1.3 Обоснование выбора основного металла

Для обеспечения необходимых свойств сварных соединений колонны, решающее значение имеет выбор материалов.

Согласно СП 16.13330.2011 для изготовления колонн применяется ряд конструкционных и низколегированных сталей, работающих на открытом воздухе при отрицательных температурах или в не отапливаемых помещениях.

Для заданной колонны назначаем сталь Ст3пс по ГОСТ 380-2005.

Таблица 1.1 – Химический состав сталиСт3пспо ГОСТ 380-2005 [7]

В процентах

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	As	Cu
до   0.22	0.05 - 0.15	до 0,65	до   0.3	до   0.05	до   0.04	до   0.3	до 0,012	до   0.3	до   0.3

Таблица 1.2 – Механические свойства стали Ст3псГОСТ 380-2005 [7]

Предел текучести, Мпа (т)	Предел прочности, Мпа (в)	Относительное удлинение, % (Ψ)	Ударная вязкость при температуре
			+20	-40
370	245	25	-	-

Таблица 1.3 – Технологические свойства материала Ст3пс ГОСТ 380-2005 [7]

Свариваемость:	без ограничений.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

1.4 Выбор и обоснования технологических процессов.

Для выполнения сборочных операций применяют сборочное или сборочно-сварочное оборудование. В первом случае сборка заканчивается прихваткой; во втором – сборочное изделие сваривают. Сборочная операция имеет своей целью обеспечить правильное взаимное расположение и закрепление деталей собираемого сварного изделия.

Сборку иногда производят при плотном сопряжении собираемых деталей, но чаще с заданным технологическим зазором. Размещение деталей в приспособлении осуществляют таким образом, чтобы технологические базы деталей опирались на установочные поверхности приспособления. Для качественного выполнения сварочных операций необходимо обеспечить:

- сборку соединений с оптимальным зазором;

- доступность зоны соединения для инструмента;

- рациональное чередование сборочных и сварочных операций и соответствующую последовательность наложения швов;

- позиционирование свариваемых кромок в пространстве и относительное перемещение инструмента и изделия, соответствующие оптимальным условиям сварки.

Сварку следует производить после полного завершения сборки, т. к. пространственная жесткость конструкции будет способствовать уменьшению сварочных деформаций. После сварочных работ производят контроль качества согласно СП 53-101-98.

1.5 Выбор сварочных материалов.

Качество сварочных работ зависит от правильного выбора сварочных материалов и технологической оснастки. Для сварки под слоем флюса выбранного основного материала для изготовления колонны из стали марки Ст3сп ГОСТ 380-2005, согласно СП 16.13330.2011 выбирается проволока Св-08ГА по ГОСТ 2246-70* в сочетании с флюсом АН 47.

Таблица 1.4 – Химический состав сварочной проволоки СВ-08ГА

ГОСТ 2246-70* [5]

В процентах

С	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
≤0,10	≤0,06	0,80-1,10	0,25	0,025	≤0,03	до 0,10	до 0,25

Флюс для автоматической сварки должен иметь хорошие технологические свойства и быть безопасным для исполнителей. АН 47 - стекловидный флюс объёмной массой 1,31,8 . Флюс обеспечивает хорошую устойчивость горения дуги, разрывная длина дуги до 13мм, формирование шва хорошее, склонность к образованию пор сварных соединений низкое, размер зёрен 0,35-3мм, цвет коричневый всех оттенков и жёлтый. Режим сушки флюса при температуре 300-400^оС в течении одного часа.

Таблица 1.5 – Химический состав флюса АН-47 [5]

ГОСТ 9087-81* В процентах

SiO2	MnO	MgO	СаО	Al2O3	CaF2	Fe2O3	S	P
4044	3138	до 12	до 12	до 13	36	0,52,2	до 0,11	до 0,12

Для сварки в среде углекислого газа выбираем проволоку СВ-08Г2С ГОСТ 2246-70* в сочетании с углекислым газом, которая, в большей степени, отвечает всем требованиям, предъявляемым к сварным швам по химическому составу и механическим свойствам.

Таблица 1.6 – Химический состав сварочной проволоки СВ-08Г2С [5]

ГОСТ 2246-70* В процентах

С	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
0,050,11	0,70,95	1,82,1	до 0,2	до 0,25	0,025	0,03

Углекислый газ (СО₂) – широко распространённый в природе бесцветный газ, имеет слабый кисловатый вкус, хорошо растворяется в воде.

Для получения швов высокого качества необходим СО₂ высшего или первого сорта.

Таблица 1.7 – Состав двуокиси углерода ГОСТ 8050-85 [5]

Показатель	Сорт
	высший	первый
Объёмная доля (СО2), % не менее	99,8	99,5
Объёмная доля СО	–	–
Массовая концентрация минеральных масел и механических примесей, не более	0,1	0,1
Массовая доля воды, % не более	–	–
Массовая концентрация водяных паров при температуре 20оС и давлении 101,3 не более	0,037	0,184
Не более, что соответствует насыщенных СО2 водяными парами при давлении 101,3 кПа и температуреСо, не выше	-48	-48

Согласно ГОСТ 8050-85 двуокись углерода не должна содержать сероводород, кислоты, органические соединения (спирты, эфиры, альдегиды и органические кислоты), аммиак и ароматизированные углеводороды.

1.6 Расчет и выбор режимов сварки.

Расчёт режимов автоматической сварки.

Расчёт режимов сварки производится для конкретного типа соединений, исходя из условий обеспечения заданных размеров шва и сплошности соединений.

Расчёт сварки стыковых однопроходных двусторонних швов стенки колонны толщиной S=16мм.

Рисунок 1.2 – Стыковое соединение.

Начинаем расчёт режимов сварки с требуемой глубины провара с одной стороны S=6 мм

h= +(13), мм (1.1)

h= +2=10 мм

Имея в виду, что каждое 80100 А сварочного тока дают глубину провара 1 мм, определяется сварной ток

Iсв=(80100)h, A (1.2)

Iсв=80·10=800 A

Принимаем Iсв=800 A

Скорость сварки устанавливается в зависимости от силы тока

Vсв= , → → (1.3)

Vсв= =31,25 =3125 = 0,86

Определяем диаметр электрода по формуле

dэ=2 , мм (1.4)

где i – плотность тока, которая определяется по таблице

Таблица 1.9 - Плотность тока и диаметр электрода

dэ,мм	2	3	4	5	6
i,	65-200	45-90	35-60	30-50	25-45

dэ=2 =5,04 мм

Конструктивно принимаем dэ=5 мм

Задаёмся величиной Ug=33 В (для стыковых швовUg=3240 В), и по номограмме найдём коэффициент формы провара Ψпр=2,6.

Определяем эффективную тепловую мощность дуги

Qэф=0,24·Iсв·Ug·η, (1.5)

Где

КПД дуги, при сварке под флюсом η=0,80,95 Принимаем η = 0,95

Qэф=0,24·800·36·0,95=6566,2

Определяем фактическую глубину провара

h=0,0156 , см→мм (1.6)

h=0,0156 =0,84см= 8,5мм

Определяем площадь наплавленного металла

Fн= , см² (1.7)

где

γ=7,8

ʆн=11,60,4 , Принимаем ʆн=12

Iсв=800 А

Vсв=

Fн= =0,39 см² =39мм²

Определяем ширину шва

е=Ψпр·h, мм (1.8)

е=2.6·8,5=22,1 мм

Определяем высоту усиления шва

g= , мм (1.9)

g= =2,4мм

Определяем коэффициент формы провара

Ψв= =(710) (1.10)

Ψв= =9,20мм

Перекрой сварного шва:

k = 2h – s (1.11)

k = 2 10 – 16

k = 4мм

Рисунок 1.3 – Сварное соединение С29 АФф ГОСТ 8713-79*

Расчёт сварки стыковых однопроходных швов полок толщиной S=20мм.

Рисунок 1.4 – Стыковое соединение.

Начинаем расчёт режимов сварки с требуемой глубины провара с одной стороны.

h= +(13), мм (1.12)

S=10мм

h= +2=12мм

Имея в виду, что каждое 80100 А сварочного тока дают глубину провара 1 мм, определяется сварной ток

Iсв=(80100)h, A (1.13)

Iсв=90·12=1080 A

Скорость сварки устанавливается в зависимости от силы тока

Vсв= , → → (1.14)

Vсв= =23,14 =2314 = 0,64

Определяем диаметр электрода по формуле

dэ=2 , мм (1.15)

где i – плотность тока, которая определяется по таблице

Таблица 1.10 - Плотность тока и диаметр электрода

dэ,мм	2	3	4	5	6
i,	65-200	45-90	35-60	30-50	25-45

dэ=2 =5,8мм

Конструктивно принимаем dэ=5 мм

Задаёмся величиной Ug=40 В (для стыковых швов Ug=3240 В), и по номограмме найдём коэффициент формы провара Ψпр=1,1.

Определяем эффективную тепловую мощность дуги

Qэф=0,24·Iсв·Ug·η, (1.16)

гдеКПД дуги, при сварки под флюсом η=0,80,95 Принимаем η=0,9

Qэф=0,24·1080·40·0,9=9331,2

Определяем фактическую глубину провара

h=0,0156 , см→мм (1.17)

h=0,0156 =1,7см = 17мм

Определяем площадь наплавленного металла

Fн= , см² (1.18)

гдеγ=7,8

ʆн=11,60,4 Принимаем ʆн=12

Iсв=1080 А

Vсв=2314

Fн= =0,71см²

Определяем ширину шва

е=Ψпр·h, мм (1.19)

е=2·13=26мм

Определяем высоту усиления шва

g= , мм (1.20)

g= =3,74мм

Определяем коэффициент формы провара

Ψв= =(710) (1.21)

Ψв= =6,95

Перекрой сварного шва:

k = 2h – s (1.22)

k = 2 17 – 20

k = 6мм

Рисунок 1.5 – Сварное соединение С29 АФф ГОСТ 8713-79*

Расчёт и выбор параметров режима сварки угловых швов

Рисунок 1.6 – Тавровое соединение.

В зависимости от толщины наименьшего металла катет сварного шва:

К=S₁·0,8, см (1.23)

S₁=16мм

К=16·0,8=12,8мм

Конструктивно принимаем К=12 мм

Определяем площадь наплавленного металла

Fн= , см² (1.24)

Fн= =72 мм²=7,2 см²

Определяем сварочный ток

Iсв= ·i, А (1.25)

где i – плотность тока, которая определяется по таблице

Таблица 1.11 - Плотность тока и диаметр электрода

dэ,мм	2	3	4	5	6
i,	65-200	45-90	35-60	30-50	25-45

Iсв= ·45=883,1 А

Конструктивно принимаем Iсв=850 А

Задаёмся величиной Ug=35 В (для стыковых швов Ug=3240 В), и по номограмме найдём коэффициент формы провара Ψпр=3.

Принимаем коэффициент наплавки

ʆн=12

Определяем скорость сварки

Vсв= , → → (1.26)

где

γ=7,8

Vсв= =18,16 =1816 =0,50

Эффективная тепловая мощность дуги

Qэф=0,24·Iсв·Ug·η, (1.27)

где

КПД дуги, при сварки под флюсом η=0,80,95

Qэф=0,24·850·35·0,9=6426

Определяем глубину проплавления

h=0,0156 , мм (1.28)

h=0,0156 =0,32 см=3,2 мм

Ширина шва

е=h·Ψпр, мм (1.29)

е=3,2·3=9,6 мм

Определяет высоту валика шва

g= , мм (1.30)

g= =1,02 мм

Общая высота сварочного шва

H=h+g, мм (1.31)

H=3,2+1,02=4,22мм

Глубина заполнения разделки углового шва

еʹ= , мм (1.32)

еʹ= =2,68 мм

Глубина провара

h_пр=H- еʹ, мм (1.33)

h_пр=4,22- 2,68=1,54мм

Определяем коэффициент формы шва

Ψ= , (1.34)

Ψ= =2,27

Определяем форму наружной поверхности шва

Iкр=350+m·Vсв, А (1.35)

где

m– коэффициент зависящий от диаметра электрода

Таблица 1.12 - Коэффициент зависящий от диаметра электрода

dэ,мм	2	4	5
m,	2	7	10

Iкр=350+10·181,6=531,6А

Соотношение сварочного и критического тока

Iкр=2166А˃Iсв=850А – шов выпуклый

Рисунок 1.7 – Сварное соединение Т3 ГОСТ 8713-79

Таблица 1.8 – Режим сварки в СО₂ катетом 8 мм [5]

dэ,мм	Iсв, А	U, B	Vcв, м/ч	Вылет электрода, мм	Расход газа, л/мин
2	350	35	25	15	16-17

1.7 Выбор технологического оборудования.

1.7.1 Заготовительное оборудование.

Правка

Правка осуществляется созданием местной пластичной деформацией и, как правило, производится в холодном состоянии. Для устранения волнистости листов и полос толщиной 0,5 – 50мм применяют многовалковые листоправильные машины (с числом волков более 5).

Таблица 1.13 – Техническая характеристика машины 7х320х3550[15]

Параметр	7х320х3550
Размеры обрабатываемых листов, мм: толщина ширина	6-36 до 2500
Скорость правки, м/мин	6-36
Рабочие ролики: число, шт диаметр,мм длина, мм шаг, мм	7 360 1000 400
Мощность электродвигателя привода рабочих роликов, кВт	100
Габаритные размеры: длина, мм ширина, мм высота, мм	8060 3220 3030
Масса, т	62
Разработчик и изготовитель	Старокраматорский машиностроительный завод [82]

1 – верхние валки; 2 – лист металла; 3 – нижние приводные валки.

Рисунок 1.8 – Схема правки листового материала

Нижние приводные валки располагаются в неподвижной станине, а верхние приводные валки подвижны и располагаются в верхней части станины.

В зависимости от толщины выправляемых листов подвижная часть станины может подниматься или опускаться.

Правка достигается многопрокатным изгибом при пропускании листов между верхними и нижними рядами валков расположенных в шахматном порядке.

Резка

Резка выполняется для отделения частей от листового или сортового металла, при изготовлении деталей сварных сварочных конструкций применяют различные виды резки ножницами, на отрезных станках, термическую резку.

Для прямолинейной резки листового металл применяем газопламенную машину с устройством числового программного управления (УЧПУ) «Комета 8К»

Рисунок 1.9 - Газопламенная машина «Комета 8К».

Таблица 1.14 – Технические характеристики газопламенной машины «Комета 8К».[15]

Наибольшие размеры разрезаемых листов, мм: длина ширина	8000 8000
Толщина разрезаемого листа стали: одним резаком двумя и более резаками со скосом кромок	2– 200 3 – 100 5 – 80
Скорость перемещения резака, мм/мин	50 - 12000
Максимальное отклонение от контура, мм	0,35
Число резаков	8
Энергопитание	Трехфазная сеть переменного тока
Напряжение, В	380
Частота, Гц	50
Потребляемая мощность, кВ∙А	5,5
Расход на один резак, м3/ч кислорода ацетилена пропан-бутана природного газа	6 1 0,6 1,8
Давление, МПа кислорода природного газа	1 0,1
Ширина колен направляющих, мм	9500
Габаритные размеры, мм Длина Ширина высота	20600 12600 2550
Масса, кг, комплекта. исп. 1 ходовой части. исп. 1	8100 4000
Изготовитель	ППО «Кислородмаш»
Разработчик	ПИИТК Криогенмаш

Ребра жесткости вырезаем на гильотинных ножницах

Гильотинные ножницы MGHа) - общий вид; б) - кинематическая схема: 1 - станина; 2 - стол; 3 - неподвижный нож; 4 - задний упор; 5 - коленчатый вал; 6 - шатуны; 7 - балка-траверса; 8 - подвижный нож; 9 - прижим; 10 - стаканы прижима; 11 - электродвигатель; 12 - клиноременная передача; 13 - зубчатая передача; 14 - зубчатое колесо; 15 - муфта; 16 - электромагнитный привод муфты; 17 - ленточный тормоз; 18 - пульт управления; 19 - педаль управления муфтой

Рисунок - 1.10 Схема резки листовой стали гильотинными ножницами

Таблица 1.15 Технические характеристики гильотинных ножниц с качающейся балкой серии MGH[15]ТехническиехарактеристикигильотинныхножницТехническиехарактеристикигильотинныхножницТехническиехарактеристикигильотинныхножниц

Подготовка поверхностей

Для очистки проката, сварных узлов, применяют механические и химические методы удаления загрязнения, ржавчины и окалины производят с помощью дробеструйных и дробемётных аппаратов. Также применяют зачистные станки иглофрезы, шлифовальные круги и ленты.

При дробеструйной и дробемётной очистке применяют чугунную или стальную дробь 0,7-4мм в зависимости от толщины металла. В дробеструйных аппаратах дробь выбрасывается на очищаемую поверхность через сопло сжатым воздухом. Очистка производится в камере. Через такую камеру лист проходит в вертикальном положении и отчищается одновременно с двух сторон.

1- дробеметная камера; 2 - дробеметные аппараты; 3 - элеватор; 4 - сепаратор; 5 - расходный бункер; 6 - очищаемый Лист; 7 - механизм передвижения листа; 8 - загрузочная воронка; 9 - вытяжной трубопровод; J0 - вентилятор; - циклон

Рисунок 1.11 – Схема дробемётной очистки.

Таблица 1.16 – Техническая характеристика дробемётной установки 24582

[15]

Размеры очищаемых изделий, мм: наибольшая ширина высота наименьшая длина толщина	1700 500 2500 4,0
Производительность очистки листового стального проката наибольшей ширины при исходной степени окисления «1» до второй степени очистки ГОСТ 9.402-80, м2/мин	9,0
Рекомендуемая скорость движения проката при очистке, м/мин	2-4
Скорость роликового конвейера, м/мин	1-10
Масса дроби, выбрасываемой дробемётными аппаратами в 1 мин, кг	1400
Давление сжатого воздуха, МПа	0,5-0,6
Средняя потребляемая мощность, кВт	120
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота общая	5810 5560 6645
Масса, кг	30000
Изготовитель	Завод «Амурлитман», г. Косомольск-на-Амуре [23]