Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 176
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Таблица 8 – Механические свойства стали 09Г2С в зависимости от температуры отпуска [30]
| tисп, 0С | σ0,2, МПа | σВ, Мпа | δ5 % | ψ, % |
| 20 | 295 | 405 | 30 | 66 |
| 100 | 270 | 415 | 29 | 68 |
| 200 | 265 | 430 | – | – |
| tисп, 0С | σ0,2, МПа | σВ, Мпа | δ5 % | ψ, % |
| 300 | 220 | 435 | – | – |
| 400 | 205 | 410 | 27 | 63 |
| 500 | 185 | 315 | – | 63 |
Механические свойства :
σВ – Предел кратковременной прочности , [МПа]
sT – Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5 – Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y – Относительное сужение , [ % ]
KCU – Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB – Твердость по Бринеллю , [МПа]
Физические свойства :
T – Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E – Модуль упругости первого рода , [МПа]
a – Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l – Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r – Плотность материала , [кг/м3]
C – Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R – Удельное электросопротивление, [Ом·м]
Свариваемость основного металла по его влиянию на состав и свойства металла шва, а также по его сопротивляемости образованию холодных трещин можно приближенно оценить, исходя из химического состава основного металла низколегированной стали. Сопротивляемость материала образованию трещин при сварке принято выражать посредством эквивалента углерода. Согласно ГОСТ 19281 – 2014 «Прокат повышенной прочности. Общие технические условия» и ГОСТ 27772 – 2015 «Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия. углеродный эквивалент рассчитывается по формуле1
Cэкв = C + Mn/6 + Si/24 + Cr/5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2; (1)
где C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P – массовые доли элементов в %.
Медь и фосфор учитывают, если их концентрации превышают следующие значения: Cu более 0,5%, P более 0,05% [1]
Cэкв = 0,12 + 1,3/6 + 0,5/24 + 0,3/5 + 0,3/40 = 0,42 %
Сталь обладает хорошей свариваемостью так как имеет углеродный эквивалент не превышающий 0,43 %, согласно ГОСТ 19281 – 2014 «Прокат повышенной прочности. Общие технические условия.» для сталей класса прочности 325 МПа
1.3. Технические условия на изготовление
сварной конструкции
Понятие технологичности сварной конструкции - это возможность изготовления всех деталей конструкции и с ее наименьшими трудовыми затратами удобными способами и с применением самого производственного оборудования, например штамповка деталей вместо кислородной резки. Технические требования — по ГОСТ 22790—89.
Для того чтобы при выполнении соединения дуговой сваркой шов был высокого качества, необходимо изучить соответствующий ГОСТ.
Он регламентирует размеры соединений, особенности конструктивных элементов, типы и марки материалов, которые следует использовать в процессе работы.
Аппарат для дуговой сварки должен в полной мере обеспечивать выполнение ГОСТ. Следует отметить и то, что выбор режима работы для дуговой сварки также следует делать, исходя из рекомендованных нормативов.
Различные виды нормативов при их строгом соблюдении дают возможность производить работу максимально качественно.
При сборке фланцевых соединений должно обеспечиваться симметричное расположение отверстий под болты и шпильки относительно вертикальной и горизонтальной осей фланцев и не совпадать с ними. Несовпадение отверстий соединяемых фланцев не должно превышать половины разности номинальных диаметров отверстия и устанавливаемого болта (шпильки).
При сборке фланцевых соединений должны быть выполнены следующие требования: - гайки болтов должны быть расположены с одной стороны фланцевого соединения; - длина шпилек (болтов) должна обеспечивать превышение резьбовой части над гайкой не менее чем на 1 шаг резьбы, не считая фаски; - гайки соединений с мягкими прокладками затягивают равномерно по способу крестообразного обхода: сначала затягивают одну пару противоположно расположенных болтов, затем - вторую, находящуюся под углом 90° к первой, и после этого таким же способом затягивают все болты; - гайки соединений с металлическими прокладками затягивают по способу кругового обхода (при трех- или четырехкратном круговом обходе равномерно затягивают все гайки); - крепежные детали во фланцевых соединениях должны быть одной партии. Порядок сборки фланцевых соединений, контроль усилия затяжки крепежных деталей должны быть приведены в производственных инструкциях предприятия-изготовителя с соблюдением требований ГОСТ 20700 болты и шпильки соединений трубопроводов, работающих при температуре свыше 300°С, предварительно должны быть покрыты графитовой смазкой, предохраняющей их от заедания и пригорания; фланцы на замыкающих концах сборочных единиц приваривают только в случаях, когда расположение отверстий в них не ограничено. Фланцы, связанные с аппаратами, арматурой или фланцами на других узлах, после уточнения их положения по месту следует приваривать на монтаже. [5]
2. РАСЧЕТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Выбор и обоснование заготовительных операций и оборудования
Изготовление заготовки трубы с фланцем можно разбить на следующие этапы:
1) зачистка и подготовка поверхности
2) подготовка кромок под сварку
Очистку применяют для удаления с поверхности металла средств консервации, загрязнений, смазочно-охлаждающих жидкостей, ржавчины, окалин, заусенцев, грата и шлака, затрудняющих процесс сварки, вызывающих дефекты сварных швов и препятствующих нанесению. Очистка ручным и механизированным инструментом представляет собой метод подготовки поверхности, обеспечивающий худшую степень ее чистоты по сравнению с достигаемой при абразивно-струйной обработке. Для достижения качества подготовки, аналогичного абразивно-струйному методу необходимо применение более чем одного типа механизированного инструмента, что делает такую подготовку поверхности более сложной и дорогостоящей. Более того, при этом невозможно удалить масло, смазки и активирующие коррозию вещества, например хлориды и сульфаты.
Однако в некоторых случаях очистке механизированным инструментом отдают предпочтение перед абразивно-струйной очисткой, например, когда необходимо избежать образования пыли или скопления отработанного абразива. Для очистки от ржавчины, окалины и старых лакокрасочных покрытий малогабаритных деталей и при их невысокой программе на машиностроительных предприятиях применяются камеры ручной струйной очистки. В этих камерах абразивно-струйная обработка поверхностей производится в замкнутом пространстве, где в зоне обработки находятся только руки оператора. К несомненным плюсам данного вида оборудования относятся отсутствие необходимости создания специальных площадок или помещений, а также отсутствие необходимости спецодежды для оператора. Выпускаемые камеры имеют два типа подачи абразивного материала: напорный и эжекторный. В камерах эжекторного типа разгон и подачу абразива осуществляет сжатый воздух. В струйном пистолете сжатый воздух создает эжекцию. За счет разряжения абразив подается в сопло, где и происходит его разгон. В камерах напорного типа абразив забирается из рабочей зоны, сепарируется, очищается от пыли и крупных частиц и подается в сопло из напорного аппарата. В напорных аппаратах производительность по сравнению с эжекторными выше в несколько раз. Управление подачей абразива осуществляется пневмопедалью. рисунок1
При этом в различных модификациях камер возможна установка средств автоматизации или механизации струйно-абразивной обработки.
Рисунок1. Эжекторная абразивно-струйная камера ВМЗ КСО-110-И-СФ-В
-
110Объем бункера, л -
200-1200Расход воздуха, л/мин -
4-7Макс. рабочее давление, бар -
1-6Произв-ть, м2/час -
2000х900х1100Габариты, мм -
380Вес, кг
При назначении форм подготовки кромок учитывают прежде всего глубину провара, технологические и экономические условия процесса. Так например, стыковые соединения с V-образной подготовкой кромок рекомендуется применять для металла толщиной 3-26мм. При возможности кантовки стыкового соединения, при доступе с двух сторон, для металла толщиной 12-40мм выполняется К-образная подготовка кромок, при толщине до 60мм Х-образная разделка. Для очистки и подготовки кромок применим угловую шлифмашину Makita M9511 (Рисунок 2)
Рисунок 2 УШМ Makita M9511Предназначен для снятия внешней и внутренней фасок труб. Применяется при работе с трубами из цветных металлов, металлопластика и ПВХ.
2.2. Выбор способа сборки и сборочного оборудования
Единичное производство характеризуется широтой номенклатуры изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым объемом их выпуска. Объем выпуска - количество изделий определенных наименований, типоразмера и исполнения, изготовленных или ремонтируемых объединением, предприятием или его подразделением в течение планируемого интервала времени.
Производственный процесс изготовления продукции носит прерывный характер. На выпуск каждой единицы продукции затрачивается относительно продолжительное время. На предприятиях применяется универсальное оборудование, сборочные процессы характеризуются значительной долей ручных работ, персонал обладает универсальными навыками.
В единичном мало-серийном производстве широко используют Универсально-сборные приспособления (УСП).
УСП являются системой стандартных средств технологического оснащения сборочно-сварочного оборудования. Особенность технологической подготовки производства с применением УСП заключается в том, что вместо специальных приспособлений предприятию достаточно иметь универсальный набор взаимозаменяемых деталей и узлов. При необходимости из них собирают разнообразные приспособления для выполнения конкретных операций. По окончании обработки требуемого количества деталей приспособление разбирают на составляющие его элементы, которые используют для компоновки других приспособлений, предназначенных для выполнения иных операций.
Приспособления собирают без чертежей и схем, не затрачивая времени на проектирование и изготовление специальных приспособлений. Стоимость комплекта деталей УСП окупается в течении короткого периода за счет незначительных затрат времени на сборку и возможности многократной оборачиваемости элементов УСП. В нашем случае УСП:
-магнитный монтажно-сварочный угольник, применяемый для позиционирования взаимно перпендикулярных поверхностей при монтаже деталей опоры технологического трубопровода;
- монтажный эксцентриковый ручной захват.
Угловой сварочный магнит Magswitch BoomerAngle 600 (рис 1) предлагает практически неограниченные углы с вращающимся в конце каждой оси с 10-дюймовым регулируемым углом с двумя сверхсильными 50-миллиметровыми MagSquares, каждая из которых имеет отрывную силу до 550 фунтов и обеспчивает :
-Быстрое и легкое включение выключение магнита.
-Реверсивный для внутреннего или внешнего удержания.
-Держится ровно и труба.
-На 180 градусов выключите ручку Magswitch, чтобы активировать деактивировать.
-Удерживающая сила Magswitch постепенно увеличивается, когда ручка поворачивается, что позволят позиционировать
-Универсальность: вращающиеся Magswitches для практически неограниченных углов.
-Предустановленные позиции на 90 градусов внутри и снаружи.
Рис.1 Угловой сварочный магнит Magswitch BoomerAngle 600
Рис 2. монтажный эксцентриковый ручной захват
Сборочная операция осуществляется с целью придания проектного положения с последующим закреплением их в этом положении при помощи специальных приспособлений или прихваток. Прихватка - короткий сварной шов уменьшенного сечения, служащий для предварительного соединения подлежащих сварке элементов. Выполняются прихватки при помощи ручной сварки или механизированной сваркой в углекислом газе. Сборочные работы выполняются в соответствии с техническими требованиями СН и П 3.03.01.-87 и ОСТ 36-58-81
« Конструкции строительные стальные. Сварка. Основные требования».
К операции сборки предъявляются следующие требования:
1. Размеры и форма конструктивных элементов, подготовленных к сварке, должны соответствовать требованиям ГОСТов, нормам и техническим условиям.
Размеры зазоров, величина превышения, собранных под сварку кромок, не должны быть выше принятых стандартов на сварные соединения.
2. Сборочные прихватки должны выполняться-таки же сварочными материалами, какие выбраны для сварки. Качество прихваток должно отвечать требования к проектным сварным швам.
3. Отклонения в размерах и геометрической форме собранных под сварку элементов не должны превышать величин, допускаемых СН и П 3.03.01-87 и другими нормативными документами.
Сборочные приспособления используются для установки собираемых элементов и требуемое чертежом положение, закрепление их относительно друг друга для осуществления прихваток.
Производительность поузловой сборки металлоконструкции выше, чем последовательной или полной, так как можно организовать одновременную сборку всех узлов. Качество металлоконструкций, при производстве которых применялась поузловая сборка, может быть также выше, так как правку отдельных узлов выполнять легче, чем более жесткой, полностью сваренной металлоконструкции, изготовленной, например, с применением полной сборки.
После завершения сборочных работ собранное изделие передается на сварку.
2.3. Выбор способа сварки, сварного оборудования и сварочных материалов
Выбор способа сварки производим с учетом толщины деталей вместе их соединения, типа и конструктивного оформления, протяженности и конфигурации, доступности и положения шва в пространстве, особенностей свариваемости, программы выпуска и т. д.
Для сварки колена с фланцем была выбрана ручная дуговая сварка потому, что:
-Сварка может осуществляться в разных положениях,
-метод ручной сварки позволяет работать с большим количеством металлов. Легкость в переноске и транспортировке;
-Нет необходимости в использовании газа и прочих дополнительных материалов;
-Быстрая подготовка к использованию.
Сварка различных труб ручной дуговой сваркой заключается в образовании в точке приложения электрода к поверхности трубы высокотемпературной электрической дуги. Под её действием металл электрода расплавляется до жидкого состояния и каплями стекает вниз в точку соединения двух элементов трубопровода, металлическая поверхность которых также расплавляется до полужидкого состояния. Попавшие на стык металлические капли, застывая, соединяют между собой детали, и герметизирует шов. Шлак, содержащийся в электроде, всплывает наверх сварочного расплава до момента застывания последнего.
Плюсы и минусы ручной дуговой сварки
Плюсы:
1.Не требует сложного обучения
2.Высокая производительность процесса
3.Не высокая стоимость расходных материалов
4.Простота процесса легко позволяет произвести его автоматизацию и механизацию
5.Мальнькая область нагрева поверхности.
Минусы:
1.привязка к электросети
2.Невозможности работы без преобразователей тока и трансформаторов.
3.Наличие предварительного этапа подготовки свариваемых поверхностей
Инверторный сварочный аппарат Ресанта САИ-190(рис 3) подходит для сварочных работ электродом до 5 мм. Регулировка тока сварки от 10 до 190 А для более точной работы и ровных сварных швов. Наличие ремня повышает удобство переноса аппарата. Современные функции горячего старта и антизалипания помогут быстрее и лучше справиться с любой работой. Защита от перегрева продлит срок использования.
Рисунок 3 Ресанта САИ-190Таблица 9. Технические характеристики сварочный аппарат Ресанта САИ-190
| Число фаз | однофазная сеть |
| Входное напряжение | 260 В |
| Минимальное входное напряжение | 140 В |
| Потребляемая мощность (MIG/MAG) | 7.2 кВт |
| Напряжение холостого хода | 85 В |
| Минимальный сварочный ток (MIG/MAG) | 10 А |
| Максимальный сварочный ток (MIG/MAG) | 190 А |
| Рабочий цикл при максимальном сварочном токе | 70 % |
| Максимальный сварочный ток при 100% цикле | 120 А |
| Диаметр электрода (max) | 5 мм |
| Диаметр электрода (min) | 1.6 мм |
рисунок 4
Электрододержатель HANDY STYLE 200A 150А-60%ПВ START STHS200 (рис.4) используется для ручной дуговой сварки током до 200 А штучными электродами диаметром 1.6-4.0 мм. Модель винтового типа. Голова и ручка полностью изолированы. Два отверстия под углами 45° и 90° в различных позициях. Кабель закрепляется двумя винтами с внутренним шестигранником.
Выбор сварочных материалов осуществляется с учетом химических и механических свойств сварочного металла. Кроме того, нужно учитывать технологические особенности сварочной конструкции и состав сварки. В данном случае для автоматической сварки фланца выбирается Ручная дуговая сварка и электроды марки АНО -21.
Рутиловая обмазка на основе диоксида титана позволяет сваривать заготовки во влажном состоянии и со следами коррозии. Изделие способно работать во всех сварочных положениях и направлениях, что особо важно для проварки неповоротных стыков трубопроводов.
Напряжение холостого хода должно быть не менее 50 вольт, работать можно прямой и обратной полярностью, а также переменными током. АНО-21 выпускаются диаметром 2; 2,5; 3 и 4 мм. .
Сварочная проволока, используемая для производства АНО-21, содержит добавки, повышающие коэффициент поверхностного натяжения расплава. Это позволяет варить потолочные и вертикальные швы, не опасаясь вытекания металла из сварочной ванны.
Химический состав АНО-21 неизменен для всех диаметров и длин ассортимента. Он определяет физико-химические и эксплуатационные свойства изделия. Нормированное процентное содержание легирующих добавок и максимальное содержание примесей [указано в таблице 9]
Таблица 9.
| С | Si | Mn | S | P |
| 0,1 | 0,3 | 0,5–0,8 | 0,04 | 0,045 |
Химический состав регламентирован государственным стандартом и обязателен к соблюдению для всех производителей электродов. На практике между их продукцией наблюдается определенная разница в химическом составе.
Рисунок 4. Электроды сварочные АНО -21Электроды сварочные АНО -21 обладают следующими достоинствами:
1. доступность;
2. быстрый поджиг электродуги;
3. формирование легкого и быстро удаляемого шлакового слоя поверх;
4.материла шва;
5. слоя прочность, долговечность и герметичность шва.
Таблица 10. Электроды сварочные АНО -21
| Диаметр элетродов | Основное покрытие | Рекомендуемый св ток |
| 1-5 мм | Рутиловое | Переменный-Постоянный любой полярности |
2.4 Расчет режимов сварки
Режимом сварки называют основные показатели, определяющие процесс сварки, которые устанавливаются на основе исходных данных и должны выполняться для получения сварного соединения требуемого качества, размеров и формы, установленных проектом.