Вставьте название работы

1. Технологическая часть
1.1 Описание конструкции
Металлоконструкция «Подкрановая балка» представляет собой листовую конструкцию двутаврового сечения и по технологическому признаку относится к машиностроительным.
Металлоконструкция «Подкрановая балка» служит для установки на неё рельсов, по которым передвигаются катки мостового крана.
Металлоконструкция воспринимает статические нагрузки от собственного веса и динамические от веса крана и поднимаемого им груза. Металлоконструкция ответственного назначения.
Верхний пояс работает на сжатие, а нижний - на растяжение.
Требования к металлоконструкции «Подкрановая балка» жёсткость, прочность и устойчивость, которые обеспечиваются приваркой рёбер жёсткости и габаритными размерами.
Требования к сварным швам - прочность.
Металлоконструкция подкрановая балка изготовляется из листового проката по ГОСТ 19903 – 74.
Конструктивное оформление:
1 - Полка верхняя изготавливается из сортового проката - листа горячекатаного по ГОСТ 19903 -74 методом термической резки – 1 шт.;
2 – Полка нижняя изготавливается из сортового проката листа горячекатаного по ГОСТ 19903 -74 методом термической резки – 1 шт.;
3 - Стенка изготавливается из сортового проката листа горячекатаного по ГОСТ 19903 -74 методом термической резки – 1 шт.;
4-Ребра жесткости изготавливаются из из сортового проката листа горячекатаного по ГОСТ 19903 -74 методом термической резки – 3 шт.;
5 - Опорное ребро изготавливается из сортового проката листа горячекатаного по ГОСТ 19903 -74 методом термической резки – 2 шт.;
Габариты металлоконструкции, мм:
длина -5994;
ширина -800;
высота -1000.
Условия эксплуатации:
Балка кранового пути работает как в цеховых условиях, так и под воздействием атмосферного влияния при температурах от плюс 30С до минус 50С.
Балки предназначаются для мостовых электрических кранов общего назначения грузоподъемностью до 50 т легкого, среднего и тяжелого режимов работ
1.2 Технические условия
Балки должны удовлетворять требованиям ГОСТ 23118-78, СНиП III-18-75 и ГОСТ 23121-78.
1.2.1 Технические условия на материалы для изготовления конструкции
Основной материал, применяемый для изготовления металлических конструкций, подбирается в соответствии с требованиями чертежа, ГОСТов и ТУ.
Для проектирования металлоконструкции подкрановой балки принята сталь низкоуглеродистая конструкционная легированная перлитного класса –15ХСНД, поставляемая по ГОСТ 19282.
Качество и характеристики основного материала должны подтверждаться сертификатами. При отсутствии сертификата на материалы, следует провести испытания, предусмотренные ГОСТами или ТУ в Центральной заводской лаборатории.
На поверхности листов не допускаются: трещины, заусенцы, литейные раковины. На кромках листов не должно быть расслоений.
Хранение металлов на складах должно быть организовано таким образом, чтобы материалы были промаркированы краской, и исключалась возможность смешивания отдельных марок сталей и других материалов.
Перед подачей металла в производство при необходимости зачистить его и править в цехе подготовки.
Сортовая сталь должна быть проверена с целью установления ее полномерности.
Металлопрокат, предназначенный для изготовления подкрановой балки не должен иметь расслоений, трещин, зазоров.
Технические характеристики стали.
Заменитель-сталь, 14ХГС 16ГС, 16 ГН, 14ГН,14СНД.
Вид поставки - сортовой прокат.
Назначение – элементы сварных металлоконструкций и различные детали. К которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температурах от минус 70 до плюс 450^оС.
Таблица 1-Химический состав в % по ГОСТ 19282

Cu	Si	Мn	Сr	Ni	N	Р	S		Аs
					не более
0,2- 0,4	0,4–0,7	0,4–0,7	0,6 – 0,9	0,3-0,6	0,008	0,035	0,040	0,08

Таблица 2-Механические свойства по ГОСТ 19282

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	σ0,2	σ В		δ,%
			МПа
			Не менее
19282 -73	Листы горячекатаные	до 10 вкл.	345		490	22
		20	420		580	19

1.2.2 Технические условия на сварочные материалы
Сварочные материалы для изготовления металлоконструкции «подкрановая балка» применяется ОТК внешней приёмки по сертификату. При отсутствие сертификата материал испытывается в центральной заводской лаборатории.
Технические условия на сварочную проволоку
Для сварки металлоконструкции «подкрановая балка» из стали 15ХСНД принимаю сварочную проволоку Св-10ХГ2СМА.
Сварочная проволока должна содержать типовой набор следующих требований:
Сварочная проволока должна поставляться в мотках, кассетах, катушках или бухтах, сопровождающихся транспортом или сертификатом по
ГОСТ 2246 -70.
Проволока на предприятии должна быть принята ОТК внешней приёмки по сертификату:
Химические и механические свойства наплавленного металла должны соответствовать основному металлу.
Таблица 3-Химический состав проволоки Св-10ХГ2СМА (%) по ГОСТ 2246:

С	Si	Mn	Cr	Ni	Ti	P	S	Mo	прочие
0.07-0.12	0.60-0.90	1.70-2.10	0.80-1.10	0.30	-	0.025	0.025	0,40-0 ,60	-

Проволока должна поставляться с омедненной поверхностью или с не омедненной поверхностью, но с удалением следов мыльной смазки. При этом вид поверхности поставляемой проволоки устанавливается изготовителем, если в заказе не оговорена поставка проволоки с омедненной поверхностью.

Поверхность проволоки должна быть чистой, не иметь заусенцев, расслоений, цветов побежалости, ржавчины, масляного налета и других дефектов.
При необходимости произвести очистку поверхности проволоки механическим или химическим способом, в зависимости от марки материала.
На поверхности проволоки допускаются риски (в том числе затянутые),
царапины, местная рябизна и отдельные вмятины. Глубина указанных пороков не должна превышать предельного отклонения по диаметру проволоки. По требованию потребителя проволока поставляется с улучшенной поверхностью за счет ее шлифования или обточки в промежуточном или конечном размерах.
Проволока должна быть принята техническим контролем предприятия-изготовителя по сертификату. Изготовитель должен гарантировать соответствие поставляемой проволоки требованиями стандарта ГОСТ 2246 -70.
Кассеты и бухты должны состоять из одного отрезка, плотно увязанного так, чтобы исключить возможность разматывания кассеты, мотка, бухты.
Маркировка, упаковка, транспортировка и хранение:
Каждый моток должен быть плотно перевязан мягкой проволокой не
менее чем в трех местах, равномерно расположенных по периметру мотка, концы проволоки должны быть легко находимы. Допускается контактная стыковая сварка отдельных кусков проволоки одной плавки: при этом зона сварного соединения должна соответствовать требованиям стандарта.
Масса одного мотка или бухты не должна превышать 80 кг.
Возможно, приобретение проволоки в кассетах весом 15-18 кг.
На каждый моток, кассету или бухту проволоки крепят металлическую бирку, на которой должны быть указаны:
а) наименование и товарный знак предприятия-изготовителя;
б) условное обозначение проволоки;
в) номер партии;
г) клеймо технического контроля, удостоверяющее соответствие проволоки требованиям стандарта.
Проволока должна транспортироваться в чистых крытых вагонах, контейнерах, автофургонах и т. п. в условиях, обеспечивающих сохранность упаковки, предохраняющих проволоку от загрязнения и воздействия атмосферных осадков.
С согласия потребителя допускается транспортирование проволоки на крупногабаритных катушках массой 1 тонна и более в открытом подвижном составе.
Проволока должна храниться в сухом закрытом помещении, защищающем ее от воздействия атмосферных осадков и почвенной влаги, в условиях, предохраняющих проволоку от ржавления, загрязнения и механических повреждений.
Технические условия на жидкую двуокись углерода
Для получения качественного шва применяемый для сварки углекислый газ должен соответствовать требованиям к жидкой двуокиси углерода не ниже
первого сорта по ГОСТ 8050 - 85, а именно:
а) Содержание двуокиси углерода (СО₂) в % по объему должно быть не менее 99,5;
б) Содержание водяных паров при нормальных условиях в г/м³ не более 0,184;
в) Завод-поставщик при отпуске сварочной углекислоты обязан проверить
степень чистоты газа и содержание в нем водяных паров во всех баллонах,
подвергавшихся перед наполнением обработке, и в баллонах, имеющих перед наполнением остаточное давление меньше 0,4 МПа.
г) Сжиженный углекислый газ, помещенный в баллоны или другие сосуды, отвечающий требованиям Ростехнадзора, должен быть принят техническим контролем завода-поставщика.
Последние порции газа, выходящие из баллона, могут содержать повышенное количество паров воды, поэтому не следует использовать углекислоту при давлении в баллонах менее 0,4 МПа.
Жидкая двуокись углерода поставляются в баллонах по ГОСТ 949-73 емкостью 40 л, цвет – черный, надпись – желтая «двуокись углерода». В баллоне при t =20⁰C помещается 25 кг жидкой двуокиси углерода, давление в баллоне 6-7 МПа.
При испарении 25 кг жидкой углекислоты образуется 12,6м³ газообразного СО₂.
Стальные баллоны изготовляют по ГОСТ 949-73. Раз в пять лет баллоны должны проходить проверку, этому соответствует клеймо на баллоне.
Жидкая двуокись углерода должна быть принята ОТК внешней приёмки. Требования к защитным газам должны содержать сортность по ГОСТ: требования по химическому составу в %, влажности, хранению, поставки и т.п., баллоны – дату последнего испытания.
Жидкую двуокись углерода высокого давления в хранят в специальных складских помещениях или на открытых огражденных площадках под навесом, защищающим баллоны от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.


1.3 Технологичность конструкции. Разбивка конструкции на узлы и под узлы

Технологичность конструкции - это совокупность свойств, определяющих возможность ее изготовления с наименьшими затратами труда и материалов методами технологии в соответствии с требованиями качества.

Анализ технологичности конструкции проводится на этапе технического предложения и дорабатывается на этапе эскизного проекта по ГОСТ 14201. Существуют 2 подхода к определению технологичности: качественный и количественный.

Качественный анализ технологичности производится по характеру рабочих нагрузок и по техническим параметрам.
Количественный анализ проводится при определении марки основного и наплавленного металла, из которого будет изготавливаться конструкция, точности изготовления детали или конструкции, подбора оптимальных и конструктивных рабочих баз и размерных цепей, выбора способов сварки, мест эксплуатационных и технологических разъемов, толщины соединения деталей, размеров швов. Возможности автоматизации и механизации в процессе изготовления и применения стандартного оборудования.
Большое влияние на технологичность сварных конструкций оказывает свариваемость - способность данной конструкции при данном материале обеспечить высокое качество сварных соединений.
Свариваемость- это свойство металлов или сочетания металлов образовывать при определенной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией или эксплуатацией изделия.
Проверку свариваемости произвожу по эквиваленту углерода (С_Э) с учетом толщины металла.
С_Э = С+ Мn /20 + Ni/ 15 + (Cr +Mo+V)/10 + 0,0025×S (1)
для легированных сталей;
где С, Мn, Ni и т.д. верхнее содержание легирующих элементов в стали.
С_Э ≥ 0,45- критический показатель эквивалента углерода для легированных сталей, если показатель расчетный превышает это значение, то необходим предварительный подогрев основного металла перед сваркой.
Свариваемость рассматривается, как степень соответствия сварных соединений одноименным свойствам основного металла, или нормативным значениям свойств.
Проверяю свариваемость стали 15ХСНД:
С_Э=2,10/20+0,30/15+1,10/10+0,0025×16 = 0,275
С_Э = 0,275≤ 0,45, показатель расчетный не превышает критического значения, предварительный подогрев основного металла перед сваркой не требуется.
Данная сталь, считается хорошо свариваемой, т.к. она требует не предварительного подогрева перед сваркой, не склонна к образованию горячих и холодных трещин, имеет перлитную структуру и удовлетворяет полностью эксплуатационным требованиям;
2.Выбранное сечение элементов и виды проката удовлетворяют эксплуатационным требованиям;
3.Конструкция обладает жесткостью и сопротивляемостью деформации.
4.Есть возможность выполнения сварки всех сварных швов в нижнем положении с использованием различных приспособлений (крана, кантователя, кондуктора, портала).
5.Все сварные швы доступны, если металлоконструкцию расчленить на отдельные узлы.
Расчленение металлоконструкции на узлы позволяет применять универсальные и специальные приспособления, автоматизировать процесс сварки, что облегчает ее изготовление, обеспечивает высокую точность сварного изделия.
6.Процесс сварки легко автоматизируется и механизируется, что увеличивает производительность труда и сокращает время на изготовление металлоконструкции в целом.
7.Механическая обработка после сварки не требуется
8.За счет выше перечисленных пунктов при внедрении технологической оснастки можно исключить пооперационный контроль ОТК и доверить производить его рабочему.
9.Есть возможность использовать рациональные, производительные и объективные методы контроля ВИК- 100%, сварных швов и рентгенографический контроль – 20% длины сварных швов. Затруднений для контроля качества нет.
10.Не требуется термическая обработка после сварки для снятия внутренних напряжений, рекомендуется провести проковку сварных швов.
На основании проведенного анализа, можно сделать вывод, что металлоконструкция подкрановой балки технологична: выбранные материалы конструкции отвечают эксплуатационным требованиям изделия и на основе вышеперечисленных пунктов можно получить металлоконструкцию высокого качества при минимальных затратах, т.е. с минимальной трудоемкостью и энергоемкостью техпроцесса.
1.4 Маршрутная карта заготовки
Важным этапом технологического процесса изготовления сварных и паяных металлоконструкций являются заготовительные работы. Для таких работ в основном используют детали образованные из заготовок листового полуфабриката, труб или профилей, а также отливок, поковок и т.д.
Заготовительные работы можно разделить на два основных этапа:
- раскрой – разрезание полуфабриката;
- формообразование деталей из полученных заготовок.
При необходимости иногда вводится предварительная зачистка и правка полуфабриката.
Качество и способы выполнения заготовительных работ оказывают большое влияние на трудоемкость и качество выполнения последующих операций сварки и пайки, в значительной степени определяя возможность использования специализированной оснастки и средств автоматизации, а, следовательно, возможность сокращения производственного цикла.
1.4.1 Выбор и обоснование методов заготовки
Заготовительные операции необходимы для изготовления комплектов деталей металлоконструкции балки подкрановой балки по позициям.
При изготовлении заготовок применяю следующие виды обработки металла:
1) Зачистка
2) Правка проката перед дальнейшими технологическими операциями.
Правка основана на пластической деформации, т. е. растяжении металла до предела текучести.
Правка листовой стали производится механическим путем на листоправильных 5-23-х валковых машинах.
Правку мелких деталей целесообразно производить на вальцах, используя подкладной лист.
3) Разметка – наметка.
Разметка - ручная с помощью мерительного инструмента.
4) Термическая резка.
Термическую резку – плазменную применяю для изготовления деталей сложной конфигурации.
Плазменная резка бывает ручная и машинная. Возможны два метода резки: Резка в размер, или чистовая, и резка заготовительная, т.е. с последующей обработкой.
По степени точности резки в размер выбираю резку по I классу точности;
I класс – вырезка деталей, сопрягаемых с другими впритык, или же для сварки в стык. Допуск при этом ±1мм.
Каждый из видов резки применяю непосредственно в зависимости от механических свойств, химического состава, и толщины металла.
1.4.2 Выбор заготовительного оборудования и его технологические характеристики
Выбор заготовительного оборудования производится с учетом типа материала, его марки и толщины.
Заготовительное оборудование должно обеспечивать высокую производительность и по возможности иметь не большие габариты. Выбранное оборудование, должно быть охарактеризовано паспортными данными.
Для обеспечения технологического процесса заготовки выбираю следующие оборудование:
Для зачистки:
Абразивный инструмент:
Машинка шлифовальная ИП-2009Б
Давление воздуха, кгс/см² 5
Скорость вращения шпинделя, об/мин
На холостом ходе – 12100
Мощность – 0,44 кВт
Расход воздуха м₃ / мин 0,88
Для правки:
Листоправильная машина предназначена для правки листов, полос и листовых заготовок в холодном состоянии.
Технические характеристики:
Листоправильная машина МП№3 Стан 2800/1700
Технические характеристики:
Размеры выправляемого листа, мм
Толщина 7-60
Наибольшая ширина 2700
Число правильных валков 9
Диаметр правильных валков, мм 360
Шаг правильных валков, мм 400
Скорость правки, м/с 0,16
Мощность электродвигателей привода, кВт:
Вращения валков 125х2
Подъёма-опускания верхних валков 22
Подъёма направляющих валков 3,5х2
Габаритные размеры, мм:
Длина 12000
Ширина 4900
Высота 6368
Масса, т 219
Для термической резки применяю:
Портальную плазменную машину с УЧПУ «Комета» 2,5 Пл
Технические характеристики:
Наибольший размер разрезаемых листов, мм
длинна 8000
ширина 2500
Наибольшая толщина резки, мм 100
Скорость перемещения резака, мм/мин 50 –12000
Максимальное отклонение от контура, мм 0,35
Тип УЧПУ 2Р32М
Плазморежущая установка АПР – 401
Число резаков 2
Энергопитание трёхфазная цепь переменного тока
Напряжение, В 380
Частота, Гц 50
Потребляемая мощность, кВ·А 260
Расход, м³/ч
сжатый воздух до20
охлаждающей воды 0,6
Давление, МПа
сжатого воздуха 0,6
охлаждающей воды 0,4
Ширина калии направления, мм 3300
Габаритные размеры, мм: длинна – 20600; ширина – 6000; высота - 2550
Масса, кг - ходовой части 1230
комплекта 8430
1.4.3 Выбор метода раскроя. Расчет процента расхода
При выборе технологического процесса необходимо ориентироваться на наиболее совершенные высокопроизводительные методы заготовительных операций.
Следует выбирать такой метод раскроя металла, который обеспечивает получение наименьших отходов.
В зависимости от типа производства применяются три вида раскроя:
- Первый метод, имеющий наибольшее практическое значение, состоит в
том, что листы разрезаются на полосы, предназначенные для штамповки или изготовления одноимённых деталей.
- Второй метод получил название смешанного раскроя. В этом случае раскрой выполняют с учётом изготовления разноимённых деталей и получения необходимой комплектности деталей на изделие.
- Третий или групповой метод начинается с раскроя полос для деталей большого размера, а оставшиеся от основного раскроя полосы используют для деталей меньшего размера.
Для резки заготовок металлоконструкции подкрановой балки использую полосовой, групповой и смешанный методы раскроя.
Этот метод имеет наибольшее практическое применение и состоит в том, что листы полностью используются для одной детали или их разрезают на полосы, предназначенные для вырезки одноименных деталей.
Листы применяются с обрезной кромкой.
Остатки металла после раскроя поступают на склад как деловой отход.
Раскрой и расчёт процента отхода производится по формуле:
% _отх = (F_л – ∑F_з) / F_л ×100 (2)
Для изготовления и раскроя – поз.1 Верхний пояс-1шт. предлагаю использовать лист размерами 6000×2000×12
Получиться 2 шт. Верхний пояс.
F_з1 = 4776000 мм²
Из отходов предлагаю вырезать еще деталь – поз. 4 Ребра жесткости 6 шт.
Получится 14 шт. Ребра жесткости.
F_з3 =152000 мм²
% отх=100×(6000×2000–(2×4776000+14×152000))/6000×2000=[(12000000–(9552000+2128000)/12000000]×100=0,0266×100=2,66%
без учета реза при плазменной резке – 2,5 мм на сторону.
Для изготовления и раскроя – поз. 2 Нижний пояс-2шт. предлагаю использовать лист размерами 6000×1500×12
Получится 2 шт. Нижний пояс
F_з5 =4179000 мм²
% отх = 100×(6000×1500–(2×4179000))/6000×1500=100×[(9000000–8358000)/9000000] = 7,13 %
без учета реза при плазменной резке – 2,5 мм на сторону.
Для изготовления и раскроя – поз.3 Стенка балки -1шт. предлагаю использовать лист размерами 6000×2000×12
F_з2 = 5492400 мм²
Из отходов предлагаю вырезать еще деталь – поз.5 Опорные ребра 2 шт.
Получится 8 шт. Опорные ребра.
F_з3 =700000 мм²
% отх = 100×(6000×2000–(5492400+8×700000))/6000×2000=[(12000000–11092400)/12000000]×100=0,0756×100=7,56 %
без учета реза при плазменной резке – 2,5 мм на сторону.
1.5 Технология сборки и сварки
1.5.1 Обоснование выбора метода сварки. Схема сборки и сварки
Сборка под сварку является наиболее трудоемкой и важной операцией технического процесса.
Сборкой называют технологический процесс последовательного соединения и скрепления деталей между собой прихватками или в сборочном приспособлении для образования отправочного элемента (узла или сборочной единицы). От качества выполнения этой операции больше всего зависит качество сварной конструкции и трудоемкость сварочно-сборочных работ.
Хорошее качество сборки – первое необходимое условие для достижения высокого качества сварки. При выполнении сборочных операций необходимо точно выдерживать геометрические размеры, необходимые зазоры, обеспечивать точное расположение способностей собираемых элементов. При установлении последовательности сборочных операций, необходимо следить за тем, чтобы предыдущая сборочная операция не затруднила осуществления последующей.
Технологический процесс сборки сварных конструкций должен обеспечивать высокое качество собираемого изделия, минимальный цикл сборки, минимальную трудоемкость слесарно-сборочных работ, применение механизации повышает производительность труда и безопасность условия выполнения сварочных работ.
Сборка под сварку – это размещение элементов конструкции в порядке, указанном в технологической карте, и предварительное скрепление между собой с помощью приспособлений и наложением прихваток, что обеспечивает требуемое взаимное положение деталей.
Технологический процесс сборки должен удовлетворять следующим требованиям:
1.Соблюдение полной последовательности сборки конструкции и ее элементов.
2.Применение инструмента и приспособлений, повышающих производительность труда.
3.Полная согласованность сборочных и сварочных операций.
4.Проведение работниками технического контроля пооперационного контроля качества сборки.
5.Соблюдение правил охраны труда при выполнении установленных операций и приемов сборки.
В зависимости от сложности сварной конструкции сборку можно производить:
-по разметке с помощью простейших универсальных приспособлений с последующей прихваткой и приваркой.
-по первому изделию, если его конфигурация позволяет пользоваться им как шаблоном. Применяются при этом простейшие приспособления, что и при разметке.
-на универсальных приспособлениях, плитах с пазами, снабженными упорами, фиксаторами и различными зажимными устройствами, позволяющими собирать однотипные, но разные по габаритам изделия.
Применяются в мелкосерийном и среднесерийном производстве.
-при помощи шаблонов накладываемых на детали для установки элементов жесткости или упорных элементов.
-по выступам и углублениям на штампованных деталях из тонколистовой стали или контуров деталей, которые были вырезаны плазменной или лазерной резкой, а также деталей полученных механическим путем на специальных стендах и приспособлениях.
Возможны следующие схемы технологического процесса сборки и сварки:

1. 
   Сборка узла или конструкции с последующей сваркой.
   
2. 
   Последовательная сборка и сварка.
   
3. 
   Сборка и сварка узлов, затем сборка и сварка конструкции из узлов.
   
4. 
   Сборка и сварка узлов с последующей сваркой конструкции из узлов и наращиванием отдельных элементов.
   

По I схеме: изделия полностью собираются на прихватках на одном рабочем месте, затем передается на другое рабочее место для выполнения операции сварка.
По II схеме: Последовательная сборка и сварка конструкции из отдельных элементов производится в тех случаях, когда сварка полностью собранной конструкции невозможна или есть возможность автоматизировать процесс сборки, когда нельзя обеспечить необходимую точность размеров конструкции в силу ее недостаточной жесткости. При этой схеме точность конструкции обеспечивается промежуточными операциями правки.
По III схеме: Применение узловой сборки чаще всего ограничивается грузоподъемностью транспортных средств, общая деформация конструкции получается меньше, так как жесткость узлов всегда больше жесткости отдельных деталей, есть возможность контролировать промежуточные геометрические размеры, что дает возможность производить параллельную сборку и сварку отдельных узлов, что сокращает производственный цикл изготовления всей конструкции. Этот способ дает возможность проверки отдельных узлов при стыковке на стенде и отправки на монтаж в разобранном виде.
Последовательность сборки и сварки во многих случаях определяет точность узла или конструкции.
Необходимая точность размеров достигается следующими способами сборки:

1. 
   По первому способу сначала собирают каркас конструкции, который благодаря своей большой жесткости обеспечивает сохранение заданных основных размеров при его сборке и последующей приварке к нему деталей. Соединения встык и тавр собирают без зазора, чтобы уложиться в заданный допуск. Таким образом, сварка конструкции производится на базе предварительно жестко собранного узла.
   
2. 
   При сборке по второму способу на прихватках нормальной длины и сечения, после сварки в зависимости от конфигурации и типа соединений конструкция может иметь значительное отклонение от заданных размеров.
   
3. 
   Для получения точных базовых размеров применяется третья схема - полужесткая сборка, выполняется прихватками небольшой толщины и малого поперечного сечения с учетом возможности их разрушения. Сварка после сборки производится в такой последовательности, чтобы соединения, определяющие базовый размер, сваривались последними.
   

Третья схема дает возможность по максимуму механизировать и автоматизировать сборочно-сварочные операции, применять элементарные сборочно-сварочные приспособления, параллельно применять комплекс операций сборки и сварки других узлов и снизить время производственного цикла изготовления конструкции в целом.
Для изготовления металлоконструкции подкрановой балки использую (комбинированную) 2-ю и 3-ю схемы технологического процесса сборки и сварки – сборка и сварка узла 1 с последующим наращиванием отдельных элементов.
Для достижения необходимой точности размеров сборку произвожу по первому способу.
В связи с возможностью больших деформаций при сборке и сварке металлоконструкции подкрановой балки (из-за малой жесткости узла 1), предлагаю производить его сборку и сварку на специальном стенде, а окончательную сборку и сварку на сборочно-сварочной плите с помощью универсальных прижимов и оснастки.
Узел 1 Узел 2
Сборка Сварка Сборка Сварка

Рисунок 1-Схема сборки и сварки
1.5.2 Выбор сборочного оборудования и оснастки
Сборочные операции осуществляют с целью обеспечения правильного взаимного расположения и закрепления деталей собираемого узла. Применение механизированных приспособлений позволяет повысить производительность труда и улучшить качество сборки. Собран0ный узел должен обладать жесткостью и прочностью, необходимой как при извлечении его из сборочного приспособления и транспортировке к месту сварки, так и для уменьшения временных сварочных деформаций. Поэтому собранные детали наиболее часто фиксируют с помощью прихваток.
Необходимым условием правильной сборки является такой способ фиксации соединяемых деталей, при которых возможно некоторое их смещение во время сварки. Слишком большая жесткость закрепления свариваемых элементов приводит к возникновению значительных температурных и усадочных напряжений, которые могут вызывать трещинообразование в основном или наплавленном металле шва и коробление всего изделия. Самым жестким элементом крепления является прихватка.
Рекомендуется выполнять сборку в кондукторах и приспособлениях допускающих известную свободу деформаций при сварке, вместо сборки на прихватках, которая увеличивает жесткость закрепления.
Размеры и расположение прихваток выбирают из условий жесткости и прочности, а также из соображения их полной переварки при укладке основных швов.
При использовании сборочно-сварочных приспособлений сварка непосредственно после сборки, без выема изделия из приспособления, позволяет в некоторых случаях обходиться без прихваток. Собранное под сварку изделие устанавливают в различные положения с помощью приспособлений. Сварочные приспособления обеспечивают не только кантовку изделия, но и перемещение сварочной головки относительно изделия или изделия относительно головки со скоростью сварки.
Эффективность использования сборочно-сварочной оснастки определяется ее соответствием конструкции изделия, принятой технологии изготовления и программе выпуска. Универсальные приспособления общего назначения используют для сборки и сварки изделий широкой номенклатуры и различных размеров. Они должны изготовляться в централизованном порядке.
Специальные приспособления одноцелевого назначения используют для выполнения определенных операций применительно к конкретному изделию. Значительные затраты труда, времени и материалов предопределяют индивидуальный подход к созданию приспособления при изготовлении изделий в условиях крупносерийного и массового производства. Для мелкосерийного и единичного производства целесообразно комплектовать приспособления из нормализованных элементов, изготавливаемых централизованно. В этом случае имеется возможность многократного использования нормализованных элементов в различных приспособлениях для изготовления изделий широкой номенклатуры.
При проектировании приспособления расчеты на прочность и жесткость должны отражать особенности его работы в зависимости от назначения. Для сборочного приспособления необходимо учитывать силу тяжести и усилия от прижимов применительно к прочности конструкции и ограничения искажения базовых размеров в пределах заданных допусков. Для сварочного приспособления, необходимо дополнительно учитывать усилия, которые могут возникнуть в результате усадки изделия от сварки. При этом следует учитывать требования, предъявляемые к приспособлению для снижения сварочных напряжений деформаций изделия. Если цель уменьшения деформации не ставится, то следует предусмотреть возможность смещения изделия относительно приспособления в процессе сварки и остывания, либо допустить упругую деформацию приспособления совместно с изделием.
Основным назначением сборочного оборудования является фиксация и закрепление деталей собираемого сварного узла в заданном положении. В большинстве случаев, сборочное и сборочно-сварочное оборудование (кондукторы, стенды установки) является специализированным, рассчитанным на изготовление изделий одного типоразмера или группы однотипных изделий.
Однако узлы сборочного оборудования (установочные и закрепляющие элементы, поворотные устройства, основания) имеют универсальное значение и используются в различном сборочном оборудовании.
Установочные и закрепляющие элементы разделяют на упоры, опоры, призмы, фиксаторы, шаблоны и домкраты.
Упоры предназначены для фиксации деталей по базовым поверхностям. Откидные, отводные и поворотные упоры используют в случаях, когда постоянный упор затрудняет свободную установку детали или съем свариваемого изделия. Упоры, расположенные в горизонтальной плоскости, называют опорами.
Фиксаторы используют для фиксации деталей по отверстиям. Их выполняют постоянными, съемными, отводными и откидными. Для быстрого отвода в исходное положение фиксаторы и упоры оснащают пневматическим приводом.
Шаблоны применяют для установки деталей в заданное положение по другим, ранее установленным деталям собираемого узла. Они могут быть съемными, отводными или постоянными.
При сборке балочных конструкций, каковой является металлоконструкция балки подкранового пути, необходимо обеспечить правильное взаимное расположение и прижатие друг к другу по всей длине деталей, составляющих балку. В серийном производстве используют сборочные поворотные и неповоротные кондукторы и иногда применяются стенды с передвижными сборочными порталами.
Для сборки металлоконструкции подкрановой балки предлагаю использовать стенд для сборки двутавровых балок с передвижным сборочным порталом и сборочно-сварочную плиту с комплектом УСПС.
Стенд для сборки двутавровых балок с передвижным сборочным порталом состоит из сварной рамы, двух балок, служащих опорой для стенки собираемого узла 1 металлоконструкции подкрановой балки, самоходного портала с двумя вертикальными и двумя горизонтальными пневмоприжимами. Одна из опорных балок при помощи винтов и конических редукторов, приводимых во вращение электродвигателем, может передвигаться и устанавливаться в соответствии с высотой собираемой балки. Один вертикальный и один горизонтальный прижимы могут перемещаться вдоль портала. Два других прижима неподвижные. Портал передвигается по рельсовому пути, уложенному вдоль рамы. Собранные балки снимаются пневмотолкателями.
При сборке стенка собираемого элемента укладывается на опорные балки, а пояса – вдоль балок на опорные винты, установленные на определенную высоту. Портал, передвигаясь вдоль собираемого изделия. Останавливается против мест прихваток; включаются прижимы, и производится прихватка собираемых элементов. Затем прижимы отводят, портал подходит к месту следующих прихваток и цикл повторяется.
Технические характеристики стенда
Размеры, собираемых балок, мм:
Длина…………………………………………………………………...до 15000
Высота………………………………………………………………….460-2000
Ширина полки…………………………………………………………….до 800
Толщина полки……………………………………………………………до 50
Скорость передвижения портала, м/мин…………………………………...36
Усилие, обеспечивающее прижимами, кгс:
Вертикальными:………………………………..............................................2500
Горизонтальными……………………………………………………………5000
Габаритные размеры стенда, мм:
Длина ……………………………………………………………………...16500
Ширина……………………………………………………………………….4300
Высота……………………………………………………………………...1750
Масса, т………………………………………………………………………..13,8
УСПС представляет собой набор нормализованных деталей и узлов, из которых многократно компонуют приспособления для сборки и сварки различных сварных узлов. После изготовления партии сварных узлов приспособления разбирают, а детали и узлы используют для компоновки новых приспособлений. УСПС наиболее рационально использовать в единичном, опытном и мелкосерийном производстве, когда использовать специальное оборудование экономически невыгодно.
Участки УСПС рекомендуется создавать в цехе металлоконструкций.
Площадь участка зависит от числа планируемых к внедрению компоновок УСПС и должна быть не менее 30м².
УСПС предназначены для сборки различных сварных узлов.
В комплект приспособлений УССП входят: стенд и набор вышеперечисленных нормализованных и унифицированных зажимных, упорных, фиксирующих и установочных элементов.
Сборочно-сварочную плиту с комплектом УСПС применяю
для сборки ребер жесткости поз. 4 и 5.
Технические характеристики:
Размеры плиты, мм 960×1200
Число плит, шт. 7
размеры собираемых изделий, мм Определяются размерами стенда
Размер, мм:
паза плиты 16
между пазами 120
габаритные размеры, мм 960×8400×210
Масса стенда (без элементов), кг 6125
1.5.3 Свариваемость основного метала
Для разработки и проектирования металлоконструкции подкрановой балки применяется, в качестве основного метала, сталь 15ХСНД.
Сталь 15ХСНД легирована тремя элементами хромом, марганцем и кремнием. Совместное присутствие в стали вышеперечисленных элементов оказывает очень большое влияние ее прочностных характеристик.
Главное требование при сварке рассматриваемой стали - обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и около шовной зоны должны быть не ниже предела соответствующих свойств основного металла. В этом случае основное требование при сварке, получение сварного шва с необходимыми геометрическими размерами и без дефектов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требованиям установленным ГОСТ на вид сварки.
Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние,- это зависит от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки, предыдущей и последующей термообработки.
Повышенные скорости охлаждения металла шва также способствуют повышению его прочности. Однако при этом снижаются его пластические свойства и ударная вязкость. Это объясняется изменением количества и строения перлитной фазы. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. Высокий отпуск при t 600-680 ºС в этих случаях служит эффективным средством восстановления свойств металла. Высокий отпуск применяют и для снятия сварочных напряжений.
15ХСНД – низколегированная, низкоуглеродистая конструкционная сталь, как правило, используется изготовления ответственных сварных конструкций.
По реакции на термический цикл низколегированная сталь мало отличается от обычной низкоуглеродистой. Различия состоят в основном в
несколько большей склонности к образованию закалочных структур в металле шва и околошовной зоне при повышенных скоростях охлаждения.
До недавнего времени считали, что металл шва низкоуглеродистых низколегированных сталей, например 15ХСНД и др., имеет только феррито-перлитную структуру. Поэтому предполагали, что структурные изменения в шве при разных режимах сварки сводятся в основном к изменению соотношения между ферритной и перлитной составляющими, а также изменению степени дисперсности структуры.
Более углубленные исследования показали, что при повышенных скоростях охлаждения в швах этих сталей кроме феррита и перлита присутствуют также мартенсит, бейнит и остаточный аустенит. Обнаруживаемый в таких швах мартенсит – бесструктурный, а бейнит представляет собой ферритокарбидную смесь высокой дисперсности. Количество указанных структурных составляющих изменяется в зависимости от температурного цикла сварки. При уменьшении погонной энергии количество мартенсита, бейнита и остаточного аустенита в металле шва повышается, и дисперсность их увеличивается.
В швах, выполненных с большой погонной энергией, количество этих структур резко уменьшается. Структура швов на этой же стали при погонной энергии 13 ккал/см и скорости охлаждения примерно 0,5-0,6 ºС/с состоит только из феррита и перлита. Мартенсит и бейнит образуются также и в околошовной зоне сварных соединений, например, стали 15ХСНД. Их количество при сварке такой стали максимально (около 3%) в участке перегрева и снижается по мере удаления от линии сплавления.
При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механические свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Однако при увеличении доли таких структур в шве и околошовной зоне пластичность металла и его стойкость против хрупкого разрушения резко ухудшаются. Дополнительное легирование стали марганцем, кремнием и другими элементами способствует образованию в сварочных соединениях закалочных структур. Поэтому режим сварки большинства низколегированных сталей ограничивается более узкими (по значению погонной энергии) пределами, чем при микролегировании ванадием, ванадием и азотом, а также другими элементами, склонность низколегированной стали к росту зерна в околошовной зоне при сварке незначительна.
С целью снижения разупрочнения в околошовной зоне термоулучшенные низколегированные стали следует сваривать при минимальной возможной погонной энергии.
Обеспечение равнопрочности металла шва с основным металлом достигается в основном за счет легирования его элементами, переходящими из основного металла. Иногда для повышения прочности и стойкости против хрупкого разрушения металл шва дополнительно легируют через сварочную проволоку.
Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин при сварке низколегированных сталей несколько ниже, чем низкоуглеродистых, в связи с усилением отрицательного влияния углерода некоторыми легирующими элементами, например кремнием. Повышение стойкости против образования трещин достигается снижением содержания в шве углерода, серы и некоторых других элементов за счёт применения сварочной проволоки с пониженным содержанием указанных элементов, а также выбором соответствующей технологии сварки (последовательность выполнения швов, обеспечение благоприятной формы провара) и рациональной конструкции изделия.

1.5.4 Выбор способа сварки
Основными факторами, определяющими выбор метода и способа сварки, являются:
- род, сортамент металла и заготовки;
- химический состав металла, его теплофизические свойства, определяющие технологическую свариваемость;
- толщина металла;
- назначение изделия в зависимости от воспринимаемых нагрузок и условий эксплуатации;
- конструкция изделия, с учетом ее сплошности массы, габаритов, типов нанесения швов в пространстве, характере работы швов;
- производительность способа сварки;
- программа выпуска и типа производства;
- экономический эффект при способе сварки.
Оценивая возможность применения тех или иных способов сварки необходимо учитывать особенности производства. Соответственно, оснащение
участка должно быть достаточно универсальным. Для этого на участке предусмотрено применение наиболее универсальных способов сварки, которые обеспечивают выполнение необходимой номенклатуры работ.
Сталь 15ХСНД можно сваривать всеми видами и способами сварки, но с учетом всех вышеперечисленных факторов рассматриваю как наиболее универсальные и оптимальные два способа сварки: автоматическую и полуавтоматическую в среде СО₂ сплошной и порошковой проволоками.
Сварку стали 15ХСНД можно производить всеми, возможными способами: РДС, полуавтоматической сваркой в среде СО₂ и д.р.
Преимущество процесса сварки РДС: маневренность процесса, универсальность, хорошее качество формирования шва, возможность управлять механическими свойствами наплавленного металла путем введения в покрытие различных легирующих элементов.
Недостатки процесса сварки РДС.
Отсутствие возможности регулирования глубины проплавления металла и скорости плавления электрода, вследствие чего при сварке тонкого металла возникают большие трудности в получение качественного шва.
Большой срок, затрачиваемый на подготовку квалификационных сварщиков (1-2 года)
Зависимость качества сварки от индивидуальных особенностей сварщика.
Наличие шлака с обратной стороны шва при односторонней сварки замыкающих швов для некоторых конструкций, в которых внутренняя поверхность покрывается защитными неорганическими покрытиями.
Технология сварки низколегированных сталей в углекислом газе, практически ничем не отличается от технологии сварки низкоуглеродистой стали. На практике применяют те же сварочные материалы, что и для сварки низкоуглеродистой стали. Так, сталь 15ХСНД и 10ХСНД сваривают сварочной проволокой Св-10ХГ2СМА. При однослойной сварке и сварке не более чем в два-три слоя можно применять проволоку Св-12ГС.
Для повышения коррозионной стойки сварных соединений в морской воде применяют сварочную проволоку Св-10ХГ2СМА, обеспечивающую
дополнительное легирование металла шва хромом.
Для сварки металлоконструкции подкрановой балки предлагаю применить механизированную (полуавтоматическую) сварку в среде СО₂, что повысит производительность сварки до α_н = 18 г/А*ч.
Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки, возможность автоматизировать и механизировать сварку коротких швов, находящихся в различных пространственных положениях, в том числе сварку неповоротных стыков.
Преимущества механизированной сварки в среде СО₂:

1. 
   Хорошее наблюдение за процессом формирования шва;
   
2. 
   Несложность обращения с оборудованием сварки;
   

3. Локальность источника тепла дает при сварке минимальную зону термического влияния;
4. Небольшой объем шлаков, участвующих в процессе сварки в СО₂, позволяет получать швы высокого качества;
5. Использование сварочной проволоки Св-10ХГ2СМА и защитного газа СО₂ удешевляет процесс сварки;
6. Мелкокапельный и струйный перенос металла в сварочную ванну
обеспечивает формирование более качественных швов, чем при РДС,
7. Применение механизированной сварки в СО₂ дает возможность сварить все сварные швы за один проход и в нижнем положении.
8 Энергоёмкость снижается за счёт того, что скорость полуавтоматической сварки выше, чем скорость ручной дуговой сварки.
9 Металлоёмкость снижается за счёт того, что разделка кромок при полуавтоматической сварке в среде СО₂ толщины 6мм по ГОСТ 14771 не требуется, а при РДС она необходима, что приводит к меньшему количеству наплавленного металла, а следовательно его экономии.
Назначенные размеры швов удовлетворяют требованиям прочности для обеспечения работоспособности проектируемой конструкции.
Недостаток процесса механизированной сварки в среде СО₂:
- сильное разбрызгивание металла.
В связи с универсальностью данного способа сварки предлагаю прихватки производить этим же способом сварки.
Чтобы снизить разбрызгивание металла применяется сварка в среде смеси защитных газов Аr и СО₂.
1.5.5 Расчет режимов сварки
Основными параметрами механизированных процессов дуговой сварки являются следующие:
- диаметр электродной проволоки d_эл, мм;
- вылет ее l_эл, мм;
- скорость подачи электродной проволоки V_пп, мм/с;
- сила тока I_св, А;
- напряжение U_св, В;
- скорость сварки V_св, мм/с;
- расход СО₂, кг.
Полуавтоматическую сварку в углекислом газе выполняют короткой дугой на постоянном токе обратной полярности. Расстояние от сопла горелки до изделия не должно превышать 25мм.
Угловые соединения сваривают с таким же наклоном в направлении сварки и с наклоном поперек шва под углом 40 – 50^о к горизонтали, смещая электрод на 1 – 1,5 мм от угла на горизонтальную полку. Тонкий металл сваривают без колебательных движений, за исключением мест с повышенным
зазором.
Швы катетов 4 – 8 мм накладывают за один проход, перемещая электрод по вытянутой спирали.
При сварке необходимо обеспечить защиту от сдувания газа и подсоса воздуха через зазор.
Для уменьшения разбрызгивания в сварочную цепь можно последовательно включить дроссель или использовать газовые смеси аргона и СО₂.
1) Определяю толщины основного металла и катеты сварных швов, мм по чертежу: S = 12; Т3Δ8;У6Δ 8.
Таблица 5-Зависимость диаметра электродной проволоки от толщины и катета свариваемого металла

Показатель