Технологический процесс сборки-сварки изделия «Цистерна»

метки: Сварка, Цистерна, Нефтяной, Сварочный, Материал, Решение, Технологический, Производство

В современном сварочном производстве характерны разнообразие способов дуговой сварки, широкий масштаб их применения в различных отраслях промышленности и привлечение большого числа рабочих.

Трубопроводы, корпуса судов, изделия судового машиностроения изготавливают с применением прогрессивных материалов и способов дуговой сварки. К последним в основном относятся ручная дуговая сварка покрытыми электродами, механизированная сварка сталей под флюсом и в углекислом газе, механизированная сварка в аргоне и в азоте сплавов на основе алюминия, меди, титана.

Успехи в разработке и производстве покрытых электродов обусловили высокую производительность ручной дуговой сварки сталей, не уступающих механизированной сварке под флюсом и в углекислом газе, поэтому этот способ широко применяют в отрасли.

При изготовлении трубопроводов из медно-никелевых сплавов применяют механизированную сварку в азоте плавящимся вольфрамовым электродом. На заводах освоена и широко применяется ручная аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом и механизированная сварка плавящимся электродом сплавов алюминия и титана.

Внедрение в производство большой номенклатуры конструкционных и сварочных материалов, способов дуговой сварки обусловило необходимость исследования влияния технологии сварки на характер излучения электрической дуги с целью определения его опасности для органов зрения, эффективности выпускаемых промышленных средств защиты глаз и соответствия параметров отечественных светофильтров физиологическим особенностям органов зрения.

Выше перечисленные способы сварки широко применяемые не только в судостроении, но и в других отраслях промышленности, значительно отличающихся друг от друга в связи с чем позволяют более полно исследовать влияние технологии сварки на излучение электрической дуги и определить его интенсивность в различных областях спектра.

Используют различные способы сварки: контактная, точечная, полуавтоматическая, аргонодуговая, в среде СО ₂ , ручная дуговая и так далее.

Данными способами сварки изготавливают различные конструкции, цистерны, вахтовые автобусы, автобусы, прицепы и так далее. Для изготовления какого-либо сваренного изделия используют приспособления, обеспечивающие надежное закрепление деталей, быструю и точную установку по упорам в заданной последовательности и должно быть удобно в эксплуатации, которые могут быть ручными, механизированными и автоматизированными.

Использование приспособления повысит производительность труда, сократит время производства сварной конструкции, повысит качество сборки-сварки, облегчит труд рабочего.

Дуговая механизированная сварка в защитных газах

... работ при дуговой механизированной сварке в защитных газах входят: сборочно-сварочные приспособления; газовая аппаратура; приборы газовой ... способом изготовления будет полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа. 2. Способ сварки Сварка в защитных газах является одним из способов дуговой сварки. При этом способе ... всеми видами дуговой сварки и широко используются ... Напряжение на дуге при сварке в ...

Целью курсового проекта является разработка технологического процесса сборки-сварки изделия «Цистерна».

Конструкция представляет цистерну . Цист е рна (от лат. cisterna — водоём, водохранилище), искусственное закрытое сооружение либо ёмкость для хранения или транспортировки жидкостей, сжиженных газов, сыпучих тел. Представляет наземную емкость для хранения . Изготавливается из хладостойкой среднелегированной высокопрочной стали категории F 500.

Рисунок 1.1 Цистерна для хранения нефтепродуктов

Химический состав материала конструкции представлен в таблице 1.1

Таблица 1.1

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Ce	Al	Cu
0.07 — 0.13	до 0.8	до 0.8	18 — 19.5	до 0.02	до 0.035	18 — 19.5	до 0.03	3.2 — 4.2	0.4 — 0.6

Механические свойства материала при температуре t=20 ⁰ представлены в таблице 1.2

Таблица 1.2

Сортамент	Размер	Напр.	s в	s T	d 5	y	KCU	Термообр.
—	мм	—	МПа	МПа	%	%	кДж / м 2	—
Лист	4 — 11	Поп.	500		40			Нагрев 1080 o C,Охлаждение воздух,
Пруток	Ш 40	Прод.	600	340	28	35		Нагрев 1130 — 1150 o C,Охлаждение воздух,

Физические свойства материала конструкции представлены в таблице 1.3

Таблица

T	E 10 — 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м 3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	1.86			7630
100	1.82	15.5	12.4
200	1.78	16.5	13.4
300	1.71	17	15.4
400	1.65	17.4	17.1
500	1.61	17.65	18.4
600	1.56	18.2	20.5
700	1.46	18.4	21.7
800	1.38	18.8	23
900	1.27	18.6
T	E 10 — 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9

Таблица. Примечания к таблицам

Механические свойства :
s в	— Предел кратковременной прочности , [МПа]
s T	— Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d 5	— Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y	— Относительное сужение , [ % ]
KCU	— Ударная вязкость , [ кДж / м 2 ]
HB	— Твердость по Бринеллю , [МПа]

Таблица

Физические свойства :
T	— Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E	— Модуль упругости первого рода , [МПа]
a	— Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o — T ) , [1/Град]
l	— Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	— Плотность материала , [кг/м 3 ]
C	— Удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o — T ), [Дж/(кг·град)]
R	— Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Основные технические размеры конструкции:

• Диаметр обшивки D-2000 мм;
• Толщина -20 мм;

Набор:

• Стенка толщина -10 мм;
• Полка толщина -14 мм;
• Ширина В-100 мм;
• Шпация (расстояние между набором) Т-500мм;
• Высота набора Н-200 мм.

Среднелегированные высокопрочные стали и сплавы обладают комплексом положительных свойств. Поэтому одну и ту же марку стали иногда можно использовать для изготовления изделий различного назначения, например коррозионно-стойких, хладостойких, жаропрочных и т.д. В связи с этим и требования к свойствам сварных соединений будут различными. Это определит и различную технологию сварки (сварочные материалы, режимы сварки, необходимость последующей термообработки и т.д.), направленную на получение сварного соединениях необходимыми свойствами, определяемыми составом металла шва и его структурой.

Характерные для сталей теплофизические свойства определяют некоторые особенности их сварки. Пониженный коэффициент теплопроводности при равных остальных условиях значительно изменяет распределение температур в шве и околошовной зоне (рис. 2.1).

В результате одинаковые изотермы в высоколегированных сталях более развиты, чем в углеродистых. Это увеличивает глубину проплавления основного металла, а с учетом повышенного коэффициента теплового расширения возрастает и коробление изделий.

Поэтому для уменьшения коробления изделий из сталей следует применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной концентрацией тепловой энергии. Примерно в 5 раз более высокое, чем у углеродистых сталей, удельное электросопротивление обусловливает больший разогрев сварочной проволоки в вылете электрода или металлического стержня электрода для ручной дуговой сварки. При автоматической и полуавтоматической дуговой сварке следует уменьшать вылет электрода и повышать скорость его подачи. При ручной дуговой сварке уменьшают длину электродов и допустимую плотность сварочного тока.

Рис. 2.1 Температурные поля при одинаковой погонной энергиии толщине металла при сварке углеродистой (а) и среднелегированной (б) сталей

Одна из основных трудностей при сварке рассматриваемых сталей и сплавов — предупреждение образования в швах и околошовной зоне горячих трещин. Предупреждение образования этих дефектов достигается:

1) Ограничением (особенно при сварке аустенитных сталей) в основном и наплавленном металлах содержания вредных (серы, фосфора) и ликвирующих (свинца, олова, висмута) примесей, а также газов — кислорода и водорода. Для этого следует применять режимы, уменьшающие долю основного металла в шве, и использовать стали и сварочные материалы с минимальным содержанием названных примесей. Техника сварки должна обеспечивать минимальное насыщение металла шва газами. Этому способствует применение для сварки постоянного тока обратной полярности. При ручной сварке покрытыми электродами следует поддерживать короткую дугу и сварку вести без поперечных колебаний. При сварке в защитных газах, предупреждая подсос воздуха, следует поддерживать коротким вылет электрода и выбирать оптимальными скорость сварки и расход защитных газов. Необходимо также принимать меры к удалению влаги из флюса и покрытия электродов, обеспечивая их необходимую прокалку. Это уменьшит также вероятность образования пор, вызываемых водородом;

2) Получением такого химического состава металла шва, который обеспечил бы в нем двухфазную структуру. Для жаропрочных и жаростойких сталей с малым запасом аустенитности и содержанием никеля до 15 % это достигается получением аустенитно-ферритной структуры с 3 … 5 % феррита. Большее количество феррита может привести к значительному высокотемпературному охрупчиванию швов ввиду их сигматизации. Стремление получить аустенитно-ферритную структуру швов на глубокоаустенитных сталях, содержащих более 15 % Ni, потребует повышенного их легирования ферритообразующими элементами, что приведет к снижению пластических свойств шва и охрупчиванию ввиду появления хрупких эвтектик, а иногда и у-фазы.

Поэтому в швах стремятся получить аустенитную структуру с мелкодисперсными карбидами и интерметаллидами. Благоприятно и легирование швов повышенным количеством молибдена, марганца и вольфрама, подавляющих процесс образования горячих трещин. Количество феррита в структуре швов на коррозионно-стойких сталях может быть повышено до 15 … 25 %. Высоколегированные стали содержат в качестве легирующих присадок алюминий, кремний, титан, ниобий, хром и другие элементы, обладающие большим сродством к кислороду, чем железо. Поэтому при наличии в зоне сварки окислительной атмосферы возможен их значительный угар, что может привести к уменьшению содержания или к полному исчезновению в структуре шва ферритной и карбидной фаз, особенно в металле с небольшим избытком ферритизаторов.

Для сварки рекомендуется использовать неокислительные низкокремнистые, высокоосновные флюсы (фторидные) и покрытия электродов (фтористокальциевые).

Сварка короткой дугой и предупреждение подсоса воздуха служит этой же цели. Азот — сильный аустенитизатор, способствует измельчению структуры за счет увеличения центров кристаллизации в виде тугоплавких нитридов. Поэтому азотизация металла шва способствует повышению их стойкости против горячих трещин.

Высокоосновные флюсы и шлаки, рафинируя металл шва и иногда модифицируя его структуру, повышают стойкость против горячих трещин. Механизированные способы сварки, обеспечивая равномерное проплавление основного металла по длине шва и постоянство термического цикла сварки, позволяют получить и более стабильные структуры на всей длине сварного соединения;

3) Применением технологических приемов, направленных на изменение формы сварочной ванны и направления роста кристаллов аустенита. Действие растягивающих сил, перпендикулярное направлению роста столбчатых кристаллов, увеличивает вероятность образования горячих трещин (рис. 2.2).

При механизированных способах сварки тонкими электродными проволоками поперечные колебания электрода, изменяя схему кристаллизации металла шва, позволяют уменьшить его склонность к горячим трещинам;

4) Уменьшением силового фактора, возникающего в результате термического цикла сварки, усадочных деформаций и жесткости закрепления свариваемых кромок. Снижение его действия достигается ограничением силы сварочного тока, заполнением разделки швами небольшого сечения и применением соответствующих конструкций разделок. Этому же способствует хорошая заделка кратера при обрыве дуги. Кроме перечисленных общих особенностей сварки высоколегированных сталей и сплавов, есть специфические особенности, определяемые их служебным назначением. При сварке жаропрочных и жаростойких сталей обеспечение требуемых свойств во многих случаях достигается термообработкой (аустенизацией) при температуре 1050 … 1110 °С, снимающей остаточные сварочные напряжения, с последующим стабилизирующим отпуском при температуре 750 … 800 °С. При невозможности термообработки сварку иногда выполняют с предварительным или сопутствующим подогревом до температуры 350 … 400 °С. Чрезмерное охрупчивание швов за счет образования карбидов предупреждается снижением содержания в шве углерода. Обеспечение необходимой окалиностойкости достигается получением металла шва, по составу идентичного основному металлу. Это же требуется и для получения швов стойких к общей жидкостной коррозии.

Рис. 2.2 Влияние направления роста кристаллитов на вероятность образования в швах горячих трещин:а — направление роста кристаллитов и растягивающих напряжений совпадает (трещина возможна по оси встречи кристаллов); б — направление растягивающих напряжений под углом к направлению роста кристаллов (трещины между осями кристаллов более вероятны, а по оси их встречи менее вероятны); в — наличие зазора в угловом соединении (дезориентируя структуру шва за счет уменьшения интенсивности теплоотвода, уменьшает вероятность образования горячейтрещины; этому способствует и отсутствие концентратора напряжений в соединении с зазором .

В связи с этим сварку необходимо выполнять при наименьшей погонной энергии, используя механизированные способы сварки, обеспечивающие непрерывность получения шва. Повторные возбуждения дуги при ручной сварке, вызывая нежелательное тепловое действие на металл, могут вызвать появление склонности его к коррозии. Шов, обращенный к агрессивной среде, по возможности следует сваривать в последнюю очередь, чтобы предупредить его повторный нагрев, последующие швы в многослойных швах — после полного охлаждения предыдущих. Следует принимать меры к ускоренному охлаждению швов. Брызги, попадающие на поверхность основного металла, могут быть впоследствии очагами коррозии. Следует тщательно удалять с поверхности швов остатки шлака и флюса, так как взаимодействие их в процессе эксплуатации с металлом может повести к коррозии или снижению местной жаростойкости.

Выбираем сварочные материалы, сварку всей конструкции будем выполнять автоматическим (с помощью сварочного трактора ТС-17М на специальном стенде для сварки цилиндрических деталей цистерны) и полуавтоматическим способом. Так как сварка может происходить при отрицательной температуре -15 ⁰ С, выполняем ее с предварительным, сопутствующим и выравнивающим подогревом до 50^? с. Для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев, термообработка (при t= 850 ⁰ С ) после сварки отжиг.

Сварочный трактор ТС-17-М является портативным, легким переносным сварочным аппаратом универсального типа, предназначенным для сварки любых швов в нижнем положении: а) стыковых швов с разделкой и без разделки; б) угловых швов в лодочку и в тавр (наклонной сварочной проволокой) и в) нахлесточных швов.

Швы могут быть прямолинейными и кольцевыми. Минимальный диаметр кольцевого шва внутри сосудов, который можно варить трактором, равен 1200 мм. Универсальность трактора достигается сменными бегунками тележки и большим углом поворота головки.

Тракторы ТС-17-М снабжены полным комплектом сменных бегунков и могут настраиваться на необходимый тип шва. Подача проволоки в зону сварки и движение трактора осуществляются от одного асинхронного электродвигателя типа МАГ-2, при 2900 об/мин, мощностью 0,2 квт. Скорость подачи проволоки и настройка трактора на заданную скорость сварки достигаются за счет сменных шестерен.

Трактор ТС-17-М состоит из следующих основных узлов: головки, мундштука 7, правильного механизма, корректировочного механизма, электродвигателя, ходового механизма, переднего шасси, бункера, катушки для сварочной проволоки, основного пульта управления, дополнительного пульта управления, электроизмерительных приборов.

Трактор снабжен двумя мундштуками:

1. Мундштук типа I предназначен для проволоки диаметром 3—5 мм, рассчитан на ток до 1000 а. Этот мундштук 7 имеет два бронзовых контактных ролика, между которыми скользит сварочная проволока.

2. Трубчатый мундштук типа II применяется при сварке проволокой диаметром 1,6 и 2 мм, рассчитан на токи до 600 а. Скользящим контактом этого мундштука служит бронзовый наконечник, ось которого несколько смещена относительно оси мундштука. Благодаря такому эксцентричному расположению контактного наконечника проволока изгибается в мундштуке и вследствие своей упругости сама создает необходимое давление.

Для настройки трактора на сварку угловых шгов наклонным электродом к мундштукам придается специальное приспособление. Ходовой механизм и переднее шасси трактора ТС-17-М служит для перемещения трактора по свариваемому изделию. Ходовой механизм состоит из замедляющего редуктора и пары ведущих бегунков. Для возможности свободного маршевого перекатывания трактора червячная шестерня на валу бегунка закреплена при помощи фрикциона, которым ее можно отключить от вала. При этом бегунки отключаются от самотормозящей части редуктора и могут свободно вращаться.

При сварке угловых швов в лодочку ведущие бегунки ходового механизма идут, по одной из стенок угла, а для упора во вторую стенку на корпусе ходового механизма закрепляется задний упорный ролик.

Направление дуги по шву достигается копирным роликом. Переднее шасси трактора состоит из литой траверсы, закрепленной на корпусе электродвигателя, и двух выдвижных штанг, на ко торых закрепляются холостые бегунки. Число и тип холостых бегунков зависят от типа свариваемого шва.

1. При сварке стыковых швов без разделки кромок, нахлесточных швов и круговых швов малого диаметра на переднем шасси монтируются два одинаковых обрезиненных холостых бегунка, вылет бегунков впереди сварочной проволоки зависит от конфигурации шва.

2. При сварке стыковых швов с разделкой кромок на переднем шасси монтируются один холостой обрезиненный бегунок и специальный копир, состоящий из двух роликов, балансирно закрепленных на штанге. Копирные ролики ставят в разделку шва впереди мундштука и точно направляют дугу по шву во время сварки. Обрезиненный бегунок ставится с таким расчетом, чтобы во время сварки по копиру бегунок не касался изделия и только в конце шва, когда копир уже выходит из разделки, доварка велась на обрезиненном бегунке.

3. Для сварки угловых швов в лодочку переднее шасси монтируется только из одного копирного ролика, закрепленного на специальной штанге.

4. При сварке угловых швов наклонной сварочной проволокой переднее шасси монтируется из двух штанг, на которых укреплены обрезиненные бегунки и упорный ролик. Такой же дополнительный упорный ролик закрепляется и сзади на корпусе ходового механизма. Система указанных бегунков роликов и копира обеспечивает автоматическое направление трактора по шву при сварке угловых швов наклонной сварочной проволокой.

Схема обеспечивает:

• а) механический подъем и опускание проволоки при вспомогательных операциях (закорачивание сварочной проволоки перед сваркой, подъем проволоки из шлака и т. д.);
• б) передвижение трактора при отключенной сварочной цепи;
• в) дистанционное включение сварочного трансформатора и возбуждение дуги в начале сварки;
• г) подачу проволоки и передвижение трактора в процессе сварки;
• д) заварку кратера и дистанционное отключение трансформатора в конце сварки.

Управление работой схемы производится при помощи трехкнопочного пульта, кнопки которого выполняют те же функции, что и кнопки пульта головки АБС. Из соображений техники безопасности питание цепи управления предусмотрено от трехфазного понижающего трансформатора 220/36 или 380/36 в или двух однофазных трансформаторов 220/36 или 380/36 в, соединенных в открытый треугольник. На зажимы трансформатора тока включен разрядник телефонного типа, предназначенный для защиты от перенапряжения при случайном обрыве цепи амперметра.

Оборудование, оснастка, приспособления и инструменты должны быть удобны в эксплуатации и обеспечивать:

1. Предотвращение сварочных деформаций и получение заданных чертежом форм и размеров конструкции после сборки и сварки.

2. Механизированый захват и подачу к месту установки деталей и узлов, быстрое и точное формирование, сопряжение и удерживание деталей и узлов до закрепления конструкции.

3. Надежное закрепление штатными прижимными устройствами собираемых под сварку деталей и освобождение их от закрепления, а так же минимальное применение дополнительных креплений.

4. Свободный доступ к местам установки деталей и фиксирующим устройствам.

5. Свободный доступ к составным частям, требующим профилактического осмотра и ремонта.

6. Безопасность труда рабочих.

Выполним разбивку цистерны на сборочные единицы и детали, при этом учитывая размеры поставляемого листового проката, возможность уменьшения сборочных и сварочных работ, возможность максимальной механизации сборки и сварки с целью уменьшения общей длительности изготовления.

Разбивка на узлы:

Узел 1 Заготовка листов для цилиндрической части цистерны и днищ

Узел 2 Сборка и сварка листов, вальцовка, сборка и сварка цилиндрической части

Узел 3. Изготовление днищ

Узел 4 Общая сборка и сварка цистерны

Узел 5 Контрольные испытания

Заготовленные листы раскладывают на плите стенда, совмещают их стыки, устанавливают и прихватывают к стыкам листов технологические планки для вывода сварного шва и прижимают листы к плите.

Рисунок 4.1 Схема раскладки листов цилиндрической части цистерны: 1,3- средние листы , 2- верхний лист, 5- технологические планки.

Одновременно снизу прижимается к свариваемым листам флюсовая подушка. Продольные швы выполняют автоматическими сварочными головками АБС, смонтированными на устройствах портального типа.Сваренное полотно при помощи кантователя поворачивают на 180°, после чего его транспортируют на второй стенд для наложения швов с обратной стороны. Этот стенд в отличие от первого не имеет флюсовых подушек. Одновременно со сваркой полотна собирают и сваривают контрольную пластину на тех же режимах и теми же сварочными материалами.

По окончании сварки готовое полотно передают на вальцовку для придания ему формы цилиндра.

Затем обечайку транспортируют на специальный стенд для сварки замыкающего стыка цилиндра, который укладывают на опорные ролики 4, а замыкающий стык — на балку 5 с магнитными прижимами и флюсовой подушкой.

Рисунок 4.2 Схема стенда для сварки цистерны

Сварка осуществляется сварочным трактором 3 ТС-17М, который перемещается по направляющим внутри обечайки 2.

По окончании наложения внутренних швов обечайку на опорных роликах поворачивают замыкающим стыком вверх и выполняют сварку с наружной стороны автоматической головкой 1, смонтированной на портальном устройстве.

Режимы сварки при наложении наружных и внутренних швов такие же, как при сварке полотна.

Затем в цилиндрической части цистерны вырезаются отверстия под горловины или крышки люка и сливные приборы, срезают технологические планки и зачищают торцы.

Элиптические днища цистерны штампуют на прессе в холодном и горячем состоянии с помощью вытяжных штампов. Применяются вертикальные прессы усилием 30 000—50 000 кН.

Этот способ высокопроизводителен, но связан с использованием дорогостоящих прессов и штампов, поэтому может быть рекомендован для крупносерийного или массового производства.

Взрывная штамповка производится в холодном состоянии в специальных установках с использованием бризантных взрывчатых веществ с применением штамповочных матриц.

Способом взрывной штамповки целесообразно изготовлять днища из материала с высоким пределом прочности и малой пластичностью.

Этот способ обеспечивает высокую точность и хорошее качество поверхности изготовленного днища. Затраты на оснастку небольшие, так как матрицы можно изготовлять из легких сплавов, железобетона с эпоксидной облицовкой, текстолита и дерева.

Изготовление днищ давлением вхолодную выполняется на горизонтальных и вертикальных давильных станках, а обкаткой — на обкатных машинах с применением подвижной матрицы и бортовочных валков.

Обкатка и обработка давлением значительно проще, чем штамповка на прессе и взрывом. Оборудование легко наладить на различные размеры, но процессы эти малопроизводительны и для осуществления их требуются высококвалифицированные рабочие.

Поэтому такие способы можно рекомендовать только для мелкосерийного и серийного производств.

Оба днища прихватывают к обечайке и затем сваривают внутренние стыковые швы двумя сварочными тракторами одновременно. Флюсовая подушка размещается на непрерывной ленте.

Наружные швы сваривают автоматическими головками АБС. При сварке цистерна вращается на опорах стенда.

По окончании сварки стыки проверяют, контролируют соответствие размеров сварных швов установленным требованиям.

Качество швов проверяют рентгеновскими или гамма-лучами. Более распространен радиографический контроль.

Суммарная длина просвечиваемых участков по соответствующей схеме просвечивания должна составлять 15 % общей длины швов.

Сварной шов контрольной пластины просвечивается на всем протяжении.

Если обнаруживаются при этом недопустимые дефекты, то подвергают просвечиванию все сварные швы, выполненные данным сварщиком и контролируемые пластиной.

Дефектные участки выплавляют, заваривают и повторно просвечивают.

Затем цистерну передают на позиции сборки и приварки горловины, опорных листов, кронштейнов, сливных приборов и др.

Завершается процесс, изготовления цистерны гидравлическим испытанием на специальном стенде под давлением (например, сварные цистерны под серную и соляную кислоту испытывают под давлением 0,4 МПа с выдержкой с течение 30 мин).

Сварные швы при этом осматривают и обстукивают молотком. Зону верхних швов цистерны проверяют обмыливанием швов, учитывая возможность образования там воздушной подушки.

В зависимости от типа конструкции и ее назначения к сварным соединениям из среднелегированных сталей предъявляются требования необходимой и достаточной прочности в условиях эксплуатации, плотности, а также некоторые специальные требования (коррозионная стойкость, стойкость против взрывных нагрузок и т. п.).

В связи с особыми физико-химическими свойствами среднелегированных сталей выполнение этих требований является достаточно сложной задачей. Восприимчивость среднелегированных сталей к закалке, а также высокий уровень механических свойств обусловливают ряд специфических трудностей, возникающих при их сварке.

Первой трудностью, наблюдающейся при сварке среднелегированных сталей, особенно с повышенным содержанием углерода и легирующих элементов, является предупреждение возникновения холодных трещин в околошовной зоне и в металле шва. Низкая сопротивляемость околошовной зоны среднелегированных сталей образованию холодных трещин определяется особенностями происходящих в них структурных превращений, обусловленных концентрированным местным нагревом металла вплоть до температур плавления, а также резким отличием в некоторых сварных соединениях химического состава металла шва от состава околошовной зоны.

Можно утверждать, что во всех случаях сварки среднелегированных сталей, содержащих свыше 0,15% С, следует предусматривать меры, обеспечивающие повышение стойкости сварных соединений против образования холодных трещин. В сварных соединениях всех остальных марок сталей при тех или иных условиях сварки холодные трещины могут возникать. Вероятность их образования тем больше, чем больше содержится в стали углерода и легирующих элементов, повышающих восприимчивость стали к закалке, и чем больше толщина металла. Задача рационального технологического процесса при сварке среднеле тированных сталей сводится прежде всего к тому, чтобы наиболее простыми приемами обеспечить высокую стойкость металла околошовной зоны и металла шва против образования холодных трещин.

Второй трудностью сварки среднелегированных сталей является предупреждение возникновения кристаллизационных трещин в металле шва. Методы предупреждения кристаллизационных трещин при сварке среднелегированных сталей мало отличаются от применяющихся при сварке углеродистых сталей. Для этого снижают содержание в шве серы, углерода и других элементов, уменьшающих стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин, и повышают содержание таких элементов, как марганец, хром и др., увеличивающих стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин.

Третья трудность состоит в необходимости получения металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом с механическими свойствами, равноценными или близкими к свойствам основного металла. Поскольку для повышения стойкости металла шва против образования холодных и кристаллизационных трещин ограничивают содержание в нем углерода и некоторых легирующих элементов, достигнуть равноценности шва с основным металлом в общем случае весьма затруднительно. Литой металл шва в отличие от катаных и кованых заготовок не подвергается обработке давлением — эффективному средству создания благоприятной структуры и повышения механических свойств металла. Термообработка сварного соединения должна быть возможно более простой и одинаковой для основного металла и металла шва.

В ряде случаев возникают серьезные затруднения с обеспечением надлежащих прочностных и пластических свойств металла, околошовной зоны и зоны сплавления. Трудности получения качественной зоны сплавления возникают, например, в случае использования для сварки среднелегированных сталей высоколегированного электродного металла, обеспечивающего получение шва с аустенитной структурой. Большая разница по химическому составу между металлом шва и основным металлом при определенных условиях может привести к образованию в зоне сплавления непластичной хрупкой прослойки и обезуглероживанию основного металла в участках, непосредственно примыкающих к границе сплавления.

Большие трудности могут возникнуть при электрошлаковой сварке сталей, склонных к перегреву. Для устранения последствий перегрева в околошовной зоне в таких случаях приходится разрабатывать специальные режимы термообработки, усложняющие изготовление сварной конструкции, или применять менее производительные методы сварки.

Совершенно особые трудности возникают, если сварные соединения среднелегированных сталей вовсе нельзя подвергать термообработке, например сварные соединения судов и других крупных сооружений, а также, если вместо требуемой закалки с по следующим отпуском приходится применять только отпуск. В подобных случаях прибегают к ряду особых технологических приемов. Для решения этих задач технолог должен правильно выбрать режимы сварки и сварочные материалы.

Из всех перечисленных затруднений, возникающих при сварке среднелегированных сталей, наиболее серьезным и специфичным является предотвращение образования холодных трещин.

Выбор режима сварки зависит от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.

К основным параметрам режима сварки относятся

а) сила сварочного тока (Iсв, А);

• б) напряжение на дуге (Uс,В);
• в) диаметр электродной проволоки (d эл, мм);
• г) вылет электрода (Lэл, мм);
• д) скорость сварки (Vс, м/ч);

Произведем расчет режимов сварки:

Определяем расчетную длину проплавления по формуле:

hp=(0.4ч1.1)K [8], стр. 12(1)

где, К-катет шва, мм.

Принятые числовые значения символов:

К=14мм

Решение:

hp=0.75*14мм=10,5мм.

Площадь поперечного сечения шва за один проход принимаем:

F _н =51,7 г/см³

Определяем диаметр электроднной проволоки по формуле:

dэл= ⁴ vhp ± 0.05hp [8] стр. 12 (2)

Решение:

dэл= ⁴ v6мм ± 0.05* dэл=1,57мм ± 0,3мм=1,6 мм

Принимаем среднее значение диаметра электродной проволоки dэл=1,6 мм.

Производим расчет скорости сварки по формуле:

х _св =К_v (hp^1.75 /?^3.36 ) [8], стр. 12 (3)

?=Кv2 [8], стр. 13 (4)

где К _v — коэффициент, учитывающий скорость сварки;

• ?-ширина шва, мм.

Принятые числовые значения:

К _v =1120

Решение:

• ?=10,5мм*v2=11,3мм;

х _св =1120мм (6^1.75 мм/11,3^3.36 мм)=74,6 м/ч.

Принимаем скорость сварки 75м/ч.

Определяем силу сварочного тока по формуле:

Iсв=Ki (hp ^1.31 /?^1.07 ) [8], стр. 13 (5)

где Ki — коэффициент, учитывающий плотность ток

принятые числовые значения

Ki=460

Решение:

Iсв=460*(6 ^1.31 мм/11,3^1,07 )=359А

Принимаем силу сварочного тока 360А

Определяем напряжение сварочной дуги по формуле:

Uсв=14+0,05*Iсв [8], стр. 13 (6)

Решение:

Uсв=14+0,05*360А=32В

Принимаем Uсв=32В

Определяем вылет электродной проволоки по формуле:

? _эл =10±2*d_эл [8], стр. 14 (7)

Решение:

?эл=10*1,6мм+2*1,6мм=16мм+3,2мм=19,2мм

?эл=10*1,6мм-2*1,6мм=16мм-3,2мм=12,8мм

Определяем скорость подачи электродной проволоки по формуле:

х _эл =0,53*Iсв/dэл+6,94*10^-4 (Iсв/dэл³ ) [8], стр. 15 (8)

Решение:

х _эл =0,53*360А/1,6мм+6,94*10^-4 (360А/1,6³ мм)=119,3 м/ч

Принимаем х _эл =120м/ч

Определяем оптимальный расход защитного газа по формуле:

g _3.2 =3,3*10^-3 *I_св ^0,75 [8], стр. 15 (9)

Решение:

g _3.2 =3,3*10^-3 *360^0,75 =0,25л/мин.

Штучное время определяется по формуле:

Т _шт =(Т_нш *L+Т_ви )К_{1- n} [9], стр. 6 (10)

где Т _шт — время, связанное со швом, мин

L- длина шва, м.

Т _ви — время связанное с изделием, мин.

К — коэффициент, учитывающий условия работы

Принятые числовые значения символов

Т _ви = 0,58 мин.

L = 1,286 мv.

Т _нш =9,54 мин.

К = 1,2

Решение:

Т _шт =((8,5+0,43+0,61)*1,286+0,58)*1,2=15,42 мин.

Определяем норму времени на сварку изделия по формуле:

Н _вр = Т_шт +Т_пз /n [9], стр. 6 (11)

где Т _пз — подготовительно — заключительное время, мин.

n — количество изделий, шт.

Принятые числовые значения символов:

Т _пз =17 мин.

n = 1 шт

Решение:

Н _вр = 15,42+17/1=32,42 мин.

Техническая норма расхода материалов есть минимальная количество материалов необходимое для изготовлении изделия в соответствии с проектом.

Нормы расхода материалов должны быть прогрессивными, соответствовать современному уровню сварочной техники и технологии. Прогрессивность норм расхода материалов закладывается в стадии проектирования сварочной конструкции. И разработка технологического процесса ее изготовление рациональное конструкторское — технологическими решениями, обеспечивающими минимальную массу на плавленого металла и высокую экономичность методов сварки, пайки, резки, наплавки.

Вспомогательные сварочные материалы обеспечивают протекание процессов сварки, пайки, наплавки, резки, определяя качество получаемых соединений и заготовок.

Вспомогательным сварочным материалом относятся электроды, присадочные материалы, защитные газы, флюсы.

Расчет норм производится по справочникам, директивным материалам, инструкциям на основании чертежей изделия и технологического процесса и его изготовления.

Для различных методов сварки норма Н _э (кг) электродов и электродной проволоки определяется произведением удельной норм расхода qэ (кг/м) на длину шва L(м).

Н _э =q_э *?,кг [8], стр. 20 (12)

Удельную норму расходов материалов определяем по формуле:

q _э =К_р *m_n [8], стр. 20 (13)

где, К _р — коэффициент расхода, учитывающий потери электродной проволоки;

m _n — масса наплавленного металла, кг/м.

Массу наплавленного металла определяем по формуле:

m _n = сF_н *10^-3 ,кг/м [8], стр. 20 (14)

где с — плотность наплавленного металла шва, г/см ³ ;

F _н — площадь поперечного сечения, мм² ;

• Принятые числовые значения Кр=1,15.

Определяем основное время сварки по формуле:

t _o = F_н *с*60/I_св *б_н [8], стр. 22 (18)

где б _н — коэффициент наплавки, г/А*ч.

Решение:

t _o = 51.7*7.8*60/360*8=8.4мин

Находим расчетную массу наплавленного металла

m _н = 7,8*51,7*10^-3 = 0,4кг/м

q _э =1,15*0,4=0,46 кг/м

Н _э =0,46кг/м*1,286м=0,6кг

Наиболее эффективной формой защиты природной среды от выбросов промышленных предприятий является разработка и внедрение безотходных и малоотходных технологических процессов во всех отраслях промышленности.

Безотходная технология — это активная форма защиты окружающей среды от вредного воздействия, которая представляет собой комплекс мероприятий технологических процессов от обработки сырья до использования готовой продукции, в результате чего сокращается до минимума количества вредных выбросов.

К пассивным методам защиты относят устройства и системы окружающей среды, которые применяют для очистки вентиляционных и технологических выбросов от вредных примесей; рассеяния их в атмосфере; очистки сточных вод; глушения шума уменьшения уровней инфразвука, ультразвука и вибраций на путях их распространения; экранирование источников энергетического загрязнения окружающей среды; захоронения, ликвидации и обезвреживания токсичных и радиоактивных отходов.

Можно выделить два основных направления по обеспечению чистоты атмосферы от загрязнений «сокращение количества выброса вредных веществ и их обезвреживания».

Широко применяют газо, пыли — и туманно-улавливающие аппараты и системы.

Загрязнения, поступающие в окружающую среду могут быть, естественного и антропогенного происхождения. К естественным источникам относятся пыльные бури, вулканические извержения, космическая пыль, лесные пожары, и др. к источникам антропогенного воздействия на окружающую среду относятся выбросы промышленных предприятий, транспортно-энергетических систем и др.

Предлагается на данном производстве использовать несколько мероприятий для уменьшения негативного воздействия работы предприятия на окружающую среду:

1. общецеховая система вытяжки с встроенными в нее фильтрами и обратной подачей в цех свежего воздуха;

2. вытяжка с места сварки, которая осуществляется при помощи руководствующихся непосредственно на расстоянии 30-50 см от места горения дуги. Эти рукава почти полностью поглощают отходы горения сварочной дуги;

3. надежная система утилизации и переработки промышленных отходов во избежание почвы тяжелыми металлами и их оксидами;

4. высаживание зеленых насаждений;

5. для уменьшения шума применяют экраны, кожухи и глушители.

Важная роль в деле охраны окружающей среды отводятся организационным мероприятиям и архитектурно — планировочным решением: выведение промышленных предприятий из крупных городов и сооружений новых в малонаселенных районах с малопригодными для сельского хозяйства; рациональная планировка городской застройки; установление санитарно-защитных зон вокруг предприятий.

Промышленные отходы по существу является продуктами незавершенного производства, поскольку они в большинстве случаев представляют собой недоиспользованное сырье. С экономической точки зрения оправдано комплексное размещение различных производств с целью использования отходов одной промышленности в качестве сырья для другой.

Т.к. сварочных и лакокрасочных цехах сточные воды имеют в своем составе кислоты, масло продукты, механические примеси и т.д. В состав сточных вод входят бытовые стойки, атмосферные, сточные воды, образующиеся в результате смыло загрязнений, имеющихся на территории предприятия. Для предотвращения попадания загрязненных сточных вод в окружающую среду на предприятиях вводят многоступенчатую очистку воды и многогранное ее использование.

В процессе производства образуются твердые промышленные отходы в виде лома, стружки, шлаков, окалины, залы, пыли и мусора. Чтобы эти отходы не попадали в почву и атмосферу их подвергают переработке и используют вторично.

Важное значение практический во всех отраслях промышленности имеют решения проблемы улучшения качественных характеристик потребляемых материальных ресурсов, их комплексной переработке, т.к. снижение уровни материальных издержек в целом по промышленности на 1 % приводит к снижению общих издержек производства больше, чем на 0,7 %. Все это свидетельствует об определяющем воздействие материальных издержек на уровень себестоимости продукции.

Один из наиболее важных путей рационального использования материальных ресурсов является их комплексная переработка. При этом исключительное место отводится вопросом сбора, хранение и переработки производственных отходов, содержащих определенное количество как полезных, так и вредных для окружающей среды веществ.

Отходами производства считается остатки сырья материалов, полуфабрикатов, образовавшихся при производстве продукции или выполнение работ и утратившие свои потребительские свойства.

Отходами производства являются остатки сырья, материалов, химических соединений, образование при производстве продукции или выполнении работ и утрачивании полностью или частично исходные потребительские свойства.

Отходы производства и потребления являются вторичными материальными ресурсами, которые в настоящее время могут вторично использоваться в народном хозяйстве.

Охрана природы, водных ресурсов, а так же для утилизации содержащихся отходов ценных веществ и компонентов в мировой практике ведутся разработка и широкое внедрение различных технологий механизированного обезвреживания и переработке отходов. Выбор метода обезвреживания и переработки отходов для конкретного города определяется необходимостью, в первую очередь, оптимального решения, проблем охраны природной среды и здоровья населения с учетом экономической эффективности, рационального использования земельных ресурсов.

Наиболее большое распространение получили складирование на полигоне, сжигание, переплавка, биотермическое компостирование.

Цех по утилизации и переработки промышленных отходов можно назвать главным санитаром завода, т.к. здесь с помощью уникальных биохимических очистных сооружений очищают все промышленные стоки предприятий. Очищенные стоки возвращают в систему водоснабжения предприятия.

Комплекс применяемых методов включают биохимическую обработку сточных вод, сульфатвосстанавливающих бактерий, озонирование, отстаивание сточных вод в тонкослойных отстойниках, фильтрование осветленных вод через фильтры, термическую обработку отработанных растворов смазочно-охлаждающих жидкостей. В сутки установка может очистить 2400 м ³ и главное ее преимущество — качество и низкая себестоимость возвратной воды, а также минимальное количество осадков.

К сварке допускаются сварщики, аттестованные согласно РД 5.9126 и имеющими квалификационный разряд не ниже 4-го.

К сварке допускаются сварщики, имеющие допуск на сварку конструкций поднадзорных РМРС , после прохождения и заварки контрольных планок.

Приварку обухов для подъема, кантовки и транспортировки секций должны выполнять сварщики не ниже 4-го разряда.

Сварочные материалы должны иметь сертификаты и соответствовать требованиям стандартов или технических условий на их поставку.

Сварочные материалы следует хранить в сухих отапливаемых помещениях, рассортированными по партиям, маркам и диаметрам, не ниже 20°С.

Электроды и влагопоглощающие реагенты перед использованием для сварки нео6ходимо прокалить.

Низколегированные электроды после прокалки необходимо проверить на содержание сво бодно выделившегося водорода из металла контрольных образцов. Допустимое со держание водорода в контрольном образце:

Срок хранения электродов после прокалки 10 суток, после повторная проверка на водород. Если содержание водорода до 2,5 см ³ / 100г срок хранения продлевается, если свыше 2,5 см³ / 100г то проводится повторная прокалка.

Прокаленные электроды сварщик должен получать в количестве, необходимом для работы в течение половины смены. Материалы, неиспользованные в течение рабочего дня должны сдаваться в кладовую вместе с паспортом.

Контроль качества сборки под сварку следует производить в соответствии с требованиями РД5.9092.

Детали, поступающие на сборку под сварку, и конструкции, собранные под сварку, должны быть приняты службой технического контроля на соответствие технической документации и иметь соответствующую маркировку.

Качество обработки кромок деталей под сварку и качество сборки конструкций под сварку должны быть проконтролированы службой технического контроля на соответствие требованиям чертежа, РД5.9091, РД5Р.9092, а также технической документации на сварку конструкций.

Контроль технологического процесса сварки должен осуществлять производственный мастер. Служба технического контроля проверяет соблюдение технологического процесса сварки в порядке инспекционного надзора.

При контроле технологического процесса сварки должны быть проверены заложенные в нем основные технологические требования:

• соответствие применяемого сварочного оборудования указаниям технологического процесса;
• полярность подключения оборудования;
• производственные условия выполнения сварочных работ;
• качество применяемых сварочных материалов и их соответствие требованиям нормативно-технической документации;
• мероприятия по предупреждению и устранению деформаций сварных конструкций;
• способы и режимы сварки;
• последовательность и правильность наложения швов;
• температура прогрева свариваемых кромок.

При обнаружении несоблюдения технологического процесса служба технического контроля или производственный мастер должны приостановить производство сварочных работ на конструкции, где обнаружены нарушения, до их устранения.

В ходе выполнения курсового проекта были рассмотрены вопросы по изготовлению изделия цистерна.

Рассмотрен вопрос описания изделия, а так же условия его эксплуатации и применения.

Освещен вопрос понятия характеристики основного материала и оценка свариваемости стали, а также влияние компонентов на свойства материала.

В процессе работы были выбраны сварочные материалы:

1. сварочная проволока;

2. сварочный аппарат .

Проведены расчеты режимов сварки.

В качестве электротехнического оборудования, был выбран сварочный трактор Т-17М, для обеспечения процесса сварки хладостойкой среднелегированной высокопрочной стали категории F 500, из которой изготавливается предложенное в данном проекте изделие.

Разработан технологический процесс изготовления цистерны.

1. Думов С.И. — «Технология электрической сварки плавлением » — М : Машиностроение, 1987г.

2. Козьяков А.Ф, Морозова Л.Л «Охрана труда в машиностроении» — М : Машиностроение, 1990г.

3. Куркин А.С «Сварочные конструкции» — М: Машиностроение, 1991г.

4. Китаев А.М «Сварочная книга сварщика » — М: Машиностроение, 1985г.

5. Рыморов К.С «механизация и автоматизация сварочного производства» — М: Машиностроение, 1990г.

6. Методическое пособие по курсовому проектированию, НМТ,2003

7. Нормативы на полуавтоматическую сварку в среде защитных газов — Москва, Экономика, 1989г.