Подготовка и осуществление технологических процессов изготовления сварных конструкций - Курсовая работа

Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Петровский колледж»Расчет параметров режима сварки РДССогласно ГОСТ 26001 «Свариваемость - свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия» Такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами. Так как количество показателей, характеризующих свойства основного металла, велико, свариваемость является комплексной характеристикой, включающей следующее: · реакцию металла на термодеформационный цикл сварки, проявляющийся в склонности к росту зерна, структурным и фазовым изменениям в металле шва и в зоне термического влияния; Показатели свариваемости как одиночные, так и представляющие собой сочетание нескольких показателей, служат основанием для выбора способа сварки, сварочных материалов, применения регулирования технологических параметров сварочных процессов. Горячие трещины при сварке - хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния, возникающие в твердо-жидком состоянии при завершении кристаллизации, а также в твердом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзеренной деформации.Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы. Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. В зависимости от материала и числа электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие способы дуговой сварки: а) Сварка неплавящимся (графитным или вольфрамовым) электродом, дугой прямого действия, при которой соединение выполняется путем расплавления только основного металла, либо с применением присадочного металла. б) Сварка плавящимся (металлическим) электродом, дугой прямого действия, с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сварочную ванну жидким металлом. в) Сварка косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, неплавящимися электродами. При этом основной металл нагревается и расплавляется теплотой столба дуги. г) Сварка трехфазной дугой, при которой дуга горит между электродами, а также между каждым электродом и основным металлом. Достоинства способа: повышенная производительность; минимальные потери электродного металла (не более 2%); отсутствие брызг; максимально надежная защита зоны сварки; минимальная чувствительность к образованию оксидов; мелкочешуйчатая поверхность металла шва в связи с высокой стабильностью процесса горения дуги; не требуется защитных приспособлений от светового излучения, поскольку дуга горит под слоем флюса; низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва; малые затраты на подготовку кадров; отсутствует влияния субъективного фактора, сварка всех металлов и сплавов, разнородных металлов.На электроды, использующиеся при сварке стали 10Х18Н10Т, действуют ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Требования к покрытию электродов по ГОСТ 9466-75: Покрытие электродов должно быть плотным, прочным, без вздутий, пор, наплывов, трещин.На поверхности покрытия электродов допускаются поверхностные продольные трещины и местные сетчатые растрескивания, протяженность (максимальный размер) которых не превышает трехкратный номинальный диаметр электрода, если минимальное расстояние между ближайшими концами трещин или (и) краями участков местного сетчатого растрескивания более трехкратной длины более протяженной трещины или участка растрескивания. металлоконструкция бак дуговой сварка На поверхности покрытия электродов допускаются местные вмятины глубиной не более 50 % толщины покрытия в количестве не более четырех при суммарной протяженности до 25 мм на одном электроде. Тип электрода для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами, химический состав наплавленного металла и механические свойства металла шва и наплавленного металла определяются ГОСТ 10052-75 . Согласно ему для сварки стали 12Х18Н10Т применяются электроды типа Э-02Х21Н10Г2 отечественных и импортных производителей со стержнем из сварочной проволоки, предназначенной для изготовления электродов по ГОСТ 2246-70 или по техническим условиям, устанавливающим химический состав металла проволоки и предусматривающим остальные требования по ГОСТ 2246-70 .

Содержание

Введение

1. Описание металлоконструкции

2. Техническая характеристика основного материала

3. Свариваемость основного материала

4. Особенность сварки основного материала

5. Характеристика способов сварки, выбор применяемых

Введение

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Сварку использовали еще в седьмом тысячелетии до нашей эры, когда древние люди научились выплавлять различные металлы. Поверхности просто нагревали и сдавливали. Чуть позже возник всем известный способ сварки - кузнечный, когда сильно нагретые детали проковывали. Для всех этих видов сварки не требовались сварочные электроды.

Современные сварочные процессы разработаны не так давно, в первой половине ХХ-го века, хотя зарождались в XIX веке. В 1802 году профессор Санкт-Петербургской медико-хирургической академии Петров Василий Владимирович (1761-1834) открыл и наблюдал дуговой разряд от построенного им сверхмощного "Вольтового столба". Профессор Петров первым предложил для мгновенного плавления металлов использовать электрическую дугу. Изначально при дуговой сварке не использовались расходные сварочные материалы, основным видом электросварки была сварка дугой с использованием неплавящегося угольного электрода. В 1881 году русский изобретатель Н.Н.Бенардос (1842-1905гг.) применил электрическую дугу для соединения и разъединения стали. Дуга Н.Н. Бенардоса горела между угольным электродом и свариваемым металлом. Присадочным прутком для образования шва служила стальная проволока, а в качестве источника электрической энергии использовались аккумуляторные батареи. Сварка, предложенная Н.Н. Бенардосом, применялась в России в мастерских Риго-Орловской железной дороги при ремонте подвижного состава.

Спустя короткое время, в 1888 году, заменили уголь на голый металлический электрод (пруток), изготавливавшийся из холоднокатаной стали отсюда было положено начало дуговой сварке плавящимся электродом. В том же году русский инженер Н.Г.Славянов (1854-1897гг.) разработал научные основы дуговой сварки, применил флюс для защиты металла сварочной ванны от воздействия воздуха, предложил наплавку и сварку чугуна. Н.Г.Славянов изготовил сварочный генератор своей конструкции и организовал первый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897г.

Толстое электродное покрытие появилось в 1912 году, и представляло собой обертку из синего асбеста, пропитанного жидким стеклом сварной шов получался без дефектов и его прочность стала равной прочности основного металла. Уже в начале 20-х гг. под руководством профессора В.П.Вологдина на Дальнем Востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлов.

Мощный толчок в развитии сварочное производство получило в годы Второй Мировой войны, когда под руководством академика Е.О.Патона был внедрен промышленный способ автоматической сварки под флюсом. Это событие позволило в несколько раз увеличить темпы промышленного производства в первую очередь танков, что сыграло огромную роль в ключевых сражениях Великой Отечественной и в конечном итоге повлияло решающим образом на ход войны.

После войны, начиная с конца 1940-х годов, развитие сварки в нашей стране пошло по нарастающей: получила промышленное применение сварка в защитном газе, в 1949 году был разработан метод электрошлаковой сварки, позволяющей сваривать металлы практически любой толщины, а в 1952 году была внедрена полуавтоматическая сварка в углекислом газе. В последующие годы в стране стали применяться: сварка ультразвуком, электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением и др. В начале 1980-х годов была разработана и начала применяться порошковая проволока малого диаметра (1,2-1,6 мм).

Сварка во многих случаях заменила такие трудоемкие процессы изготовления конструкций, как клепка и литье, соединение на резьбе и ковка.

Преимущество сварки перед этими процессами следующие: -экономия металла - 10...30% и более в зависимости от сложности конструкции

-уменьшение трудоемкости работ и уменьшение их стоимости

-удешевление оборудования

-возможность механизации и автоматизации сварочного процесса

-возможность использования наплавки для восстановления изношенных деталей

-герметичность сварных соединений выше, чем клепаных или резьбовых

-уменьшение производственного шума и улучшение условий труда рабочих

В дальнейшем сварка будет одним из лидирующих технологических процессов в производстве и в строительстве. Больше половины потребления мирового стального проката идет на изготовление сварных сооружений и конструкций. Подвергаются процессу сварки практически все металлы и неметаллы в различных условиях - на земле, в космосе и в морских глубинах. Толщина элементов свариваемых деталей различна, от микрона до метра, а масса сварных конструкций - от грамма до тысяч тонн. Иногда сварка - это единственно возможный (эффективный) способ для создания неразъемных соединений цельной конструкции.

1. Основные параметры и характеристики металлоконструкции "Бак емкостью 50м3"

Металлическая конструкция "Бак емкостью 50м3" должна соответствовать требованиям ГОСТ 1510-84 «Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, хранение и транспортирование» и должна быть изготовлена в соответствии с требованиями правил ПБ03-584-03 «Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных».

"Бак емкостью 50м3" изготовлен из коррозионно-стойкой стали средней прочности типа 10Х18Н10Т (550 Мпа) и имеет наиболее распространенную цилиндрическую форму и представляет собой горизонтально ориентированную пустотелую сварную конструкцию, состоящую из цилиндрической обечайки, плоских днищ.

"Бак емкостью 50м3"предназначен для эксплуатации в У (УХЛ) климате по ГОСТ 15150-69 категории размещения 2 - для эксплуатации под навесом или в помещениях (объемах), где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, при отсутствии прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков.

"Бак емкостью 50м3"по правилам ПБ03-584-03 относится к группе 5а с внутренним давлением до 0,07 МПА, исполнение «под налив», поэтому нагрузка на стенки и опорные конструкции «Бака» в основном связаны с гидростатическим давлением столба жидкости в "Бак емкостью 50м3", ее динамической неуравновешенностью и массой топлива.

Рисунок 1 Объемная модель сварной металлоконструкции "Бак емкостью 50м3"

Длина - 10450мм

Диаметр - 2500мм

Масса конструкции 5202 кг

В связи с предписанными режимами эксплуатации, к "Бак емкостью 50м3" для хранения топлива предъявляются следующие технические требования: сохранение прочностных характеристик баковой конструкции, позволяющих воспринимать статические и динамические нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации;

минимальность весовых характеристик;

максимальное использование рабочего пространства;

герметичность конструкции;

конструкция "Бак емкостью 50м3" не подлежит последующим разборке и сборке и должна функционировать на протяжении всего заложенного срока эксплуатации.

Эти требования обуславливают геометрическую конфигурацию "Бак емкостью 50м3" и применение сварки в качестве метода соединения деталей. Для обеспечения надлежащей жесткости конструкции цилиндрическая обечайка сваривается из листовой заготовки с толщиной стенки 6 мм. Левое и правое днища имеют толщину стенок 6 мм. В верхней части обечайки стенки «Бака» имеется люк-лаз, предназначенный для доступа в "Бак емкостью 50м3", для проведения работ по монтажу, а также других технологических нужд.

К сварным швам предъявляются требования по плотности и герметичности, форма швов должна соответствовать ГОСТ 5264-80 «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».

Технологические требования к конструкции: Конструкция "Бак емкостью 50м3" должна иметь относительно простую конфигурацию и компоновку, и относительно небольшой диаметр, что позволит для многих операций применить уже имеющееся простое оборудование, применявшееся для уже отработанных изделий, для сборки узлов использовать элементы УСПС, использовать имеющиеся типовые технологические процессы, например на сборку-сварку обечаек, что повышает технологичность изделия и позволяет вести сварку с минимальными затратами.

2. Требования к основному материалу

Для изготовления топливного "Бак емкостью 50м3" необходимо применение материала, отвечающего следующим требованиям: -коррозионная стойкость;

-высокая удельная прочность;

- приемлемая жесткость;

-хорошая свариваемость;

-сравнительно невысокая стоимость.

Основываясь на этих требованиях, в качестве материала для изготовления топливного "Бак емкостью 50м3" выбирается стальной сплав 10Х18Н10Т: Сталь 10Х18Н10Т является низкоуглеродистой (содержание С<0,25%) доэвтектоидной (содержание С<0,8%) высоколегированной качественной (содержание серы и фосфора до 0,035% каждого отдельно) сталью аустенитного класса с особыми свойствами (коррозионностойкостью), полученной в электродуговых печах.

Химический состав стали регламентируется ГОСТ 5632-72 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные» и устанавливает следующее процентное содержание легирующих элементов: Таблица 1 Химический состав стали 10Х18Н10Т в процентах по ГОСТ 5632-72

C Si Mn Ni S P Cr Cu Прочее до 0.1 до 0.8 до 2 10- 11 до 0.02 до 0.035 17 - 19 до 0.3 0.8 Ti, остальное Fe

Механические свойства стали регламентируются положениями ГОСТ 7350-77 «Прокат тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный. Технические условия» и устанавливаются в следующих пределах: Таблица 2 Механические свойства стали 10Х18Н10Т при t=20°С по ГОСТ 7350-77

Сортамент Размер, мм , МПА , МПА , %y, %KCU, КДЖ / м2Термообработка

Лист тонкий 530 205 40 Закалка 1050 - 1080°С,Охлаждение вода, Трубы горячедеформированные 550 226 40

Исходные заготовки поставляются в виде листового проката, уголков и труб.

Требования к листовому прокату регламентируются положениями ГОСТ 19903-74 «Прокат листовой горячекатаный. Сортамент». В соответствии с ним к листовому прокату устанавливаются следующие требования точности: а) по размерам с указанием размеров по толщине, ширине и длине;

б) по толщине (±0,18 мм при толщине 6 мм и ширине до 1500 мм) в) предъявляются требования по ширине проката в зависимости от толщины и вида кромки ( 10 мм для листов с обрезной кромкой и толщиной 3 мм);

г) по длине проката в зависимости от толщины и ширины ( 15 мм для листов толщиной 3мм и длиной свыше 1500 мм);

д) по плоскостности на 1 метр длины в зависимости от точности прокатки и толщины поката (8?15 мм);

е) по серповидности (2 мм на 1 м длины).

В соответствии с ГОСТ 5632-72 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные» лист стали 10Х18Н10Т горячекатаный нормальной точности (Б), улучшенной плоскостности (ПУ), с обрезной кромкой (О), размером по ГОСТ 19903-74 - 3?1250?3750 мм, термически обработанный, травленый, группа поверхности М3б имеет обозначение: Лист

;

Упаковка в пачки, маркировка, транспортирование и хранение - по ГОСТ 7566-81.

Допускается вместо маркировки непосредственно на верхнем листе пачки наносить маркировку на металлическую карту размером не менее 200?300 мм, которую прочно прикрепляют не менее чем в двух местах к упаковочной ленте на верх пачки листов.

Листы упаковывают в пачки. Пачки или пакеты должны быть обвязаны упаковочной лентой по ГОСТ 3560-73 , ГОСТ 6009-74 или другой нормативно-технической документации.

Листы транспортируют всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки, действующими на данном виде транспорта, и условиями погрузки и крепления грузов.

Требования к трубному прокату регламентируются положениями ГОСТ 9940-81 «Трубы бесшовные горячедеформированные из коррозионно-стойкой стали»

В соответствии с ним к трубному прокату устанавливаются следующие требования точности: а) по наружному диаметру и толщине стенки - ± 1,5% (обычной точности);

б) по кривизне труб на 1 метр длины в зависимости от толщины стенки (1,5?3 мм);

Трубный прокат, используемый в производстве "Бак емкостью 50м3" изготавливают мерной длины.

Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение труб - по ГОСТ 10692 .

Основной материал поставляется в виде полос, листов, труб, уголков. В соответствии с ГОСТ 19903-74 ,

Б- металлопрокат поставляется нормальной точности

ПН- Нормальная плоскостность

НО- с необрезанной кромкой

Отклонение по толщине метало прокат: при толщине металла 4мм отклонения составляют 0,2 /-0,4

При толщине металла 6мм и ширине 1100мм предельное отклонение составляет 0,25/ -0,6, а при ширине 2550 и 2600 предельное отклонение составляет 0,45/-0,6.

Отклонения по ширине метало проката

При ширине проката 650, 700 и 1100мм отклонение 10мм, а при ширине проката 2550 и 2650мм отклонение составит 15мм

Отклонения по длине метало проката

При длине проката 2000мм отклонение 10мм, при длине 2100 и 5050мм отклонение составит 25мм, а при длине проката 7900 отклонение составит 35мм.

Отклонения от плоскостности

Для всего листового метало проката составляет не более 12 мм

Серповидность метало проката не должна превышать 2мм., на один метр длинны.

Резка листов должна проводиться под прямым углом. Косина реза и серповидность не должны выводить листы за номинальные размеры по ширине и длине.

В листах и рулонах с не обрезной кромкой надрывы и другие дефекты (если они имеются на кромках) не должны превышать половины предельных отклонений по ширине и выводить листы за номинальный размер по ширине.

Измерение толщины проката проводят: на листах - на расстоянии не менее 100 мм от торцов и не менее 40 мм от кромок.