Анализ технологичности

Технологичность конструкции нужно оценивать качественно и количественно.

Качественная оценка основана на инженерно-визуальных методах оценки и характеризует технологичность конструкции обобщенно, на основании производственного опыта.

Качественная сравнительная оценка вариантов конструкции допустима на всех стадиях проектирования, когда осуществляется выбор лучшего конструктивного решения и не требуется определения степени различия технологичности сравниваемых вариантов.

При сравнении вариантов конструктивных исполнений изделия в процессе проектирования качественная оценка достаточно часто позволяет выбрать лучший вариант исполнения

Количественная оценка технологичности конструкции изделия осуществляется с помощью системы показателей.

Базовые значения показателей технологичности указываются в техническом задании на разработку изделия, а по отдельным видам изделий, номенклатура которых устанавливается отраслями, – в отраслевых стандартах.

Количественная оценка технологичности конструкции изделия должна проводиться на стадиях разработки технической документации применительно к изготовлению опытного образца (опытной партии), установочной серии.

Главными факторами, определяющими требования к технологичности конструкции, являются вид изделия, объем выпуска и тип производства.

Вид изделия определяет главные конструктивные и технологические признаки, обуславливающие основные требования к технологичности изделия.

Объем выпуска и тип производства определяют вид технологического оборудования и оснастки, степень механизации и автоматизации технологических процессов и уровень специализации всего производства.

Большое значение для оценки технологичности сварного изделия имеет понятие свариваемости стали.

Под свариваемостью понимается способность стали данного химического состава давать при сварке тем или иным способом высококачественное сварное соединение без трещин, пор и прочих дефектов. Наиболее существенным параметром при сварке сталей является сопротивляемость образованию трещин.

Холодные трещины чаще всего возникают из-за закаливаемости стали при быстром охлаждении и насыщении металла шва и зоны термического влияния водородом. Они, как правило, зарождаются по истечении некоторого времени после сварки и наплавки и развиваются в течение нескольких часов или даже суток.

Для оценки склонности металла к появлению холодных трещин чаще всего используется углеродный эквивалент (CE), рассчитываемый по формуле, приведённой в п.4.3 ГОСТ 19281-89 «Прокат из стали повышенной прочности»:

CE = C + Mn/6 + Si/24 + Cr/5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2 (1)

CE = 0,12 + 2/6 + 0,8/24 + 18/5 + 10/40+ 0,3/13+0,03/2 = 4,3

3 Разработка технологического процесса изготовления металлоконструкции

«Отвод».

Часть производственного процесса, содержащую действия по изменению предмета производства, называют технологическим процессом. Законченную часть технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте, называют технологической операцией.

Технологический процесс изготовления сварной конструкции должен обеспечивать наилучшие условия выполнения каждой отдельной операции и включает в себя последовательное выполнение заготовительных, сборочных, сварочных, контрольных, отделочных операций, называемых основными, и вспомогательных операций, таких как транспортировка, кантовка и т.п.

3.1 Заготовительные операции.

Заготовительные операции – совокупность операций по приданию исходному материалу необходимой формы и (или) объёма.

К заготовительным операциям относят: правку, очистку, резку, гибку, механическую обработку и обработку кромок под сварку.

3.1.1 Правка.

Правка – процесс устранения поверхностных деформаций проката. Виды деформации листовой стали: волнистость; серповидность в плоскости; местные выпучины; заломленные кромки; местная погнутость; волнистость поперек части листа.

Правка производится путем пластического изгиба или растяжения. Оборудование для правки делят на: ротационные машины – листоправильные многовалковые и прессы растяжные – винтовые, гидравлические, кривошипные.

В условиях применения листового проката в большом количестве для уменьшения времени на проводимую операцию целесообразно применять многовалковую листоправильную машину, предназначеную для правки листового проката и листовых заготовок.

.

3.1.2 Очистка.

Очистка: её применяют для удаления с поверхности листа средств консервации, загрязнений, ржавчины, окалины, заусенцев, шлака, которые затрудняют процесс сварки, вызывают дефекты сварных швов и препятствуют нанесению защитных покрытий, для очистки применяют механическую и химическую очистку. К механическим относят: дробеструйную, дробемётную, пескоструйную, на зачистных станках, галтовочных барабанах. К химическим методам относят: обезжиривание, ванный или струйный способ.

3.1.3 Разметка.

Разметка – процесс нанесения на исходный материал контуров будущих заготовок. Разметку делают вручную, перенося контур деталей на металл в натуральную величину. При разметке применяют стандартный инструмент: стальные рулетки по ГОСТ 7502-89, линейки металлические по ГОСТ 427-75, угольники, циркули, штангенциркули ШЦ-1-250-0,05 ГОСТ 166­89,. Разметочные линии наносят мелом, кернением, графитовым карандашом, маркером или рисками, наносимыми чертилкой. При разметке учитывают припуски на укорочение деталей при резке и на механическую обработку.

3.1.4 Резка.

Резка – процесс отделения размеченной детали от исходного материала. При изготовлении деталей применяют следующие виды резки: ножницами, на отрезных станках, штампах, на прессах, термическую резку. Ножницы используют при резке листов фасонного профиля малых толщин. Ножницы бывают: однодисковые с наклонным ножом, прессножницы. Отрезные станки применяют для резки труб фасонного и сортового профиля.

Применяя аппараты плазменной резки, можно добиться ощутимой экономии металла, компактно размещая выкройки деталей на листе металла.

Существует 3 метода раскроя: полосовой, смешанный и групповой.

Примеры рационального смешанного раскроя листов проката стали 09г2с,

.

Рисунок 2 Примеры оптимального раскроя листа.

Процент отходов рассчитывается по формуле:

где – сумма площадей деталей, см²

– площадь исходного материала

Отходы являются деловыми, то есть используются в дальнейшем цикле производства.

3.1.5 Механическая обработка.

Механическая обработка заключается в обработке кромок свариваемого металла после термической резки переносными электрическими и пневматическими угло- и прямошлифовальными машинками, снятии окалины, шлака и припусков. Припуск – это разность между размером заготовки и чистовым размером детали.

3.1.6 Гибка.

Гибка ­ это преднамеренная контролируемая деформация заготовки с целью придания ей расчетной пространственной формы. Гибка заготовок для изделия «Отвод» происходит на листогибных вальцах.

Вальцы листогибные трехвалковые – используются для производства круглых прямошовных изделий типа «обечайка» и радиусных изделий.

Назначаю для гибки заготовок для изделия «отвод»: листогибные вальцы ИБ2220В-01

3.1.7 Механическая обработка кромок.

Перед сборкой и сваркой кромкам заготовок необходимо придать форму, соответствующую типу сварного соединения и регламентируемую положениями «ГОСТ 5264‑80 Конструктивные элементы сварных соединений, их размеры и предельные отклонения».

Обработка кромок осуществляется переносными электрическими и пневматическими угло- и прямошлифовальными машинками. На данном изделии применены сварные соединения без скоса кромок, то есть с минимальной обработкой подготавливаемого материала. Для механической обработки и обработки кромок назначаю переносные электрические углошлифовальные машинки МAKITA/

3.2 Сборочные операции.

Для сборки и сварки металлоконструкции «Отвод» предлогаю применить «Сборка и сварка всей конструкции на прихватки с последущей сваркой швов.

Применение кондуктора позволит сократить длительность сборочных работ облегчить трут и увелить скорость сборки

3.2.1 Требования к сборочному оборудованию

Сборочное оборудование делится на сборочное и сварочно-сборочное.

На сборочном оборудовании сборка заканчивается прихваткой. На сборочно-сварочном, кроме сборки, производится полная или частичная сварка изделия, а иногда и выдержка после сварки с целью уменьшения сварочных деформаций. При этом сваривать

можно как после предварительной прихватки, так и без нее.

3 2 2 Конструктивные элементы сварных стыков.

В процессе сборки при стыковке и прихватке кромок деталей руководствуются следующими требованиями к конструктивным элементам сварных стыков согласно ГОСТ 5264-80:

Таблица 5 Конструктивные элементы стыковых соединений,

их размеры и предельные отклонения.

В процессе эксплуатации стыковые швы данного изделия испытывают лобовые нагрузки.

3.2.3 Требования к сборке.

Цилиндрические обечайки «Отвода» вальцуются на листогибочных вальцах и по достижении необходимого диаметра края стенки обечайки выравниваются при помощи клиновых зажимов, кромки стыков элементов совмещаются при помощи струбцин или клиновых зажимов и прихватываются прихватками по20 мм, обязательно наложение прихваток в начале и в конце стыка. Смещение кромок друг относительно друга не должно превышать 0,5мм. После этого элементы переносятся на участки сварки. Прихватки должны выполняться с соблюдением тех же требований, которые предъявляются к сварочным швам и с применением тех же материалов, которыми будет выполняться сварочный шов. Некачественно сделанные прихватки подлежат удалению и заварке вновь. При сварке прихватки должны быть полностью переплавлены.

3.3 Сварочные операции.

3.3.1.Выбор оборудования для сварки.

Применение современных инверторных источников сварочного тока и качественных электродов, обладающих хорошими технологическими характеристиками, позволяет добиться качественного сварного соединения сварки.

В роли источника сварочного тока используется инвертор ДУГА-1500.В аппарате предусмотрены плавная регулировка сварочного тока Аппарат компактен, легко транспортабелен, позволяет обходиться без применения сварочных кабелей большой длины, обеспечивает значительно больший комфорт и скорость выполнения сварочных операций, нежели промышленные выпрямители, и имеет сертификацию НАКС.

\

3.3.2 Методы сварки швов.

Сварной шов – это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла. Швы классифицируют по следующим признакам:

1) По типу сварного соединения: а) стыковые – обозначаются буквой: С; б) угловые - обозначаются буковой: У; в) тавровые - обозначаются буквой Т; г) нахлесточные – обозначаются буквой: Н.

2) По положению в пространстве: а)в нижнем положении; б)вертикальное положение; в)горизонтальное положение; г)потолочное положение; д)кольцевой шов.

3) По форме наружной поверхности: а) нормальный шов; б) усиленный или выпуклый шов; в) ослабленный или вогнутый шов.

4) По протяженности: а) сплошной, б) прерывистый (цепной в шахматном порядке).

5) По заполнению сечения: а) однослойный однопроходный; б) многослойный, в) многослойный многопроходный; г) двухсторонний.

6) По отношению к направлению действующих сил: а) фланговый, б) лобовой;

в) косой; г) комбинированный.

7) По длине: а) от 250 до 300 мм — короткие швы; б) от 300 до 1000 мм — швы средней длины; в) от 1000 мм и выше — длинные швы.

Прихватка и сварка кромок обечайки «Отвода» и сварка его происходит на сборочном стенде, представляющем собой раму с роликами, к части которых подведено механическое усилие и которые являются ведущими. Такой стенд называется кантователем и позволяет неограниченно проворачивать конструкцию вокруг своей оси, делая доступной любую точку сварного шва. После выполнения прихваток и их зачистки кольцевой шов стыка обечайки разбивается на 4 части и каждая часть сваривается обратноступенчатым методом в порядке I-II; III-IV и так далее до полной заварки.

3.3.3 Расчет режимов сварки.

Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение качественного сварного соединения.

Под качественным сварным соединением понимают получение сварных швов заданных размеров, формы, без дефектов с заданным уровнем механических свойств.

К режимам сварки относятся:

– диаметр электрода

– сила сварочного тока

– напряжение дуги

– род тока

– полярность

– скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки)

– коэффициент наплавки

– масса наплавленного металла

1 Диаметр электрода.

При толщине металла S = 13 мм рекомендуемый диаметр электрода – 5 мм.

2 Расчет силы сварочного тока:

; (4)

;

3 Расчет напряжения дуги:

(5)

4 Род тока: постоянный.

5 Полярность: обратная.

6 Расчет скорости перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), массы наплавленного металла и расхода электродов для стыкового шва:

а) определяем значение коэффициента наплавки :

б) определяем площадь поперечного сечения шва по значениям конструктивных элементов, определяемых ГОСТ 5264-80:

Для S = 3 мм (таблица 1)

в) скорость сварки равна:

г) определяем объём наплавленного металла на 1метр шва:

д) масса наплавленного металла на 1 метр шва равна:

е) определяем расход электродов, применив значение коэффициента потерь :

ж) определяем норму расхода электродов( ) в штуках на 1 метр стыкового шва при расчётной длине огарка 50мм и средней массе наплавленного металла ( ) для одного электрода длиной 300 мм диаметром 2,5 мм ­ 15 г:

7 Расчет скорости перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), массы наплавленного металла и расхода электродов для таврового и нахлёсточного шва:

а) определяем значение коэффициента наплавки :

б) определяем площадь поперечного сечения шва по значениям конструктивных элементов, определяемых ГОСТ 5264-80:

Таблица 9 Конструктивные элементы поперечного сечения таврового и нахлёсточного шва.

Для металла толщиной 3мм значение b = 1; значение k = 3 мм (таблицы 2 и 3)

в) определяем площадь поперечного сечения шва :

г) скорость сварки равна:

д) определяем объём наплавленного металла на 1метр шва:

е) масса наплавленного металла на 1 метр шва равна:

ж) определяем расход электродов, применив значение коэффициента потерь :

з) определяем норму расхода электродов( ) в штуках на 1 метр стыкового шва при расчётной длине огарка 50мм и средней массе наплавленного металла ( ) для одного электрода длиной 300 мм диаметром 2,5 мм = 15 г:

3.4 Маршрутное описание процесса сборки и сварки.

Этап № 1 – заготовка деталей

номер и вид операции	Название операции	Оборудование	Режимы
№1 контрольная	Входной контроль исходных материалов	Внешние дефекты – визуально, химический состав и механические свойства – в лаборатории
№2 заготовительная	Произвести правку проката	Листопрокатная машина СКМЗ
№3 заготовительная	Нанести разметку контуров деталей на листовой прокат в соответствии с рисунком 4 пункт 3.1.4, выдержав припуски на резку +1мм	Инструмент разметчика
№4 заготовительная	Установить лист проката в установку плазменной резки и ввести программу раскроя листа в соответствии с рисунком 4 пункт 3.1.4	Установка плазменной резки МАСТЕРСТАН
№5 заготовительная	Зачистить кромки после резки, снять припуски	углошлифовальная машинки MAKITA, абразивные круги

Этап № 2 изготовление

№ операции	Название операции	Оборудование	Режимы
№1 заготовительная	Завальцевать обечайку (деталь 1.2)до достижения расчётной конусности	Листогибочные вальцы
№2 вспомогательная	Перенести обечайку на сварочный стол	Такелажное оборудование
№3 сборочная	Выровнять края обечайки и совместить кромки стыка.	Стол сварщика, раздвижные струбцины и клиновые зажимы
№4 сборочная	Произвести прихватку стыка.	Стол сварщика, сварочный аппарат ДУГА
№5 сборочная	Зачистить прихватки	Стол сварщика, углошлифовальная машинка MAKITA, абразивные круги
№6 сварочная	Произвести сварку шва	Стол сварщика, сварочный аппарат ДУГА электроды ЕСАБ ОК 61.30

3.3 Меры борьбы со сварочными деформациями.

Сварка вызывает в изделиях появление напряжений, существующих без приложения внешних сил. Напряжения возникают по ряду причин, прежде всего из-за неравномерного распределения температуры при сварке, что затрудняет расширение и сжатие металла при его нагреве и остывании, так как нагретый участок со всех сторон окружен холодным металлом, размеры которого не изменяются. Вследствие структурных превращений участков металла околошовой зоны, нагретых в процессе сварки выше критических точек, в свариваемых конструкциях возникают структурные напряжения. В отличие от напряжений, действующих на конструкцию во время ее эксплуатации и вызываемых внешними силами, эти напряжения называют внутренними (собственными) и остаточными сварочными напряжениями. Бели значения сварочных напряжений достигнут предела текучести металла, они вызовут изменение размеров и формы, т. е. деформацию изделия. Деформации могут быть временными и остаточными. Если остаточные деформации достигнут заметной величины, они могут привести к неисправимому браку. Остаточные напряжения могут вызвать не только деформацию сварного изделия, но и его разрушение. Особенно сильно проявляется действие этих напряжений в условиях, способствующих хрупкому разрушению сварного соединения, которое происходит в результате неблагоприятного сочетания концентрации напряжений, температуры и остаточных напряжений.

Для борьбы с остаточными деформациями и напряжениями следует соблюдать следующие правила:

1.При сборке конструкций применять по возможности сборочные приспособления (стяжные планки, клинья и т.п.), обеспечивающие свободное перемещение свариваемых конструкций от усадки швов. Прихватки можно применять только для стыков деталей из тонкого металла (3--5 мм) и в нахлесточных соединениях. Следует строго соблюдать размеры притуплений, зазоров и соосность элементов.

2.Выполнять необходимую последовательность сварки швов, применять разбивку на участки по 100 – 150 мм и обратно- ступенчатый метод сварки длинных и средних швов в различных исполнениях (от центра к краям или в одном направлении).

3.Не допускать превышения величины тепловложения в шов (увеличения сила сварочного тока по сравнению с рекомендуемой для электродов применяемого типа и диаметра).

4.Использовать жесткое закрепление деталей перед сваркой для уменьшения их деформаций с помощью прихваток или приспособлений.

6.Использовать предварительный обратный выгиб листовых деталей (стенок и полок балок, листов корпуса резервуаров и др.) для предупреждения угловой деформации.

7.При сварке листовых резервуарных конструкций (днищ и корпусов)сперва сваривать стыки между листами, а потом стыки между полосами или поясами, при обратном порядке не исключены появление трещин в местах пересечений швов, а также увеличение коробления конструкций.

Список использованной литературы:

1 Куркин С.А. , Николаев Г.А. Сварные конструкции - М: Высшая школа, 1991

2 Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением - Л: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987

3 Выборнов А.П. Производство сварных конструкций - М: Академия, 2008

4 ПБ 03-584-03 Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных. Москва, Пио обт, 2003. http://standartgost.ru

5 ГОСТ 5632–72 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные» - М: © Издательство стандартов, 1999. http://standartgost.ru (дата обращения: 20.11.2013).

6 ГОСТ 19903-74 «Прокат листовой горячекатаный. Сортамент» - М: © Издательство стандартов, 1999. http://standartgost.ru (дата обращения: 14.12.2013).

7 ГОСТ 5264-80 «Ручная дуговая сварка Соединения сварные»- М: © Издательство стандартов, 1993. http://standartgost.ru (дата обращения: 02.02.2014).

Приложение А.

Характеристики стали 12Х18Н10Т.

Сплав 12Х18Н10Т имеет такой химический состав: железо (в основном), углерод (менее 0,12%), хром (17-19%), марганец (менее 2%), никель (от 9 до 11%), сера (менее 0,02%), кремний (не более 0,8%), а также титан (примерно 0,8%). В присутствии 0,1% углерода сталь имеет при >900°С полностью аустенитную структуру, что связано с сильным аустенитообразующим воздействием углерода. Соотношение концентраций хрома и никеля оказывает специфическое воздействие на стабильность аустенита при охлаждении температуры обработки на твердый раствор (1050-1100°С).

Введением титана устраняется склонность к межкристаллитной коррозии, т.к. он сильный карбидообразующий элемент. Он в процессе кристаллизации связывает углерод в тугоплавкий карбид TiC, поэтому исключается возможность образования карбидов хрома и уменьшение его концентрации в аустените.

Сталь данной марки находит широкое применение в самых различных областях. Так, из нее изготавливают конструкции, работающие с агрессивными средами (азотной кислотой и другими окислителями). Такую сталь применяют при производстве теплообменного, емкостного и другого оборудования.

Рассматриваемая нами сталь стойко выдерживает влияние коррозии при температуре до 900°С. Сталь 12Х18Н10Т хорошо поддается горячей обработке, и хорошо сваривается без ограничений как ручной, так и автоматической сваркой.

При ручной сварке используются электроды типов: ЦЛ-11; ЦЛ-9; ОЗЛ–22; ОЗЛ-8; АНВ-32; и т. д. из импортных электродов подходят ESAB 61.25 и ESAB 61.30. В качестве материала для стержня используются Св-07Х25Н1 и Св-07Х19Н10Б.

Марка	Сталь 12Х18Н10Т
Заменитель:	Сталь 08Х18Г8Н2Т ,сталь 10Х14Г14Н4Т ,сталь 12Х17Г9АН4 ,сталь 08Х22Н6Т ,сталь 08Х17Т ,сталь 15Х25Т ,сталь 12Х18Н9Т
Классификация	Сталь конструкционная криогенная / Сталь коррозионно-стойкая обыкновенная
Применение	детали, работающие до 600 °С. Сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей и другие детали, работающие под давлением при температуре от -196 до +600 °С, а при наличии агрессивных сред до +350 °С.; сталь аустенитного класса

Химический состав в % материала 12Х18Н10Т

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	Прочее
до 0.12	до 0.8	до 2	9 - 11	до 0.02	до 0.035	17 - 19	до 0.3	(5 С - 0.8) Ti, остальное Fe

Механические свойства при Т=20^oС материала 12Х18Н10Т

Сортамент	Размер, мм	Напр	sв, МПа	sT, МПа	d5, %	y, %	KCU, кДж / м2	Термообработка
Поковки	до 1000		510	196	35	40		Закалка 1050 - 1100oC, вода
Лист тонкий			530	205	40			Закалка 1050 - 1080oC,Охлаждение вода,
Лист тонкий нагартованый			880-1080		10
Сортовой прокат	до 60		510	196	40	55		Закалка 1020 - 1100oC,Охлаждение воздух,
Лист толстый			530	235	38			Закалка 1000 - 1080oC,Охлаждение вода,
Трубы холоднодеформированные			549		35
Трубы горячедеформированные			529		40