1 Теоретические основы техники и технологии изготовления конструкции

1.1 Назначение и описание сварной конструкции

Контейнер для вент блоков - ответственная конструкция, работающая под действием статических и динамических нагрузок. Эксплуатируется на открытом воздухе, что приводит к воздействию ветровой, снеговой нагрузок. Контейнер для вент блоков предназначен для хранения и транспортировки вентиляционных блоков, перевозится на специально оборудованных машинах, длинномерах.

Она габаритная в объемах, ее высота составляет 3080мм, а ширина 2004мм, а масса этой конструкции достигает 1000 кг.

Рисунок 1 - Контейнер для вентиляционных блоков.

1.2 Выбор и обоснование материала

Ответственная конструкция, эксплуатируется под действием статических и динамических нагрузок. Для изготовления целесообразно использовать фасонный профиль (швеллер, труба, лист)

Таблица 1.1.1 Ведомость необходимых материалов.

№ п.п		ГОСТ		Фасонный профиль		Количество		Марка
1		14-3-190-82		Труба16		5м		Ст20
2		14637-79		Швеллер 100		6м2		ВСт3сп5
3		14637-79		Лист 8		0,03кг		ВСт3сп5
4	3826-82		Лист 14		0,05кг		ВСт3сп5
5	481-80		Уголок 40*40*4		5м		Ст20

Таблица 1.1.2 Химический состав стали

Марка стали	С, %	Mn, %	Si, %	S,%	P,%	Ni,%	Cr.%	Cu.%	As.%	Fe.%
ВСт3сп5	0,14-0,22	0,40-0,65	0,15-0,30	S ≤0.040%	P ≤0.050%
Ст20	0.17-0.24	0.35-0.65	0.17-0.37	S ≤0.035%	P≤ 0.040%	до 0,25	до 0,25	до 0,25	до 0,08	~98

Таблица 1.1.3 Механические свойства стали

Марка стали	σр	σс	Относительное удлинение
ВСт3сп5	460	330	21
Ст20	410	315	16

Количественным показателем свариваемости стали известного химического состава является эквивалентное содержание углерода. Для определения группы свариваемости стали ВСт3сп5 производим расчет по формуле:

5) для различных сталей (по К.К.Хренову.)

Сэкв. = С + Mn/6 + Cr/3 + Ni/15 + V/5 (1)

Сэкв. = 0.20+ 0.50/6 + 0.024x0.040=0.28 (2)

Таблица 1.1.4 Свариваемость стали и сплавов

Группа	Свариваемость	Эквивалент углерода Сэкв	Характеристика условий сварки	Марка сталей
I	Хорошая	<0,3	Свариваются любыми способами без применения особых приемов (подогрев, термическая обработка)	Ст2, СтЗ, 10, 15Г, 10Г2, 09Г2, 10Г2С
II	Удовлетвори- тельная	0,3-0,38	Требуются строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного материала, тщательная очистка свариваемых кромок, в отдельных случаях - предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 100—150 °С, термическая обработка	15ГС, 15ХМ, 10ХСНД, 14ХГС, 15ХСНД, 18Г2С, 15ХГСА
III	Ограниченная	0,38-0,48	Требуется подогрев до температуры 250— 400°С и после сварки отпуск. Перед сваркой стали подвергают термической обработке. Склонны к образованию трещин при сварке без подогрева	12Х1МФ, 20ХМФА, 15Х1М1Ф, 15ХШ1ФА, ЗОХГС,35Г2, ЗОХМ, 10ГН2МФА, 15Х2НМФА
IV	Плохая	>0,48	Высокая склонность к появлению трещин в шве и околошовной зоне, несмотря на применение специальных технологических мер: подогрева, промежуточного отпуска и т.д. Обязательны при сварке подогрев, предварительная и последующая термическая обработка	45Х, 45Г, 40Г2, 40ХС, 40ХМФА, 35ХГСА, ЗОХНЗА, 40ХН2МА,36Х2Н2МФА

Сталь марки ВСт3сп5 – углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества группы В, которая гарантирует химический состав и механические свойства, спокойная, содержание углерода до 0,3%, относится к I группе хорошо свариваемых сталей, низкоуглеродистая.

1.3 Выбор и обоснование инструментов, приспособлений, оборудования, сварочных материалов

Для изготовления этой конструкции выбираем приспособления, инструменты, оборудование. Потребность в инструментах, приспособлениях сводим в таблицу «Материально-технические ресурсы».

Таблица 1.1.5 Материально-технические ресурсы

П..п.	Наименование		Марка		Назначение
1	2		3		4
Инструменты
1	Молоток шлакоотделитель		ГОСТ1840-75		Для очистки сварного шва от остывшего шлака и брызг металла, для клеймения швов, вырубки дефектных мест
2	Рулетка		ЗУБР		Для измерения металла нужных размеров
3	Электрододержатель		ЭД-25 ГОСТ23240-78	Применяют для закрепления электрода и подвода к нему тока, для ручной дуговой сварки. Удобный, имеет надёжную изоляцию, не нагревается при работе, обеспечивает быстрое и надёжное закрепление электрода
4	Б олгарка одноручная		Bosch GWS 10-125	Механизированная зачистка сварных швов и околошовной зоны. Для удаления дефектных мест
5	Щетка по металлу			Для зачистки кромок деталей перед сваркой и удаления с поверхности сварочных швов, остатков шлака.
Приспособления
6	Маска	С-6 ГОСТ124040-79		Маска изготовлена из несгораемой фибры, массой 0,4 кг и светофильтра класса С-6. Применяется для защиты глаз и лица от вредных излучений и ожогов

Продолжение таблицы 1.1.5 Материально – технические ресурсы

1		2		3	4
7		Очки с прозрачными стёклами		N ГОСТ124013-79	Очки применяются для защиты глаз от искр - при обработке сварочных швов от шлака и удалении дефектных мест
8		Специальный костюм		Комплект	В комплект входит брезентовая куртка, брюки, рукавицы и кирзовая обувь, для защиты тела от ожогов.
9		Сварочные провода		ПРГД 1×50	От сварочного аппарата ток поступает к рабочему месту по сварочным проводам с резиновой изоляцией. Гибкий медный провод длиной 20м и сечением 50мм2 подключен к электрододержателю. Провода, соединяются при помощи специальных муфт или болтов
Оборудование
10	Сварочный инвертер		САИ РЕСАНТА 220		Предназначен, для ручной дуговой сварки покрытыми электродами изделий из углеродистых, малоуглеродистых, коррозионностойких и низколегированных сталей на переменном токе.
Сварочные материалы
112		Электроды Тип Э46 МР-З	МР-З			Электроды предназначены для ручной дуговой сварки конструкций из углеродистых сталей. Сварка во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз, постоянным током обратной полярности и переменным током от источников питания с напряжением холостого хода (50±5)В.

Таблица 1.1.6 Техническая характеристика сварочного инвертора САИ 220

Диапазон рабочего напряжения	220 (+10%;-30%) В
Максимальный потребляемый ток	22 А
Напряжение холостого хода	80 В
Напряжение дуги	28 В
Диапазон регулирования сварочного тока	10-220 А
Продолжительность нагружения	% 70, % 220 A
Максимальный диаметр электрода	5 мм
Класс защиты	IP21
Масса	6,5 кг

Сварочный инверторный аппарат Ресанта САИ 220 предназначен для использования в ручной дуговой сварке штучными электродами с покрытием. Высокопроизводительный, бесшумный, компактный и легкий аппарат выдает высокое качество сварных швов. Защищен от перегрузок и имеет класс защиты IP21.

1.4 Выбор метода ведения работ и режимов сварки

Сварная конструкция « Контейнер для вент блоков» ответственного назначения. Для того, чтобы обеспечить качество и надежность изготовления таких конструкций, наиболее рациональным является способ ручной дуговой сварки. Качество и бездефектная сварка обеспечиваются при правильном выборе режимов сварки.

Под режимом сварки понимают совокупность параметров, обеспечивающих качественное протекание процесса сварки и качества металла шва.

Режимы сварки подразделяются на основные и дополнительные.

Расчет режимов для способа ручной дуговой сварки:

К основным показателям режима сварки относятся:

- диаметр электрода,

- сила сварочного тока,

- напряжение дуги,

- скорость сварки.

Дополнительные показатели режима сварки:

- род и по­лярность тока,

- тип и марка электрода,

- угол наклона электрода и другие.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения, типа шва со­гласно Таблицы 1.1.7

Таблица 1.1.7 Зависимость диаметра электрода и толщины свариваемого металла

Толщина металла	0,5-1,5	1,5-3,0	3-5	6-8	9-12	13-20
Диаметр электрода	1,5-2	2-3	3-4	4-5	4-6	5-6

При уменьшении диаметра электрода при том же токе, увеличи­вается глубина провара и сокращается ширина шва. При увели­чении диаметра электрода увеличивается производительность груда, но возможно проплавление металла.

Для изготовления контейнера под вентиляционные блоки выбираем электрод Э46 МР-3.

Электроды марки ЛЭЗ МР-3 Предназначены для ручной дуговой сварки конструкций из углеродистой стали с содержанием углерода до 0,25%. Сварка во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз, постоянным током обратной полярности и переменным током от источников питания с напряжением холостого хода (50-5)В.

Кроме электродов МР3 обычного серого цвета, предлагаем и электроды МР-3 синие, Эти электроды производятся на импортном оборудовании и обладают более высоким качеством.

Таблица 1.1.8 – Маркировка электрода МР-3

Марка электродов	МР-3	ГОСТ 9466-75 ТУ 36.23.25-007-90
Назначение	Для сварки ответственных конструкций из углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,25%
Диаметр, мм	2,0 2,5 3,0 3,25 4,0 5,0	Длина электрода, мм	300;350 300;350 350 300;350 450 450

Электроды МР выпускаются в картонных пачках по 1 кг., 5 кг., уложенные в деревянные обычные или облегченные короба по 1-1,5 тн.

Полная марка электрода

Э46 – МР-3 – 3 – УД, Е431(3) – Р23

Где:

Э46 – тип электрода по ГОСТ 5264-80;

Э – электрод, для дуговой сварки;

46 – минимальный гарантированный предел прочности шва, кг·с/мм,²

характеризующий пластические свойства металла шва;

МР-3 – марка электрода;

3 – диаметр электрода;

У – для сварки углеродистых и низколегированных сталей;

Д – толстое покрытие электрода;

Е431(3) – группа индексов, характеризующих механические свойства

наплавленного металла;

Р – рутиловое покрытие электрода;

2 – применяется для сварки во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз;

3 – для сварки на переменном токе и постоянном токе обратной

полярности.

2 Сила тока.

Сила тока влияет на глубину проплавления. Относительно малый ток

ведет к неустойчивому горению дуги, непровару и малой производительности. Чрезмерно большой ток ведет к сильному нагреву электрода при сварке, увеличению скорости плавления электрода и непровару, повышенному разбрызгиванию электродного материала и ухудшению формирования шва.

Силу сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра электрода по формуле:

I_cв = к * d_эл, (1)

Где:

I_cв - Сила сварочного тока, А

d_эл - диаметр электрода, мм

к – коэффициент

Таблица 1.4.2 Коэффициент, зависящий на величину сварочного тока

Диаметр электрода мм	1 – 2	3 – 4	5 – 6
Коэффициент А/мм	25 – 30	35 – 40	40 – 60

Для электрода с диаметром 3 мм, при сварке в нижнем положении, подбираем коэффициент равный 35 – 40

Подставляем коэффициент в формулу:

I св. = (35-40) * 3 = 105 -120А

При выполнении вертикальных и горизонтальных швов ток уменьшается на 10 – 15%, а для потолочных на 15 -20% против принятого для сварки в нижнем положении, с тем чтобы жидкий металл не вытекал из сварочной ванны.

I св. = (35 - 40) * 3 - 10% = 95 - 110A (2)

I св. = (35 - 40) * 3 - 15% = 90 -105A (3)

Качество сварки обеспечивается на постоянном токе, обратной полярности или (переменном ) при Iсв. = 105А.

3 Скорость сварки

Скорость сварки - должна соответствовать скорости плавления электрода, чтобы сохранить постоянство длины дуги. Скорость перемещения не должна быть большой, т.к. металл электрода не успевает сплавляться с основным металлом - непровар. При ма­лой скорости возможны перегрев и прожег металла, шов широ­кий, толстый, производительность сварки низкая.

Скорость сварка зависит от диаметра электрода, длины дуги, толщины металла.

V= (4)

где -коэффициент наплавки, Г/А*ч; для ручной дуговой сварки равен 9,8Г/А*ч, для полуавтоматической сварки – 11Г/А*ч.

- сила сварочного тока, в А.;

- удельная плотность металла, 7,8Г/см³ ;

площадь сечения сварного шва, мм² .

Рисунок 2 - Схема таврового соединения, углового шва

ГОСТ 5264-80 Т5

Выполняем расчёт:

S=4мм=0,4см

B=2мм=0,2см

К=5мм=0,5см

G=2мм=0,2см

(5)

F1= 0,2*0,4=0,08 СМ²

(6)

F ₂ =0, 06см²

(7)

F₃ ²

мм²

V= (8)

4 Напряжение дуги оказывает влияние m ширину шва. При воз­растании напряжения ширина шва увеличивается. При ручной дуговой сварке напряжение изменяется незначительно от 18 до 28 В, что не оказывает практического влияния на ширину шва.

(9)

𝜕 – диаметр электрода, в мм.

- сила сварочного тока, в А.

Выполняем расчёт:

5. Масса наплавленного металла рассчитывается для определения

расхода электродов

(10)

Выполняем расчёт:

1192_гр=1,2_кг

Где L =271 см– длина сварного шва, в мм.

6. Определение расхода электродов

К_р*G_н, гр (11) .

где К _{р –} коэффициент расхода электродов, учитывающий потерю на угар, разбрызгивание и огарки, составляет 1,35 – 1,45.

Выполняем расчёт:

7. Основное время сварки (время горения дуги)

, ч (12)

Выполняем расчёт:

=111,25 ч

8.Расход электроэнергии:

* (13)

Выполняем расчёт:

8 Род и полярность тока - влияют на форму и размеры шва и за­висят в основном от толщины металла и марки электрода, под­бираются согласно сертификации электрода. Сварку выполняем на переменном токе.