Выбор стали для балки Б-3. Разработка и обоснование общей схемы сборки, требования к технологическим операциям. Выбор типа сварки, используемых соединение и материалов, оборудования, режимов и оснастки. Последовательность выполнения швов и их оценка.
Аннотация к работе
Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Общие требования по выполнению сварочных работ регламентируются руководящими документами или технологическими указаниями по сварке, разрабатываемыми проектировщиками или отраслевыми институтами по организации строительства. Эти документы конкретизируются применительно к малым размерам конструкций и их элементов в картах технологических процессов сборки и сварки, разрабатываемых в организациях, осуществляющих заводское изготовление и монтаж металлических конструкций. Сварные конструкции, либо их элементы, работающие при статической нагрузке [фермы; ригели рам; балки перекрытий и покрытий; косоуры лестниц; опоры ВЛ, за исключением сварных опор больших переходов; опоры ошиновки открытых распределительных устройств подстанций (ОРУ); опоры под выключатели ОРУ; опоры транспортных галерей; элементы контактной сети транспорта (штанги, анкерные оттяжки, хомуты); прожекторные мачты; элементы комбинированных опор антенных сооружений; трубопроводы ГЭС и насосных станций; облицовки водоводов; закладные части затворов и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы], а также конструкции и их элементы группы при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19425-74* и ТУ 14-2-427-80 при наличии сварных монтажных соединений. Собранный на прихватках узел должен обладать необходимой жесткостью и прочностью, что позволяет его транспортировать к месту сварки и кантовать для позиционирования в удобное для сварки положение.
Введение
балка сварка шов
Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.
Общие требования по выполнению сварочных работ регламентируются руководящими документами или технологическими указаниями по сварке, разрабатываемыми проектировщиками или отраслевыми институтами по организации строительства. Эти документы конкретизируются применительно к малым размерам конструкций и их элементов в картах технологических процессов сборки и сварки, разрабатываемых в организациях, осуществляющих заводское изготовление и монтаж металлических конструкций.
В данной курсовой работе рассмотрена разработка технологической карты сборки и сварки балки Б-3. Конструктивно представляющей стержень двутаврового сечения. Составляющие детали: стенки и полки.
Технологическая карта разработана в соответствии с ГОСТ 23118-99 «Конструкции стальные строительные», СНИПАМИ II-23-81* «Стальные конструкции. Нормы проектирования», 3,03,01-87 «Несущие и ограждающие конструкции», 15,132-96 «Сварка и контроль качества сварных соединений металлических конструкций при сооружении промышленных объектов». СП-53-101-98 «Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций».
1. Выбор стали для балки Б-3
Для металлических строительных конструкций рекомендуется применять листовой, универсальный фасонный прокат и гнутые профили из углеродистых и низколегированных сталей, химический состав и механические свойства которых определены в ГОСТ 27772-82.
Выбор стали зависит от характера нагрузок, воздействующих на металлическую конструкцию, климатических условий ее эксплуатации и регламентируется СНИП II-23-87*. В соответствии с вышеуказанным СНИП, в зависимости от условий работы конструкции разделяются на 4 группы. Балка Б-3, разрабатываемая в данном курсовом проекте принадлежит к группе 2.
Группа 2. Сварные конструкции, либо их элементы, работающие при статической нагрузке [фермы; ригели рам; балки перекрытий и покрытий; косоуры лестниц; опоры ВЛ, за исключением сварных опор больших переходов; опоры ошиновки открытых распределительных устройств подстанций (ОРУ); опоры под выключатели ОРУ; опоры транспортных галерей; элементы контактной сети транспорта (штанги, анкерные оттяжки, хомуты); прожекторные мачты; элементы комбинированных опор антенных сооружений; трубопроводы ГЭС и насосных станций; облицовки водоводов; закладные части затворов и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы], а также конструкции и их элементы группы при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19425-74* и ТУ 14-2-427-80 при наличии сварных монтажных соединений.
Под условиями работы понимается характер нагрузок - статические, вибрационные, динамические, климатические районы и соответствующие им предельные температуры.
Для данной колонны выбрана сталь С255. Буква С означает - сталь строительная, цифры условно обозначают предел текучести проката, согласно ГОСТ 27772-88. Все характеристики стали приведены ниже в таблицах.
С255, 0,22 Не более 0,65 0,15-0,30 0,050 Не более 0,040 Не более 0,030 Не более 0,030 Не более 0,030
Наименование стали Толщина, полки, мм Механические характеристики Ударная вязкость KCU, Дж/см2
при температуре, °С
Предел текучести, Н/мм2 Временное сопротивление, Н/мм2 Относительное удлинение,% -20 -40 После механического старения не менее не менее
C255 От 4 до 10 включ. 245 (25) 380 25 29 - 29
Св. 10 до 20 включ. 245 (25) 370 20 29 - 29
Св. 20 до 40 включ. 235 (24) 370 20 29 - 29
Сталь по ГОСТ 27772 Марка стали Предел текучести, МПА Временное сопротивление, МПА Относительное удлинение, % Модуль упрочнения E, МПА
С255 Ст3Гсп 245 380 25 4500*
2. Выбор общей схемы сборки и требования к сборочным операциям
Общая схема сборки-сварки отправочной марки может состоять из: - Сборка-сварка детали
- Сборка-сварка узла
- Окончательная сборка-сварка отправочной марки.
Сборочные операции осуществляются с целью обеспечения правильного взаимного расположения деталей собираемого под сварку элемента. Фиксируют собранные детали с помощью прихваток - коротких прерывистых швов, служащих для предварительного соединения подлежащих сварке деталей. Собранный на прихватках узел должен обладать необходимой жесткостью и прочностью, что позволяет его транспортировать к месту сварки и кантовать для позиционирования в удобное для сварки положение. Прихватки также уменьшают временные сварочные деформации, которые могут вызвать искажение геометрической формы изделия. Прихватки могут выполняться ручной дуговой сваркой или полуавтоматической дуговой сваркой в СО2. При сборке применяется сборочная оснастка - приспособления и вспомогательные устройства для выполнения сборочных работ.
Сварочные операции позволяют окончательно закрепить собранные детали, узлы и конструкции и получить изделия, отвечающие конструктивным и эксплуатационным требованиям. Сварка производится с применением серийного и специализированного сварочного оборудования и сварочной оснастки. Ввиду того, что необходимо выполнить 300 типовых балок (серийное производство) то будут применены все вышеупомянутые этапы.
Сборка и сварка стыковых соединений листов
В строительных конструкциях сборка и сварка соединений листов, как правило, проводятся до установки их в собираемый узел или элемент. На заводах основной объем этих работ выполняется на специализированных механизированных участках и поточных линиях, которые необходимо располагать последовательно в технологическом потоке заготовительных цехов, что позволяет максимально механизировать не только сборочно-сварочные, но и транспортные операции.
Для сборки и сварки индивидуальных листов для балки ведутся на стеллажах. При этом все подъемно транспортные работы выполняются мостовым краном. Для сборки листы укладывают в рамы, и выравнивают кромки так, чтобы они находились в одной горизонтальной плоскости, и закрепляют их прихватками. Сборка листов заканчивается установкой выводных планок. Причем при ширине 500 мм прихватки по краям обычно не ставятся. В этом случае для закрепления стыка электроприхватки накладываются только на выводные планки.
В строительных стальных конструкциях сварные двутавровые балки - основной элемент колонн и других подобных конструкций. Сборку и сварку балок выполняют заранее - до общей сборки конструкции. Последовательность сборки и сварки составных двутавровых балок состоит из: - Стыковки вертикальных и горизонтальных листов
- Автоматическая сварка стыков
- Правка листов
- Сборка двутаврового сечения
- Правка грибовидности горизонтальных листов
- Фрезерование торцов.
В процессе сборки необходимо не только плотно притягивать полки к стенкам, но и обеспечивать угол 900, и совпадение их осей. Прихватки 50-60 мм должны накладываться через каждые 500-600 мм катетом 4-6 мм. При большом объеме работ сборка ведется на сборочных установках с передвижным порталом. Они обеспечивают требуемые геометрические характеристики без разметки. Для поджатия деталей применяются пневматические прижимы. Для производства 1200 колонн был выбран совмещенный неповоротный (для фиксации геометрических размеров) и поворотный (для переворота двутавра) кондукторы.
3. Выбор вида сварки
При изготовлении металлических конструкций рекомендуется использовать следующие виды сварки: Для прихватки при сборке элементов: 1 Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.
2 Механизированная в СО2
3 Механизированная порошковой проволокой в углекислом газе
Для сварки: 1 Автоматическая сварка под флюсом
2 Механизированная сварка в углекислом газе.
3 Механизированная сварка порошковой проволокой в углекислом газе и без него.
4 Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.
Выбор вида сварки зависит от: · характера (серийности) производства;
· назначения технологической операции
· пространственного положения шва.
В условиях единичного и мелкосерийного производства и на монтаже для прихватки целесообразно использование ручной дуговой сварки покрытыми электродами. В условиях средне- и крупносерийного производства в заводских условиях для прихватки собираемых элементов желательно использование механизированных способов сварки: в углекислом газе порошковыми проволоками и проволоками сплошного сечения или садозащитными порошковыми проволоками.
При выборе вида сварки необходимо учитывать, что экономически и технически применение автоматической сварки для выполнения стыковых соединений целесообразно при длине швов более 300 мм, для сварки угловых швов при их длине более 1-1,5 м. Длина швов, выполненных ручной и механизированными методами сварки, неограниченна.
В тех случаях, когда при изготовлении возможно позиционирование («кантовка») изделия лучшее формирование шва обеспечивается при сварке в нижнем положении и в «лодочку». Механизированная сварка порошковой проволокой может быть применена для сварки в нижнем, наклонном и вертикальном положениях. Автоматическая сварка в углекислом газе и смеси газов и под флюсом применима обычно только для сварки в нижнем положении и вертикальных швов на специализированном оборудовании, обеспечивающем предотвращение вытекания сварочной ванны с помощью специальных формирующих устройств.
Проанализировав вышеперечисленные достоинства и недостатки каждого вида сварки, для сборки 300 балок будем применять механизированную и автоматическую сварку в углекислом газе проволокой Св-08Г2С
Материалы для сварки
Стали в углекислом газе (по ГОСТ 8050-85 или в его смеси с аргоном (по ГОСТ 10157-79*)
Выбор типа соединения зависит от: · толщины свариваемых деталей;
· вида сварки;
· условий эксплуатации (т.е. группы конструкций).
В строительных конструкциях соединения, выполняемые дуговой сваркой, могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными. При сварке балок используется сталь 10-25 мм, следовательно скос кромок применять не следует.
5. Выбор сварочных материалов
Сварочные материалы - электроды покрытые, сварочные проволоки (сплошного сечения и порошковые), флюсы и защитные газы относятся к расходуемым в процессе сварки и прихватки материалам.
Выбор вида и марки сварочного материала зависит от: марки свариваемой стали;
вида сварки;
условий эксплуатации конструкций, т.е. группы конструкций и климатического района, в котором эксплуатируется конструкция.
Сварочные материалы должны обеспечивать свойства металла шва на уровне свойств свариваемой стали.
Для производства балок Б-3 была выбрана проволока Св-08Г2С, Св-08 характеристики которой приведены выше, марка электродов для РДС и прихватки Э42, флюс АН-348А Расход проволоки: М=Fm •Lш •?•Кр
М=0,000092•40,7•7800•1,05=30,67 м. - на одну балку Б-3.
6. Выбор режима сварки
Режим сварки это совокупность показателей процесса сварки, обеспечивающих получение швов заданных размеров, формы и качества.
Применительно к методам дуговой сварки, такими параметрами являются: род, полярность и величина тока в дуге (А); диаметр сварочной проволоки (мм); напряжение электрической дуги (В); скорость подачи электродной проволоки (м/ч); скорость сварки (м/ч), число проходов (при многопроходной сварке).
Параметры режима определяются: - видом сварки;
- типом шва (формой разделки кромок);
- толщиной свариваемого металла или высотой первого прохода для стыковых швов или катетом шва для угловых швов;
- маркой свариваемой стали и температурой окружающей среды
(определяющих предрасположенность к образованию закалочных структур и трещин).
Для стыковки двух стенок, толщиной 10 мм.
Диаметр сварочной проволоки 3 мм, напряжение 28-30 В, сила сварочного тока 400-450 А, постоянный ток обратная полярность, скорость сварки 50-55 м/ч.
Для стыковки стенки и полки.
Диаметр сварочной проволоки 2 мм, напряжение 35-38 В, сила сварочного тока 440-460 А, постоянный ток обратная полярность, скорость сварки 38-40 м/ч.
Сборка конструкции в целом.
Диаметр сварочной проволоки 1,4 мм, напряжение 32-34 В, сила сварочного тока 300-320 А, постоянный ток обратная полярность, расход углекислого газа 15-20 л/мин.
7. Выбор оборудования для сварки (сварочного оборудования)
Для выполнения дуговой сварки и прихваток в строительстве используют в основном следующие виды сварочного оборудования: 1. Источники питания дуги - трансформаторы для сварки на переменном токе, выпрямители и сварочные агрегаты для сварки на постоянном токе.
2. Аппараты для выполнения механизированной и автоматической сварки - шланговые полуавтоматы для сварки под флюсом, в защитных газах и порошковой проволокой, и сварочные автоматы (сварочные тракторы и самоходные головки).
Выбор вида и типа сварочного оборудования определяется следующими факторами: видом сварки; пространственным положением и протяженностью шва, параметрами режима сварки.
Технические характеристики выбранных источников питания и аппаратов для выполнения сварки должны обеспечивать реализацию назначенных режимов сварки. Вместе с этим они не должны иметь неоправданно высоких запасов мощности, т.к. это ведет к перерасходу электроэнергии.
Были выбраны: ВД-201УЗ m=115 кг.
А1416, габаритные размеры 1070x845x1920, скорость сварки 25-250 м/ч (источник питания ВДУ-1201).
А547УМ, габаритные размеры 350x118x245, скорость сварки 160-780 м/ч (источник питания ВС-300Б).
8. Выбор сборочно-сварочной оснастки
Сборочно-сварочная оснастка это дополнительные технологические устройства (приспособления), предназначенные для выполнения сборочных и сварочных работ.
При помощи сборочных приспособлений собираемые под сварку детали или узлы ориентируются относительно друг друга в положение, предусмотренное чертежом, закрепляются и прихватываются. Наиболее удобное положение собираемых деталей (узлов), при котором прихватки выполняются в нижнем положении или «в лодочку».
Сварочные приспособления или механическое сварочное оборудование предназначено для ориентирования или ориентирования и перемещения изделия относительно сварочного аппарата.
9. Последовательность выполнения швов
Регулирование сварочных деформаций и напряжений при сварке конструкций в значительной степени определяется последовательностью наложения швов. С этой точки зрения при выполнении сварных швов должен соблюдаться следующий порядок. Сначала свариваются стыковые соединения поперечных швов, затем продольных. Угловые и тавровые соединения выполняются после заварки стыковых швов.
Стыковые соединения листов осуществляются, как правило, автоматической сваркой на проход под флюсом на стеллажах и стендах, оснащенных стационарными и переносными флюсовыми подушками, причем начало и конец шва выполняются на входных и выходных планках.
Сварка балок составного двутаврового сечения. Составные двутавровые балки отличаются наличием швов значительной протяженности и большого сечения, поэтому для выполнения поясных швов рекомендуется автоматическая сварка под флюсом с расположением швов в «лодочку».
Для того, чтобы избежать больших остаточных деформаций - кривизны и винтообразности, рекомендуется вести сварку всех поясных швов в одном направлении.
10. Операционный контроль
Организация контроля качества при изготовлении и возведении металлических конструкций предполагает выполнение следующих видов контроля: - входной - проверка качества и соответствия стандартам комплектующих материалов и заготовок, в том числе класса и марки сталей, сварочных материалов и др.
- операционный, - в рамках которого осуществляется проверка геометрических размеров шаблонов, кондукторов и других элементов оснастки; геометрических параметров заготовки после механической обработки и сборки элементов под сварку, расположение, размеры и качество сварных швов и соединений;
геометрические параметры собранного и сваренного элемента конструкции; качество антикоррозионных покрытий.
- приемочный - периодический контроль и испытания конструкции и приемосдаточный контроль.
В зависимости от конструктивного оформления, условий эксплуатации и степени ответственности швы сварных соединений подразделяются на 12 типов и на 1, II, III категории, которые определяют высокий, средний и низкий уровень качества.
Список литературы
1.ГОСТ 23118-78. Конструкции металлические строительные. Общие технические условия. - М.: Изд-во ст-в, 1978.
2. Стальные конструкции: Нормы проектирования: СНИП 11-23-81*, - М.: Стройиздат, 1988.-94 с.
3. Несущие и ограждающие конструкции: СНИП 3.03.01-87, Стройиздат, 1988.
4. Сварка и контроль качества сварных соединений металлических конструкций при сооружении промышленных объектов: РД 34 15.132-96 М., 1988
5. Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций: СП-53-101-98, - М.: 1999.
6.ГОСТ 27772-88. Прокат для строительных стальных конструкций.. - М.: Изд-во ст-в, 1989.
7.ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные.
Основные типы, конструктивные элементы и размеры. - М.: Изд-во ст-в, 1979.
8. Изготовление стальных конструкций. Под ред. В.М. Краснова. Стройиздат, 1978.-355 с.
9. Сварка и резка в промышленном строительстве. Т.2 / Под ред. В.Д. Малышева. - М.: Стройиздат, 1989.-400 с. (справочник строителя).