2. ТЕХНОЛОГИЧНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Проектирование сварных конструкций
В современном мире не существует единой системы классификации конструкций, полученных в ходе сварки. Специалисты отмечают, что классификация сварных конструкций происходит по ряду таких признаков: как зависимость от способа, которым были получены заготовки; от того, где будут использоваться эти конструкции, т.е. их назначение; в зависимости от определенных характерных особенностей их работы. Третий признак классификации конструкций, полученных в ходе сварки, является наиболее распространенным, особенно когда речь идет о вопросах проектирования конструкций. Это классификация на основе характерных особенностей их работы. К ним относятся балки, колоны, решетчатые конструкции, корпусные и транспортные, а также детали машин[20,c.462].
Балки – конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб; жестко соединенные между собой балки образуют рамные конструкции.
Колонны – элементы, работающие преимущественно на сжатие или сжатие с продольным изгибом.
Решетчатые конструкции – система стержней, соединенных в узлах таким образом, что они испытывают главным образом растяжение или сжатие; к решетчатым конструкциям относятся фермы, мачты, арматурные сетки и каркасы[30].
Оболочковые конструкции, испытывающие избыточное давление – конструкции, к которым предъявляют требование герметичности соединений; к этому типу конструкций относятся различные емкости, сосуды и трубопроводы.
Корпусные транспортные конструкции – конструкции, подвергающиеся динамическим нагрузкам, поэтому к ним предъявляют требования высокой жесткости при минимальной массе (основные конструкции данного типа – корпуса судов, вагонов, кузова автомобилей).
Детали машин и аппаратов работают преимущественно при переменных, многократно повторяющихся нагрузках, поэтому характерным требованием для них является получение точных размеров, обеспечиваемое главным образом механической обработкой заготовок или готовых деталей (примерами таких конструкций являются станины, валы, колеса) [18,c.273].
При проектировании металлических конструкций необходимо учитывать следующие требования:
-Удовлетворение заданным при проектировании условиям эксплуатации является основным требованием для металлоконструкций. Оно в основном определяет систему, конструктивную форму сооружения и выбор материала для него.
-Требование экономии металла определяется большой его потребностью во всех отраслях промышленности (машиностроении, транспорт и т.п.) и относительно высокой стоимостью.
-В связи с изготовлением металлических конструкций, как правило, на заводах с последующей перевозкой на место строительства в проекте должна быть предусмотрена возможность перевозки их целиком или по частям (отправочными элементами) с применением соответствующих транспортных средств.
-Металлические конструкции должны проектироваться с учетом требований технологии изготовления и монтажа с ориентацией на наиболее современные и производительные технологические приемы, обеспечивающие максимальное снижение трудоемкости.
-Конструкция должна соответствовать возможностям сборки ее в наименьшие сроки с учетом имеющегося монтажного оборудования.
-Физический и моральный износ; физический износ связан с процессами коррозии, а также с повреждениями и дефектами, а моральный – с изменением условий эксплуатации.
-Конструкции независимо от их назначения должны обладать гармоничными формами. Особенно существенно это требование для общественных зданий и сооружений.
На этапе эскизного проектирования выявляют принципиальную возможность обеспечения заданных эксплуатационных свойств изделия при различных вариантах конструктивного оформления. Одновременно с выбором материала и метода получения изделия конструктор назначает расположение сварных соединений, их тип и способ сварки. Таким образом, основные вопросы технологичности сварных конструкций решаются уже на первом этапе проектирования[22,c.320].
Оптимальный считают выбор таких инструктивных форм, которые отвечают назначению изделия, обеспечивают надежную работу в пределах заданного ресурса, позволяют изготовить изделия при минимальных затратах материалов, труда и времени. Эти признаки определяют понятие технологичности конструкции. Кроме того, необходимо, что бы конструкция отвечала требованиям технической эстетики.
На этапе технического проектирования конструкции основных узлов и наиболее трудоёмких деталей обычно разрабатывают в нескольких вариантах, которые за тем сравнивают по их технологичности и надёжности в эксплуатации. В случае необходимости рассчитывают трудоёмкость изготовления, металлоёмкость и другие показатели.
При рабочем проектировании проводят детальную технологическую проработку принятого варианта конструкций. В первую очередь прорабатывают чертежи и технические условия на крупные заготовки, в том числе поставляемые извне, а затем чертежи всех основных узлов и деталей и технические условия на их изготовление, сборку, монтажа и испытания[26,c.52].
Рабочие чертежи направляют в отдел главного сварщика. Здесь выявляют недостатки спроектированной конструкции, связанные в основном с выбором материалов (по их свариваемости), видов заготовок, размерами швов, характером подготовки кромок припусками на механическую обработку, допусками формы и размеров, а так же методами контроля.
Необходимые изменения по согласованию с конструктором вносят в чертежи и технологическую документацию допуска изделия в производство.
2.2. Проектирование технологических процессов
Исходная документация для проектирования технологического процесса изготовления сварной конструкции включает в себя чертежи изделия, технические условия и планируемую программу выпуска.
Чертежи содержат данные о материале заготовок, их конфигурации, размерах, типах сварных соединений – решения, которые были приняты к исполнению технолога.
Технические условия (ТУ) на изготовление конструкции определённого типа содержат перечень требований, которые предъявляются к материалам, оборудованию и выполнению технологических и контрольных операций. Поэтому при проектировании технологических процессов соблюдения требований ТУ являются обязательными.
Программа выпуска содержит соединения о числе изделий, которые нужно изготовить в течение конкретного срока. Эти данные служат основанием для выбора оборудования, технологической оснастки, а так же средств механизации и автоматизации.
Кроме того, по программе выпуска оценивают экономическую эффективность этого выбора. Процесс изготовления изделия включает в себя различные технологические контрольные и транспортные операции. Главное требование, определяющие последовательность осуществления этих операций, их содержания и обеспечение оснасткой – выполнение заданной программы выпуска изделий при минимальной стоимости производства[18,c.273]..
2.3. Определение технологичности сварной конструкции
Технологичность конструкции – это совокупность свойств, определяющих возможность её изготовления с наименьшими затратами труда и материалов методами прогрессивной технологии в соответствии с требованиями к качеству[31].
Отработка технологичности – это непрерывный процесс, начинающийся с эскизного проекта конструкции и продолжающийся на всех стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации как опытных, так и серийных образцов. В процессе эксплуатации наиболее технологичной будет конструкция, которая при заданной надёжности имеет наименьшее число отказов и требует минимальных затрат на восстановление и обслуживание.
Технологичность конструкции зависит от масштаба её выпуска и типа производства. Конструкция, высокотехнологичная для одного масштаба выпуска, может оказаться не технологичной для другого. Технологичность отдельных деталей и узлов должна быть увязана со всеми изделиями в целом. На технологичность сварной конструкции влияют точность изготовления деталей, подбор оптимальных конструктивных форм, выбор способов сварки, толщина соединяемых деталей, размеры швов, возможность механизации процесса изготовления, применения стандартного оборудования и т п. Проектирование и изготовление не должны противопоставляться друг другу, должна быть взаимосвязь между ними. На предприятиях, где налажен контроль проектируемых конструкций на технологичность, производятся наиболее технологичные конструкции[33].
Большое влияние на технологичность сварных конструкций оказывает свариваемость. Свариваемость – способность данной конструкции при данном материале обеспечивает высокое качество сварных соединений. Свариваемость сталей можно определить по эквиваленту углерода. Кроме химического состава на свариваемость влияет и толщина свариваемых кромок.
Одним из основных условий технологичности сварных конструкции является доступность её швов для сварки. При выборе формы разделки кромок следует учитывать, что для сварки поворотных стыков удобна двухсторонняя Х-образная разделка, которая в этом случае значительно сокращает объём наплавляемого металла по сравнению с односторонней разделкой. Лишний наплавленный металл ухудшает качество конструкции и увеличивает трудоёмкость её изготовления. Себестоимость единицы массы наплавленного металла в 15…20 раз выше себестоимости единицы массы всей сварной конструкции. Увеличение катета углового шва лишь незначительно повышает его несущую способность, но резко увеличивает объём наплавленного металла. Например, если увеличить катет с 0 до 8 мм, то несущая способность шва увеличится в 1,3 раза, а объем наплавки возрастёт в 1,8 раза.
Существует два подхода к определению технологичности сварной конструкции: качественная оценка на основе инженерного опыта специалистов и количественные критерии, установленные ГОСТ 14.201-83[1.1].
Качественный анализ технологичности производят по характеру рабочих нагрузок и по технологическим параметрам.
Для количественной оценки технологичности сравнивают базовый и проектный варианты конструкции по трудоёмкости, себестоимости, эффективности использования материалов, относительному расходу наплавленного металла, уровню механизации сварочных работ и уровню комплексной механизации технологического процесса изготовления изделия в целом.
2.4. Выбор материалов
Выбор материалов был определен условием работы данной конструкции и чертежом.
Технические условия на изготовление сварной конструкции предусматривают технические условия на основные материалы и определенные требования. В качестве основных материалов, для изготовления сварных конструкций, работающих при динамических нагрузках, применяются углеродистые обыкновенного качества и легированные стали. Все сварочные материалы должны соответствовать требованиям стандартов и сертификатам качества заводов – поставщиков. При отсутствии сертификатов обязаны проходить дополнительные лабораторные испытания на заводе. При ручной дуговой сварке применяют электроды со стержнем из проволоки соответствующим свариваемому металлу[1].
При изготовлении трубы с отводом для сварки данной стали был выбран электрод типа Э46А, марки МР3. Данные электроды имеют предел прочности 460 МПа и рутиловое покрытие. Рутиловое покрытие содержит 50% рутилового концентрата, в котором 50% TiO2, карбонаты кальция –мрамор, тальк, мусковит, магнезит, ферросплавы, целлюлозу. Газовая защита обеспечивается за счёт диссоциации материалов и органической составляющей. Раскисление и легирование – ферросплавами. Электроды с рутиловым покрытием пригодны для сварки постоянным и переменным токами во всех положениях[6]. Они обеспечивают высокое качество наплавленного металла, обладают хорошими технологическими свойствами и применяются для сварки низкоуглеродистой стали.
При подготовке металла для трубы с отводом была применена кислородная резка, которая выполняется с применением кислорода и пропана.
Кислород (О2) – это бесцветный газ без запаха и вкуса, поддерживающий горение. Очень активен – соединяется со всеми химическими элементами, кроме инертных газов. Реакции вещества с кислородом экзотермические, идущие с выделением теплоты при высокой температуре, — это горение.
Пропан – бесцветный газ с резким запахом, получаемый при переработке нефтепродуктов. Так же получают и бутан – газ без цвета и без запаха, сжижающийся при температуре 0 ОС, взрывоопасный при его содержании в воздухе 1,5…8,5%. Для резки применяют чаще всего смесь пропана с бутаном, которую получают как побочный продукт переработки нефти.
2.5. Выбор технологического оборудования
При выборе источников питания сварочной дуги учитывают: род тока, внешнюю характеристику источника питания, номинальную мощность источника питания. С точки зрения экономики, предпочтительней источники переменного тока. Рациональное использование сварочного оборудования возможно только в том случае, если при его выборе учитываются конкретные условия, в которых это оборудование должно работать: необходимость механизированной или автоматической сварки, возможность доступа к свариваемому стыку и максимально допустимые размеры аппарата, необходимость передвижения аппарата или стационарной работы.
При изготовлении трубы с отводом использовали в качестве источника питания сварочный трансформатор типа ТД 500. Трансформатор – это устройство для преобразования переменного сетевого напряжения (220или380В) в пониженное переменное напряжение (менее 140В)[5], необходимое для выполнения процесса сварки, без изменения его частоты.
ТД 500 состоит из замкнутого магнитопровода 1 (смотри приложение А), который шихтуется из пластин электротехнической стали марок Э320,Э330. Первичная обмотка, состоящая из двух соединённых последовательно катушек 2 и подключаемая к промышленной сети, крепится на магнитопроводе 1 неподвижно. Вторичная обмотка выполняется также в виде двух катушек 3, которые могут свободно перемещаться вдоль стержней магнитопровода при вращении рукоятки 4. Работа трансформатора основана на электромагнитном взаимодействии первичной 2 и вторичной 3 обмоток через магнитопровода. В передаче энергии участвуют два переменных магнитных потока: основной ФT, который проходит только по магнитопроводу, и поток рассеяния ФS, который проходит и по магнитопроводу, и по воздуху. В режиме холостого хода катушки 2 первичной обмотки подключены к питающей электрической сети с напряжением U1=220…380В. Образуется замкнутый контур, по которому проходит ток холостого тока Ix.x. В этом режиме сварочная цепь (вторичный контур), в которую включена вторичная обмотка 3, разомкнута. Вторичное напряжение трансформатора равно напряжению холостого хода U2=Ux.x. Его значение выбирают при расчёте трансформатора из условия надёжного возбуждения дуги и требований техники безопасности Ux.x≤ 65 B.
В режиме нагрузки, когда горит сварочная дуга, вторичный контур также становится замкнутым. По нему проходит ток дуги (сварочный ток). Этот ток регулируется за счёт изменения расстояния между катушками 2 и 3 первичной и вторичной обмотки. Если развести катушки 2 и 3 на максимальное расстояние ἐmax, магнитный поток рассеяния ФS будет самым большим, а магнитный поток ФТ и, следовательно, сварочный ток будет минимальным. Если приближать катушку 2 к катушке 3, то магнитный поток рассеяния будет уменьшаться, а поток ФТ и сварочный ток – увеличатся.
При подготовке металла для трубы с оводом использовалось оборудование газорезательного поста. В которое входит резак, баллоны для кислорода и пропана. Резак – устройство, предназначенное для образования подогревающего пламени в результате смешения горючего газа с кислородом и подачи струи режущего кислорода к обрабатываемому изделию. Пропан и кислород подают к месту сварки в стальных баллонах[5]. Пропан в баллоне находится в сжиженном состоянии под давлением 16кг/см2 (1,6 МПа). Его баллон имеет красный цвет с белой надписью. Кислородный баллон синего цвета с чёрной надписью. На кислородном баллоне установлены редуктора низкого и высокого давления. Гибкие рукава используются для подвода газа от баллона к резаку. Рукав для пропана имеет красную маркировку, а для кислорода – синюю.
2.6 Разработка маршрута изготовления конструкции и выбор вспомогательного оборудования инструментов и приспособлений
Свариваемые детали из листового, фасонного и сортового проката должны быть выправлены перед сборкой под сварку. Важно, чтобы детали не имели трещин, надрывов, волнистости, заусенцев и других дефектов. Сборка деталей должна обеспечить наличие зазора по всей длине соединения в пределах допуска. Поверхности деталей и кромки в тех местах, где должен быть сварной шов зачищаются от ржавчины и масла. Под сварку не допускаются детали с ржавчинами, трещинами, надрывами. Силовая подгонка при сварке категорически запрещается из-за образования напряжения в металле. Смещение свариваемых кромок и величина зазоров не должны превышать величины, установленные на основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений[29,c.49].
При подготовке материалов перед сваркой производят правку металла; очистку от жиров и ржавчины; разметку; при необходимости подвергают рубке; производят установку и прихватку.
При правке металла под сварку устраняются какие-либо неровности, кривизна или другие дефекты. Эти действия совершаются путем давления на металл при помощи пресса или вручную – ударом молотка. Существует два метода правки: ручная правка – основой являются стальные или чугунные правильные плиты или различные наковальни, выполняется работа молотком; машинная правка – осуществляется на правильных машинах. При правке металла материал может быть как холодным, так и горячим[23,c.400].
Также к подготовке металла относится и гибка. Это слесарная операция, во время которой заготовку изгибают под нужным углом и радиусом и придают ей требующуюся форму. Гибка тоже выполняется вручную, при помощи гибочных станков и прессов. Гибку можно производить как на глаз, так и по разметкам, шаблонам и по образцам.
При очистке металла ржавчину и жиры удаляют наждачкой или применяют зачистные машины. При химической очистке металл подвергается очистке химическими растворами, а именно щелочными кислотами.
Перед выполнением дальнейших работ на металле производятся разметки или наметки. Размечая листовой металл, на нем вычерчивают контуры деталей с пометкой мест сгибов, намечают центр отверстия и все тонкости будущих деталей. Когда выполняется разметка, необходимо быть очень внимательным, так как малейшая неточность может привести к браку уже готовых деталей. После проведения работ по нанесению разметочных линий наносятся при помощи кернера углубления, чтобы в процессе дальнейшей обработки сохранились следы наметок.
Когда производится подготовка металла под сварку, снимают слой металла, а именно фаску, задействовав кромкострогальный станок или газорезательное оборудование.
При подготовке металла для трубы с отводом очистку выполнили при помощи металлической щётки. Разметку выполняли по шаблону при помощи мела и рулетки. Резку металла осуществляли за счёт кислородной резки. Обработку кромок после резки выполнили напильником. Дефекты заготовок под сварку в значительной степени сказываются на качестве и производительности сварочных работ.
Некачественная подготовка материалов под сварку приводит к дефектам в сварных швах.
Сборка деталей под сварку по трудоемкости занимает от 10 до 32% от общей трудоемкости изготовления сварного изделия.
Имеются три подхода к выполнению сборочных и сварочных работ: полная сборка изделия из всех входящих в него деталей с последующей сваркой всех швов; последовательное присоединение деталей и их приварка к ранее сваренной части изделия; поузловая сборка и сварка, когда изделие расчленяют на технологические узлы, которые собирают и сваривают отдельно, а затем из них собирают и сваривают изделия в целое. Применение любого из этих вариантов зависит от конструктивной формы изделия, его габаритов, способов транспортировки к заказчику и масштаба производства. Относительно простые изделия с небольшим числом деталей несложной формы выгоднее изготавливать по первому или второму варианту. Сложные пространственные конструкции целесообразно расчленять на технологические узлы – это позволит упростить сборку и сварку, уменьшить сварочные напряжения и деформацию всей конструкции[16,c.64].
В современном производстве наиболее узким местом по механизации труда являются сборочные работы. В единичном и мелкосерийном производстве уровень механизированного труда сборщиков сварных конструкций составляет не более 5%.
При изготовлении и монтаже сварных конструкций для облегчения труда применяют большую группу переносных универсальных приспособлений. Сборочные струбцины — применяют для прижатия деталей друг к другу при сборке и прихватке, болтовую стяжку – применяют для регулировки зазоров в стыковых соединениях, магнитные и вакуумные захваты – используются при сборке под сварку, при поджатии деталей друг к другу и в других случаях.
Собранные детали соединяют между собой небольшими швами – прихватками. Использование прихватки в сварочных работах – это наилучший способ фиксации расположенных деталей по отношению друг к другу. Рекомендуется прихватки выполнять сечениям не более 50% сечения сварного шва и длиной 4…5 толщин прихватываемых деталей, но не менее 30 и более 100 мм. Расстояние между прихватками в зависимости от длины стыка деталей и толщены металла, устанавливают в пределах 100…1000 мм. Последующим при сварке швом прихватки развариваются[19]. Следует иметь в виду, что в местах прихваток могут скапливаться загрязнения, остатки шлака, кроме того прихватки изменяют условия формирования шва. Все это может привести к дефектам, поэтому там, где это возможно, лучше обходится без прихваток.
При изготовлении трубы с отводом применялась сборка с применением магнитных стяжек, поскольку данный способ сборки обеспечивает качественный провар швов, качественную сборку элементов конструкции[16,c.64].
2.7 Расчет режимов сварки
Основными параметрами режима сварки являются величина и полярность тока, диаметр электрода, скорость сварки и напряжение на дуге.
Существуют и дополнительные параметры — толщина покрытия электрода и его состав, положение электрода и положение изделия[11,c.224].
Полярность тока и его вид (постоянный или переменный) оказывают влияние на размеры шва и его форму. Если сварка ведется при постоянном токе, имеющем обратную полярность, то глубина провара на 50% больше, чем при постоянном токе прямой полярности. Это объясняется тем, что на аноде и катоде выделяется разное количество теплоты. Глубина провара при сварке переменным током на 15% меньше той, которая получается при сварке постоянным током прямой полярности[13,c.319].
На диаметр электрода влияют толщина свариваемого металла, вид соединения и форма подготовленных кромок под сварку. Если ведется сварка стыков металла, толщина которых достигает 4 мм, то используются электроды того же диаметра, что и толщина кромок. Если свариваемый металл имеет большую толщину, то задействуются электроды диаметром 4-8 мм. При этом должны соблюдаться условия провара основного металла. Если стыковые швы имеют несколько слоев, то желательно первый шов выполнить электродом диаметром 3-4 мм, с обязательной сваркой последующих слоев электродами большего диаметра[10c,c.256].
Увеличение тока вызывает (при одинаковой скорости сварки) рост глубины проплавления (провара), что объясняется изменением погонной энергии (теплоты, приходящейся на единицу длины шва) и частично изменением давления, оказываемого столбом дуги на поверхность сварочной ванны.
Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, положения, в котором выполняется сварка, а также от вида соединения и формы подготовленных кромок под сварку[27,,c.69].
Напряжение определяет, главным образом, ширину шва. На глубину провара напряжение не оказывает незначительное влияние. Если при увеличении напряжения скорость сварки увеличить, ширина шва уменьшится.
Сила тока в основном зависит от диаметра электрода и рассчитывается по формуле:
I=kd (2.1)
Чем больше ток, тем выше производительность.
При изготовлении трубы с отводом конструкции использовался сварочный аппарат ТД 500. Поэтому ток был переменный. Сила тока менялась в соответствии с пространственным положением сварных швов. При сварке вертикального шва сила тока уменьшается от расчетного в нижнем положении на 10%.
При изготовлении трубы с отводом, для толщины металла 14мм, был выбран электрод диаметром 4мм. Для нижнего положения сила тока составила I=40·4=160А. Для вертикального силу тока уменьшили на 10%, что составило I=160-16=144А. Род тока был переменный, так как использовался сварочный трансформатор типа ТД-500[5].
2.8 Расчет массы наплавленного металла
Площадь наплавки определяется как сумма площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва.
Площадь наплавки одностороннего сварного шва, выполненного с зазором, определяется по формуле:
Fн = F1 + F2,т(2.2)
где F1 – площадь поперечного сечения наплавленного металла
F2 – площадь поперечного сечения переплавленного основного металла.
Fн = S·b + 0,75·e·q, (2.3)
где S – толщина деталей, мм;
b – зазор, мм;
e – ширина, мм;
q – высота усиления, мм.
Площадь поперечного сечения углового шва рассчитывают по формуле:
Fн = Kу ·К2 / 2 мм2 , (2.4)
где Fн – площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм2;
К – катет шва, мм;
Ку – коэффициент увеличения, который учитывает выпуклость шва и зазоры.
Для наиболее часто встречающихся угловых швов с катетом 2 – 20 мм, коэффициент Ку выбирают по соотношению:
| Катет шва, К, мм | 2 | 3-4 | 4-5 | 6-8 | 9-12 | 12-20 |
| Коэффициент увеличения (Ку) | 1,8 | 1,5 | 1,35 | 1,25 | 1,15 | 1,10 |
При сварке многопроходных швов необходимо определить число проходов. По экономическим соображениям предпочтительным представляется сварка с минимальным числом проходов, так как при этом будут меньше трудозатраты на зачистку швов от шлака после каждого прохода[21,c.400]. При ручной сварке многопроходных швов первый проход выполняется электродами диаметром 3 – 4 мм, так как применение электродов большого диаметра затрудняет провар корня шва. При определении числа проходов следует учитывать, что сечение первого прохода не должно превышать 30-35 мм2 и может быть определено по формуле:
Fн1 = (6 — 8)·dэ, (2.5)
где dэ – диаметр электрода для сварки корневого шва, мм.
Площадь наплавки последующих проходов определяется по формуле:
Fнс = (8 — 12)·dэс, (2.6)
где Fнс – площадь последующего прохода, мм;
dэс – диаметр электрода для сварки следующих швов, мм
Зная общую площадь поперечного сечения наплавленного металла (Fн), а также площадь поперечного сечения первого (Fн1) и каждого из последующих проходов шва (Fнс), находят общее число проходов (n) по формуле:
n = ((Fн-Fн1)/Fнс) + 1. (2.7)
При сварке многопроходных швов стремятся сварку проходов выполнять на одних и тех же режимах, за исключением первого прохода[[28,c.73].
Для определения массы наплавленного металла необходимо рассчитать длину всех швов и умножить их на площадь и плотность металла наплавки.
m=L·Fн·7,8 (2.8)
При сварке фланцев к трубе с отводом длина швов составила L1=535·3·3=4815мм.
При сварке патрубка к трубе длина швов составила L2=168·3,14·3=1582мм.
Тогда общая длина швов составит L= L1+L2 =4815+1582=6397мм.
2.9 Особенности оценки прочности сварных соединений
В различных отраслях промышленности и строительства расчёт сварных металлических конструкций производят, основываясь на различных исходных положениях. Например, в машиностроении расчёт ведётся по допускаемым напряжениям, а в промышленном строительстве – по определённым состояниям.
При расчёте по допускаемым напряжениям исходят из того, что действующие в отдельных элементах конструкции напряжения не должны превосходить предел упругости, т е вся работа конструкции должна протекать в упругой стадии материала. Практически в качестве напряжений принимается предел текучести материала[10,c.256].
Значение допускаемых напряжений зависит от свойств материалов, точности производимых расчётов, вида усилий (растяжение, сжатие, изгиб или срез), особенностей технологического процесса, характера нагрузок, при которых работает конструкция.
Принцип расчёта конструкции по предельным состояниям заключается в том, что указанные конструкции рассчитывают на такие силовые воздействия, при которых они перестают удовлетворять требованиям, заданным при проектировании.
При расчёте по предельным состояниям, за основные характеристики сопротивления стали, силовым воздействиям приняты нормативные сопротивления: наименьшее значение предела текучести или временного сопротивления разрыву. Расчётное сопротивление для сварного соединения определяют в зависимости от величины расчётного сопротивления основного материала, конструктивных особенностей соединения, технологии его выполнения и характера нагрузок.
Сварные соединения должны быть по возможности равнопрочными с основным металлом элементов конструкции при всех температурах во время эксплуатации, а так же при всех видах нагрузках (статистических, ударных и вибрационных). Допускаемые напряжения и расчётные сопротивления для сварных соединений назначают в долях от основных величин допускаемых напряжений и расчётных сопротивлений для основного металла.
В металле швов сварных конструкций могут возникнуть напряжения двух родов: рабочие и связующие. Сварные соединения, разрушение которых влечёт за собой выход из строя конструкции, называют рабочими, а напряжения, действующие в этих соединениях – рабочими напряжениями. Иначе работает наплавленный металл в шве, расположенном вдоль направления нагрузки. Шов здесь деформируется вместе с основным металлом, при этом возникают напряжения, которые не опасны для прочности конструкций. Их называют связующими.
Стыковые соединения предоставляют собой наиболее совершенную форму сварных соединений, в которых концентрация напряжений не велика. Проверочный расчет стыковых соединений по допускаемым напряжениям производят определением напряжения в сварном шве и сравнением его с допускаемым.
Проверка прочности угловых швов заключается в сравнении напряжений, возникающих под действием приложенных к сварному соединению усилий, с соответствующими нормативными расчётными сопротивлениями и коэффициентами условий работы. При этом сравнивать можно как по напряжениям, возникающим в металле шва, так и по напряжениям в металле участка сплавления.
При действии на угловые швы (лобовые и фланговые) продольной или поперечной силы прочность их проверяют на условный срез. Угловые соединения в связующих элементах расчёту на прочность не подлежат.
Наибольшая концентрация напряжений имеет место в нахлесточных соединениях, а также при приваре усиливающих элементов непосредственно к сварному узлу. Такие сварные узлы в большей степени подвержены усталостным разрушениям.
2.10 Контроль качества
При изготовлении сварных конструкций важное место занимает контроль качества производимой продукции. Качество обеспечивается предупреждением и своевременным выявлением брака продукции на всех этапах производственного процесса[24,c.80].
Существует несколько видов контроля качества сварных швов изделия:
Предварительный контроль включает в себя проверку квалификации сварщиков, дефектоскопистов и специалистов, руководящих работами по сборке, сварке и контролю, а также проверку качества основного металла, сварочных материалов, заготовок, поступающих на сборку, и состояния сварочной аппаратуры.
Контроль в процессе изготовления (пооперационный) служит для проверки качества подготовки кромок и сборки, режимов сварки, порядка выполнения швов, температура окружающей среды и свариваемого металла. При этом оценивают внешний вид шва и его размеры, а также постоянно наблюдают за исправностью сварочной аппаратуры.
Контроль качества готового сварного соединения – последняя контрольная операция. Существуют следующие виды контроля: внешний осмотр, измерение параметров сварных соединений испытание на герметичность, просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами, контроль ультразвуком, магнитные и люминесцентный методы контроля, металлографические исследования и механические испытания.
При изготовлении трубы с отводом в качестве заключительного контроля применили визуальный осмотр и измерения, а также контроль проникающими веществами – керосином.
Испытание керосином применяют для определения плотности швов емкостей, изготовленных из металла толщиной до 10 мм. При этом способе внутреннюю сторону сварных швов смачивают керосином (или наливают в емкость), а внешнюю покрывают меловым водным раствором. При наличии в сварном шве трещин и сквозных пор толщиной более 0,1 мм, керосин просачивается через них и на покрытой мелом поверхности появляются темные пятна.