Технология сварки для изготовления фермы

Сварка является одним из основных технологических процессов в машиностроении и строительстве. Основным видом сварки является дуговая сварка.

Изготовление конструкций различного назначения с помощью сварки получает все большее распространение во всех промышленно развитых странах. Экономичность изготовления сварных конструкций является основополагающим фактором, обеспечивающим их приоритетное применение по сравнению с литыми, коваными и штампованными конструкциями.

Конструктивное разнообразие сварных конструкций затрудняет их классификацию по единому признаку. Их можно классифицировать по целевому назначению (вагонные, судовые, авиационные и т. д.), в зависимости от толщины свариваемых элементов (тонкостенные и толстостенные), по материалам (стальные, алюминиевые, титановые и т. д.), по способу получения заготовок (листовые, сортопрофильные, сварно-литые, сварно-кованые и сварно-штампованные). Для создания типовых технологических процессов целесообразна классификация по конструктивной форме сварных изделий и по особенностям эксплуатационных нагрузок. По этим признакам выделяют решетчатые сварные конструкции, балки, оболочки, корпусные транспортные конструкции и детали машин и приборов.

В данной работе подробно рассмотрим описание и изготовление решетчатых конструкций, а именно технологию сварки для изготовления фермы.

Сварная ферма для диплома была выполнена по определенной схеме наложения швов.

Рисунок 2 — Порядок выполнения сварки фермы несущей

1. Обща часть

1.1 Описание конструкции, выбор способа сварки

Решетчатая конструкция — это система стержней из профильного проката или труб, соединенных в узлах таким образом, что стержни испытывают растяжение или сжатие, а иногда сжатие с продольным изгибом. К ним относят фермы, мачты, колонны, арматурные сетки и каркасы. Рассмотрим разновидность решетчатой конструкции — сварную ферму.

Металлические сварные фермы широко используют при строительстве промышленных и гражданских зданий, мостов, мачт, вышек и т. д. Это объясняется высокой прочностью и жесткостью ферм и небольшими затратами металла на их изготовление.

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. Последовательность наложения сварных швов при сварке фермы, собранной на прихватках, должна выполняться в соответствии с технологией, предусматривающей получение минимальных короблений, допустимых без последующей рихтовки фермы.

Ферма, которая представлена в работе является макетом, который можно будет демонстрировать на занятиях по дисциплине «Технология производства сварных конструкций». Данная ферма была собрана вручную и сварена полуавтоматической сваркой в углекислом газе.

1.2 Выбор сварочного оборудования

Дуговая сварка в среде защитных газов — инертных (MIG) или активных (MAG) является наиболее применяемым методом в странах Европы и Америки. В обиходе этот метод получил названия полуавтоматической сварки, так как сварщик в ручную передвигает сварочную горелку вдоль шва. Данный метод сварки отличает высокая производительность, простота использования и возможность автоматизации. Сварку данным методом производят с помощью сварочных полуавтоматов.

Процесс полуавтоматической сварки может использоваться как для сварки низко, так и высоколегированных (нержавеющих) сталей, а также для сварки конструкций из алюминия и его сплавов.

Для сварки фермы мы решили применить полуавтоматическую сварку в углекислом газе. Конструктивно сварочный полуавтомат состоит из источника тока (выпрямителя) и механизма подачи сварочной проволоки, выполненных в одном корпусе или раздельно и комплектуется сварочной горелкой (рисунок 1). Основной принцип полуавтоматической сварки MIG/MAG заключается в том, что металлическая проволока во время сварки подается в зону сварки через сварочную горелку и плавится в электрической дуге. Сварочная проволока при этом методе играет двойную роль — она является токопроводящим электродом и служит присадочным материалом.

Рисунок 1. Основной механизм подачи проволоки толкающего типа с обычной горелкой Исходя из конструктивных особенностей оборудования для полуавтоматической сварки в углекислом газе, мы выбрали сварочный полуавтомат «Спутник».

Полуавтомат сварочный «Спутник» сконструирован для сварки тонколистых металлов и ремонта легковых и грузовых автомобилей. Для удобства работы силовой блок питания (источник сварочного тока) и подающий механизм сконструированы в один корпус.

Силовой блок питания вырабатывает переменный сварочный ток, силовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, дроссель сглаживает пульсации тока после преобразования, блок управления включает и выключает силовой блок питания, пневмоклапан для подачи защитного газа в зону сварки и подающий механизм. Шлангом управления производится включение блока управления и производится сварка. На панели управления расположены все органы управления полуавтомата (кроме кнопки включения схемы, она на ручке шланга управления): регулировка подачи электродной проволоки, регулировка силы сварочного тока и напряжения, тумблер включения сети, сигнальная лампа (показывает наличие напряжения), универсальный разъем для подключения шланга управления, вывод для подключения кабеля обратного тока (массы).

Принцип работы полуавтомата основан на сварке металлов в среде защитного газа плавящимся электродом.

Посредством шланга управления в место сварки автоматически подается электрод и защитный газ, а перемещение сварочной горелки по шву производится вручную сварщиком.

Порядковый номер полуавтомата выбит на передней панели около подающего механизма и на табличке на задней панели. Пломбировка полуавтомата отсутствует.

Во время работы полуавтомата необходимо соблюдать время периода работы и паузы (ПВ), т.к. во время сварки происходит нагрев дросселя, силового выпрямителя и силового трансформатора, при нагреве они могут выйти из строя. Время сварки 3 минуты. Время паузы (перерыва) 2 минуты.

Во время паузы происходит охлаждение за счет естественной вентиляции силовых агрегатов полуавтомата через имеющиеся вентиляционные отверстия в корпусе.

Для сварки использовать сварочную проволоку, желательно омедненную, диаметром 0,6−1 мм (комплект поставки по диаметр 0,8 мм) нельзя использовать ржавую и гнутую сварочную проволоку. Запрещается перемещать полуавтомат за шланг управления.

Таблица 1 — Технические характеристики полуавтомата «Спутник»

Способ регулирования сварочного тока ступенчатый.

Кроме сварочного полуавтомата сварка в углекислом газе предусматривает использование дополнительного оборудования — подогревателя и осушителя.

Подогреватель используется только при сварке в углекислом газе. Испарение жидкого СО₂ при большом его расходе приводит к резкому понижению температуры. Влага, содержащаяся в газе, замерзает в редукторе. Для безопасности подогреватель питается постоянным (20 В) или переменным током (36 В).

1 — корпус

2 — кожух

3 — змеевик

4 — теплоизоляция

5 — нагревательный элемент

6 — накидная гайка Рисунок 3 — Подогреватель Осушитель поглощает влагу из углекислого газа. Выпускается двух модификаций: высокого и низкого давления. Осушитель высокого давления устанавливают перед регулятором (редуктором), а низкого — после него. Влагопоглощающим веществом служит силикагельилиалюмогликоль. Путем прокаливания при 250−300 «С эти вещества поддаются восстановлению.

1 — Втулка

2 — Накидная гайка

3 — Пружина

4 — Сетка

5 — Фильтр

6 — Осушающий материал

7 — Сетчатая шайба

8 — Корпус

9 — Штуцер Рисунок 4 — Осушитель

2. Технологическая часть

2.1 Выбор сварочных материалов, инструментов и приспособлений

конструкция сварка оборудование металл

Для сварки фермы был выбран прокат профильной трубы 50×25 из стали 09Г2С.

Сталь 09Г2С — низколегированная конструкционная для сварных работ. 09Г2С — сталь, свариваемая без ограничений, при сварке не требует подогрева и последующей термообработки, не флокеночувствительна и не склонна к отпускной хрупкости.

Сталь 09Г2С используется:

— для производства паровых котлов;

— для производства аппаратов и емкостей, работающих под давлением при температуре -70 — +450 °С;

— для производства сварных листовых конструкций в химическом и нефтяном машиностроении;

— в судостроении.

Химический состав в % стали 09Г2С:

Для сварки низко и среднелегированных сталей подходят следующие марки сварочной проволоки: Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-18ХГС. Для полуавтоматической сварки в углекислом газе (СО₂) использовать сварочную проволоку, желательно омедненную, диаметром 0,6−1 мм, также нельзя использовать ржавую и гнутую сварочную проволоку.

При сварке фермы я использовал проволоку Св-08Г2С-О. Омеднение защищает проволоку от окисления и улучшает токоподвод.

Основные характеристики Св-08Г2С-О:

— Проволока выпускается диаметром 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 3,8; 4,0; 5,0 мм.

— Обработка поверхности: без покрытия, омедненная, полированная (остаточная смазка менее 0,03%), химически полированная проволока.

— Защита: газозащитная — CO₂ или смесь Ag-80% и COІ-20%.

— Тип тока: постоянный обратной полярности.

Защитным газом в данной сварке выступает углекислый газ (СО₂). Углекислый газ является активным, это значит, что он защищает зону сварки от воздуха, растворяется в жидком металле, либо вступает с ним в химическое взаимодействие.

Углекислый газ бесцветный, со слабым запахом, с резко выраженными окислительными свойствами, хорошо растворяется в воде. Тяжелее воздуха в 1,5 раза, может скапливаться в плохо проветриваемых помещениях, в колодцах, приямках. Для снижения влажности СО₂, рекомендуется установить баллон вентилем вниз и через 1−2 ч открыть вентиль на 8−10 с для удаления воды. Перед сваркой из нормально установленного баллона выпускают небольшое количество газа, чтобы удалить попавший внутрь воздух. В углекислом газе сваривают чугун, низкои среднеуглеродистые, низколегированные конструкционные коррозионностойкие стали. Цвет баллона — черный, надпись желтая.

2.2 Подготовка металла под сварку и сборка конструкции

Низколегированные стали разрезают на заготовки газовой, плазменной или воздушно-дуговой резко й с последующей зачисткой участков нагрева резцовыми или абразивными инструментами до удаления следов огневой резки.

Перед сборкой стыка свариваемые кромки на ширину до 20 мм зачищают до металлического блеска и обезжиривают.

Стыки собирают в сборочных приспособлениях или с помощью прихваток. Их ставят с применением присадочных проволок той же марки, какой будет выполнена сварка.

Высота прихватки должна быть равна 0,6 — 0,7 толщины свариваемых деталей, но не менее 3 мм, при толщине стенки до 10 мм или 5−8 мм при толщине стенки более 10 мм.

Прихватки необходимо выполнять с полным проваром. Их поверхность должны быть тщательно зачищена. Прихватки, имеющие недопустимые дефекты следует удалить механическим способом.

Сварочную проволоку в течение 1,2 — 2 ч прокаливают при температуре 150 — 250єС. Ржавчина на проволоке резко ухудшает стабильность процесса сварки. Удалять ржавчину рекомендуется травлением проволоки в 5% - ном растворе соляной кислоты с последующим прокаливанием 1,5 — 2 ч при температуре 150 — 250єС.

2.3 Выбор режимов сварки

Качество сварки в значительной мере зависит от правильности выбора режимов работы сварочного полуавтомата, а также от правильности выбора сварочных материалов (сварочной проволоки). Для регулировки расхода защитного газа используют газовый редуктор. Защитный газ, который подается в зону сварки через газовое сопло, защищает дугу и сварочную ванну с расплавленным металлом. Металл в расплавленном состоянии химически активен и может взаимодействовать с защитным газом.

В зависимости от толщины свариваемого металла сварщик выбирает режим работы переключателем силы тока и подачи электрода. Расстояние от края защитной трубки и свариваемой деталью 7−14 мм.

Толщина свариваемого металла — 2 мм. Зазор между свариваемыми деталями устанавливается около 0,8 мм.

Рассмотрим оптимальные режимы сварки при толщине металла 2 мм:

ь Диаметр проволоки 0,8 мм ь Сварочный ток — около 200 А ь Напряжение на дуге — 22 В ь Скорость сварки — 55 м/ч ь Вылет электрода — 13 мм ь Расход газа — 7 л/мин ь Число проходов — 1

2.4 Контроль качества сварных соединений

Сварные конструкции контролируют на всех этапах их изготовления. Кроме того, систематически проверяют приспособления и оборудование. При предварительном контроле подвергаются проверке основные и вспомогательные материалы, устанавливается их соответствие чертежу и техническим условиям, После заготовительных работ детали подвергают чаще всего наружному осмотру, т. е. проверяют внешний вид детали, качество поверхности, наличие заусенцев, трещин, забоин и т. п., а также измеряют универсальными и специальными инструментами, шаблонами, с помощью контрольных приспособлений. Особенно тщательно контролируют участки, подвергающиеся сварке. Профиль кромок, подготовленных под сварку плавлением, проверяют специальными шаблонами, а качество подготовки поверхности — с помощью оптических приборов или специальными микрометрами.

Во время сборки и прихватки проверяют расположение деталей друг относительно друга, величину зазоров, расположение и размер прихваток, отсутствие трещин, прожогов и других дефектов в местах прихваток и т. д. Качество сборки и прихватки определяют главным образом наружным осмотром и обмером.

Наиболее ответственным моментом является текущий контроль выполнения сварки. Организация контроля сварочных работ может производиться в двух направлениях: контролируют сами процессы сварки либо полученные изделия.

Контроль процессов позволяет предотвратить появление систематических дефектов и особенно эффективен при автоматизированной сварке (автоматическая и механизированная дуговая сварка).

3. Охрана труда и техника безопасности при изготовлении изделия

Для предупреждения несчастных случаев при сварке необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:

1. Для защиты глаз необходимо работать с предохранительным щитком или в шлеме со вставленными в них темными стеклами.

2. Сварщик должен работать в брезентовой одежде, защищающей тело от ожогов, и в резиновой обуви, предупреждающей поражение электрическим током. Одежда и обувь должны быть сухими. Под ноги следует подстилать резиновый коврик, а при работе сидя пользоваться деревянным табуретом.

3. Сварочные посты должны быть ограждены перегородками для предупреждения пожара от расплавленных капель. Сварка на расстоянии меньше 5 м от горючих или взрывчатых материалов запрещается.

4. Вспомогательным рабочим, участвующим в осуществлении процесса сварки, должны выдаваться ручные щитки с защитными красными или зелеными стеклами.

5. Сварщику запрещается выполнять какой-либо ремонт сварочной аппаратуры.

6. При использовании баллонов со сжатыми газами необходимо соблюдать установленные меры безопасности: не бросать баллоны, не устанавливать их вблизи нагревательных приборов, не хранить вместе баллоны с кислородом и горючими газами, баллоны хранить в вертикальном положении. При замерзании влаги в редукторе баллона с СО₂ отогревать его только через специальный электроподогреватель или обкладывая тряпками, намоченными в горячей воде. Категорически запрещается отогревать любые баллоны со сжатыми газами открытым пламенем, так как это почти неизбежно приводит к взрыву баллона.

7. При сварке в защитных газах, кроме соблюдений мер, общих для всех способов сварки, необходимо учитывать, что углекислый газ и аргон в 1,5−2 раза тяжелее воздуха. Эти газы могут скапливаться в нижней части отсека, помещения, в связи с чем устройства вытяжной вентиляции нужно устанавливать не только в зоне дыхания сварщика, но и в нижней части помещения. Выбрасывать воздух нужно за пределы рабочих зон. Мощность вытяжной вентиляции на 1 кг наплавленного металла не менее 150 м3/ч.

8. Безопасное обращение с газовыми баллонами и их хранение

— При обращении с газовыми баллонами и их хранении рекомендуется соблюдать следующие практические меры. При транспортировке и складировании необходимо дополнительно принимать во внимание указания официальных органов.

— К обращению с газовыми баллонами допускать только лиц, имеющих достаточный опыт и квалификацию.

— Газовый баллон представляет собой сосуд под высоким давлением и с ним необходимо обращаться осторожно.

— Никогда не снимать и не портить этикетки, прикрепленные изготовителем на баллонах.

— До того как использовать баллон, убедиться в правильном его содержимом.

— До того как использовать газ, ознакомиться с его свойствами и риском, связанным с его использованием.

— В случае неуверенности в правильном обращении с каким-нибудь газом, связаться с изготовителем газа.

— Всегда пользоваться защитными перчатками.

— Не поднимать баллон за колпак и крышку.

— Для перемещения баллонов всегда пользоваться тележкой или ящиками для баллонов.

— При перемещении баллона защитный колпак должен всегда находиться на своем месте.

— Для выявления утечек использовать мыльный раствор.

— Всегда пользоваться регулятором давления, предназначенным для данного газа. Использовать вставки запрещено.

— Перед подключением оборудования к баллону, проверить его правильный класс давления.

— Предотвратить обратный поток газа в баллон (напр., обратным клапаном), прежде чем подключать баллон.

— Вентиль баллона открывать медленно.

— Никогда не нагревать газовый баллон.

— Подача газа из баллона в другой баллон запрещена.

— Никогда не использовать баллон в качестве катка или рабочей подставки.

— Содержать вентиль баллона и оборудование чистыми от масла и грязи.

— Не допускать падения баллонов.

— Защитить баллоны от механических ударов.

— Всегда, когда баллоны не используются, закрывать вентиль.

— С пустыми баллонами всегда обращаться как с полными.

— В случае повреждения баллона в работе, он должен быть четко замаркирован и возвращен поставщику. Ни в коем случае не пытаться ремонтировать баллон или скрывать дефекты, так как это может вызвать риск опасности для других.

— Баллоны должны храниться в отведенном для них хорошо вентилируемом месте.

— Баллоны хранить в помещении с отсутствием риска пожара и расположенном далеко от источников тепла и возгорания.

— Склад баллонов должен содержаться в порядке с разрешением доступа в него только уполномоченным лицам. Территория должна быть четко отмечена надлежащими щитами.

— Курение и открытое пламя на складе и вблизи него запрещены.

— Газовые баллоны должны храниться в вертикальном положении. Вентили баллонов должны быть хорошо закрыты с установоенными на место колпаками.

— Пустые баллоны хранить отдельно от полных.

— На складе баллоны с разными видами газов хранить отдельно от других.

Меры при пожаре:

— вызвать пожарную охрану.

— обеспечить эвакуацию территории.

— если возможно, убрать баллоны из зоны пожара.

— при отсутствии возможности вывоза баллонов, охлаждать баллоны водой из защищенного места.

— четко пометить баллоны, потерпевшие пожар, и сообщить поставщику.

1. Казаков Ю. В. Сварка и резка материалов: Учебное пособие для нач. проф. Образования; Под ред. Ю. В. Казакова. — 4-е изд., испр. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 400 с.

2. Маслов Б. Г. Производство сварных конструкций: учебник для студентов учреждений сред. проф. Образования. — М.: Издательский цетр «Академия», 2010. — 288 с.

3. Хромченко Ф. А. Справочное пособие электросварщика. — 2-е изд., испр. — М.: Машиностроение, 2005. — 416 с.