Выбор и обоснование выбора метода сборки

 

Сборочные операции осуществляют с целью обеспечения правильного взаимного расположения и закрепление деталей собираемого изделия.

Сборка под сварку является наиболее трудоемкой и важной операцией технологического процесса, хорошее качество сборки первое необходимое условие для достижения высокого качества сварки.

При выполнении сборки необходимо точно выдерживать чертежные размеры, зазоры, плоскостность и соосность, перпендикулярность.

Хорошее качество сборки – первое необходимое условие для достижения высокого качества сварки. При выполнении сборочных операций необходимо точно выдерживать геометрические размеры, необходимые зазоры, обеспечивать точное расположение способностей собираемых элементов. При установлении последовательности сборочных операций, необходимо следить за тем, чтобы предыдущая сборочная операция не затруднила осуществления последующей.

Технологический процесс сборки сварных конструкций должен обеспечивать высокое качество собираемого изделия, минимальный цикл сборки, минимальную трудоемкость слесарно-сборочных работ, применение механизации повышает производительность труда и безопасность условия выполнения сварочных работ.

Сборка под сварку – это размещение элементов конструкции в порядке, указанном в технологической карте, и предварительное скрепление между собой с помощью приспособлений и наложением прихваток, что обеспечивает требуемое взаимное положение деталей.

Технологический процесс сборки должен удовлетворять следующим требованиям:

1. Соблюдение полной последовательности сборки конструкции и ее элементов.
2. Применение инструмента и приспособлений, повышающих производительность труда.
3. Полная согласованность сборочных и сварочных операций.
4. Проведение работниками технического контроля пооперационного контроля качества сборки.
5. Соблюдение правил охраны труда при выполнении установленных

операций и приемов сборки.

В зависимости от сложности сварной конструкции сборку можно производить:

­ по разметке с помощью простейших универсальных приспособлений с

последующей прихваткой и приваркой.

­ по первому изделию, если его конфигурация позволяет пользоваться им как шаблоном, применяются при этом простейшие приспособления, что и при разметке;

­ на универсальных приспособлениях, плитах с пазами, снабженными упорами, фиксаторами и различными зажимными устройствами, позволяющими собирать однотипные, но разные по габаритам изделия, применяется в мелкосерийном и среднесерийном производстве.

­ при помощи шаблонов накладываемых на детали для установки элементов жесткости или упорных элементов.

­ по выступам и углублениям на штампованных деталях из тонколистовой стали или контуров деталей, которые были вырезаны плазменной или лазерной резкой, а также деталей полученных механическим путем.

­ на специальных стендах и приспособлениях.

Возможны следующие схемы технологического процесса сборки и сварки:

1. Сборка узла или конструкции с последующей сваркой.
2. Последовательная сборка и сварка.
3. Сборка и сварка узлов, затем сборка и сварка конструкции из узлов.

По I схеме изделия полностью собираются на прихватках на одном рабочем месте, затем передается на другое рабочее место для выполнения операции сварка.

По II схеме - последовательная сборка и сварка конструкции из отдельных элементов производится в тех случаях, когда сварка полностью собранной конструкции невозможна или есть возможность автоматизировать процесс сборки, когда нельзя обеспечить необходимую точность размеров конструкции в силу ее недостаточной жесткости. При этой схеме точность конструкции обеспечивается промежуточными операциями правки.

По III схеме - применение узловой сборки чаще всего ограничивается грузоподъемностью транспортных средств, общая деформация конструкции получается меньше, так как жесткость узлов всегда больше жесткости отдельных деталей, есть возможность контролировать промежуточные геометрические размеры, что дает возможность производить параллельную сборку и сварку отдельных узлов, что сокращает производственный цикл изготовления всей конструкции. Этот способ дает возможность проверки отдельных узлов при стыковке на стенде и отправки на монтаж в разобранном виде.

Предлагаю комбинировать для проектируемой металлоконструкции вышеперечисленные способы и производить: сборку и сварку узлов с последующей сваркой конструкции из узлов и наращиванием отдельных элементов, что увеличит точность сборки, и уменьшит трудоемкость.

Эта схема даст возможность механизировать и автоматизировать по максимуму сборочно-сварочные операции, применить элементарные сборочно-сварочные приспособления, параллельно выполнять комплекс операций сборки и сварки, снизить время производственного цикла изготовления конструкции.

Для получения точных базовых размеров применяю полужесткую сборку. Она выполняется прихватками небольшой длины и малого поперечного сечения с расчетом их разрушения под действием усилий возникающих от усадочных напряжений.

Схема сборки и сварки

 

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сборка - сварка Сборка – Сварка Сборка - Сварка

 

 

Рис. 4

5.3 Выбор сборочно – сварочной оснастки

Производственный процесс изготовления включает различные технологические, контрольные и транспортные операции.

Главное требование, определяющее последовательность выполнения этих операций, их соединение и обеспечение оснасткой и выполнение заданной программы выпуска изделия высокого качества в кратчайшие сроки при минимальной стоимости

Основным назначением сборочного оборудования является фиксация и закрепление деталей собираемого сварного узла в заданном положении. В большинстве случаев, сборочное и сборочно-сварочное оборудование (кондукторы, стенды установки) является специализированным, рассчитанным на изготовление изделий одного типоразмера или группы однотипных изделий.

Эффективность использования сборочно-сварочной оснастки определяется ее соответствием конструкции изделия, принятой технологии изготовления и программе выпуска.

Универсальные приспособления общего назначения используют для сборки и сварки изделий широкой номенклатуры и различных размеров. Они должны изготовляться в централизованном порядке.

Фиксацию собранных деталей предлагаю осуществлять в технологическом процессе на прихватках размеры и расположение, которых

задают не только из условий обеспечения прочности и жесткости, но и с позиции исключения их вредного влияния на качество выполнения сварных соединений и работоспособность конструкции.

Сборку произвожу при плотном сопряжении собираемых деталей и

с заданным технологическим зазором.

Размещение деталей в приспособлении рекомендую осуществлять таким образом, чтобы технологические базы деталей опирались на установочные поверхности приспособления (упоров УСПС).

Для сборки и сварки металлоконструкции корпуса выдвижного подхвата использую сборочно-сварочную плиту с комплектом УСПС и позиционер.

УСПС представляет собой набор нормализованных деталей и узлов, из которых многократно компонуют приспособления для сборки и сварки различных сварных узлов.

После изготовления партии сварных узлов приспособления разбирают, а детали и узлы используют для компоновки новых приспособлений.

УСПС наиболее рациональны в единичном, опытном и мелкосерийном производстве, когда использовать специальное оборудование экономически невыгодно.

Участки УСПС рекомендуется создавать в цехе металлоконструкций. Площадь участка зависит от числа планируемых к внедрению компоновок УСПС и должна быть не менее 30м².

В комплект приспособлений УСПС входят: стенд и набор нормализованных и унифицированных зажимных, упорных, фиксирующих и установочных элементов.

Предлагаю использовать для изготовления металлоконструкции корпуса выдвижного подхвата комплект УСПС 12

Базовым элементом УСПС является сборочный стенд, который собирают из четырех плит в 2- а ряда с размерами 1920 * 2400 мм

Этим размерам соответствуют порталы, оснащенные пневмоцилиндрами для зажима деталей при сборке.

Сборочно-сварочную плиту с комплектом УСПС применяю для сборки

2–ого и 3 -его узлов. Для сборки и сварки первого узла применяю позиционер.

Позиционер РТ-750 предназначен для наклона и установки свариваемых изделий в удобное для сварки положение и вращение их со сварочной скоростью при автоматической, полуавтоматической и ручной сварки круговых швов, а так же при наплавке цилиндрических изделий.

Пазы в планшайбе позиционера предназначены для установочной оснастки - упоров.

 

Выбор способа сварки

Основными факторами, определяющими выбор метода и способа сварки, являются:

- род, сортамент металла и заготовки;

- химический состав металла, его теплофизические свойства,

определяющие технологическую свариваемость;

- толщина металла;

- назначение изделия в зависимости от воспринимаемых нагрузок и условий эксплуатации;

- конструкция изделия, с учетом ее сплошности массы, габаритов, типов нанесения швов в пространстве, характере работы швов;

- производительность способа сварки;

- программа выпуска и типа производства;

- экономический эффект при способе сварки.

Оценивая возможность применения тех или иных способов сварки необходимо учитывать особенности производства, оснащение участка должно быть достаточно универсальным.

Сталь 10ХСНД можно сваривать всеми видами и способами сварки, но с учетом всех вышеперечисленных факторов и анализа свариваемости рассматриваю как наиболее универсальные и оптимальные два способа сварки: ручную и механизированную в среде СО₂ сплошной и порошковой проволоками. Автоматическая сварка под флюсом могла бы дать наиболее качественные швы, но в настоящее время это наиболее дорогостоящий процесс из-за высокой стоимости флюсов и в тоже время металлоконструкция имеет и короткие швы, где этот вид сварки не применим.

Преимущество процесса сварки РДС: маневренность процесса, универсальность, хорошее качество формирования шва, возможность управлять механическими свойствами наплавленного металла путем введения в покрытие различных легирующих элементов.

Недостатки процесса сварки РДС.

Отсутствие возможности регулирования глубины проплавления металла и скорости плавления электрода, вследствие чего при сварке тонкого металла возникают большие трудности в получение качественного шва.

Большой срок, затрачиваемый на подготовку квалификационных сварщиков (1-2 года).

Зависимость качества сварки от индивидуальных особенностей сварщика.

Для сварки металлоконструкции корпуса выдвижного подхвата предлагаю применить механизированную (полуавтоматическую) и автоматическую сварку в среде СО_­2, что повысит производительность сварки до α_н = 18 ч/А*ч.

Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки, возможность автоматизировать и механизировать сварку коротких швов, находящихся в различных пространственных положениях, в том числе сварку неповоротных стыков.

Преимущества механизированной сварки в среде СО₂:

1. Хорошее наблюдение за процессом формирования шва;

2. Несложность обращения с оборудованием сварки;

3. Локальность источника тепла дает при сварке минимальную зону термического влияния;

4. Небольшой объем шлаков, участвующих в процессе сварки в СО₂, позволяет получать швы высокого качества;

5. Использование сварочной проволоки Св – 08ХГ2С и защитного газа СО₂ удешевляет процесс сварки;

6. Мелкокапельный и струйный перенос металла в сварочную ванну обеспечивает формирование более качественных швов, чем при РДС,

7. Применение механизированной сварки в СО₂ дает возможность сварить все сварные швы за один проход и в нижнем положении.

8. Энергоёмкость снижается за счёт того, что скорость полуавтоматической сварки выше, чем скорость ручной дуговой сварки.

9. Металлоёмкость снижается за счёт того, что разделка кромок при механизированной сварке в среде СО₂ толщины 6 мм по ГОСТ 14771 не требуется, а при РДС она необходима, что приводит к меньшему количеству наплавленного металла, а следовательно его экономии.

 

Недостаток процесса механизированной сварки в среде СО₂:

- сильное разбрызгивание металла.

В связи с универсальностью данного способа сварки предлагаю прихватки производить этим же способом сварки.

Чтобы снизить разбрызгивание металла возможно применить сварку в среде смеси защитных газов Аr и СО₂.

Расчет режимов сварки

 

Основными параметрами автоматической и механизированной дуговой сварки в среде СО₂:являются следующие:

- диаметр электродной проволоки d_эл, мм;

- ее вылет l_эл, мм;

- скорость подачи электродной проволоки V_пп, мм/с;

- сила тока I_св, А;

- расход защитного газа.

Механизированную сварку в углекислом газе выполняют короткой дугой на постоянном токе обратной полярности. Расстояние от сопла горелки до изделия не должно превышать 25 мм.

Стыковые швы в нижнем положении сваривают с наклоном электрода от вертикальной оси на 5 - 20^°.

Угловые соединения сваривают с таким же наклоном в направлении сварки и с наклоном поперёк шва под углом 40 - 50^° к горизонтали, смещая электрод на 1 - 1,5 мм от угла на горизонтальную полку.

Тонкий металл сваривается без колебательных движений за исключением мест с повышенным зазором.

Швы катетов 4 - 8 мм накладывают за один проход, с перемещением электрода по вытянутой спирали.

Проволокой толщиной 0,8 - 1,2 мм сваривают металл во всех пространственных положениях, причём при вертикальном, горизонтальном и потолочном - напряжение уменьшают до 17 - 18,5 В, а силу тока на 10 - 20 °/о.

При сварке необходимо обеспечить защиту от сдувания газа и подсоса воздуха через зазор.

Для уменьшения разбрызгивания в сварочную цепь можно последовательно включить дроссель или использовать сварку в смесях газов СО² и аргона.

Расчёт параметров режима сварки произвожу в следующем порядке:

1) Определяю толщину свариваемого металла и разделку кромок сварных швов мм: S ₁=70, S₂ = 20, S₃ = 10,

2) В зависимости от толщины свариваемого металла и катета шва для

автоматической сварки кольцевых выбираю по таблице 8 диаметр электродной

проволоки: D_эл =2,0 мм, а для механизированной сварки - D_эл = 1,6 мм

 

Таблица № 8

Показатель	Толщина свариваемого металла, мм
0,6-1,0	1,2-2,0	3,0-4,0	5,0-8,0	9,0-12,0	13,0-18,0
Диаметр dэл. электродной проволоки, мм	0,5	0,8	0,8	1,0	1,0	1,2	1,4	1,6	2,0	2,0	2,5	3,0

 

3) Вылет электрода:

 

L_эл1 =10*D _Эл = 2,0 * 10 = 20 мм

L_эл2 =10*D _Эл = 1,6 * 10 = 16 мм

 

4) Рассчитываю силу сварочного тока по формуле Iсв= j *Fэл, А

I_св1 = 100*(3,14 * 4)/4)=100 * 3,14 = 314, А,

I_св2 = 110*(3,14 * 2,56)/4) = 110 * 2= 220, А

 

5) Определяю скорость подачи проволоки.

V _пп = 4*a_р * I_св / (π*D²_эл r_эл) = 4 * 3,83 * 10^-3 * 314 / 3,14*2*0,0078) = 68 мм/с,

где a_р = (0,83 + 0,22 * I_св/D_эл)* 10^-4 = 38,3 * 10^-4 = 3,83* 10^-3, г/А*с

 

6) Определяю напряжение на дуге:

U_д1 = 26 - 28 В

U_д2 = 23 - 25 В

 

7) Определяю скорость сварки по формуле:

V_св =(a_н* I_св) / F_н * r_н = (3,44* 10^-3 * 314) /40,4 *7,8 * 10^-3 = 3,4 мм/с

где a_н= 0,9 * a_р= 3,44* 10^-3, г/А*с

F_н = К² /2 + 1,05 * К * q = 8²/2 + 1,05 * 8 * 1 = 40,4 мм²

r_н = r_л= 0,0078 г/мм³ = 7,8 * 10^-3, г/мм³

a_н= 0,9 * a_р, г/А*с

 

8) Определяю расход сварочной проволоки по формуле:

Qпр = Qн * K₁

K₁ = 1.35 - коэффициент потерь на угар и разбрызгивание при сварке в среде СО₂

 

9) Определяю расход защитного газа по формуле:

Qг = Qн * K₂

K₂ = 1,7 – коэффициент защиты

 

 

10) Расчет сварочных материалов:

10.1. Расчет площадей наплавленного металла:

Рис.5

Т8- ∆ 14

Площадь шва F_Т8 = в * s + 2 * 0,75 * е * q + ¼ * (s –с)² * tq 30º = 1,0 * 20 + 2 * 0,75 * 14 * 1.0 + ¼ * (20 – 2)² * 1,0 = 122,0 мм²,

 

Шов двусторонний.

В = 1,0 мм

S = 20,0 мм

е = 14,0 мм

q = 1,0 мм

αº = 45º

с = 2 мм.

tq 45º = 1.0

У4-∆8

Рис.6

к = 8 мм

Площадь шва F _{У4 - ∆8} = в * s + к²/2 + 1,05 * к * q = 1 * 8 + 8²/2 + 1,05 * 8 * 1 = 48,4 мм²,

где к – катет шва, мм;

Т1 - ∆14

Рис.7

к = 14 мм

Площадь шва F _{Т1 - ∆14} = в * s + к²/2 + 1,05 * к * q = 1 * 14 + 14²/2 + 1,05 * 14 * 1 = 126,7 мм²,

где к – катет шва, мм;

Т3 - ∆14

Рис.8

Шов двухсторонний, где к – катет шва, мм;

к = 14 мм

Площадь шва F _{Т3 - ∆14} = в * s + к²/2 + 1,05 * к * q = 1 * 14 + 2 * 14²/2 + 2 * 1,05 * 14 * 1 = 239,4 мм²,

Н1 - ∆8

Рис.9

к = 8 мм

Площадь шва F _{Н1 - ∆8} = в * s + к²/2 + 1,05 * к * q = 1 * 8 + 8²/2 + 1,05 * 8 * 1 = 48,4 мм²,

где к – катет шва, мм;

9.2 Расчет сварочных материалов по узлам

Узел 1 - Сварка узла 1(Стойки поз.3- 3 шт., Специальная труба поз.2, Плита поз.1.)

L_{ш Т8} = π * D * 2 = 3,14 * 399 * 2 = 2506 мм.

Кольцевые швы выполняются с перекрытием начала шва на 10 мм.

L_{ш Т1-Δ14} = π * D = 3,14 * 399 = 1253 мм

Σ L_{ш Т8} = 2506 + 20 = 2526 мм;

Σ L_{ш Т1-Δ14} = 1253 + 10 = 1263 мм.

L_{ш У4 - ∆8} = π * D = 3,14 * 340 + 10 = 1078 мм

G_{н Т8} = 122,0 * 2526 * 7,8 * 10 ^–10 = 2,404 кг.

G_{н Т1-Δ14} = 126,7 * 1263* 7,8 * 10 ^–10 = 1,25 кг

G_{н У4 - ∆8} = 48,4 * 1078* 7,8 * 10 ^–10 = 0,41 кг

∑ G_н = 2,404 + 1,25 + 0,41 = 4,07 кг.

L_{ш Т3-Δ14} = 600 мм

L_{ш Т8} = 600 * 2 = 1200 мм

G_{н Т8} = 122,0 * 1200 * 7,8 * 10 ^–10 = 1,15 кг.

G_{н Т3-Δ14} =239,4 * 600 * 7,8 * 10 ^–10 = 1,12 кг

∑ G_н =1,15 + 1,12 = 2,27 кг.

 

Узел 2 - Сварка узла 3 (Узел 2, Ребра поз.5,6,7,8)

L_{ш Т3-Δ14} = 370 + 370 + 200 * 2 + 450* 2 + 200 * 2 + 450 + 130 *2 + 370 + 130 * 2 = 3780 мм.

G_{н Т3-Δ14} = 239,4 * 3780 * 7,8 * 10 ^–10 = 7,06 кг.

 

Узел 3 - Сварка узла 2 (Фланец поз.4)

L_{ш Н1 - ∆8} = π * D = 3,14 * 500 + 10 = 1580 мм

G_{н Н1 - ∆8} = 48,4 * 1580* 7,8 * 10 ^–10 = 0,6 кг.

Кольцевые швы выполняются с перекрытием начала шва на 10 мм.

 

Определяю суммарный вес наплавленного металла

∑ G_н = 4,07 + 2,27 + 7,06 + 0.6 = 14 кг.

Определяю суммарный расход сварочной проволоки:

Qпр = Qн * K₁ = 14 * 1,35 = 18,9 кг.

K₁ = 1.35 - коэффициент потерь на угар и разбрызгивание

 

Определяю суммарный расход жидкой двуокиси углерода:

Qг = Qн * K₂ = 14 * 1.7 = 23.8 кг.

K₂ =1,7– коэффициент защиты.