применяют для газопламенной обработки металлов и других технических целей. Медицинский газообразный кислород применяют для дыхания и лечебных целей.

Согласно ГОСТ 5583-78 кислород различается различной степенью чистоты (99,7-99,2 %).

Следует учесть важное значение чистоты газа при сварке и резке металла. Снижение чистоты кислорода на 1 % не только ухудшает качество сварного шва, но и требует увеличения расхода кислорода на 1,5 %.

Аргон (Ar).

Аргон — инертный газ с атомной массой 39,9, в обычных условиях — бесцветный, без запаха и вкуса, примерно в 1,38 раза тяжелее воздуха. Аргон считается наиболее доступным и сравнительно дешевым среди инертных газов.

Аргон занимает третье место по содержанию в воздухе (после азота и кислорода), на него приходятся примерно 1,3% массы и 0,9% объема атмосферы Земли.

В промышленности основной способ получения аргона — метод низкотемпературной ректификации воздуха с получением кислорода и азота и попутным извлечением аргона. Также аргон получают в качестве побочного продукта при получении аммиака.

Газообразный аргон хранится и транспортируется в стальных баллонах (по ГОСТ 949-73).

Баллон с чистым аргоном окрашен в серый цвет, с надписью «Аргон чистый» зеленого цвета.

Согласно ГОСТ 10157-79 газообразный и жидкий аргон поставляется двух видов: высшего сорта (с объемной долей аргона не менее 99,993%, объемной долей водяных паров не более 0,0009%) и первого сорта (с объемной долей аргона не менее 99,987%, объемной долей водяных паров не более 0,001%).

Аргон не взрывоопасен и не токсичен, однако при высокой концентрации в воздухе может представлять опасность для жизни: при уменьшении объемной доли кислорода ниже 19% появляется кислородная недостаточность, а при значительном снижении содержания кислорода возникают удушье, потеря сознания и даже смерть.

Аргон используется в качестве инертного защитного газа при дуговой сварке, в том числе в качестве основы защитной газовой смеси (с кислородом, углекислым газом).

Сварочная проволока Св-08Г2С

Для механизированной сварки хребтовой балки — применяется сварочная проволока Св-08Г2С диаметром 1.6 мм.

Таблица 3 — Химический состав проволоки марки (ГОСТ 2246 — 70)

Марка	C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
Св-08Г2С	0,05-0,11	0,80-0,95	1,8-2,1	0,20	0,25	0,25	0,03

Допускается в проволоке марки Св-08Г2С диаметром 1,6 мм массовая доля марганца 1,65 — 2,10%. В легированной проволоке содержание мышьяка не должно превышать 0,08%. Содержание азота в проволоке не должно превышать 0,012%. Проволока Св-08Г2С бывает с омедненной поверхностью и неомедненной поверхностью. Проволоку с неомедненной поверхностью свертывают в мотки, с размером внутреннего диаметра витков мотка проволоки 300-600 мм массой 15 кг.

Проволоку с омедненной поверхностью свертывают в мотки прямоугольного сечения с размером наружного диаметра — 100 мм. Высота мотка — 50 мм.

По соглашению проволока поставляется, намотанной на катушки или в кассеты. Проволока в мотках (катушках, кассетах) должна состоять из одного отрезка, свернутого неперепутанными рядами и плотно укутанными таким образом, чтобы исключить возможность разматывания мотка. Концы проволоки должны быть легко находимы. Допускается контактная стыковая сварка отдельных кусков проволоки одной плавки. Временное сопротивление разрыву легированной проволоки должно соответствовать 90-135 кгс/мм.

Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений и других загрязнений. На поверхности проволоки допускаются риски (в том числе затянутые), царапины, местная рябизна и отдельные вмятины. Глубина указанных пороков не должна превышать предельного отклонения по диаметру проволоки. На поверхности проволоки не допускается наличие технологических смазок, за исключением следов мыльной смазки без графита и серы.

Проволока поставляется партиями. Каждая партия должна состоять из проволоки одной марки, одной плавки, одного диаметра, одного назначения и одного вида поверхности.

Каждый моток должен быть плотно перевязан мягкой проволокой не менее, чем в трёх местах, равномерно расположенных по периметру мотка. Мотки проволоки одной партии допускается связывать в бухты. Масса одного мотка или бухты не должна превышать 80 кг. На каждый моток проволоки крепят металлическую бирку, на которой должны быть указаны: наименование или товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки, номер партии, клеймо технического контроля. Каждая марка проволоки должна сопровождаться сертификатом, удостоверяющим соответствие проволоки требованиям настоящего стандарта. В сертификате указывают: товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки, номер плавки и партии, состояние поверхности проволоки, химический состав в процентах, результаты испытаний на растяжение, массу проволоки нетто в килограммах.

Автоматическая сварка под слоем флюса.

Флюс.

Для автоматической сварки применяют флюс АН — 348А.

Таблица 4 — Химический состав флюса АН-348А (ГОСТ 9087-71)

кальций фтористый	железо окись (II)	сера	фосфор
		не более
4-6	2	0.14	0.12

Таблица 5 — Строение и цвет зерен флюса АН — 348А (ГОСТ 9087-70)

	Цвет зерен
Стекловидное	Желтый и коричневый всех оттенков

Таблица 6 — оптимальные режимы сушки флюса АН-348А( ГОСТ 9087-71)

Оптимальные режимы сушки
температура, С	время, ч
300-400	1

Сварочная проволока Св-08ГА.

Для автоматической сварки применяется сварочная проволока Св — 08 ГА диаметром 4 мм.

Таблица 7 — Химический состав проволоки марки (ГОСТ 2246 — 70)

Марка	C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
Св-08ГА	0.1	0.6	0.8-1.1	0.1	0.3	0.025	0.03

1.6 Выбор сварочного оборудования

Механизированная сварка.

Для механизированной сварки в смеси газа предлагаем использовать сварочную установку типа PHOENIX 401 PROGRESSPULSforceArc предназначен для сварки сплошной проволокой стыковых, нахлёсточных и угловых соединений из низкоуглеродистых и конструкционных сталей.

Описание:

• инверторный аппарат для импульсной сварки постоянным током, с водяным охлаждением;
• мультипроцесс: Сварка MIG/MAG, сварка TIG с контактным зажиганием, сварка стержневыми электродами и строжка;
• Progress: Настройка всех параметров сварки и функций, а также индикация параметров сварки на устройстве подачи проволоки, однокнопочное управление (Synergic) — удобная регулировка рабочей точки, запрограммированные сварочные задания (JOBs), выбор из списка сварочных заданий (JOB);
• более эффективная сварка с применением технологий forceArc и rootArc;
• возможность подключения дистанционного регулятора и функциональной горелки;
• 4-роликовый подающий механизм для стальной проволоки 1,0 мм + 1,2 мм;
• мощная система охлаждения с центробежным насосом, пневматическим выключателем и большим баком емкостью 12 л. Насос и вентилятор с терморегуляцией;
• кабель подключения к сети, 5 м;
• в качестве опции возможно исполнение с поддержкой разных напряжений (230 В, 400 В, 480 В);

Таблица 8 — Технические характеристики установки сварочной типа PHOENIX 401 PROGRESSPUL SforceArc

Наименование характеристики	Величина
Диапазон регулирования: Сварочный ток / сварочное напряжение
Сварка ВИГ	5А / 10,2 В — 400А / 26,0 В
Ручная сварка	5А / 20,2 В — 400А / 36,0 В
МИГ/МАГ	5А / 14,3 В — 400А / 34,0 В
Длительность включения при	C	C
60%ПВ	-А	400А
80%ПВ	400А	-А
100%ПВ	370А	360А
Рабочий цикл	10 мин 60% ED 6 мин сварка, 4 мин пауза
Напряжение холостого хода	92 В
Сетевое напряжение (допуски)	3 x 400 В (от -25% до +20%)
Частота тока в сети	50/60 Гц
Сетевой предохранитель (плавкий инерционный предохранитель)	3 x 35А
Сетевой кабель	H07RN-F4G4
Макс.потребляемая мощность	21,5 кВА

Определение задачи для сварки МИГ / МАГ.

Серия сварочных аппаратов PHOENIX была сконструирована таким образом, чтобы обеспечить простое и быстрое управление, однако при этом не пожертвовать ни одной функциональной возможностью.

Для самых распространённых случаев предусмотрены 128 запрограммированных заданий (сварочных заданий).

Задание (JOB) определяется четырьмя основными параметрами сварки: способом сварки, видом материала, диаметром проволоки и видом газа.

Цифровая система рассчитывает необходимые параметры процесса, как например, сварочный ток, сварочное напряжение или импульсный ток в зависимости от заданной рабочей точки.

Пользователь должен выбрать номер необходимого задания (комбинацию материала, диаметра проволоки и газа) по одному списку заданий (наклеен на крышке корпуса устройства подачи проволоки) и ввести этот трёхзначный номер задания на устройстве управления.

Другие параметры сварки, например, подготовительная подача газа, открытое пламя и т.д., которые требуются в большом числе применений, можно ввести по требованию.

Программирование описанных здесь параметров и функций может осуществляться также с помощью персонального компьютера и программы настройки сварочных параметров PHOENIX PCM 300.

Автоматическая сварка под слоем флюса

Сварка балок зетового профиля производится сварочным автоматом А1416,его технические характеристики даны в таблице 9.

Таблица 9 — Технические характеристики сварочного автомата А-1416

Наименование	Величина
Напряжение питающей сети трёхфазного переменного тока, В при частоте 50 Гц	380
Номинальный сварочный ток при ПВ=100%	1000А
Вид сварного шва:	Стыковой в нижнем положении
Способ защиты дуги	Флюс
Диаметр электродной проволоки	2….5 мм
Количество электродов	1 шт.
Скорость подачи электрода(м/ч)	47±509
Скорость сварки(м/ч)	12-420
Регулировка скорости подачи электрода	Ступенчатая
Регулировка скорости сварки	Ступенчатая
Способ слежения за стыком	Указатель световой
Регулировка угла наклона электрода к вертикали (ручная) град, не менее	±25
Габаритные размеры	1860x860x960

Описание системы слежения. Система слежения предназначена для ведения электрода по стыку свариваемого изделия в автоматическом и смешанном режимах при совместной работе со сварочным автоматомата.

Технические характеристики:

• напряжение питающей сети трехфазного переменного тока, В 380.
• скорость слежения, мм/мин 100.
• ход вертикального перемещения, мм 100.
• ход горизонтального перемещения, мм 200.
• минимальная величина зоны нечувствительности, мм 2,0.

В состав изделия входят:

• шкаф системы управления;
• двухкоординатный суппорт;
• датчик системы слежения;
• механизм корректировки датчика слежения;
• лазерный указатель стыка;
• рама;
• кабели.

Устройство и описание работы изделия.

Двухкоординатный суппорт состоит из двух салазок, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, каждая из которых приводится в движение своим электродвигателем через редуктор. Каждый двигатель снабжен электрической тормозной муфтой, которая тормозит двигатель при его остановке. Каждая из салазок снабжена бесконтактными датчиками крайних и среднего положений. Датчики включены при отсутствии данного положения и отключаются при достижении его.

Механизм корректировки датчика слежения состоит из двух салазок, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, с ручным приводом и служит для установки датчика слежения относительно сварочного электрода.

Рама представляет из себя металлическую конструкцию, встраиваемую в сварочный автомат для соединения узлов автомата и системы слежения, а также для повышения жесткости всей конструкции.

Датчик системы слежения (в дальнейшем — датчик) состоит из корпуса, подвижного штока и бесконтактных индуктивных датчиков (в дальнейшем — БИД).

В процессе работы щуп скользит по разделке свариваемого изделия, слегка поджимаясь вниз. При отклонении изделия относительно датчика происходит отклонение щупа, что приводит к отклонению штока, который в свою очередь приближается к соответствующему БИД, который определяет соответствующее направление отработки системы слежения. При дальнейшем отклонении щупа происходит срабатывание центрального БИД зоны не чувствительности, который разрешает отработку системы слежения в соответствующее направление до исчезновения сигнала с соответствующего БИД.

Система слежения может работать в следующих режимах:

• отключено;
• ручной;
• автоматический;
• смешанный.

В режиме «ОТКЛЮЧЕНО» управление двухкоординатным суппортом невозможно, сварочный автомат работает в штатном режиме.

В режиме «РУЧНОЙ» управление двухкоординатным суппортом осуществляется либо с панели управления, либо крестовым переключателем.

В режиме «АВТОМАТИЧЕСКИЙ» управление двухкоординатным суппортом осуществляется автоматически при помощи датчика слежения по обеим координатам.

В режиме «СМЕШАННЫЙ» управление двухкоординатным суппортом по вертикали осуществляется от датчика слежения, а по горизонтали от крестового переключателя.

В автоматическом и смешанном режимах система слежения может работать по следующим циклам:

• работа;
• поиск;
• слежение;
• исходное положение.

Лазерный указатель стыка расположен на кронштейне крепления датчика слежения. Он закреплен через систему хомутов и шарниров, которые позволяют производить регулировку указателя во всех плоскостях, что дает возможность легко и точно выставить луч указателя на стык свариваемого изделия. На передней панели шкафа системы управления находится резистор, регулирующий силу светового потока луча указателя.

Корпус указателя стыка находится под напряжением 5 В относительно земли, поэтому его необходимо держать изолированно от всех заземленных металлоконструкций

В качестве источника питания для сварочного автомата А-1416 подходит выпрямитель ВДУ-1601. Предназначен для механизированной (автоматической) дуговой сварки и наплавки под слоем флюса (соответствует всем требованиям для источников питания)

Таблица 10 — Технические характеристики выпрямителя ВДУ-1601

	Наименование	Величина
1.	Напряжение питающей сети, В	380
2.	Частота питающей сети, Гц	50
3.	Номинальный сварочный ток при ПВ=100% и длительности цикла 10 мин, А	1601
4.	Номинальное напряжение на дуге, В	45
5.	Регулирование сварочного тока	плавное
6.	Пределы регулирования сварочного тока, А	250-1601
7.	Пределы регулирования напряжения на дуге, В	24-44
	Коэффициент полезного действия, % не менее	83
9.	Габаритные размеры, мм	790x610x1410
10.	Масса, кг	530

1.7 Расчёт и выбор режимов сварки

Режима механизированной сварки.

Характеристиками режима механизированной сварки в смеси газов являются:

• сила тока Iсв, А;
• марка электродной проволоки;
• диаметр электродной проволоки d, мм;
• род тока;
• полярность;
• напряжение на дуге Ud, В;
• скорость сварки Vсв, м/ч;
• количество проходов Гц;
• скорость подачи электродной проволоки V под, м/ч;
• расход газа, л/мин.

Род тока — постоянный, полярность обратная — для лучшего формирования, уменьшения разбрызгивания и образования пор.

Объем расхода газа составляет 18ч 20 л /м

Таблица 11 — Режимы сварки

Параметры	Значение	Единицы измерения
Сила сварного тока	360	А
Диаметр проволоки	1,6	Мм
Напряжение на дуге	28-30	В
Род и полярность тока	Постоянный, обратной полярности
Скорость подачи проволоки	490	м/ч

Автоматической сварки под слоем флюса.

Характеристиками автоматической сварки под слоем флюса являются:

• род тока, полярность;
• сила тока Iсв, А;
• напряжение на дуге Uд, В;
• марка электродной проволоки;
• диаметр электродной проволоки dэ, мм;
• марка флюса;
• скорость сварки Vсв, м/ч;
• скорость подачи электродной проволоки Vпод, м/ч.

Род тока — постоянный, полярность обратная.

Сила тока определяется по формуле:

Iсв = h / К

• 100, А

где h — глубина провара, мм, h = 7 мм, К — коэффициент, К = 1,05 мм/ 100 А.

Iсв = 7 / 1,05

• 100 = 670 А

Напряжение на дуге: Uд = 36 ? 38 В

Марка проволоки Св — 08ГА, так как она отличается наименьшим содержанием серы и фосфора.

Диаметр электродной проволоки определяется по формуле:

dэ = 2

• Iсв / i
• р, мм

где i — плотность тока, i = 38,2 А/ммІ

dэ = 2

• 470 /38,2
• 3, 14 = 4 мм

Марка флюса — АН — 348А, так как он высококачественный, марганцовистый.

Скорость сварки определяется по формуле:

Vсв = ан

• Iсв / Fш
• г, м/ч

где Fш — площадь сечения шва, ан — коэффициент наплавки, ан =11,5 г/А•ч.

Vсв = 15

• 670 /85 •7,85 = 30 м/ч

Скорость подачи проволоки определяется по формуле:

Vпод= ан

• Iсв / Fэ
• г

Vпод = Vсв

• Fш / Fэ, м/ч

где Fэ — площадь сечения электродной проволоки, ммІ

Fэ = р

• dІ /4

Fэ = 3,14

• 16 / 4 = 12,6 ммІ

Vпод= 30

• 85 / 12,6 =202 м/ч

На ОАО «НПК « Уралвагонзавод» применяются следующие параметры режима, как наиболее рациональные:

• диаметр электродной проволоки — 4 мм;
• сила сварочного тока — 760 — 820 А;
• напряжение на дуге — 34 — 38 В;
• скорость сварки — 60 — 65 см/мин.

1.8 Расчётная часть

Нормирование сборки

Установить два профиля -2,7 х2 = 5,4 мин

Установить швеллер — 2,7 мин

Установка ушек — 0,7х 8 = 5.6 мин

Установка упоров — х 4 = мин

Установка пятников — х 2 = мин

Установка фирменной доски — мин

Прихватка — мин

Закрепление — мин

Т ш = мин

Нормирование сварочных работ

Тш = 1,

где Тш — время на сварку; То — основное время; Tвш — вспомогательное время связанное со швом; Т ви — вспомогательное время связанное с изделием; L ш — длина шва , в метрах. Tо — основное время.

Основное время сварки — это время непосредственного образования сварного шва путем расплавления основного и присадочного металла, то есть время горения дуги

1. Шов 1 (автоматическая сварка зетов).

То = 4,63 мин.

2. Шов 2 (приварка швеллера к зетам).

То = 1,03 мин.

3. Шов 3 (приварка задних упоров);

• То = 4.6 мин.

4. Шов 4 (приварка передних упоров);

• То = 4.6 мин.

5. Шов 5 (приварка ушек);

• То = 1,84 мин.

6. Шов 6 (приварка пятника);

• То = 4,6 мин.

7. Шов 7 (приварка фирменной доски).

То = 1,84 мин.

8. Шов 8 (прихватка упоров к зетам).

То = 4,6 мин.

Tвш — вспомогательное время связанное со швом, определяется по таблицам. Tвш — для полуавтоматической сварки в среде углекислого газа.

Зачистка — 0,5 мин.

Очистка — 0,3 мин.

Осмотр — 0,3 мин.

Переход — 0,15 = 0,15 мин.

Tвш- для автоматической сварки под флюсом.

Зачистка — 0,5 мин.

Корректировка электрода — 0,15 мин.

Возврат автомата — 0,1 мин.

Сбор флюса 0,4 мин.

Очистка — 0,4 мин.

Т ви — вспомогательное время связанное с изделием определяется по таблицам.

Вспомогательное время, связанное со свариваемым изделием и оборудованием (Т ви) включает в себя: установку деталей или узлов вручную или краном на рабочее место или приспособление; перемещение (кантовка) деталей или узлов краном; крепление и открепление деталей ручными зажимами, поворот сборочно-сварочных приспособлений совместно с узлами; перемещение сварщика в процессе сварки.

Т ви — вспомогательное время связанное с изделием (автоматическая сварка под флюсом).

Т ви = 10,2 мин.

Тви- вспомогательное время связанное с изделием (полуавтоматическая сварка в среде защитного газа).

Т ви = 6,27 мин.

Время на обслуживание рабочего места, время на отдых, личные надобности и подготовительно-заключительное время выражено в процентах от оперативного времени и равно 10%. Время на обслуживание рабочего места, принятое равным 2%, складывается из затрат на: раскладку и уборку инструмента сварщика; регулировку силы сварочного тока в процессе работы; уборку рабочего места.

Таблица 12 — нормирование сварных швов

№	Швы	Диаметр проволоки	То, мин	Тш , мин
1	Шов 1 (автоматическая сварка зетов)	4	4,63	37,7
2	Шов 2 (приварка швеллера к зетам)	4	1,03	23,54
3	Шов 3 (приварка задних упоров);	1,6	4.60	8,43
4	Шов 4 (приварка передних упоров);	1,6	4.60	8,43
5	Шов 5 (приварка ушек);	1,6	1,84	3,12
6	Шов 6 (приварка пятника);	1,6	4.60	4,82
7	Шов 7 (приварка фирменной доски)	1,6	1,84	4, 63
8	Шов 8 (прихватка упоров к зетам)	1,6	4.60	2, 54

Расчёт массы наплавленного металла.

Расчёт массы наплавленного металла производится по формуле:

Рн = Fм * Lш * l,

где Pн — масса наплавленного металла; Fш — площадь поперечного сечения шва; Lш — длина шва.

Шов 3 (приварка задних упоров); 4 (приварка передних упоров); 6 (приварка пятника); 8 (прихватка упоров к зетам) имеют катет 8 мм:

Fш = К2 / 2 + 1,05 *К * h.

Fш = .

L Ш = 1200+ 1200 +304 х 4 + 400 = 4016 мм.

Рн = 0,488 * 401,6 * 7,85 = 1568,5 гр = 1, 57 кг.

Шов 5 (приварка ушек); 7 (приварка фирменной доски) имеют катет 5 мм:

Fш = 25 (мм2).

L Ш = 4640 мм.

Рн = 0,92 кг.

Шов 2 (приварка швеллера к зетам) имеют катет 5 мм:

Fш = 25 (мм2).

L Ш = 25400 мм.

Рн = 3,95 кг.

Шов 1 (автоматическая сварка зетов).

Fш = 115 (мм2).

L Ш = 25400 мм.

Рн =1,15 * 1270 * 7,85 = 20434,08 = 1,98 кг.

Таблица 13 — Масса наплавленного металла

№	Швы	Диаметр проволоки	Масса, кг
1	Шов 1 (автоматическая сварка зетов)	4	1, 98
2	Шов 2 (приварка швеллера к зетам)	4	3,95
3	Шов 3 (приварка задних упоров); 4 (приварка передних упоров); 6 (приварка пятника); 8 (прихватка упоров к зетам)	1,6	1,57
4	Шов 5 (приварка ушек); 7 (приварка фирменной доски)	1,6	0,92
ИТОГО:	8,42

Расчёт расхода вспомогательных материалов.

Расход сварочной проволоки.

Для сварки швов 1 и 2 применяется сварочная проволока Св 08 ГА ГОСТ 2246 — 70 диаметром 4 мм.

Расход проволоки определяется по формуле:

Рпр = Р н / к пр,

где Р н — масса наплавленного металла, кг; к пр — коэффициент перехода металла проволоки в шов (сварка под флюсом к пр = 0,98).

Рпр = 6,06 кг.

Для сварки швов 3; 4; 5; 6; 7 применяется сварочная проволока Св 08 Г2С ГОСТ 2246 — 70 диаметром 1,6 мм.

Расход проволоки определяется по формуле:

Рпр = Р н / к пр,

где Р н — масса наплавленного металла, кг; к пр — коэффициент перехода металла проволоки в шов (сварка в среде защитного газа к пр = 0,92).

Рпр = 2,81 кг.

Расход флюса.

Расход флюса определяется по формуле:

Рпр = (1,0 — 1,2) * Р н,

Рпр = 7,12 кг.

Расход газа (СО2)

Расход газа определяется по формуле:

Рг = Р н* t св = 10,92 л.

Расход технологической энергии А определяется по формуле:

А = I

• U
• t/ (1000
• ) + W(T-t),

где I- ток сварочный, А; U- напряжение на дуге, В;

• КПД источника питания;

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/diplomnaya/svarka-hrebtovoy-balki-vagona/

• W- коэффициент мощности, кВт;
• t- основное время сварки, ч.;
• T- штучное время, ч.

Для полуавтоматической сварки: А = 1,3 кВт час.

Для автоматической сварки под слоем флюса: А = 6,87 кВт.

Расчет уровня и степени механизации.

Степень механизации определяется по формуле:

С=У К ·Т

• 100% / (У Т+ У К
• Т),

где К — коэффициент проведения трудоемкости механизированных способов сварки (К=2); Т — трудоемкость механизированных работ; Т — трудоемкость немеханизированных работ. Ум — уровень механизаций

Ум = См (1 — ) *100%,

Для полуавтоматической сварки в среде защитного газа:

См = 86,4 %.

Ум = 43,2%.

Для автоматической сварки под слоем флюса:

См = 92,24 %.

Ум = 46,12%.

Расчет расхода основных материалов

Таблица 14 — Расходов основного металла

Наименование деталей	Кол — во	Вес одной детали, кг.	Вес деталей
Упор передний	2	100,2	200,4
Балка правая	1	236,9	236,9
Балка левая	1	236,9	236,9
Доска фирменная	1	12,6	12,6
Ушки	8	0,3	2,4
Надпятник	2	147,5	295
Планка	2	0,5	1

Расчет расхода основного металла:

P = Pg*Z

Z — коэффициент потерь.

Z = 1,02 — 1,08 ( для машиностроения).

Р = 1,08* = кг.

2. Организационная часть

2.1 Тип производства

В соответствии с запланированным объемом хребтовых балок в год, производство считается серийным.

Серийное производство — тип производства, характеризующийся ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска.

Партия или производственная партия — это группа заготовок одного наименования и типоразмера, запускаемых в обработку одновременно или непрерывно в течение определенного интервала времени.

Серийное производство является основным типом современного производства, и предприятиями этого типа выпускается в настоящее время 75-80 % всей машиностроительной продукции. По всем технологическим и производственным характеристикам серийное производство занимает промежуточное положение между единичным и массовым производством.

2.2 Организация рабочего места

Рабочим местом называется закрепленный за рабочими или бригадой рабочих участков производственной площади, которая оснащена оборудованием и инструментом в соответствии с требованиями технологического процесса, в данном случае сварки, а также требованиями техники безопасности.

В зависимости от типа и габаритов свариваемой конструкции, организации сварочного участка и т.п. рабочие места сварщиков могут быть стационарными или нестационарными.

2.3 Организация управления участка

Начальник участка выполняет следующие должностные обязанности:

• Осуществляет руководство производственно-хозяйственной деятельностью участка.
• Обеспечивает выполнение производственных заданий, поставленных перед участком, и выпуск продукции согласно установленным планам.
• Проводит работу по предупреждению брака и следит за соблюдением установленных нормативов качества, предъявляемых к выпускаемой продукции.
• Организует текущее производственное планирование, учет, составление и своевременное предоставление отчетности о производственной деятельности участка.
• Обеспечивает технически правильную эксплуатацию оборудования и других основных средств, выполнение графиков их ремонта.
• Координирует работу мастеров, рабочих участка и других подчиненных сотрудников.
• Участвует в подборе кадров рабочих и служащих, организует их расстановку на участке.
• Контролирует соблюдение работниками правил и норм охраны труда и техники безопасности, производственной и трудовой дисциплины, правил внутреннего трудового распорядка.
• Представляет предложения о поощрении отличившихся работников, наложении дисциплинарных взысканий на нарушителей производственной и трудовой дисциплины, применении при необходимости мер материального воздействия.
• Организует работу по повышению квалификации работников участка, проводит воспитательную работу в коллективе.

Старший мастер выполняет следующие должностные обязанности:

• Руководит работой мастеров участка.
• Содействует обеспечению максимального использования производственных мощностей.
• Устанавливает дневные производственные задания в соответствии с графиком выпуска продукции.
• Контролирует строжайшее соблюдение работниками цеха технологического процесса.
• Организовывает технически правильную эксплуатацию оборудования и других основных средств и выполнение графиков их ремонта.
• Запрещает выполнение всех видов работ на неисправном оборудовании.

Мастер выполняет следующие должностные обязанности:

• Осуществляет в соответствии с действующими законодательными и нормативными актами, регулирующими производственно-хозяйственную деятельность предприятия, руководство производственным участком.

— Обеспечивает выполнение участком в установленные сроки производственных заданий по объему производства продукции (работ, услуг), качеству, заданной номенклатуре (ассортименту), повышение производительности труда, снижение трудоемкости продукции на основе рациональной загрузки оборудования и использования его технических возможностей, повышение коэффициента сменности работы оборудования, экономное расходование сырья, материалов, топлива, энергии и снижение издержек.

• Своевременно подготавливает производство, обеспечивает расстановку рабочих и бригад, контролирует соблюдение технологических процессов, оперативно выявляет и устраняет причины их нарушения.
• Участвует в разработке новых и совершенствовании действующих технологических процессов и режимов производства, а также производственных графиков.
• Проверяет качество выпускаемой продукции или выполняемых работ, осуществляет мероприятия по предупреждению брака и повышению качества продукции (работ, услуг).

• Принимает участие в приемке законченных работ по реконструкции участка, ремонту технологического оборудования, механизации и автоматизации производственных процессов и ручных работ.
• Организует внедрение передовых методов и приемов труда и т. д.

Работник обязан:

• Добросовестно исполнять свои трудовые обязанности, возложенные на него трудовым договором;
• соблюдать правила внутреннего трудового распорядка организации;
• соблюдать трудовую дисциплину;
• выполнять установленные нормы труда;
• соблюдать требования по охране труда и обеспечению безопасности труда. Бережно относиться к имуществу работодателя и других работник…