МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
филиал в г. Северодвинске Архангельской области
ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
ЕМЧЕНКО СВЕТЛАНА ВЛАДИМИРОВНА
Контрольная работа
по дисциплине (МДК02.02) Основы проектирования технологических
процессов
Методические указания
Северодвинск
2016
Автор:
С.В.Емченко – преподаватель
С.В.Емченко
Контрольная работа по дисциплине «Основы проектирования технологических
процессов»
Методические указания. – Северодвинск: технический колледж, 2015. – 25с.
В данных методических указаниях предложены задания к контрольной работе,
даны практические рекомендации по ее выполнению, а также список источников для
самостоятельной работы студентов.
Методические указания предназначены для студентов заочной формы обучения
специальности «Сварочное производство».
________________________________
© С.В.Емченко, 2016.
© Технический колледж
Усл. печ. л. 1,5
СОДЕРЖАНИЕ
Рекомендации по оформлению контрольной работы)……………………….3
(в соответствии со стандартом организации (САФУ)
Задание № 1,2 ………………………………………………………………16
Список источников…………………………………………………………….…18
Приложения
Приложение 1………………………………………………………………….…15
Расчет параметров режима при механизированной сварке
При назначении режима автоматической сварки под флюсом и в защитных газах
руководствуются следующими условиями: он должен обеспечить сплошность сварного
соединения, требуемую форму шва и удовлетворительное его формирование по всей
длине при стабильности сварочного процесса; иметь такой термический цикл, который
обеспечивал бы оптимальные механические свойства металла шва и зоны термического
влияния; давать наибольшую производительность и экономичность.
При двусторонней автоматической сварке стыковых соединений сплошность
сварного соединения обеспечивается проплавлением основного металла на заданную
глубину. Основное условие получения сплошности провара сечения:
(1)
H1  H 2  S  k
g
е
H1
S
к
H2
Рис. 1
где Н1 и Н2 – глубина проплавления от первого и второго прохода, мм;
S – толщина свариваемых листов, мм;
к – перекрытие первого и второго швов, принимаемое равным 1-3 мм.
Однако, этого условия недостаточно для определения качества шва. Для того чтобы
швы обладали высокой технологической и эксплуатационной прочностью, необходимо
получить определенные значения ширины шва е и высоты валика g.
Последовательность расчета режимов сварки двусторонних швов стыковых
бесскосных соединений следующая…
1. Устанавливают глубину провара при сварке с одной стороны:
H1 
S
 (2...3)
2
(2)
2. Выбирают величину сварочного тока, исходя из оптимальной удельной величины
тока на единицу требуемой глубины проплавления:
- для автоматической сварки:
I св  (75... 90)  Н1
(3)
- для полуавтоматической сварки
I св  (50...70) Н1
(4)
3. По величине тока определяют диаметр электродной проволоки:
- при сварке низколегированной проволокой:
1,16
d э  1,75 103  I св
, мм
(5)
- при сварке аустенитной проволокой:
d э  4,45 108  I св2,86 , мм
(6)
4. Скорость сварки принято устанавливать в зависимости от величины сварочного
тока, так как из условия сохранения геометрического подобия сварочной ванны
произведение I св  Vсв должно быть постоянным. В результате обработки опытных
данных рекомендуется следующее расчетное выражение:
(5,7  d э  3,3)  103
Vсв 
, м/час
I св
(7),
где dэ – диаметр электродной проволоки, мм.
5. Для принятого диаметра электрода и величины сварочного тока определяют
оптимальное напряжение дуги:
50  103
U д  20 
 I св  1
d э0,5
(8)
6. Рассчитывают погонную энергию по формуле (2.8), принимая КПД использования
тепла дуги ηн равным:
- для сварки под флюсом
-0,85…0,95;
- для сварки в СО2
- 0,6…0,7.
7. Определяют основные размеры шва: Н, g, е:
- при сварке под флюсом:
H  2
qn
  e  C    Tпл  пр
(9)
- при сварке в СО2:
Н  2,2 
qn
  e  C    Т пл  пр
(10),
где qn – погонная энергия, кал/см;
е – основание натуральных логарифмов;
С – удельная теплоемкость, кал/г·град;
ρ– удельный вес, г/см ³;
Тпл – температура плавления металла, ºС;
Ψпр – коэффициент формы провара.
Коэффициент формы провара зависит от основных параметров режима и
определяется по формуле:
 пр  к  (19  0,01 I св ) 
d э U д
I св
(11),
где к′ - коэффициент, величина которого зависит от рода тока и полярности;
dэ – диаметр электродной проволоки, мм.
Величина к′ при плотности тока j < 120 А/мм ²:
- при сварке постоянным током обратной полярности:
к  0,367  j 0,1925 ;
- при сварке постоянным током прямой полярности:
к 
2,82
.
j 0,1925
При j ≥ 120 А/мм² величина коэффициента к′ остается неизменной (для постоянного
тока обратной полярности к′=0, 92, при прямой полярности к′=1,12,а при сварке
переменным током к′=1)
Значения коэффициента формы провара должны составлять 1,3…4,0. При меньшем
значении будут получаться швы, склонные к образованию горячих трещин, при больших
– слишком широкие швы глубиной провара, что приводит к увеличенным деформациям
и нерационально с точки зрения использования тепла дуги.
Ширина шва определяется по выражению:
(12)
е   пр  Н
Для вычисления высоты валика g сначала рассчитывают площадь поперечного
сечения расплавленного металла:
 н  I св
  Vсв
Fн 
(13),
где Fн – площадь наплавки, мм ²;
ρ – удельный вес, г/см ³;
Vсв – скорость сварки, м/ч;
αн – коэффициент наплавки, г/А·ч.
Значения αн приведены в приложении…табл.3.
При сварке стыковых соединений без скоса кромок с нулевым зазором,
наплавленный металл располагается в идее валика над поверхностью листов. Площадь
поперечного сечения такого валика:
Fв  Fн  е  g   в
(14),
где g и е – высота и ширина валика;
μв – коэффициент полноты валика, равный 0,73.
g
Fн
0,73  е
(15)
Затем следует определить коэффициент формы валика:
в 
е
g
(16)
Значения ψв не должны выходить за пределы 7…10. узкие и высокие швы (ψв < 7) не
имеют плавного сопряжения с основным металлом и обладают неудовлетворительной
работоспособностью при переменных нагрузках. При ψв > 10 швы получаются слишком
низкие и широкие, излишне расплавляется основной металл. Кроме того, вследствие
колебаний уровня жидкого металла ванны могут возникнуть местные уменьшения
сечения шва.
Аналогично рассчитываются размеры шва с другой стороны.
Пользуясь зависимости 1 – 16, можно решить и обратную задачу: рассчитать режим
сварки, обеспечивающий требуемые размеры зоны проплавления.
Последовательность расчета режима сварки швов стыковых соединений со скосом
кромок аналогична предыдущему.
Выбирают режим сварки по формулам 1 – 16 и определяют основные размеры шва
для сварки без разделки. Находят общую высоту шва:
С = Н + g.
При наличии разделки кромок размеры глубины провара и высоты валика будут
отличаться от размеров, полученных при сварке стыковых соединений без разделки на
идентичном режиме. Однако, наличие разделки, зазоров, тип шва влияют главным
образом на соотношение долей участия основного и наплавленного металла, а контур
провара и общая высота шва при неизменном режиме сварки остаются практически
одинаковыми (рис. 2).
g
e
e
С
H
С
С
С
Рис. 2
Можно считать, что для неизменного режима:
С = H + g = const
(17)
Зная общую высоту шва С при наплавке, можно определить глубину провара Н′ при
наличии зазора и разделки:
Н′ = С – g′
(18)
e
g′
C
h
H
b
Рис. 3
Высоту g′ при наличии зазора и разделки можно определить по формуле:
Fн  h 2  tg  c  b
g 
0,73  e  b
(19)
Если шов выполняется за несколько проходов, то первоначально определяют режим
сварки одним проходом с одной стороны. Необходимо учесть, что при сварке в разделку
при наложении первого прохода можно получить очертания провара, создающие
неблагоприятные условия кристаллизации, приводящие к образованию горячих трещин.
Поэтому плотность тока в электроде должна быть не больше допустимой.
Допускаемая плотность тока зависит от диаметра электродов:
dэ, мм
2
3
4
5
6
j, А/мм ²
60-150
50-85
35-60
30-45
25-40
Поэтому, выбрав ток и диаметр электрода по формулам (4 – 5) и (6) необходимо
рассчитать плотность тока и сравнить с допускаемой.
Далее находят все параметры режима и размеры шва, как и для стыкового
бесскосного соединения и общую высоту шва.
g′
h
Но
С
Рис. 4
Глубина проплавления притупления
Hо  С  g
(20)
где g′ - высота заполнения разделки одним проходом:
g 
Fн  c  b
tg
где
проход;

(21)
2
Fн – площадь поперечного сечения металла, наплавленного за данный
b – зазор в стыке;
с – общая высота шва;
α – угол скоса кромки.
Режим сварки одним проходом с другой стороны шва выбирают исходя из условий
обеспечения провара притупления:


Hо  Hо  p  k
(22)
Расчет последующих проходов производится исходя из условий заполнения
разделки. Для этого определяют общую площадь разделки:
Fp  h 2  tg
И площадь усиления

2
Fy  0,73  e  g
(23)
(24)
Размеры e и g могут быть выбраны по ГОСТу, либо определены следующим
образом.
Ширина шва е должна перекрывать ширину разделки не менее чем на 2 – 3 мм на
сторону, т.е.
e  2 g   tg
Высота усиления

2
 (2... 3)  2
(25)
g
e
(26)
в
Общая площадь наплавленного металла
 Fн  Fp  Fy
(27)
Количество проходов, необходимое для заполнения разделки (кроме первого)
n
 Fн  Fн1
Fнп
(28),
где
Fн и Fнп соответственно площади поперечного сечения первого и
последующих проходов.
Режим сварки последующих проходов необходимо выбирать таким образом, чтобы
получить хорошо сформированные швы с плавным переходом от основного металла к
металлу шва. Это достигается применением электродной проволоки диаметром 5 – 6 мм
и ограниченной плотности тока в электроде.
При автоматической сварке с разделкой кромок, когда провар корня шва заведомо
обеспечивается (притупление равно нулю), расчет режимов начинается с выбора
диаметра проволоки. По диаметру и плотности тока определяют величину тока по
известной формуле:
I св 
 d2
4
j, А
(29)
Затем по формулам ( 24–28 ) рассчитывают остальные параметры режима, погонную
энергию, площадь наплавки за один проход и общую площадь и количество проходов.
Определить параметры режима сварки под флюсом низкоуглеродистых и
низколегированных сталей, обеспечивающие получение швов заданных размеров и
формы, можно с помощью номограмм, представленных ниже. Номограммы позволяют
для каждого диаметра сварочной проволоки установить связь между глубиной
проплавления Н и основными параметрами6 режима сварки, а по выбранным параметрам
режима – соответствующие им геометрические параметры шва. При этом исходными
величинами являются либо глубина проплавления, либо допустимая погонная энергия,
либо наибольшая производительность сварки.
Общие технологические указания на сборку
В этой части техпроцесса указываются:
- требования к деталям, поступающим на сборку (детали должны быть обработаны,
выправлены, очищены от грязи и т. д.), к обработке кромок, припуски на размеры
деталей, вид контроля поступающих деталей;
- конструктивные элементы подготовки кромок, допустимые зазоры, способы
исправления завышенных и заниженных зазоров, размеры зачистки кромок и
прилегающих поверхностей под сварку, способ зачистки, способ удаления припусков,
временных креплений, разделки кромок.
Размеры зачищаемых поверхностей следует назначать согласно табл. 1 и рис.5.
Таблица 1
Обозначения
Величина, мм
В/2, + (5…10)
1
2
3
4
К + (5…10) или В + (5…10)
S + 2К + (5…10)
S + 2Н + (5…10)
Далее следует указать способ закрепления деталей (прихватки, гребенки, струбцины
и т. д.) между собой и к стенду, к постели. При этом приварка к изделию временных
креплений должна быть сведена к минимуму.
S
L1
L1
L1
S
S
Н
к
L2
к
L2
В
L3
L4
Рис.5
Параметры прихваток назначаются согласно табл. 2
Таблица 2
Параметры
прихваток
Длина прихватки
Высота и ширина
усиления прихватки для
стыковых и угловых
соединений без скоса
кромок
Высота прихваток для
соединений со скосом
кромок
Катет прихватки для
соединений без скоса
кромки
Расстояние между
прихватками
До 3
10-15
Толщина деталей, мм
4-10
11-15
16-25
15-20
20-30
30-40
более 25
40-50
Не должна превышать размеров усиления сварного
шва
≤S
(0,5 … 0,7)S, но не более 12
3
4
5
100200
150250
250350
6
350450
450600
Примечания: 1) по концам стыкуемых деталей следует выполнять по 2-3 усиленные
прихватки длиной 50-70 мм при расстоянии 50-150 мм;
2) в отдельных случаях, когда прихватки должны обеспечить
прочность конструкции при кантовке, транспортировке, необходимо предусмотреть
увеличение размера и уменьшение шага прихваток;
3) для соединений из высокопрочных сталей размеры прихваток
указаны с ОП 90…
Эластичные крепления должны обеспечивать свободное укорочение сварных
соединений в плоскости свариваемых листов и противодействовать развитию угловых
деформаций. Устанавливаются параллельно друг другу со стороны, обратной
выполнению первого прохода с приваркой к обеим стыкуемым кромкам.
Толщина гребенок должна быть 0,5S < Sпр < S, но не более 24 мм, высота не менее
80 мм, длина 350-450 мм. Расстояние между ними такое же, как и между прихватками.
Собранный узел необходимо закрепить, при необходимости установить груза,
временные жесткости, выводные планки и т. д.
Предусмотреть допуски на собранный узел.
Сварка собранного узла должна вестись определенным методом: на проход,
обратно-ступенчатым, блоками, ячейковым, горкой и т. д., должна соблюдаться
определенная последовательность сварки отдельных швов и наложения валиков в шве.
Приложение №1
Значение коэффициента наплавки
dэл,
мм
1,6
2,0
3,0
4,0
5,0
Iсв, А
150-200
200-285
350-450
450-570
550-660
αн,
г/А·ч
13
13
13
13
13
Iсв, А
205-260
290-375
455-560
575-700
665-795
αн,
г/А·ч
15
15
15
15
15
Iсв, А
265-330
380-480
565-680
705-850
800-960
αн,
г/А·ч
17
17
17
17
17
Примечание
Задание№1,2
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Толщина
S=10мм
S=12мм
S=14мм
S=16мм
S=18мм
S=20мм
S=8мм
S=6мм
S=10мм
S=12мм
S=14мм
S=16мм
S=18мм
S=20мм
S=22мм
S=14мм
S=10мм
S=8мм
S=16мм
S=12мм
Марка материала
ВСт3сп
А32
А
10ХСНД
09Г2
А
15ХСНД
09Г2
В
А32
ВСт3сп
10ХСНД
09Г2
В
Е32
D
E
10Г2С1Д
А
В
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная:
1. Окерблом Н.О., Демянцевич В.П., Байкова И.П. Проектирование технологии
изготовления сварных конструкций. Судпромгиз. Л., 1963.
2. Юрьев В.П. Справочное пособие по нормированию материалов и электроэнергии
для сварочной техники. М., Машиностроение, 1972.
3. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. акад.
Б.Е. Патона. М, Машиностроение, 1974.
4. Бельчук Г.А., Гатовский К.М., Кох Б.А. Сварка судовых конструкций. Л.,
Судостроение, 1980.
5. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки
плавлением. М., Машиностроение, 1977.
6. Головченко В.С., Никонов А.В. Сварка судовых конструкций в защитных газах.
Л., Судостроение, 1972.
7. Дрейзенштон З.В., Справочник сварщика судостроителя, Л: Судостроение, 1977.
8. Матвеев В.Г., Борисенко В.А. Справочник по судостроительному черчению, 1987.
Дополнительная:
1. Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х томах. М., Машиностроение, 1979.
2. Кузьминов С.А. Сварочные деформации судовых корпусных конструкций. Л.,
Судостроение, 1974.
3. Винокуров В.А. Сварочные деформации и напряжения. М – Л., Машиностроение,
1968.
4. Сварка, пайка и термическая резка металлов. Ч.2. Изд. Стандартов. М., 1976.
5. Руссо В.Л. Сварка алюминиевых сплавов в среде инертных газов. Л., Судпромгиз,
1962.
6. Номенклатурный перечень электросварочного оборудования, Л: ВНИИЭСО, 1978.
ПОСЛЕДНИЙ ЛИСТ
Контрольную работу составил (а) преподаватель
квалификационной
(должность, квалификационная категория)
категории
________________
____________
(подпись)
(Фамилия И.О.)
Контрольная работа обсуждена на заседании ПЦК______________________
дисциплин
протокол № ______от «___» _____________20__г.
Председатель ПЦК ________________
____________
(подпись)
(Фамилия И.О.)
2