Технология сварки колонны

Исследовательская статья: Технология изготовления «Сварной колонны»

Как организовать дистанционное обучение во время карантина?

Помогает проект «Инфоурок»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

ГБПОУ «ЧЕЛЯБИНСКИЙ МЕХАНИКО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Научно – исследовательская работа

«Технология изготовления сварной колонны»

Корчагин Сергей Ильич

студент группы № 307

Султанова Э.Н. мастер п/о

Введение

С развитием техники возникает необходимость сварки деталей разных толщин из разных материалов, и, как следствие, расширяется набор применяемых видов и способов сварки.

В настоящее время сваривают детали толщиной от нескольких микронов (в микроэлектронике, до десятков сантиметров и даже метров в тяжёлом машиностроении).
Наряду с конструкционными углеродистыми и низколегированными сталями всё чаще приходится сваривать специальные стали, лёгкие сплавы и сплавы на основе титана, молибдена, циркония, и других металлов, а так же разнородные материалы. От применяемой технологии сварки и качества выполнения сварочных работ во многом зависит качество и надёжность готовых изделий, и эффективность производства в целом. Одно из наиболее развивающихся направлений в сварочном производстве — широкое использование механизированной и автоматической дуговой сварки, т.е механизация и автоматизация как самых сварочных процессов, так и комплексная механизация и автоматизация, охватывающая все виды работ, связанных с изготовлением сварных конструкций и созданием автоматических производственных линий. Важное, значение при этом отводится созданию специального оборудования и средств оснащения технологических процессов.

Данная металлическая конструкция «Сварная колонна» широко применяется в промышленности, в производственных цехах, на крановых площадках, в ремонтных цехах, строительстве дорожных мостов, ферм, перекрытий больших пролётов. Которая работает на сжатие и применяется в качестве промежуточных опор для балок.

Для осуществления поставленной цели, в работе решены следующие задачи:

была произведена характеристика металла и рассмотрение сварочных материалов;

представлено рассмотрению оборудование сварочного поста;

рассмотрена организация рабочего места и подготовка деталей под сварку;

рассмотрен технологический процесс;

рассмотрены виды дефектов,

соблюдения техники безопасности

Глава 1 Технология изготовления сварной колонны

В данном проекте выбрана сталь СтЗпс, которая является низкоуглеродистой, так как содержание углерода до 0.25% и по степени раскисления является промежуточной между спокойной и кипящей. Она содержит такое количество раскислителей, при котором газов выделяется меньше, чем при затвердевании кипящей стали, и поэтому имеет меньшую химическую однородность. Степень раскисления отражается в ее маркировке, например; Ст2кп, СтЗпс и т.д. Она является хорошо свариваемой сталью, так как количество углерода не превышает 0.25%. Химические и механические свойства стали .

Таблица1 — Химический состав стали

Таблица 2 — Механические свойства стали

Временное сопротивление разрыву, МПа

Предел текучести, МПа

Ударная вязкость, мДж/м2

Расчётное сопротивление, МПа

Основное назначение всех сварочных источников — обеспечивать стабильное горение сварочной дуги и её легкий поджег. Одним из самых важных параметров сварочного процесса является его устойчивость к колебаниям и помехам. Полуавтомат сварочный ПДГО-510. Предназначен для полуавтоматической сварки сплошной и порошковой проволокой на постоянном токе в среде защитных газов, в комплекте с источниками для сварки.

Для изготовления данной конструкции применяем сварочную проволоку по ГОСТ 2246-70 , в том числе и для сварки в защитных газах. СВ-08Г2С применяются в сочетании с проволоками, содержащими раскислители Mn, Si, Al, Ti и др.

При выполнении производственных операций за рабочим закрепляется рабочее место в виде участка производственной площади. Рабочее место электросварщика, оборудованное всем необходимым для выполнения сварочных работ, называют сварочным постом. Сварочные посты могут быть стационарными и подвижными.

Рабочее место сварщиков в зависимости от выполняемой работы и габаритов свариваемых конструкций могут располагаться непосредственно возле этих изделий.

Перед сваркой соединяемые детали необходимо подготовить. Основной металл, предназначенный для изготовления сварных конструкций, предварительно выпрямляют, размечают, разрезают на отдельные детали два швеллера длинной 2000 шесть пластин длинной 500 мм и выполняют необходимое профилирование кромок.

От состояния поверхности свариваемых кромок в значительной мере зависит качество сварных швов. Подготовка кромок под сварку заключается в тщательной очистке их от ржавчины, окалины, грязи, масла и других инородных включений.

Исходными данными для проектирования технологического процесса изготовления сварной конструкции являются рабочий чертеж изделия.

Колонна состоит из двух швеллеров, расположенных полками вовнутрь, соединённых рёбер жёсткости и предназначены для установки конструкций нагружающих колонну.

После подготовки кромок производится сборка конструкции последовательно два швеллера в зажимное приспособление, затем ребра жесткости, последовательно производится прихватка. Затем производим замеры узла по размерам в соответствии с чертежом и зачистка окалин, брызг, шлака в около шовной зоне. После чего произвести сварку узла в удобном положении для сварки. Затем самый простой и очевидный метод, призванный определить явные дефекты шва. Он может производиться без сторонних приспособлений либо с применением лупы.
В рамках подготовки к осмотру производится специальная обработка сварных швов : поверхность очищают от загрязнений и шлаков, некоторые виды сталей дополнительно подвергают химической обработке.

При осмотре оценивают размер сварного шва, замеряют обнаруженные дефектные участки. Если были обнаружены трещины, их границы определяют засверливанием, подрубкой, шлифовкой и завершающим травлением. Трещины обнаруживаются при нагреве металла, выявляясь зигзагообразными линиями.

Если должна быть произведена термическая обработка сварных швов, то внешний осмотр проводится и до процедуры, и после нее.

Бывают методы контроля: просвечивание сварного шва, магнитографический метод, проверка ультразвуком, вскрытие шва, химический метод, цветная дефектоскопия, проба керосином, испытание пневматикой, технологические пробы, выявление склонности шва к коррозии , м еталлографический метод, проверка на твердость.

В процессе образования сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния могут возникать различные отклонения от установленных норм и технических требований, приводящие к ухудшению работоспособности сварных конструкций, снижению их эксплуатационной надежности, ухудшению внешнего вида изделия. Такие отклонения называются дефектами.

Для ультразвукового неразрушающего контроля мы также используем дефектоскоп-томограф УД4-76 общего назначения. Дефектоскоп УД4-76 имеет входы для двух датчиков позиционирования, что позволяет производить не только линейное, но и двумерное сканирование.

Рисунок № 1 — ультразвуковой контроль сварного шва

К дефектам относится: пористость шва, трещина, шлаковые включения, несплавление шва, непровар шва неплотность шва, подрезы, свищи, наплывы, прожоги, газовые поры.

Технология сборки и сварки цеховой колонны

Дипломная работа №44
Язык работы — русский, украинский (работа представлення в двух вариантах);
Количество листов графической части — 9шт, AutoCad;
Количество страниц пояснительной записки — 115;
Есть расчет колонны в MathCad — как часть пояснительной записки.

Аннотация
С целью автоматизации производства предложено применять технологическую оснастку, которая уменьшит время сборки. Для этого спроектированы сборочно-сварочные кондукторы для сборки и сварки грани колонны, а также для сборки и сварки самой колонны. Изменен способ сварки: ручная дуговая сварка на механизированную сварку в СО2. Для новой технологии сборки и сварки колонны приведено экономическое обоснование целесообразности ее внедрения, а именно: рассчитаны себестоимость изготовления и экономический эффект. В разделе охраны труда описаны меры с помощью которых мы предохраняем здоровье рабочих от вредных производственных факторов.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение 8
1 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ 9
1.1. Задание и выходные данные 10
1.2 Технические условия на сварку колонны 11
1.2.1. Определение площади сечения колонны 11
1.2.2. Расчет начальных габаритов колонны 11
1.2.3. Конструирование сечения колонны 12
1.2.4. Определение условной поперечной силы 13
1.2.5. Выбор типа соединительных элементов 13
1.2.6. Определение приведенной гибкости 41
1.2.7. Определение коэффициентов продольного изгиба 14
1.2.8. Проверка прочности колонны 14
1.2.9. Проверка устойчивости колонны 15
1.2. 10 Расчет и конструирования соединительных элементов колонны 17
1.2.11 Расчет и конструирование стыков колонны 21
1.2.12 Расчет и конструирование оголовка колонны 22
1.2.13 Расчет и конструирование базы колонны 25
1.2.14 Расчет и конструирование сварных соединений колонны 27
1.3. Расчет и конструирование второго яруса колонны 30
1.3.1. Определение площади сечения 30
1.3.2. Конструирование сечения колонны 31
1.3.3. Определение условной поперечной силы 31
1.3.4. Определение приведенной гибкости 32
1.3.5. Определение коэффициента продольного изгиба 33
1.3.6. Проверка прочности колонны 33
1.3.7. Расчет и конструирование соединительных элементов колонны 34
2 РАЗРАБОТКА технологического процесса изготовления КОЛОННЫ 38
2.1 Описание изделия 39
2.2 Технические условия на сварку колонны 41
Требования к основному металлу: 41
Требования к сварочных материалов: 41
Требования к сварочному оборудованию 41
Требования к конструктивным элементам: 42
2.3 Характеристика основного металла 43
Химические свойства 43
Способность к сварке перлитных сталей 43
Определение свариваемости 46
2.4 Выбор способа сварки 49
Выбор способа сварки по материалу 49
2.5 Выбор сварочных материалов 51
выбор газа 51
2.6 Выбор типа сварных соединений, размеров и подготовки кромок 54
2.7 Расчет параметров режима дуговой сварки в СО2 54
параметры режима дуговой сварки 55
скорость сварки 60
скорость подачи электродной проволоки 60
сварочный ток 61
напряжение сварки 61
расходы защитного газа 62
2.8 Выбор сварочного оборудования 63
2.9 Схема технологического процесса 65
2.10 оснастка для сварки 66
Кондуктор для сборки грани колонны 66
Расчет элементов оснастки 68
2.11 Контроль качества 73
Входной контроль 73
Пооперационный контроль 74
Приемочный контроль 74
3 ОХРАНА ТРУДА 75
4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 94
ВЫВОДЫ 109
ЛИТЕРАТУРА 110
Приложения 111

Технология ручной дуговой сварки колонны

Ручная дуговая сварка — это наиболее старый, а также универсальный метод, выполняемый по технологии дуговой сварки и обеспечивающий высокое качество швов.

Технология ручной дуговой сварки подразумевает собой метод, при использовании которого сварочный ток (постоянный или переменный) подводится, непосредственно, от источника питания к электроду и изделию для образования, а также поддержания электрической дуги.

При сварке колонны используют сварку металлическими электродами.

При ручной дуговой сварке покрытыми металлическими электродами, сварочная дуга горит с электрода на изделие, оплавляя кромки свариваемого изделия и расплавляя металл электродного стержня и покрытие электрода (рис. 3). Кристаллизация основного металла и металла электродного стержня образует сварной шов.

Рис. 3 — Схема сварки покрытым металлическим электродом

Электрод состоит из электродного стержня и электродного покрытия (см. рис. 3). Электродный стержень — сварочная проволока; электродное покрытие — многокомпонентная смесь металлов и их оксидов. По функциональным признакам компоненты электродного покрытия разделяют:

— для физической изоляции расплавленного металла от активных газов атмосферного воздуха;

Перед зажиганием (возбуждением) дуги следует установить необходимую силу сварочного тока, которая зависит от марки электрода, типа сварного соединения, положения шва в пространстве и др.

Зажигание (возбуждение) производиться двумя способами. При первом способе электрод подводят перпендикулярно к месту начала сварки и после сравнительно легкого прикосновения к изделию отводят верх на расстояние 25 мм. Второй способ напоминает процесс, зажигая спички. При обрыве дуги повторное зажигание ее осуществляется впереди кратера на основном металле с возвратом к наплавленному металлу для вывода на поверхность загрязнений, скопившихся в кратере. После этого сварку ведут в нужном направлении.

Применение того или иного способа зажигания дуги зависит от условий сварки и от навыка сварщика.

Положение электрода зависит от положения шва в пространстве. Различают следующие положения швов: нижнее, вертикальное и горизонтальное на вертикальной плоскости, потолочное. Сварку вертикальных швов можно выполнять сверху вниз и снизу вверх.

При сварке в нижнем положении электрод имеет наклон от вертикали в сторону направления сварки. Перемещение электрода при сварке может осуществляться способами «к себе» и «от себя».

В зависимости от размеров сечения швы выполняют однопроходными или однослойными, многопроходными или многослойными. Однопроходная сварка производительна и экономична, но металл шва недостаточно пластичен вследствие грубой столбчатой структуры металла шва и увеличенной зоны перегрева. В случае многослойной сварки каждый нижележащий валик проходит термическую обработку при наложении последующего валика, что позволяет получить измельченную структуру металла шва и соответственно повышенные механические свойства шва и сварочного соединения.

Силу сварочного тока выбирают в зависимости от марки и диаметра электрода, при этом учитывают положение шва в пространстве, вид соединения, толщину и химический состав свариваемого металла, а также температуру окружающей среды. При учете всех указанных факторов необходимо стремиться работать на максимально возможной силе тока.

Сварные колонны

Колонны служат для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций через фундаменты иа грунт. Каждая колонна (рис. 8.18) состоит из 3 основных частей:

• стержня — основного несущего элемента колонны;
• оголовка, представляющего собой опору для вышележащей конструкции и распределяющего нагрузку по сечению стержня;
• базы (башмака), распределяющей сосредоточенную нагрузку от стержня по поверхности фундамента и закрепляющей колонну в фундаменте.

Наиболее распространенные типы колонн приведены на рис. 8.18. Самая простая по конструкции колонна — прокатный двутавр (рис. 8.18, а). Однако небольшая использовать прокатный двутавр в тех случаях, когда в плоскости меньшей жесткости применяются дополнительные раскрепления (связи).

Широкое распространение получили составные двутавровые сечения (рис. 8.18, в).

Сечения элементов (полок и стенки) выбирают такими, чтобы обеспечить одинаковую жесткость в обоих направлениях. Такие колонны имеют достаточно высокую технологичность в изготовлении и экономичны по затратам металла. С точки зрения экономики еще более рациональны сварные колонны трубчатого сечения (рис. 8.18, г). Однако ввиду дефицита труб такие колонны применяются редко.

Все шире применяют сварные колонны из прокатных широкополочных двутавров. Этот профиль обладает высокой жесткостью как в плоскости, так и из плоскости стенки и требует минимальных затрат при изготовлении сварной колонны.

В некоторых случаях применяются и другие сечения (рис. 8.18, д).

В зависимости от того, как передается колонной нагрузка, различают центрально- и внецентренносжатые колонны.

Центрально-сжатые колонны работают иа продольную силу, приложенную по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие поперечного сечения.

Центрально-сжатые колонны бывают как сплошно-стенчатыми, так и решетчатыми. Сплошностенчатые колонны применяют при больших нагрузках и небольших высотах, а решетчатые, напротив, при малых нагрузках и больших высотах.

В центрально-сжатых колоннах нагрузки приложены либо непосредственно к центру сечения колонны, либо симметрично относительно оси стержня.

Внецентренно-сжатые сварные колонны кроме осевого сжатия от продольной силы работают также на изгиб от момента.

• по типу — с постоянным и с переменным по высоте сечением;
• по конструкции сечения стержня — на сплошностенчатые и решетчатые (сквозные), состоящие из отдельных ветвей, соединенных раскосами или планками.

Рис. 8.18. Сплошная колонна

Основные принципы конструирования сварных колонн

Оголовок сварной колонны является опорой для вышележащей конструкции (балки, фермы) и распределяет сосредоточенную нагрузку на колонну равномерно по сечению стержня.

Конструкции, расположенные выше, опираются на колонну сверху или примыкают сбоку. В случае опирания сверху часто используют решение, в котором опорный узел вышележащей конструкции имеет поперечное ребро с выступающим на 15. 20 мм фрезерованным торцом, через который и передается давление на колонну (рис. 8.19).

Иногда используют решение, в котором опорное давление передается внутренним ребром, расположенным над полкой колонны (рис. 8.19, д, е).

Если усилие от вышерасположенной конструкции передается через опорную плиту (рис. 8.19, б) на фрезерованный торец колонны, сварные швы, прикрепляющие опорную плиту, принимаются из конструктивных соображений минимального сечения по СНиП П-23-81*. На чертеже дается указание о фрезеровке торца колонны.

В случае передачи давления через выступающий торец ребра (рис. 8.19, в, г) — опорное давление передается сначала на опорную плиту оголовка колонны, затем иа опорное ребро оголовка, с этого ребра — на стенку сварной колонны (или траверсу в сквозной колонне) (см. рис. 8.19, в, г) и далее равномерно распределяется по сечению стержня. Опорная плита оголовка служит для передачи давления с торцов балки на опорные ребра оголовка, поэтому ее толщину определяют не расчетом, а конструктивными соображениями (неточность совпадения ребер балки и колонны, деформации опорной плиты от сварки и т. д.), принимают обычно 16. 25 мм.

С опорной плиты давление передается иа опорные ребра оголовка через горизонтальные сварные швы, прикрепляющие торцы ребер к плите.

При опирании конструкций на колонну сбоку (рис. 8.20) вертикальная реакция передается через строганый торец опорного ребра балки на торец опорного столика, а с него — на полку колонны. Толщину опорного столика принимают на 5. 10 мм больше толщины опорного ребра балки. Если опорная реакция балки не превосходит 200 кН, опорный столик делают из толстого уголка со срезанной полкой. При большей величине реакции столик делают из листа со строганым верхним торцом. Швы, прикрепляющие столик к колонне (каждый в отдельности), рассчитывают на 2/3 опорной реакции. Это учитывает возможную непараллельность торцов балки и столика вследствие неточностей при изготовлении и связанную с этим неравномерность передачи давления между торцами.

Опорное ребро балки крепится к полке колонны на болтах грубой или нормальной точности, поставленных в отверстия, диаметр которых на 3 мм больше, чем диаметр болтов, так как возможны случаи, когда при небольших отклонениях в отверстиях балка может зависнуть на болтах и не касаться опорного столика.

База колонны (башмак) служит для распределения сосредоточенного давления от стержня колонны равномерно по площади опирания и обеспечивает закрепление нижнего конца колонны в соответствии с принятой расчетной схемой.

В центрально-сжатых колоннах базы могут быть шарнирными или жесткими. Шарнирные базы имеют более простую конструкцию (рис. 8.21, а). Они крепятся анкерными болтами непосредственно за опорную плиту (двумя, а иногда четырьмя анкерными болтами). Для сильно нагруженных колонн с целью равномерного распределения давления при передаче на опорную плиту устанавливают траверсы и ребра.

Жесткие базы имеют, как правило, не менее четырех анкерных болтов, которые крепятся к траверсам (рис. 8.21, б). Поэтому после затяжки болтов исключается поворот колонны на опоре.

Толшина опорной плиты базы определяется расчетом. Однако из конструктивных соображений — не менее 20 мм.

Анкерные болты также принимают из конструктивных соображений: для шарнирных баз 0 20. 30 мм и более (в зависимости от мощности колонны). При установке анкерные болты заводят в специальные проушины, ширина которых на 10. 30 мм больше диаметра болта, или пропускают между траверсами. После этого на болты надевают шайбы толщиной 20. 30 мм с отверстиями на 3 мм большими, чем диаметр болта, или анкерные плитки толщиной 30. 40 мм. Гайки завертывают, а шайбы (плитки) приваривают монтажной сваркой к плите или траверсам.

В легких колоннах опорную плиту обычно приваривают к траверсам и стержню колонны. Для тяжелых колонн чаще применяют безвыверочный метод монтажа. В этом случае торец колонны и поверхность плиты фрезеруют, плиту при помощи установочных болтов выверяют на фундаменте в проектное положение, подливают жидким раствором и после этого на плиту устанавливают колонну.

Длину заделки анкерного болта, длину нарезки и максимальный размер проушины принимают в зависимости от диаметра анкерного болта по СНнП И-23-81*.

Как правило, базы колонн устанавливают иа 500. 1000 мм ниже отметки пола здания и обетонируют для защиты от коррозии.

Базы внецентренно-сжатых сквозных колонн имеют много общего с базами центрально-сжатых колонн, так как ветви колонны нагружены центральной продольной силой (рис. 8.22). Поэтому расчет и конструирование баз внецентренно-сжатых сквозных колонн аналогичны расчету и конструированию баз центрально-сжатых колонн.

В случае действия большого изгибающего момента и незначительной продольной силы в одной из ветвей колонны может возникнуть растяжение и она будет стремиться оторваться от фундамента. Растянутую ветвь притягивают к фундаменту анкерными болтами, поэтому в данном случае болты являются рабочими и их сечение определяется расчетом.

Базы внецентренно-сжатых сплошных колонн имеют в плоскости действия момента вытянутую форму и большое плечо анкерных болтов (рис. 8.23 и 8.24).

При проектировании баз колонн по возможности стремятся использовать простые решения с минимальным количеством деталей и швами, доступными для сварки.

Остались вопросы? Вы можете получить информацию по интересующим вопросам, связавшись с менеджерами нашей компании по телефонам +7 967 780 43 30, +7 962 564 87 87, по электронной почте info@inmet16.ru или отправив сообщение через форму обратной связи.

Рис. 8.19. Оголовки колони при опирании на них конструкций сверху: а — передача усилия через опорное ребро: б —через опорную плиту; в, г — комбинированная передача усилия: д, в — через внутреннее ребро