Файл: Курсоваяработ а по дисциплине Сварочные процессы.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Калининградский государственный технический университет»


Кафедра «Судостроения, судоремонта и морской техники»


К У Р С О В А Я Р А Б О Т А

по дисциплине «Сварочные процессы»

Выполнил студент гр. 21-КС-1-1 института «Морской техники, энергетики и строительства»

Глазков Павел Евгеньевич


Руководитель курсовой работы:

Морозов В.Н. профессор

кафедры «Судостроения, судоремонта и морской техники»


г. Калининград 2022 г.

Оглавление

Введение

Сварная конструкция представляет собой днищевую секцию и включает детали:

• 
  Листы наружной обшивки
  
• 
  Продольные и поперечные ребра жесткости
  
• 
  Флоры
  
• 
  Стрингера
  
• 
  Брусковый киль
  
• 
  Вертикальный киль
  
• 
  Кницы
  
• 
  Полки стрингеров и шпангоутов
  

Секция изготовлена из стали марки Ст3, набирается по продольно-поперечной системе набора, собирается в цеху.

Конструктивно-технологическая характеристика

Шпация:

• 
  ширина 600мм;
  
• 
  максимальная высота 900мм;
  
• 
  расстояние между брусковым килем и 1 стрингером 700мм.
  

Номер детали	Наименование детали	Размер сечения, мм
1, 2, 3	Листы наружной обшивки	8
4	Лист наружной обшивки	10
5, 7	Флоры	12
6	Полка стрингера	12X80
9	Поперечное ребро жесткости	Полособульб N14A
8	Флор	10
10	Стенка вертикального киля	14
11	Брусковый киль	32X160
12, 13	Стенки стрингеров	12
14	Кницы	12
15	Полка стрингера и шпангоута	12X160
16	Продольное ребро жесткости	Полособульб N14A

---

Технический процесс на сборку и сварку конструкции

Сборка секции производится на постели лекального типа, т.к. секция имеет криволинейную поверхность листов наружной обшивки.

1. 
   Произвести сборку наружной обшивки из листов днища (дет. 1, 2, 3)
   
2. 
   Сварка листов наружной обшивки (дет. 1, 2, 3) автоматической сваркой под слоем флюса отдельно от лекальной постели
   
3. 
   Укладываем на лекальную постель брусковый киль (дет. 11) и узел (1,2,3)
   
4. 
   Наносим разметку сетки под продольно-поперечный набор
   
5. 
   Устанавливаем вертикальный киль (дет. 10) на участке между 35 и 38 шп., флоры (дет. 5) к (дет. 10) на участке между 36 и 38 шп., флоры (дет. 7) на участке между 40 и 43 шп., стрингера (дет. 12) к узлу (5, 7) и флоры (дет. 8) к (дет. 12)
   
6. 
   Устанавливаем полособульбы (дет. 9) к (дет. 12), стрингера (дет. 13) к узлу (8, 9), флоры (дет. 5) к (дет. 13) на участке между 35 и 38 шп., полособульбы (дет. 16) к (дет. 1) на участке между 38 и 43 шп., кницы (дет. 14)
   
7. 
   Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 10) к (дет. 11), (дет. 5) к узлу (10,12,3) и узел (1,2,3) к (дет. 11) РДС
   
8. 
   Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. (дет. 7) к узлу (12,3), (дет. 12) к (дет. 3) РДС
   
9. 
   Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером узел (8,9) к узлу (12,13,2), (дет. 14) к узлу (12,8) и (дет. 13) к (дет. 2) РДС
   
10. 
    Сварка в ячейке между 37 и 38 шп и за 2 стрингером (дет. 5) к узлу (13,1) РДС
    
11. 
    Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и за 2 стрингером (дет. 16) к (дет. 1) и (дет. 4) к (дет. 1) РДС
    
12. 
    Открепляем секцию от постели и перекантовываем на 180 градусов, производим строжку корней шва, производим подварку РДС.
    
13. 
    Сдаем секцию ОТК на конструктивность и качество.
    

Технологическая последовательность сварки секции

№	Содержание сборочных и сварочных операций с нумерацией деталей	Усл. об. способа сварки	Об. сварного шва	Положение в пространстве	Сила тока, А	Напряжение, В	Скорость сварки, м/ч	Диаметр электрода, мм	Марка электрода	Марка флюса
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Произвести сборку наружной обшивки из листов днища (дет. 1, 2, 3)	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2	Сварка листов наружной обшивки (дет. 1, 2, 3) автоматической сваркой под слоем флюса	Аф	С21	Н	720	38	30	4	Св-08А	ОСЦ-45
3	Укладываем на лекальную постель брусковый киль (дет. 11) и узел (1,2,3)	-	-	-	-	-	-	-	-	-
4	Наносим разметку сетки под продольно-поперечный набор	-	-	-	-	-	-	-	-	-
5	Устанавливаем вертикальный киль (дет. 10) на участке между 35 и 38 шп., флоры (дет. 5) к (дет. 10) на участке между 36 и 38 шп., флоры (дет. 7) на участке между 40 и 43 шп., стрингера (дет. 12) к узлу (5, 7) и флоры (дет. 8) к (дет. 12)	-	-	-	-	-	-	-	-	-
6	Устанавливаем полособульбы (дет. 9) к (дет. 12), стрингера (дет. 13) к узлу (8, 9), флоры (дет. 5) к (дет. 13) на участке между 35 и 38 шп., полособульбы (дет. 16) к (дет. 1) на участке между 38 и 43 шп., кницы (дет. 14) к (дет. 12)	-	-	-	-	-	-	-	-	-
7	Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 5) к узлу (10,12) РДС		Т9 6	В	233	20	6	5	УОНИ13/45А	-
8	Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 10) к (дет. 11) РДС		Т9 7	Н	275	24	10	5	УОНИ13/45А	-
9	Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 5) к (дет. 3)		Т9 6	Н	275	24	10	5	УОНИ13/45А	-
10	Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 3) к (дет. 11)		Т8 5	Н	275	24	10	5	УОНИ13/45А	-
11	Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 12) к (дет. 3)		Т9 6	Н	275	24	10	5	УОНИ13/45А	-
12	Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. (дет. 7) к (дет. 12) РДС		Т9 6	В	233	20	6	5	УОНИ13/45А	-
13	Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. (дет. 7) к (дет. 3) РДС		Т9 6	Н	275	24	10	5	УОНИ13/45А	-
14	Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером (дет. 8) к узлу (12,13) РДС		Т8 5	В	233	20	6	5	УОНИ13/45А	-
15	Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером (дет. 9) к узлу (12,13) РДС		Т8 5	В	233	20	6	5	УОНИ13/45А	-
16	Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером (дет. 13) к (дет. 2) РДС		Т9 6	Н	275	24	10	5	УОНИ13/45А
17	Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером (дет. 8) к (дет. 2) РДС		Т8 5	Н	275	24	10	5	УОНИ13/45А	-
18	Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером (дет. 9) к (дет. 2) РДС		Т8 5	Н	274	24	10	5	УОНИ13/45А	-
19	Сварка в ячейке между 37 и 38 шп и за 2 стрингером (дет. 5) к (дет. 13) РДС		Т9 6	В	233	20	6	5	УОНИ13/45А	-
20	Сварка в ячейке между 37 и 38 шп и за 2 стрингером (дет. 5) к (дет. 1) РДС		Т9 6	Н	274	24	10	5	УОНИ13/45А	-
21	Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и за 2 стрингером (дет. 16) к (дет. 1) РДС		Т8 5	Г	233	20	6	5	УОНИ13/45А	-
22	Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. между 1 и 2 стрингером (дет. 14) к узлу(12, 8) РДС		Т9 6	Н	274	24	10	5	УОНИ13/45А	-
23	Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и за 2 стрингером (дет. 4) к (дет. 1) РДС		Т8 4	Н	274	24	10	5	УОНИ13/45А	-
24	Открепляем секцию от постели и перекантовываем на 180 градусов, производим строжку корней шва, производим подварку РДС.		С21	Н	206	18	10	5	УОНИ13/45А	-
25	Сдаем секцию на конструктивность ОТК и производим проверку качества	-	-	-	-	-	-	-	-	-

---

Расчет режимов сварки

В курсовой работе необходимо произвести расчет параметров режимов сварки. Силу сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра электрода, химического состава стали, пространственного положения шва, вида соединения и толщины свариваемого металла и др.

Для расчета сварочного тока используют следующую зависимость:

I_св = m*d_э,

где I_св - сила сварочного тока, А; m - эмпирический коэффициент (у меня: m = 45 при d_э = 5 мм); d_э - диаметр электрода, мм.

Эта формула условна, так как в ней ток является линейной функцией диаметра электрода. В действительности он зависит от квадрата диаметра электрода:

I_св = J*F_э,

где J - плотность тока, А/мм²; F - площадь сечения стержня электрода, мм². При расчёте силы сварочного тока значения плотности тока при РДС принять равными J = 10-18 А/мм² (у меня: J = 14 А/мм²)

Тогда площадь сечения стрежня электрода будет равна:

F_э = π * (d/2)² = 3,14 * 25/4 = 20 (мм²)

Сила сварочного тока в нижнем положении:

I_нсв = 14 * 19,64 = 275 (А)

Для предотвращения стекания жидкого металла при сварке в вертикальном и потолочном положениях сила тока уменьшается на 15 – 20% по сравнению с силой тока для сварки в нижнем положении.

Сила тока для сварки в вертикальном положении:

I_всв = 274,89 * 0,85 = 233 (А)

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла по табл. П.2.1 Приложения 2. Первый проход при РДС, как правило, выполняется электродом диаметром 3 – 4 мм с тем, чтобы улучшить провар корня шва.

При выполнении многослойной сварки число проходов определяется по выражению:

n = S/d_э,

где S – толщина металла к которому приваривается деталь, мм; d_э – диаметр электрода, мм.

Скорость РДС в нижнем положении: V_св = 7 – 12 м/час (у меня: V_св = 9,5 м/час)

Напряжение на дуге U_д определяют по выражению:

U_д = 20 + ((20 * 10^-3)/(dэ)^1/2) * I_св ± 1

Напряжение на дуге при сварке в нижнем положении:

U_д = 20 + ((20 * 10^-3)/(5)^1/2) * 274,89 ± 1 = 23 (В)

Напряжение на дуге при сварке в вертикальном положении:

---

U_д = U_д * 0,85 = 20 (В)

Для сварки под флюсом:

Сила сварочного тока и скорость сварки определяются расчётным путём. Сила тока определяется по выражению:

I_св = ε*Н,

где I_св - сила сварочного тока, А; Н – глубина проплавления, мм; её предварительно назначают в зависимости от толщины листа; ε - эмпирический коэффициент, зависящий от рода тока и его полярности, диаметра проволоки и состава флюса (у меня: ε = 90).

При однопроходной односторонняя сварке Н принимают равной толщине металла (у меня: Н = 8 мм)

I_св = 90 * 8 = 720 (А)

Скорость сварки при всех диаметрах электродной проволоки приближённо можно определить по выражению:

Vсв = I²/(ε₁*H),

где V_св – скорость сварки, м/ч; I - сварочный ток, А; Н – глубина проплавления, мм; ε₁ – эмпирический коэффициент (у меня: Н < 9, тогда, по данным Г.А. Бельчука, ε₁ = 0,22*10⁴).

Vсв = 720²/ (0,22*10⁴*8) = 30 (м/ч),

Ещё один способ определения скорости автоматической сварки, согласно которому она может быть определена по выражению:

V_св = А /I_св,

где значения коэффициента А выбирают в зависимости от диаметра электродной проволоки (у меня: d_э = 4 мм, тогда A = 2*10⁴ м*А/ч).

V_св = 2*10⁴/720 = 28 (м/ч),

Диаметр электродной проволоки определяется по выражению:

d_э = 1, 13*(????_св /????)^1/2,

где i - допустимая плотность тока, А/мм²

Допустимая плотность тока для проволоки диаметром 4 мм равна 60 А/мм².

d_э = 1, 13*(720/60)^1/2 = 4 (мм),

Напряжение на дуге U_д определяют по выражению:

U_д = 20 + ((50 * 10^-3)/(dэ)^1/2) * I_св ± 1

Тогда для расчетного диаметра проволоки:

U_д = 20 + ((50 * 10^-3)/(3,914)^1/2) * 720 ± 1 = 38 (В)

Для расчёта мгновенной скорости охлаждения металла в околошовной зоне (автоматическая сварка под флюсом) необходимо определить один из параметров – величину погонной энергии сварки, которая рассчитывается по выражению:

Ɋп = I_св*U_д*η_и , Вт,

где η_и = 0,79 - эффективный КПД нагрева металла дугой при применении автоматов с обратным формированием шва на охлаждаемых подкладках.

---

Ɋп = 720*38,2*0,78 = 21,45 (кВт),

Далее необходимо рассчитать мгновенную скорость охлаждения металла в околошовной зоне при температуре наименьшей устойчивости аустенита, используя формулу Н.Н. Рыкалина, подставляя в неё полученное значение погонной энергии для режимов сварки только стыковых соединений листов обшивки заданной секции. Эта формула имеет вид:

ω₀ = -2π*λ*С*γ*(Т−Т₀)³/(Ɋп/(????/V_св))² (⁰С/сек),

где λ – теплопроводность, Вт/см*⁰С; С*γ - объёмная теплоёмкость, Дж/см³*⁰С; Т₀ – начальная температура изделия (конструкции), ⁰С; Т - температура наименьшей устойчивости аустенита, ⁰С; V_св - скорость сварки см/сек; δ – толщина листов, см.

Для большинства малоуглеродистых и низколегированных судостроительных сталей в расчётах применять: λ = 0,42 Вт/см*⁰С; С*γ = 5,25 Дж/см³*⁰С; Т = 550-6000С.

ω₀ = 2*3,14*0,42*5,25*(600−25)³/(21453/(8/29,5))² = 4 (⁰С/сек),

Полученное значение мгновенной скорости охлаждения сравнить с оптимальным интервалом скорости охлаждения, приведенным ниже для нескольких марок судостроительных сталей:

Для стали Вст3сп оптимальный интервал скоростей охлаждения: 1,2 – 12 ⁰С/сек, получается, что выбранный режим сварки обеспечит получение заданных свойств металла в околошовной зоне.

Технолого-нормировочная карта на сварку секции

Наименование операции	Тол-щина, мм	Поло-жение шва	Тип шва и обозн.	Длина шва, м			Раз ряд	Норма времени, н-час на 1 п.м.шва
				РДС	Аф	CO2
Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 5) к узлу (10,12) РДС	12-14	В	Т9 6	22,8	-	-	4	(22,8*0,07 + 22,8* 0,27)*1.8 = 14
Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 10) к (дет. 11) РДС	14	Н	Т9 7	4,3	-	-	4	(4,3*0,1+4,3*0,17) *1,8 = 3
Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 5) к (дет. 3)	10-12	Н	Т9 6	11,2	-	-	4	(11,2*0,07+11,2*0,14) *1,8 = 5
Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 3) к (дет. 11)	10	Н	Т8 5	12	-	-	4	(10*0,05+10*0,11) *1,8 = 3
Сварка в ячейке между 37 и 38 шп. (дет. 12) к (дет. 3)	8-12	Н	Т9 6	24	-	-	4	(24*0,07+24*0,14) *1,8 = 10
Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. (дет. 7) к (дет. 12) РДС	12	В	Т9 6	18	-	-	4	(18*0,07+18*0,27) *1,8 = 12
Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. (дет. 7) к (дет. 3) РДС	10-12	Н	Т9 6	14	-	-	4	(14*0,07+14*0,14) *1,8 = 6
Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером (дет. 8) к узлу (12,13) РДС	10-12	В	Т8 5	54	-	-	4	(54*0,05+54*0,13) *1,8 = 18
Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером (дет. 9) к узлу (12,13) РДС	12	В	Т8 5	11,2	-	-	4	(11,2*0,05+11,2*0,13) *1,8 = 4
Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером (дет. 8) к (дет. 2) РДС	8-10	Н	Т8 5	37,8	-	-	4	(37,8*0,05+37,8*0,11) *1,8 = 11
Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером (дет. 9) к (дет. 2) РДС	8	Н	Т8 5	37,8	-	-	4	(37,8*0,05+37,8*0,11) *1,8 = 11
Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и между 1 и 2 стрингером (дет. 13) к (дет. 2) РДС	8-12	Н	Т9 6	24	-	-	4	(24*0,07+24*0,14) *1,8 = 10
Сварка в ячейке между 37 и 38 шп и за 2 стрингером (дет. 5) к (дет. 13) РДС	12	В	Т9 6	9,6	-	-	4	(9,6*0,07+9,6*0,27) *1,8 = 6
Сварка в ячейке между 37 и 38 шп и за 2 стрингером (дет. 5) к (дет. 1) РДС	12-8	Н	Т9 6	11,2	-	-	4	(11,2*0,07+11,2*0,14) *1,8 = 5
Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и за 2 стрингером (дет. 16) к (дет. 1) РДС	8	Г	Т8 5	14,4	-	-	4	(14,4*0,05+14,4*0,13) *1,8 = 5
Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. между 1 и 2 стрингером (дет. 14) к узлу(12, 8) РДС	10-12	Н	Т9 6	8,4	-	-	4	(8,4*0,07+8,4*0,14) *1,8 = 4
Сварка в ячейке между 38 и 39 шп. и за 2 стрингером (дет. 4) к (дет. 1) РДС	8	Н	Т8 4	4,8	-	-	4	(4,8*0,04+4,8*0,1) *1,8 = 2
производим подварку РДС.	8-10	Н	С21	36	-	-	4	(36*0,07+36*0,12) *1,95 = 14
Сварка листов наружной обшивки (дет. 1, 2, 3) автоматической сваркой под слоем флюса	8-10	Н	С21	-	24	-	3	24 * 0,02 + 24 * 0,079 = 3
Итого:				331,5	24	0		146

---