1. Служебное назначение изделия
Фермы треугольного очертания рациональны для консольных систем и для балочных при сосредоточенной нагрузке в середине пролета (подстропильные фермы). Недостатком этих ферм является повышенный расход металла при распределенной нагрузке; острый опорный узел сложен и допускает только шарнирное сопряжение с колоннами, Средние раскосы очень длинные и их приходится подбирать по предельной гибкости, что ведет к перерасходу металла. Однако иногда их используют для стропильных конструкций, когда необходимо обеспечить большой уклон кровли (свыше 20%) или для создания одностороннего равномерного освещения (шедовые покрытия). Внешний вид проектируемой сварной конструкции представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Внешний вид проектируемой фермы
Габаритные размеры сварной конструкции: длина 12600 мм, ширина 400 мм, высота 2500 мм. Масса изделия: 1942 кг.
Конструкция изделия состоит из двутавра (НЕА240), трубы квадратного профеля 150мм*6мм, швеллера и пластин различной толщины. Марка стали для изготовления данной фермы 17Г1С.
В конструкции применяют стыковые, тавровые и угловые швы. Протяжённость швов лежит в пределах от 100 до 600 мм.
2. Анализ базового варианта изготовления. Обоснование изменений вносимых в базовый технологический процесс
Технологический процесс сварки металлической фермы начинается с изготовления ее элементов -- уголков, швеллеров, косынок и т. п. по заданным чертежам. Изготовленные элементы фермы собирают на стеллаже или в стапелях и скрепляют короткими сварными швами.
На мой взгляд, недостатками базового технологического процесса являются следующие:
1.использование сварочного полуавтомата ПДГО-510 и источника питания ВДУ-506 , т.к. мощность выдаваемая данным оборудованием является крайне избыточной для выполнения данных сварных швов. Необходимо заменить оборудование на менее мощное.
2.Так же недостатком заводского технологического процесса является применение универсальной сборочно-сварочной плиты. При выполнении курсового проекта рассмотрим вариант применения специального приспособления (кондуктора) для сборки-сварки фермы.
Выбор и обоснование способов сварки
Химический состав и характеристика стали марки 17Г1С
Исходя из назначения данной конструкции и условий ее работы, сталь марки 17Г1С, используемая как материал при изготовлении рамы, является распространенной. Использование сварки в среде защитного газа дает возможность увеличить производительность стали 17г1с предназначена для использования в промышленности и широкомасштабном производстве для сваривания различных конструкций. Это низколегированный, с содержанием кремния и марганца сплав.
В своем составе сталь 17г1с содержит такие элементы, как никель, азот, кремний, хром, фосфор, медь, азот, углерод, марганец, мышьяк, железо 96%.
Цифра «17» показывает наличие углерода в этом сплаве и его количество. «Г1» определяют количество марганца, а буква «с» показывает присутствие кремния.
Сварка ст17г1с проводится без ограничений. Степень раскисления для 17г1с – спокойная (Сп). Сталь не изменяет свои свойства и характеристику при температурной растяжке от -40 - +470 градусов.
Состав сплава ст 17г1с определяет особенные свойства материала, который может выдерживать различное давление и нагрузку. Имеет устойчивые к коррозии характеристики.
Сталь класса прочности 345, поставляется толщиной 10–20 мм; класса прочности 355 – 10 мм; с термической обработкой для усиления прочности – 20–60 мм; класса прочности 375 10-20мм.
Химический состав выбранного материала, в процентах, указан в диаграмме, механические свойства данной стали представлены в таблице.
Диаграмма – Химический состав 17г1с по ГОСТ 19281-89
В процентах
Таблица – Механические свойства 17г1с
По реакции на термический цикл низколегированная низкоуглеродистая сталь мало отличается от обычной низкоуглеродистой. Различия состоят в основном в несколько большей склонности к образованию закалочных структур в металле шва и околошовной зоне при повышенных скоростях охлаждения. До недавнего времени считали, что металл шва низкоуглеродистых низколегированных сталей, например 17Г1С, 14ХГС и др., имеет только феррито-перлитную структуру. Поэтому предполагали, что структурные изменения в шве при разных режимах сварки сводятся в основном к изменению соотношения между ферритной и перлитной составляющими, а также изменению степени дисперсности структуры. Более углубленные исследования показали, что при повышенных скоростях охлаждения в швах этих сталей кроме феррита и перлита присутствуют также мартенсит, бейнит и остаточный аустенит. Обнаруживаемый в таких швах мартенсит — бесструктурный, а бейнит представляет собой феррито-карбидную смесь высокой дисперсности. Количество указанных структурных составляющих изменяется в зависимости от температурного цикла сварки. При уменьшении погонной энергии количество мартен сита, бейнита и остаточного аустенита в металле шва повышается и дисперсность их увеличивается. Так, количество закалочных структур в швах на низкоуглеродистой кремнемарганцевой стали толщиной 12 мм при сварке с погонной энергией q= 4 ккал/см и скорости охлаждения в интервале температур 400—600° С, примерно равной 4,5° С/с, составляет 10—11%. В швах, выполненных с большой погонной анергией, количество этих структур резко уменьшается. Структура швов на этой же стали при погонной энергии 13 ккал/см и скорости охлаждения примерно 0,5—0,6° С/с состоит только из феррита и перлита. Мартенсит и бейнит образуются также и в околошовной зоне сварных соединений, например стали 14ХГС, Их количество при сварке такой стали максимально (около 3%) в участке перeгрева и снижается по мере удаления от линии сплавления. При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механические свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Однако при увеличении доли таких структур в шве и околошовной зоне пластичность металла и его стойкость против хрупкого разрушения резко ухудшаются. Дополнительное легирование стали марганцем, кремнием и другими элементами способствует образованию в сварных соединениях закалочных структур. Поэтому режим сварки большинства низколегированных сталей ограничивается более узкими (по значению погонной энергии) пределами, чем при сварке низкоуглеродистой стали. В ряде случаев, например при микролегировании ванадием, ванадием и азотом, а также другими элементами, склонность низколегированной стали к росту зерна в околошовной зоне при сварке незначительна. Для определения реакции низколегированной стали на термический цикл сварки проводят комплекс испытаний. С целью снижения разупрочнения в околошовной зоне термоулутшенные низколегированные стали следует сваривать при минимально возможной погонной энергии. Обеспечение равнопрочности металла шва с основным металлом достигается в основном за счет легирования его элементами, переходящими из основного металла. Иногда для повышения прочности и стойкости против хрупкого разрушения металл шва дополнительно легируют через сварочную проволоку. Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин при сварке низколегированных сталей несколько ниже, чем низкоуглеродистых, в связи с усилением отрицательного влияния углерода некоторыми легирующими элементами, например кремнием. Повышение стойкости против образования трещин достигается снижением содержания в шве углерода, серы и некоторых других элементов за счет применения сварочной проволоки с пониженным содержанием указанных элементов, а также выбором соответствующей технологии сварки (последовательность выполнения швов, обеспечение благоприятной формы провара) и рациональной конструкции изделия.