2626

Выбор материала и режима сварки применительно к деталям машин и механизмов

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Выбор материала деталей баллона. Выбор заготовок для деталей баллона. Разработка технологии сварки кольцевого шва баллона. Выбор рациональных режимов сварки одного из швов баллона, обеспечивающих заданных дополнительных требований...

Русский

2012-11-12

280.5 KB

46 чел.

  1.  Выбор материала деталей баллона.
  2.  Выбор заготовок для деталей баллона.
  3.  Разработка технологии сварки кольцевого шва баллона.
  4.  Выбор рациональных режимов сварки одного из швов баллона, обеспечивающих заданных дополнительных требований.

Заключение.

Список использованной литературы.


«ВЫБОР МАТЕРИАЛА И РЕЖИМА СВАРКИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ДЕТАЛЯМ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ»

1

штуцерный шов

кольцевой шов

полусфера

d1

d

δ

D

Шаровый баллон

штуцер

ВАРИАНТ № 19

Порядок выполнения работы:

1. Обоснование и выбор материала (марки) деталей баллона.

2. Обоснование и выбор вида заготовки деталей баллона.

3. Разработка последовательности изготовления баллона.

4. Расчетное или экспериментальное определение рациональных режимов сварки одного из швов баллона.

Требования к баллону

Дополнительные требования

Вид производства

Условия работы

МПа

НВ,

МПа

(НРС)

нагрузки

среда

темпера-тура

Серийное

Внутреннее давление Р, кгс/см2

Мас-ло

± 50

По расчету

-

Сварка механизиро-ванная

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Таблица № 1

Вид баллона

Размеры по чертежу, мм

Масса m, кг

Давление Р, кгс/см2

Коэффициент запаса К

D

δ

d

d1

1

Шаровый баллон

700

4

30

40

-

70

28

120

1,8


1. Выбор материала деталей баллона

1.1. Расчет объема металла баллона.

δ

D

Расчет делаем по формуле объема полого шара с днищем

Объем штуцера в расчет не принимаем из-за его малой величины.

VШ.Б. = π · [D3 – (D - 2δ)3] ÷ 6, см3, [1].

где: D – диаметр баллона, см,

δ  – толщина баллона, см.

VШ.Б. = 3,14 · [703 – (70 – 2 · 0,4)3] ÷ 6 = 3,14 · 11626 ÷ 6, см3 = 6084.

Объем металла полого шарового баллона равен 6084 см3.

1.2. Расчет плотности материала баллона.

Расчет плотности конструкционного материала баллона (γ) делаем по формуле:

γ = m ÷ V, г/см3,

где: m – масса баллона, г,

V – объем металла баллона, см3

γ = 28000 ÷ 6084 = 4,6.

Плотность конструкционного материала равна 4,6 г/см3.

По полученной плотности выбираем вид конструкционного материала.

Баллоны, работающие под давлением, изготавливают из сталей (плотность 7,87 г/см3), алюминиевых сплавов (плотность 2,7 г/см3) и титановых сплавов (плотность 4,5 г/см3). Так как у нас получена расчетная плотность  4,6 г/см3, материалом для изготовления баллона выбираем титан.

1.3. Расчет конструкционной прочности баллона.

Конструкционная прочность (σк) это величина разрушающего баллон напряжения, возникающего при его испытаниях до разрушения под действием заданного внутреннего давления Р.

Расчет производим по формуле:

σк  = Р · D ÷ (4 · δ · 100), кгс/см2, [2].

где: Р – давление баллона, кгс/см2,

δ  – толщина баллона, мм,

D – диаметр баллона, мм.

σк  = 120 · 700 ÷ (4 · 4 · 100) = 84000 ÷ 1600 = 52,5

Конструкционная прочность баллона равна 52,5 кгс/см2  или                 514,5 МПа.

1.4. Расчет прочности конструкционного материалы баллона.

Для того, чтобы баллон работал без разрушения, для его изготовления нужен материал с прочностью (σк.м.), выше конструкционной прочности на коэффициент запаса (К).

Расчет производим по формуле:

σк.м.  = σк · К, кгс/см2,

где К – заданный коэффициент запаса прочности.

σк.м.  = 52,5 · 1,8 = 94,5

Прочность конструкционного материала баллона равна 94,5 кгс/см2 или 926,1 МПа.

1.5. Выбор марки материала.

Марку материала выбираем из условия σк.м.  = σ0,2, где σ0,2 - минимальный предел текучести выбираемой марки материала. В Справочнике конструкционных материалов [3] находим марку материала соответствующую полученному σ0,2, более подходит сплав титана ВТ6 (σ0,2 = 990 МПа).

Для выбранной марки материала приводим таблицу № 2 химического состава и таблицу № 3 механических свойств.

Химический состав титанового сплава ВТ6, %

Таблица № 2

Титана

Алюминия

Ванадия

Молибдена

Олова

Циркония

Марганца

Хрома

Кремния

Железа

Кислорода

Водорода

Азота

Углерода

Сумма прочих примесей

Основа, 86,485 – 91,2

5,3-6,8

3,5-5,3

-

-

0,30

-

-

0,10

0,60

0,20

0,015

0,05

0,10

0,30

Механические свойства титанового сплава ВТ6

Таблица № 3

Термическая обработка

Массовая доля Н2, %

Механические свойства

σв, МПа

σ0,2, МПа

δ, %

KCU, МДж/м2

КСТ, МДж/м2

Закалка (900°С, 18 мин, вода) + старение (450°С, 24 ч)

0,005

1080

990

8

0,07

0,28

С учетом объема и прочности материала баллона нами выбран материал для его изготовления титановый сплав ВТ6.

2. Выбор заготовок для деталей баллона

2.1. Виды полуфабрикатов для выбора заготовок.

Учитывая объем механической обработки и простоту изготовления деталей, в качестве заготовки для изготовления баллона выбираем:

для  изготовления полусфер - листовой прокат.

для  изготовления штуцера – поковку штампованную.

2.2. Выбор заготовки для штуцера баллона.

Идеальным выбором будет выбор трубы длиной 70 мм, диаметром 40 мм и толщиной стенки 5 мм. Но в соответствии с ГОСТ (ТУ 1-9-672-78, ТУ У 14275539-004-2000) полуфабрикат из сплава титана ВТ6 выпускают только в прутках и слитках.

В связи с этим в качестве заготовки для штуцера рассмотрим следующие варианты:

5

2

2

5

2

2

1

d

d2

d1

1. Пруток круглый, изготовленный прокаткой (сортовой прокат) или прессованный.

 

Объем прутка, V1 (см3):

где: ℓ = ℓ1 + 4 = 74,

D = d2 + 4, где d2 = d1 + 10 = 40 + 10 = 50,

D = 50 + 4 = 54.


Объем штуцера, V2 (см3):

где: ℓ = ℓ1,

D = d1,

Объем заготовки из прутка круглого (V) равен 169 см3, объем штуцера (V2) равен 38 см3.

Объем припуска на обработку (объем отходов) равен:

.

2. Поковка кованная.

Объем припуска на обработку 3 мм кругом.

3

3

5

3

3

5

3

3

1

d

d2

d1

Объем заготовки, V1 (см3):

где: ℓ = ℓ1 + 6 = 70 + 6 = 76,

D = d1 + 6 = 40 + 6 = 46,

Объем заготовки из поковки кованной (V) равен 92 см3, объем штуцера (V2) равен 38 см3.

Объем припуска на обработку (объем отходов) равен:

.

3. Поковка штампованная.

Объем припуска на обработку 2 мм кругом.

2

2

5

2

2

5

2

2

1

d

d2

d1

Объем заготовки, V1 (см3):

где: ℓ = ℓ1 + 4 = 70 + 4 = 74,

D = d1 + 4 = 40 + 4 = 44,

Объем заготовки из поковки штампованной (V) равен 73 см3, объем штуцера (V2) равен 38 см3.

Объем припуска на обработку (объем отходов) равен:

.

Результаты расчетов объема отходов и количеству операций

на изготовление штуцера

Таблица № 4

Тип заготовки

Количество операций по изготовлению

Объем отходов

Преимущества

Недостатки

Пруток круглый

1 – обработка на токарном станке

131 см3

Обработка состоит из одной операции

Большое количество отходов

Поковка кованная

2 – ковка и обработка на токарном станке

54 см3

Небольшое количество отходов

Низкая производительность по сравнению с горячей штамповкой, боль-шие напуски и припуски

Поковка штампованная

2 – штамповка и обработка на токарном станке

35 см3

Позволяет получать более сложные по форме и более точные, с меньшими припусками и допусками поковки с лучшим качеством поверхности; ее производительность значительно превышает производительность ковки; уменьшаются объем последующей обработки резанием и соответственно расход металла

Штамповочный инструмент штамп - дорогостоящий инструмент и является пригодным только для изготовления какой-то одной, конкретной поковки, для объёмной штамповки поковок требуется гораздо боль-ше усилий деформи-рования, чем для ковки таких же поковок

По результатам расчетов объема отходов, простоты производства и качества поверхности, заготовкой для штуцера выбираем поковку штампованную.

2.3. Выбор заготовки для полусферы баллона.

Расчет готовой детали делаем по формуле объема полусферы

V = π · [D3 – (D - 2δ)3] ÷ 12, см3,

где: D – диаметр полусферы, см,

δ  – толщина полусферы, см.

V = 3,14 · [703 – (70 – 2 · 0,4)3] ÷ 12 = 3,14 · 11626 ÷ 12 = 3042 (см3),

В качестве заготовки для полусферы баллона рассмотрим следующие варианты:

1. Поковка кованная с припуском на механическую обработку 3 мм.

δ

D

3

3

Объем заготовки, V1 (см3):

V1 = π · [D3 – (D - 2δ)3] ÷ 12,

где: D = 70 + 0,6 = 70,6 (см),

δ  = 0,4 + 1,2 = 1,6 (см)

V1 = 3,14 · [70,63 – (70,6 – 2 · 1,6)3] ÷ 12 = 3,14 · 45713,792 ÷ 12, см3 = 1962.

Объем припуска на обработку (объем отходов) равен:

V2 = V1 V = 11962 – 3042 = 8920 (см3).

2. Поковка штампованная объемной штамповкой с припуском на механическую обработку 2 мм.

δ

D

2

2

Объем заготовки, V1 (см3):

V1 = π · [D3 – (D - 2δ)3] ÷ 12,

где: D = 70 + 0,4 = 70,4 (см),

δ  = 0,4 + 0,4 = 0,8 (см)

V1 = 3,14 · [70,43 – (70,4 – 2 · 0,8)3] ÷ 12 = 3,14 · 23252,992 ÷ 12, см3 = 6085.

Объем припуска на обработку (объем отходов) равен:

V2 = V1 V = 6085 – 3042 = 3043 (см3).

3. Поковка штампованная листовой штамповкой с припуском на механическую обработку 1 мм.

10

6

δ

D

1

1

Объем заготовки, V1 (см3):

V1 = π · [D3 – (D - 2δ)3] ÷ 12,

где: D = 70 + 0,2 = 70,2 (см),

δ  = 0,4 + 0,2 = 0,6 (см),

V1 = 3,14 · [70,23 – (70,2 – 2 · 0,6)3] ÷ 12 = 3,14 · 17439,408 ÷ 12, см3 = 4563.

Необходимо также учесть объем части листа для прижима (V3),

V3 = 1· 0,6  · 70,2 · 2  = 84 (см3).

Объем припуска на обработку (объем отходов) равен:

V2 = V1 + V3V = 4563 + 84 – 3042 = 1605 (см3).

Результаты расчетов объема отходов и количеству операций

на изготовление полусферы шарового баллона

Таблица № 5

Тип заготовки

Количество операций по изготовлению

Объем отходов

Преимущества

Недостатки

Поковка кованная

2 – ковка и обработка на токарно-кару-сельном станке

8920 см3

Низкая производительность по сравнению с горячей штамповкой, боль-шие напуски и припуски

Поковка штампованная объемной штамповкой

2 – штамповка и обработка на токарно-кару-сельном станке

3043 см3

Достигается более  высокая  точность  размеров  поковки  при лучшем состоянии    поверхности,    уменьшаются    потери    металла,    повышается производительность труда.      Допуски на штампованную поковку в 3-4 раза меньше,  чем  на  кованную, поэтому значительно сокращается объем  последующей  механической  обработки.

Поковка штампованная листовой штамповкой

2 – штамповка и обработка на токарно-кару-сельном станке

1605 см3

Наименьшее количество отходов, простота изготовления

По результатам расчетов объема отходов, простоты производства и качества поверхности, для производства полусферы баллона выбираем поковка штампованная листовой штамповкой.

3. Разработка технологии сварки кольцевого шва баллона

3.1. Выбор способа сварки.

Для сварки баллона из титана выбираем дуговую сварку в камере с контролируемой атмосферой. В качестве защитного газа применяем аргон (Ar) [4, страница 248].

Шаровые баллоны, предназначенные для работы под давлением, должны быть прочными  и герметичными, поэтому выбираем механизированный способ сварки.

3.2. Выбор вида электрода.

Так как толщина свариваемых стенок полусфер баллона 4 мм, то выбираем для сварки вольфрамовый электрод (Тпл = 3370°С) применяемый для сварки металла толщиной 0,8…6 мм [4, стр. 248].

Исходя из толщины свариваемого материала принимаем диаметр электрода 2,5-3,0 мм [5].

В качестве присадочного материала выбираем присадочную проволоку из титанового сплава диаметром 0,5…0,7 мм от диаметра электрода [4, страница 248]

3.3. Выбор тока.

Аргонодуговую сварку в камере с контролируемой атмосферой титановых баллонов выполняют на постоянном токе прямой полярности, сила сварочного тока 200-260 А [5].

По диаметру тока принимаем силу тока 250 А [1, таблица 4].

3.4. Выбор электрода и присадочной проволоки.

По ГОСТ выбираем электрод вольфрамовый марки ЭВЛ (присадка лантана – 1,1-1,4 %) диаметром 3,0 мм длиной 150 мм: ЭВЛ-Ø 2-150 ГОСТ 23949-80 [6].

По ГОСТ в качестве присадочного материала выбираем присадочную проволоку марки ВТ6св диаметром 1,6 мм:  ВТ6св 1,6 ГОСТ 27265-87 [7].

3.5. Выбор количества проходов шва.

По справочнику [5] исходя от толщины свариваемого металла выбираем число проходов – 2.

4. Выбор рациональных режимов сварки одного из швов баллона, обеспечивающих заданные дополнительные требования

Режимы автоматической аргонно-дуговой сварки неплавящимся (вольфрамовым электродом) стыковых соединений полусфер баллона из сплава титана с подачей присадочного материала (при толщине свариваемого материала 4,0 мм) [5]:

сварочный ток (Iсв) - 250 А,

скорость сварки (Vсв) - 15-20 м/ч,

скорость подачи присадочной проволоки (Vп) – 50-70 м/ч,

напряжение дуги (Uд) - 30-32 В,

расход аргона (Q): для защиты дуги - 10-12 л, для защиты остывающего шва - 5-7 л, для защиты обратной стороны - 2-3 л,

число проходов – 2.

Сварка проводится непрерывно.

Перед проведением сварки необходимо провести обработку кромок:

зачистить кромки металлической щеткой или шрабером,

свариваемые кромки и присадочный металл очистить от окислов и загрязнений травлением в течение 5 мин. в растворе следующего состава: соляная кислота – 340-250 мл, азотная кислота – 55-60 мл, фтористый калий – 50 г, вода – 600 мл.

Сварка титана толщиной до 8 мм производится без разделки кромок.

С Х Е М А

механизированной дуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом постоянным током прямой полярности с присадочной проволокой в камере с контролируемой атмосферой

Защитный газ аргон

1

2

3

4

5

6

7

10

8

9

11

12

Vсв

Vп

Iсв

1 – неподвижная стойка вращателя баллона; 2 – шаровый баллон; 3 – сварочная дуга; 4 – камера; 5 – подвижная стойка вращателя баллона; 6 – машинная сварочная горелка; 7 – токоподводящий мундштук горелки; 8 – вращающиеся ролики подачи присадочной проволоки; 9 – кассета с проволокой (повернута на 90 градусов); 10 – сварочная проволока; 11 – неплавящийся вольфрамовый электрод; 12 – насосы вакуумированной камеры.

После дуговой сварки изделий из титана для снятия внутренних напряжений рекомендуется произвести отжиг не позже чем через 2 часа после окончания сварки.

Отжиг сварных изделий производится при температуре 600-650° С с выдержкой в течении 30-45 минут.

Организация сварочных работ

Организация сварочных работ должна предусматривать: технологическую подготовку; обеспечение квалифицированного руководства; материально-техническое обеспечение; подготовку и аттестацию сварщиков; рациональное использование и распределение труда квалифицированных сварщиков, сварочного оборудования.

Сварочные работы должны выполняться в соответствии с проектами производства работ (ППР), технологическими картами или картами трудовых процессов. Основные составляющие раздела сварки ППР: расчет объема сварочных работ в натуральном и нормативном (трудовом) исчислении, ведомости трудовых и материальных ресурсов, схемы энергоснабжения, технологические указания по сварке, термообработке и контролю качества сварных соединений, выбор форм организации труда, требования техники безопасности и охраны труда. При необходимости составляется график производства работ.


Схема входного контроля сварочных работ

(контролирует руководитель сварочных работ — прораб, мастер по сварке)

Элементы, подлежащие контролю

Техническая документация

Квалификация сварщиков

Сварочные материалы

Сварочное оборудование и сборочно-сварочные приспособления

Состав контроля

Проверка  содержания   технологического    проекта    и    проекта производства     работ     (раздела сварки),   технологичности   сварных узлов, сертификатов на основные   материалы.    Расчет   количества сварочных   материалов и   оборудования,    трудоемкости сварочных   работ   и   потребной численности сварщиков

Проверка    допуска    рабочих   к сварке ответственных конструкций в соответствии с Правилами аттестации сварщиков». Проведение  дополнительной   подготовки  для   выполнения   данной работы.   Организация  сварки и испытания пробных образцов

Проверка сертификатов, соответствия материалов техническим условиям, актов испытания технологических свойств, условий хранения, технологических свойств материалов по браковочным признакам

Комплектность и исправность  оборудования, наличие контрольно-измерительной    аппаратуры

Способ   контроля

Изучение проекта

Проверка   удостоверений   сварщиков, дополнительные испытания

Осмотр, механические испытания

Осмотр,     проверка формуляров,    журнала учета и состояния оборудования

Время контроля

До начала сборочно-сварочных работ

Кто привлекается   к контролю

Производственно-технический отдел

Сварочная лаборатория

Отдел главного механика   (энергетика)

Схема операционного и приемочного контроля качества сборки и сварки

(контролирует руководитель сварочных работ прораб, мастер по сварке)

Контроль

Операционный

Приемочный

Операции,

подлежащие

контролю

Подготовка конструкций под сварку

Сборка конструкций под сварку

Технология сварки

Сварные соединения

Оформление исполнительной документации

Состав контроля

Проверка:      отсутствия      поверхностных загрязнений, соответствия   форму, размеров н   качества   подготовленных кромок требованиям    нормативов,    качества    зачистки кромок

Проверка:

состояния подготовленных кромок   и   прилегающих к   ним поверхностей, соответствия марки и диаметра   используемых   для   прихватки материалов   требованиям   проекта,   качества прихватки,  применения     сборочных приспособлений,   соблюдения последовательности   сборочно-сварочных операций

Проверка:

соответствия   атмосферных   и  других   условий    требованиям    нормативов» режима   сварки,   последовательности       наложения швов   (слоев),   соответствия технических     характеристик материалов   я   качества    их подготовки   к сварке.  Организация   сварки и испытания контрольных образцов

Корректировка   схем расположения   и   уточнение количества   сварных   швов,   проверка   качества   формирования швов, отсутствия наружных н   внутренних   дефектов незаверенных    участков, брызг   металла, шлака, трещин в металле шва и околошовной   зоне,    непроваров, пор,    незаверенных   прожогов, кратеров, подреза и пр.

Проверка документации на сварочные работы; журнала сварочных работ, сертификатов на материалы, копий удостоверений сварщиков, актов внешнего осмотра сварных швов, протоколов механических испытания сварных образцов, заключений по гамма- или рентгенопросвечиванию, ультразвуковому контролю и т. д., протоколов металлографических исследований, актов на сварку контрольных стыков

Способ     контроля

Внешний осмотр и измерения

Внешний   осмотр, измерения и механические испытания

Внешний осмотр, физический (просвечивание швов и т.д.) и химический контроль

Проверка технической документации

Время       контроля

До начала сварки

Во время сварки

Во время и после сварки

После сварки

Кто       привлекается к  контролю

Мастер или прораб монтажного участка

Мастер или   прораб сварочного участка

Сварочная лаборатория


Список литературы:

  1.  А.И.Климычев. Методические указания по выполнению курсовой работы.

  1.  Г.А.Николаев. Сварные конструкции. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1982.

  1.  Б.Н.Арзамасов. Конструкционные материалы. Справочник.                                   М.: Машиностроение, 1990.

  1.  А.М.Дальский. Технология конструкционных материалов.                                     М.: Машино-строение, 2005.

  1.  В.В.Степанов. Справочник сварщика. М.: Машиностроение, 1974.

  1.  ГОСТ 23949-80. Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся, 1980.

  1.  ГОСТ 27265-87. Проволока сварочная из титана и титановых сплавов, 1987.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63238. Побут, традиції і господарювання греків 30.63 KB
  Мета: дати уявлення про релігійні вірування давніх греків порівняти їх із релігійними уявленнями інших давніх народів; простежити звязок між рівнями розвитку господарського і духовного життя в Давній Греції...
63239. Грецька культура 26.07 KB
  Мета: розглянути досягнення грецької науки літератури театру; визначити особливості формування культури Давньої Греції показати особливості грецької архітектури скульптури живопису; простежити вплив давньогрецького мистецтва на розвиток культури інших народів.
63240. Античні міста-держави в Північному Причорномор’ї 30.65 KB
  Мета: розглянути суспільне, господарське та духовне життя колоній, заснованих давніми греками в Північному Причорноморї; визначити причини створення грецьких колоній у Північному Причорноморї та їхній вплив на розвиток цивілізації у Давній Греції та на території сучасної України.
63241. Урок узагальнення з теми «Греція в V—IV ст. до нашої ери 21.86 KB
  Після цього уроку учні зможуть: називати характерні риси тиранічного й демократичного правлінь політичного устрою Афін доби Перикла; найзначніших політичних та культурних діячів Греції...
63242. Криза грецької державності і піднесення Македонії 23.04 KB
  Мета: розглянути причини занепаду Греції й піднесення Македонії; дати уявлення про Македонію як велику військову державу; удосконалити навички роботи з підручником установлення причиннонаслідкових звязків.
63243. Східний похід Олександра Македонського та утворення його імперії 24.48 KB
  Мета: розглянути основні етапи східного походу Олександра Македонського та утворення найбільшої монархії давнини; надати учням можливість оцінити історичну особистість.
63244. Елліністичні держави в IV—II ст. до н. є. Елліністична культура 23.02 KB
  Мета: розкрити суть еллінізму; дати коротку характеристику елліністичних держав; визначити основні причини розквіту культури і науки часів еллінізму розглянути їхні основні досягнення.
63245. Урок узагальнення з теми «Еллінізм» 19.64 KB
  Очікувані результати Після цього уроку учні зможуть: називати час політичної роздробленості Греції існування імперії Александра Македонського та елліністичних держав дати правління Філіппа II та Александра Македонського історичних діячів...