МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова»
(ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»)
Институт «Современные технологии машиностроения, автомобилестроения и металлургии»
Кафедра «Технологии и оборудование машиностроительных производств»
Работа защищена с оценкой
«_______»
Дата ___________
Подпись _______/___________
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Производство сварных конструкций »
на тему: Технология изготовления сварной конструкции «Консоль поворотного портала ДСП-25»
Выполнил
Студент гр.Б06-712-2зт М.С. Аждер
Руководитель ст. преподаватель Каф. ТиОМП М.И. Шулятьев
Рецензия:
Степень достижения поставленной цели работы____________________________________
Полнота разработки темы_______________________________________________________
Уровень самостоятельности работы обучающегося _________________________________
Недостатки работы ____________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Ижевск 2022
Оглавление
Введение. 3
Введение
В наше время в сталеплавильной промышленности при выплавке стали или различных металлических сплавов используются дуговые сталеплавильные печи. В таких печах происходит качественная плавка высоколегированных и легированных сталей, по сравнению с мартеновскими и конвертерными печами, в которых этот процесс затруднителен и порой невозможен. Если обратиться к истории сталелитейной промышленности, то можно увидеть, что самые первые дуговые печи были сделаны на рубеже девятнадцатого, начале двадцатого века. Но широкое применение дуговых сталеплавильных печей началось после окончания Второй Мировой войны. Сталеплавильная дуговая печь получила своё название от электрической дуги, с помощью которой происходит преобразование электроэнергии в тепловую энергию в печи. Данного тепла хватает для того, чтобы даже высоколегированные металлы плавились.
В строительстве и изготовлении дуговых сталеплавильных печей (ДСП) также использовалась дуговая электросварка. В которой происходит тот же самый процесс. Явление электрической дуги было открыто русским учёным В.В. Петровым в 1802 году. С ростом промышленности происходила модернизация ДСП и электродуговой сварки, в сторону автоматизации и снижение издержек на обслуживание и ремонт. А в наше время и на снижения участие доли человека в трудоёмких процессах дуговой сталеплавильной промышленности и сварочного производства с помощью роботизации. В курсовом проекте мы попытаемся описать технологию изготовления сварочной конструкции консоли портала ДСП-25 к которой подвешивается свод дуговой печи.
1.ОПИСАНИЕ СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ
Характеристики сварной конструкции
Консоль представляет собой конструкцию из двух коробчатых балок переменного сечения, сваренных из листовой стали, соединённых между собой сварной коробчатой балкой постоянного сечения и трубой круглого сечения. Коробчатая балка один из несущих элементов металлоконструкций. Она представляет собой профиль прямоугольного сечения, сваренный из четырёх прямоугольных пластин. Конструкция консоли изображена на рис.1.
Рис.1. Эскиз консоли портала ДСП-25
Консоль крепится к порталу и применяется для поднятия свода доменной сталеплавильной печи и отвода его в сторону.
Для изготовления консоли используется прокат листовой горячекатаный по ГОСТ 19903-2015 толщиной 30мм, 25мм, 20мм и размерами1400×2500 1500×12000. Для изготовления коробчатой балки используется низкоуглеродистая сталь 09Г2С ГОСТ 19 281 – 2014.
Расшифровка марки стали 09Г2С означает, что в стали присутствует 0,09% углерода, поскольку 09 идет до букв, далее следует буква «Г» которая означает марганец, а цифра 2 – процентное содержание до 2% марганца. Далее следует буква «С», которая означает кремний, но поскольку после С цифры нет – это означает содержание кремния менее 1%. Таким образом, расшифровка 09Г2С означает, что перед нами сталь имеющая 0,09% углерода, до 2% марганца, и менее 1% кремния. Поскольку общее кол-во добавок колеблется в районе 2,5% то это низколегированная сталь.
Данная сталь широко используется при изготовлении сварных металлоконструкций, несущих балок и т.п. при температуре от - 70° до + 425°С [2]. Сталь 09Г2С − низкоуглеродистая низколегированная конструкционная сталь хорошо свариваемая (обладает хорошей физической и технологической свариваемостью), хорошими прочностными свойствами: предел прочности при растяженииσВ= 500 МПа; предел текучести σТ = 350 МПа; относительное удлинение δ ≥ 20%. Она имеет благоприятные показатели свариваемости и при соблюдение определенных условий может быть сварена многими видами сварки, имеющими промышленное значение. При этом сварные швы обладают необходимой стойкостью против образования кристаллизационных трещин, вследствие пониженного содержания углерода. Образование кристаллизационных трещин возможно лишь в случае неблагоприятной формы провара, например в угловых швах, в первом слое многослойного шва, односторонних швах с полным проваром кромок.
Суммарное содержание легирующих элементов в низколегированных сталях не превышает 4,0%, что обуславливает их относительно низкую стоимость и хорошие прочностные свойства. Наличие марганца в стали повышает ударную вязкость и хладноломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. Химический состав представлен в таблице 2.
Таблица 2. Химический состав стали.
| Содержание элементов в ⁒
|
| C
| Mn
| Si
| P
| S
| Cr
| Ni
| Cu
| N
|
| |
| 0,12
| 1,30-1,70
| 0,50-0,80
| 0,030
| 0,035
| 0,30
| 0,30
| 0,30
| 0,008
|
Сопротивляемость образованию горячих трещин Низкое содержание углерода в металле швов обеспечивает необходимую стойкость против образования горячих трещин. Сталь 09Г2С относится к группе не закаливающихся сталей, не склонных к перегреву и образованию трещин. Стали данной группы свариваются без особых ограничений, независимо от толщины металла, температуры окружающего воздуха и жесткости изделия, в широком интервале режимов сварки.
1.2.Технические условия на изготовление.
Технические условия подобраны в соответствии с нормативной документацией на иготовление металических конструкций [ ГОСТ 34587- 2019 ].
1.Требование к материалу для изготовления коробчатых балок [3]:
-партия материала должна сопровождаться сертификатом;
-металл, предназначенный для изготовления металлоконструкций, не должен иметь трещин, закатов, расслоений, пузырей, неметаллических включений и других дефектов, влияющих на его прочность и плотность. Качество листовой стали должно удовлетворять требованиям ТУ 302. 02. 122, сортовой стали ГОСТ 19 281-2014; − не допускается зачистка поверхности дефектов на глубину, выводящую толщину проката за предельные отклонения;
2.Требования к сварочным материалам.
Соответствие применяемых сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки и др.) требованиям стандартов или технических условий должно быть подтверждено сертификатами заводов-изготовителей или протоколами (заключениями) результатов испытаний
Сварочные материалы независимо от наличия сертификата должны быть подвергнуты входному контролю. Входной контроль проводят с учетом требований ГОСТ 24297. Входной контроль каждой партии сварочных материалов включает проверку: состояния упаковки и самих материалов, наличия сопроводительной документации, содержания (полноты данных) сопроводительной документации, качества (пригодности) материалов, срока годности. Сварочные электроды и проволока со следами коррозии и дефектами покрытия к использованию не допускаются.
Условия хранения сварочных материалов должны соответствовать требованиям, указанным на упаковке производителя.
На поверхности сварочной проволоки не должно быть грязи и ржавчины. Электроды и флюс должны быть просушены и прокалены по режимам, указанным в паспортах на эти материалы, а сварочная проволока — очищена.
3.Требование к правке металла.
Обрабатывать прокат без предварительной правки разрешается лишь в том случае, если измеренный в любом месте зазор между листом и стальной линейкой длиной 1 м для толщины листа до 10 мм — не более 1.5 мм. для толщины свыше 10 до 20 мм — не более 2.0 мм. свыше 20 мм — не более 2.5 мм. зазор между натянутой струной и обушком угольника, полкой или стенкой швеллера и двутавра — 0.002 L. но не более 14 мм {L — длина элемента). Правку проката следует осуществлять методами, которые не вызывают ухудшения эксплуатационных свойств и качества поверхности проката. Правка проката наплавкой валиков сваркой запрещается.
4. Требование к резке металла
Вырезка заготовок элементов металлических конструкций из проката допускается любым промышленным способом резки в соответствии с технологической документацией. При применении термической резки для изготовления заготовок элементов металлических конструкций из высокопрочных конструкционных сталей необходимо учитывать их химический состав, характеризуемый значением углеродного эквивалента.
При использовании процесса термической резки при определении размеров заготовки следует учитывать среднюю ширину рез.
Заготовки из проката с расслоениями и трещинами на поверхности раза для изготовления элементов металлических конструкций не допускаются. Поверхность реза несущих и вспомогательных элементов металлических конструкций, подлежащая сварке, после термической резки должна быть очищена от грата, шлака и брызг.
5.Требование к гибке листового металла
Гнуть на гидравлическом листогибочном прессе. Листы толщиной более 25мм гнуть с предворительным подогревом.
6.Требование к сборке.
Сборку металлических конструкций при изготовлении необходимо проводить с помощью приспособлений, исключающих возможность смещения свариваемых кромок и деформаций под воздействием собственных масс деталей, сборочных единиц и конструкци.
Элементы конструкции, подлежащие сварке, по возможности, должны быть установлены таким образом, чтобы обеспечить выполнения сварных швов в нижнем или близком к нему положении. Выполнение вертикальных и потолочных швов допускается в тех случаях, когда конструкция по своим габаритам не может быть установлена в нужном положении.
Свариваемые кромки и прилегающие к ним эоны металла шириной не менее 20 мм перед сборкой должны быть очищены от масла, влаги, грязи, ржавчины и пр. Свариваемые кромки отливок, кроме того, должны быть очищены от окалины, пригаров формовочной смеси и пр. На свариваемых кромках допускается окисная пленка после прокатки.
При необходимости непосредственно перед сваркой производят дополнительную очистку мест сварки и удаление сконденсировавшейся влаги. Элементы, покрытые льдом, должны быть отогреты и просушены, продукты очистки не должны оставаться в зазорах между собранными деталями. Зачистку свариваемых кромок и околошовной эоны проводят любыми способами, обеспечиваю * щими требуемое качество.
Отклонения размеров и форм элементов металлических конструкций должны соответствовать чертежам.
Зазоры между свариваемыми элементами и величины смещения кромок должны соответствовать требованиям ГОСТ 5264. ГОСТ 8713. ГОСТ 11533. ГОСТ 14771. ГОСТ 23518. а для нестандартных сварных швов - требованиям конструкторской документации. Заполнять увеличенные зазоры вставками проволоки, тонколистового металла, электродами и т. л. не допускается.
Если размеры листового или фасонного проката не позволяют изготовить детали целиком, они могут быть выполнены составными из нескольких частей. Расстояние между поперечными стыками в расчетных элементах металлических конструкций из листов, широких полос, уголков, труб, швеллеров, двутавров должно быть не менее 3 м. а длина
пристыковываемого элемента должна быть не менее 0.5 м; - стыки листов, полос, уголков, швеллеров и двутавров должны быть выполнены с соответствующей разделкой кромок, обеспечивающей выполнение сварного шва по всей толщине стыкуемых элементов без накладок; - поперечные стыковые швы деталей, расположенные перпендикулярно силовому потоку, рекомендуется выполнять в свободном состоянии во избежание создания при сварке металлических конструкций реактивных напряжений. Продольные стыковые сварные швы стенок коробчатых и двутавровых сварных балок располагают, по возможности, в растянутой зоне балки. В начале и конце сварного соединения, выходящего на кромку проката, должны быть предусмотрены выводные технологические планки, изготавливаемые из той же стали, что и свариваемые детали. Размеры выводных планок должны быть достаточными для того, чтобы обеспечить качество сварного соединения в начале и конце сварного шва. Собранные на стендах или в приспособлениях металлические конструкции после проверки положения их элементов следует закреплять при помощи прихваток, струбцин или зажимов. Размеры, расположение и количество прихваток должны быть такими, чтобы обеспечить надежную фиксацию соединяемых элементов до выполнения основных швов. Размер прихваток на расчетных элементах (сборочных единицах) металлической конструкции должен быть по длине не менее 30 мм. а по высоте — не менее 2/3 размера катета шва или толщины элементов, свариваемых встык. Прихватки, накладываемые для соединения деталей, должны быть размещены в местах расположения сварных швов и переплавлены в процессе сеарки. Перед выполнением сварного шва шлак с прихваток должен быть удален. Для временного соединения деталей прихватки допускается размещать вне мест расположения сварных швов. После выполнения окончательных операций свархи временные прихватки должны быть удалены, а места их расположения зачищены до основного мета. Выполнение прихваток при сборке должно быть осуществлено с применением тех же сварочных материалов (электродов или сварочной проволоки), что и для сварки конструкций.
7. Требование к сварке.
Сварку металлических конструкций при изготовлении необходимо производить в соответствии с требованиями технологического процесса, устанавливающего способ сварки, порядок выполнения швов и режимы сварки.
Принятая технология сварки и производственный технологический процесс должны обеспечить механические свойства металла шва сварного соединения не ниже нормативных значений для основного металла, а также минимальный уровень остаточных сварочных напряжений. 8 случае применения в одном соединении сталей разных марок механические свойства наплавленного металла должны соответствовать свойствам стали с большим пределом прочности.
Сварку заготовок и деталей из высокопрочных сталей проводят в соответствии с рекомендациями изготовителей. проката. Сварку следует проводить в помещениях, исключающих влияние сквозняков и осадков на качество сварных соединений. Выполнение сварочных работ на открытом воздухе допускается при условии защиты мест сварки от атмосферных осадков и ветра. Не разрешается зажигать дугу на основном металле вне границ шва. а также выводить кратер на основной металл. Если процесс сварки прерван, возобновлять его разрешается только после очистки концевого участка шва длиной не менее 50 мм и кратера от шлака. Кратер должен быть эаплавлен (заварен). По окончании сварки выводные планки должны быть удалены, а места их присоединения зачищены до основного металла. Швы и прилегающие к ним зоны должны быть зачищены от шлака, брызг, натеков металла и других загрязнений. Ширина зоны очистки не должна быть менее 20 мм по обе стороны от кромок наплавленного металла шва. Шероховатость зачищенных поверхностей деталей не должна превышать Ra 12.5 (Rz 60) по ГОСТ 2789.
8. Требование к качеству сварных швов.
Форма и размеры швов должны соответствовать ГОСТ 14771-76.
Недопустимыми дефектами сварных соединений и швов, выявленными при проведении визуального и измерительного контроля, являются:
- трещины всех размеров и направлений; - местные наплывы общей длиной более 100 мм на участке шва длиной 1000 мм;
- подрезы глубиной более 0.5 мм при толщине наиболее тонкого из свариваемых элементов до 20 мм включительно;
- подрезы глубиной более 3 % толщины наиболее тонкого из свариваемых элементов при его толщине свыше 20 мм;
- поры в количестве более четырех шт. на длине шва 100 мм. при этом максимальный размер пор не должен быть более 1 мм при толщине свариваемых элементов до 8 мм включительно и более 1.5 мм при толщине свариваемых элементов свыше 8 мм до 50 мм включительно;
-скопление пор е количестве более пяти шт. на 1 см2 * площади шва. при этом максимальный раз мер любой из пор не должен быть более 1 мм;
- незаверенные кратеры; прожоги и свищи.
9. Требование к контролю.
Контроль качества сварных соединений при изготовлении металлических конструкций должен быть осуществлен следующими методами:
- визуальным и измерительным
-радиографическим ультрозвуковым и другим методом неразрушающего
контроля, обеспечивающими выявляемость дефектов, соответствующую требованиям настоящего стандарта:
- путем механических испытаний контрольных образцов.
Визуальный контроль и измерение сварных швов проводить после очистки швов и прилегающих к ним поверхностей основного металла на ширину не менее 5 мм от брызг и других загрязнений.
Визуальному и измерительному контролю должно подвергаться 100 % сварных соединений.
Радиографическому или ультразвуковому контролю подвергают все сварные соединения расчетных элементов конструкции, разрушение которых влечет потерю несущей способности конструкции. Контроль сварных соединений из высокопрочных сталей проводят не ранее 48 ч после за вершения сварки.
Визуальный и измерительный контроль качества изготовления металлической конструкции проводят в соответствии с требованиями технологической карты контроля и (или) карт (схем) операционного контроля, в которых приведены контролируемые параметры, последовательность контроля, объемы контроля, средства контроля, схемы выполнения замеров контролируемых параметров и нормы оценки результатов контроля. При визуальном и измерительном контроле сварных соединений контролируемая зона должна включать в себя поверхность металла шва. а также примыкающие к нему участки материала в обе стороны от шва шириной, не менее:
- 5 мм для стыковых соединений при номинальной толщине сваренных деталей до 5 мм включительно.
- номинальной толщины стенки детали для стыковых соединений при номинальной толщине сваренных деталей свыше 5 до 20 мм;
-20 мм для стыковых соединений при номинальной толщине сваренных
деталей свыше 20 мм;
- 5 мм независимо от номинальной толщины сваренных деталей для угловых, тавровых, торцевых и нахлесточных сварных соединений;
- 50 мм независимо от номинальной толщины сваренных деталей для сварных соединений, выполненных электрошлакоэой сваркой.
Визуальный и измерительный контроль стыковых сварных соединений расчетных элементов необходимо проводить по всей протяженности соединения. Если внутренняя поверхность сварного соединения недоступна для осмотра, контроль проводят только с наружной стороны.
Недопустимыми дефектами сварных соединений и швов, выявленными при проведении визуального и измерительного контроля, являются:
- трещины всех размеров и направлений; - местные наплывы общей длиной более 100 мм на участке шва длиной 1000 мм;
- подрезы глубиной более 0.5 мм при толщине наиболее тонкого из свариваемых элементов до 20 мм включительно;
- подрезы глубиной более 3 % толщины наиболее тонкого из свариваемых элементов при его толщине свыше 20 мм;
- поры в количестве более четырех шт. на длине шва 100 мм. при этом максимальный размер пор не должен быть более 1 мм при толщине свариваемых элементов до 8 мм включительно и более 1.5 мм при толщине свариваемых элементов свыше 8 мм до 50 мм включительно;
- скопление пор е количестве более пяти шт. на 1 см2 площади шва. при этом максимальный раз мер любой из пор не должен быть более 1 мм;
- незаверенные кратеры; прожоги и свищи.
Радиографический контроль выполняют в соответствии с требованиями
ГОСТ 7512, ультрозвуковой метод контроля выполнять с требованиями ГОСТ Р 55724-2013 с целью выявления внутренних дефектов сварного соединения (шва), при этом за размеры внутренних дефектов принимают размеры их изображения на радиограммах: