Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Анотація
Ключові слова: зварювання неплавким електродом, зварювання плавким електродом в аргоні, ємність, обладнання, система керування, техніко-економічний аналіз, охорона праці.
Диплом присвячено розробці лінії для зварювання балонів високого тиску зі сталі. Визначено вимоги до лінії, розроблено її структуру, конструкція установок, які входять до лінії, конструкцію окремих блоків та систему керування. Проведено розрахунок механізму подачі дроту. Розглянуто питання охорони праці. Проведено техніко-економічний аналіз.
Abstract
Key words: MIG/MAG welding, TIG welding, tank, equipment, monitoring system, labour protection, technic-economical analysis
The diploma is devoted to development of welding welding of baloons. Equipment main parameters were determined, equipment structure, main units’ construction and monitoring system were developed. Design of wire feed mechanism was done. The problems of labour protection were considered. The technical-economic machinery creation expediency analysis was done.
Зміст
|
[1] Вступ [1.1] Розрахунок потужності двигуна механізму подачі присадкового дроту |
Диплом присвячено розробці лінії для зварювання балонів високого тиску зі сталі.
Балони високого тиску являють собою металічні ємності для зберігання газів і для їх дозування під високим тиском. Наприклад вогнегасники, балони із захисними газами. Головна задача в тому, щоб виріб, від якого залежить життя людей, був в першу чергу безпечним, легким і простим в використанні.
Сталі є багатокомпонентними системами на основі заліза. Залежно від добавок їх властивості сильно міняються. Першою і основною добавкою до заліза є вуглець. Температура плавлення заліза 1539 °С, щільність 7.68 Т/м3.
Вплив різних добавок на сталь.
Зміст вуглецю. Ніж більше вуглецю, тим більше крихка, менш в′язка, менш пластична, спочатку міцніша, потім менш міцна. Росте питомий опір, коерцитівная сила, падає щільність, теплопровідність, магнітна проникність.
Зміст кремнію і марганцю . Їх додають при виплавці для видалення оксидів заліза. Залишаючись в сталі кремній підвищує межа текучості, що утрудняє наприклад штампування. Марганець підвищує міцність.
Зміст сірки . Сірка є природною шкідливою домішкою в металі. Вона утворює FES, які порушують контакт зерен між собою. При цьому погіршуються корозійна стійкість, трещиностойкость, сваріваємость.
Фосфор також є шкідливою домішкою. Він частково розчиняється в сталі, частково збирається на межах зерен. Тому зменшуються пластичність, в′язкість, трещиностойкость.
Зміст азоту, кисню і водню . Утворення оксидів і нітрідов відбувається, в основному на межах зерен. Тому вони сприяють крихкому руйнуванню. Особливо небезпечний водень, що приводить до водневої крихкості стали.
Легуючі добавки . Звичайно це нікель, марганець. Як правило вони підвищують межу текучості стали, причому вони сприяють стабільності аустеніту в низькотемпературній області. З нього роблять неіржавіючі стали. Відзначимо, що неіржавіюча сталь дійсно парамагнітна, як і повинно бути у аустеніту.
Розглянемо види стали. Легована сталь, крім традиційних домішок, містить у своєму складі так звані легують елементи. Залежно від компонентів розрізняють низьколеговану, середньолеговану і високолеговану сталь. Низьколегована сталь відрізняється від своїх "сестер" "начинкою", в якій сумарний зміст легуючих елементів доходить до 2,5 відсотків. Має широку сферу застосування і конструкційна сталь - це загальна назва сталей, призначених для виготовлення будівельних конструкцій, а також деталей машин або механізмів.
Дипломний проект присвячений розробці лінії для зварювання балонів високого тиску. Матеріал, з якого виготовляється балон – конструкційна низьколегована сталь 17Г1С.
Розроблена лінія включає в себе установку для зварювання горловин, та установку для зварювання кільцевих швів у два проходи.
Найдоцільнішим буде використання дугового зварювання в середі захисного газу.
Дипломний проект включає в себе:
1. Пояснювальну записку, в якій розглянуто такі питання:
- опис зварюваного матеріалу та обґрунтування вибору способу зварювання. Розглянуто особливості сталі 17Г1С, технологію зварювання неплавким електродом у середовищі захисного газу, технологію зварювання плавким електродом.
Визначено основні параметри режимів зварювання;
- технічне завдання на проектування лінії та її установок;
- опис конструкції основних вузлів установок. Розглянуто конструкцію пальника та зварювальної головки. Проведено розрахунок потужності двигуна механізму подачі дроту;
- опис електричних частин установок. Розглянуто склад та роботу електричних схем установок та окремих їх блоків. Розглянуто функціональні схеми установок із персональним комп’ютером;
- питання охорони праці. Проаналізовано шкідливі та небезпечні фактори, які створюються при роботі лінії;
- техніко-економічне обґрунтування. Проведено відповідні розрахунки та обґрунтовано доцільність створення лінії.
2. Графічну частину, яка містить:
- схему технологічного процесу;
- складальне креслення лінії;
- складальне креслення зварювальної головки;
- складальні креслення оснасток;
- функціональні схеми установок;
- електричні принципові схеми установок;
3. Додатки:
- список літератури;
- специфікації до складальних креслень;
- списки елементів до електричних принципових схем.
1. Характеристика способу зварювання
Виріб, що зварюється – балон, виготовляється із Сталі 17Г1С.
Сталь
Сталь чи криця (рос. Сталь; англ. Steel; нім. Stahl) — сплав заліза з вуглецем, який містить до 2,14 % вуглецю.
Історія
Сталь отримано з чавуну у II ст. до Р.Х. китайськими металургами. Спосіб отримав назву „сто очищувань” і полягав у багаторазовому інтенсивному обдуванні повітрям розплавленого чавуну при його перемішуванні. Це приводило до зменшення частки вуглецю в металі й наближенні його до властивостей сталі. Винахід сталі згадується у трактаті „Хайнаньцзи” (122 р. до Р.Х.).
У Європі подібний спосіб пудлінгування був освоєний лише у другій половині ХVIII ст. (патенти братів Томаса і Джорджа Кранеджі та Г. Корта).
Виробництво сталі
Суть процесу переробки чавуну на сталь полягає у зменшенні до потрібної концентрації вмісту вуглецю і шкідливих домішок — фосфору і сірки, які роблять сталь крихкою і ламкою.
Залежно від способу окиснення вуглецю існують різні способи переробки чавуну на сталь: конверторний, мартенівський і електротермічний. В Україні найбільш поширений мартенівський спосіб, за яким одержують понад 80 % світової виробки сталі.
Україна станом на 2008 р. займає п’яте місце у світі за обсягами експорту сталі, 76,46 % сталі, що виробляється на світовому ринку, припадає на десять провідних країн.
Киснево-конверторний спосіб одержання сталі
Рис. 1.1 Киснево-конверторний спосіб одержання сталі
За цим способом окиснення надлишку вуглецю та інших домішок чавуну проводять киснем повітря, який продувають крізь розплавлений чавун під тиском у спеціальних печах — конверторах. Конвертор являє собою грушоподібну стальну піч, футеровану всередині вогнетривкою цеглою. Він може повертатися навколо своєї осі. Місткість конвертора 50—60 т сталі. Матеріалом його футеровки служить або динас (до складу якого входять головним чином SiO2; що має кислотні властивості), або доломітна маса (суміш CaO і MgO, які одержують з доломіту MgCO3 • CaCO3. Ця маса має основні властивості. Залежно від матеріалу футеровки печі конверторний спосіб поділяють на два види: бессемерівський і томасівський.
Бессемерівський спосіб
Рис. 1.2 Схематичне зображення конвертора Бесемера
Бессемерівським способом переробляють чавуни, які містять мало фосфору і сірки й багаті на силіцій (не менше 2 %). При продуванні кисню спочатку окиснюється силіцій з виділенням значної кількості тепла. Внаслідок цього початкова температура чавуну приблизно з 1300 °C швидко піднімається до 1500—1600°С. Вигоряння 1 % Si обумовлює підвищення температури на 200 °C.
Близько 1500 °C починається інтенсивне вигоряння вуглецю. Разом з ним інтенсивно окиснюється й залізо, особливо під кінець вигоряння силіцію і вуглецю:
Si + O2 = SiO2
2C + O2 = 2CO ↑
2Fe + O2 = 2FeO
Монооксид заліза FeO, що утворюється, добре розчиняється в розплавленому чавуні і частково переходить у сталь, а частково реагує з SiO2 й у вигляді силікату заліза FeSiO3 переходить у шлак:
FeO + SiO2 = FeSiO3
Фосфор повністю переходить з чавуну в сталь, бо P2O5 при надлишку SiO2 не може реагувати з основними оксидами, оскільки SiO2 з останніми реагує більш енергійно. Тому фосфористі чавуни переробляти в сталь цим способом не можна.
Усі процеси в конверторі йдуть швидко — протягом 10— 20 хвилин, бо кисень повітря, що продувається через чавун, реагує з відповідними речовинами відразу по всьому об'єму металу. При продуванні повітря, збагаченого киснем, процеси прискорюються.
Монооксид вуглецю CO, що утворюється при вигорянні вуглецю, пробулькуючи вгору, згоряє там, утворюючи над горловиною конвертора факел світлого полум'я, який в міру вигоряння вуглецю зменшується, а потім зовсім зникає, що і служить ознакою закінчення процесу.
Одержувана при цьому сталь містить значні кількості розчи-ненбго монооксиду заліза FeO, який сильно знижує якість сталі. Тому перед розливною сталь треба обов'язково розкиснювати за допомогою різних розкисників — феросиліцію, феромангану або алюмінію:
2FeO + Si =2Fe + SiO2
FeO + Mn = Fe + MnO
3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3
Монооксид мангана MnO як основний оксид реагує з SiO2 і утворює силікат мангана MnSiO3, який переходить у шлак. Оксид алюмінію як нерозчинна при цих умовах речовина теж спливає наверх і переходить у шлак. Незважаючи на простоту і велику продуктивність, бессемерівський спосіб тепер не досить поширений, оскільки він має ряд істотних недоліків. Так, чавун для бессемерівського способу повинен бути з найменшим вмістом фосфору і сірки, що далеко не завжди можливо. При цьому способі відбувається дуже велике вигоряння металу, і вихід сталі становить лише 90 % від маси чавуну, а також витрачається багато розкисників. Серйозним недоліком є неможливість регулювання хімічного складу сталі.
Бессемерівська сталь містить звичайно менше 0,2 % вуглецю і використовується як технічне залізо для виробництва дроту, болтів, дахового заліза тощо.
Томасівський спосіб
Томасівським способом переробляють чавун з великим вмістом фосфору (до 2 % і більше). Основна відмінність цього способу від бессемерівського полягає в тому, що футеровку конвертора роблять з оксидів магнію і кальцію (які одержують з доломіту MgCO3 • CaCO3). Крім того, до чавуну додають ще до 15 % CaO. Внаслідок цього шлакоутворюючі речовини містять значний надлишок оксидів з основними властивостями.
У цих умовах фосфатний ангідрид P2O5, який виникає при згорянні фосфору, взаємодіє з надлишком CaO з утворенням фосфату кальцію, що переходить у шлак:
4P + 5O2 = 2P2O5
P2O5 + 3CaO = Ca3(PO4)2
Реакція горіння фосфору є одним з головних джерел тепла при цьому способі. При згорянні 1 % фосфору температура конвертора піднімається на 150 °C.
Сірка виділяється в шлак у вигляді нерозчинного в розплавленій сталі сульфіду кальцію CaS, який утворюється внаслідок взаємодії розчинного FeS з CaO за реакцією:
FeS + CaO = FeO + CaS
Усі останні процеси відбуваються так само, як і при бессемерівському способі. Недоліки томасівського способу такі ж, як і бессемерівського. Томасівська сталь також маловуглецева і використовується як технічне залізо для виробництва дроту, дахового заліза тощо.
В СРСР томасівський спосіб застосовують для переробки фосфористого чавуну з керченського бурого залізняку. Одержуваний при цьому шлак містить до 20 % P2O5. Його розмелюють і застосовують як фосфорне добриво на кислих ґрунтах.
Мартенівська піч
Мартенівський спосіб відрізняється від конверторного тим, що випалювання надлишку вуглецю в чавуні відбувається за рахунок не лише кисню повітря, а й кисню оксидів заліза, які додаються у вигляді залізної руди та іржавого залізного брухту.
Рис. 1.3 Мартенівська піч
Мартенівська піч складається з плавильної ванни, перекритої склепінням з вогнетривкої цегли, і особливих камер регенераторів для попереднього підогріву повітря і горючого газу. Регенератори заповнені насадкою з вогнетривкої цегли. Коли перші два регенератори нагріваються пічними газами, горючий газ і повітря вдуваються в піч через розжарені третій і четвертий регенератор. Через деякий час, коли перші два регенератори нагріваються, потік газів спрямовують у протилежному напрямку і т. д.
Плавильні ванни потужних мартенівських печей мають довжину до 16 м, ширину до 6 м і висоту понад 1 м. Місткість таких ванн досягає 500 т сталі. В плавильну ванну завантажують залізний брухт і залізну руду. До шихти додають також вапняк як флюс. Температура печі підтримується при 1600—1650 °C і вище. Вигоряння вуглецю і домішок чавуну в перший період плавки відбувається головним чином за рахунок надлишку кисню в горючій суміші за тими ж реакціями, що і в конверторі, а коли над розплавленим чавуном утвориться шар шлаку — за рахунок оксидів заліза
4Fe2O3 + 6Si = 8Fe + 6SiO2
2Fe2O3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO
Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO ↑
5Fe2O3 + 2P = 10FeO + P2O5
FeO + С = Fe + CO ↑
Внаслідок взаємодії основних і кислотних оксидів утворюються силікати і фосфати, які переходять у шлак. Сірка теж переходить у шлак у вигляді сульфіду кальцію:
MnO + SiO2 = MnSiO3
3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2
FeS + CaO = FeO + CaS
Мартенівські печі, як і конвертори, працюють періодично. Після розливки сталі піч знову завантажують шихтою і т. д. Процес переробки чавуну в сталь у мартенах відбувається відносно повільно протягом 6—7 годин. На відміну від конвертора в мартенах можна легко регулювати хімічний склад сталі, додаючи до чавуну залізний брухт і руду в тій чи іншій пропорції. Перед закінченням плавки нагрівання печі припиняють, зливають шлак, а потім додають розкисники. В мартенах можна одержувати і леговану сталь. Для цього в кінці плавки додають до сталі відповідні метали або сплави.
Електротермічний спосіб
Електротермічний спосіб має перед мартенівським і особливо конверторним цілий ряд переваг. Цей спосіб дозволяє одержувати сталь дуже високої якості і точно регулювати її хімічний склад. Доступ повітря в електропіч незначний, тому значно менше утворюється монооксиду заліза FeO, що забруднює сталь і знижує її властивості. Температура в електропечі — не нижче 2000 °C. Це дозволяє проводити плавку сталі на сильно основних шлаках (які важко плавляться), при яких повніше видаляється фосфор і сірка. Крім того, завдяки дуже високій температурі в електропечах можна легувати сталь тугоплавкими металами — молібденом і вольфрамом. Але в електропечах витрачається дуже багато електроенергії — до 800 кВт/год на 1 т сталі. Тому цей спосіб застосовують лише для одержання високоякісної спецсталі.
Рис 1.4 Електродугове виробництво сталі
Електропечі бувають різної місткості — від 0,5 до 180 т. Футеровку печі роблять звичайно основною (з CaO і MgO). Склад шихти може бути різний. Інколи вона складається на 90 % із залізного брухту і на 10 % із чавуну, інколи у ній переважає чавун з добавками у певній пропорції залізної руди і залізного брухту. До шихти додають також вапняк або вапно як флюс. Хімічні процеси при виплавці сталі в електропечах ті ж самі, що і в мартенах.
За хімічним складом сталі поділяють на вуглецеві і леговані. Леговані сталі в залежності від того, які елементи до їхнього складу введені, розділяються на хромисті, марганцовісті, хромомарганцовісті, хромонікелеві і т.і.
За якістю сталі класифікують на сталі звичайної якості, якісні, високоякісні і особливовисокоякісні. Якість сталі залежить від металургійного процесу виробництва; якість визначається вмістом в сталі газів кисню, водню, азоту і шкідливих домішок (сірка і фосфор).
За призначенням сталі поділяють на конструкційні, інструментальні і сталі з особливими властивостями.
Властивості сталі
Сталь досить пластична, її можна кувати, прокатувати, штампувати. Характерною особливістю сталі є її здатність загартовуватись. Загартуванням називають швидке охолодження (наприклад, у воді) сильно розжареної сталі. При цьому вона стає дуже твердою (загартованою). Якщо загартовану сталь нагріти до високої температури і повільно охолодити, то вона стає м'ягшою. Таку сталь називають відпущеною. Чим багатша сталь на вуглець, тим вона твердіша після загартування. Сталь із вмістом вуглецю до 0,3 % (технічне залізо) загартовуванню не піддається.
Сталь конструкційна низьколегована 17Г1С застосовується для:
- виготовлення зварних металоконструкцій і деталей, які працюють в умовах високого тиску та при температурах від -40 до +475 °С;
- елементів трубопроводу і деталей гарячої води атомних станцій, зварних переходів, фланців, зварних тройників та інших фасоних деталей трубопроводів
- прямошовних зварних труб, які призначені для будівництва трубопроводів високого тиску.
Хімічний склад матеріалу виробу подано в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 Хімічний склад Сталі 17Г1С
|
Mn, % |
Si, % |
Ni, % |
Cr, % |
Cu, % |
Ni, % |
С, % |
|
1.15 - 1.6 |
0.4 - 0.6 |
до 0.3 |
до 0.3 |
до 0.3 |
до 0.3 |
0.15 - 0.2 |
Основний метал має такі механічні характеристики:
|
Термообробка, стан поставки |
Сечение, мм |
s0,2, МПа |
sB, МПа |
d5, % |
KCU, Дж/м2 |
|
Листи і полоси |
<10 |
335 |
510 |
23 |
|
|
Листи і полоси |
10-20 |
345 |
510 |
23 |
|
|
Листи 2-6, 10-12, 16,18 категорій горячекатані |
4-20 |
295 |
510-630 |
22 |
49 |
1.1 Характеристика способу зварювання для установки, що зварює горловину.
Завдяки таким перевагам: висока продуктивність, легкість транспортування захисного середовища до плавильного простору, відсутність шлакової корки, зниження ширини зони термічного впливу, зварювальних деформацій, можливість зварювання у всіх просторових положеннях, спостереження за дугою і керування нею, зварювання в середовищі захисних газів – стало домінуючим процесом серед автоматичних процесів зварювання при виготовленні металоконструкцій відповідального та особливо відповідального призначення. Зварювання у середовищі захисних газів виконується на постійному струмі зворотної полярності. Це пов’язано з більш дрібно крапельним переносом металу, меншим розбризкуванням, меншою схильністю до утворення пор. Як захисне середовище використовуємо газ аргон Ar. Використовуємо електродний дріт СВ08Г2СА.
ВАХ джерела живлення обираємо жорсткою, при більшому струмі кращий перенос металу. Оскільки жорстка характеристика блок регулювання напруги не потрібний її стабілізує джерело живлення.
Утворення шва відбувається за рахунок розплавлення кромок основного металу та електродного дроту.
В зварній конструкції найнебезпечнішим місцем є зварний шов. В процесі експлуатації виробу у зварному шві можуть виникнути тріщини, корозія та інші дефекти. Що є неприпустимим у виробах, що працюють під тиском. [1]
Параметри режиму зварювання
|
Параметр |
Значення |
|
Діаметр електродного дроту, мм. |
1 |
|
Зварювальний струм, А. |
110 - 140 |
|
Напруга на дузі, В. |
18 – 24 |
|
Швидкість зварювання, м/год. |
16 – 20 |
|
Витрати газу, л/год. |
12 |
|
Кількість проходів |
1 |
|
Час зварювання, с. |
209 |
|
Віліт електроду, мм. |
12 |
|
Катет, мм |
3 |
|
Зазор, мм |
0+1,0 |
1.2 Характеристика способу зварювання для установки, що зварює кільцеві шви.
Для зварювання запропонованого виробу обираємо такі способи – дугове зварювання неплавким електродом у середовищі інертного газу
- дугове зварювання плавким електродом у середовищі инертного газу.
При зварюванні в інертних газах підвищується стабільність дуги і знижується чад легуючих елементів, що важливо при зварюванні високолегованих сталей.
Зварювання в інертних газах зазвичай виконують неплавким (вольфрамовим) чи плавким електродом. Зазвичай його застосовують для зварювання матеріалу товщиною до 7 мм, але особливо ефективне воно при малих товщинах (до 1,5 мм), коли при 1застосуванні інших способів спостерігаються прожоги. Однак у деяких випадках його застосовують при зварюванні неповоротних стиків труб великої товщини і зварюванні кореневих швів при виготовленні особливо відповідальних товстостінних виробів. Зварювання ведуть без присадкового матеріалу або з присадковим матеріалом на постійному струмі прямої полярності. Але при зварюванні сталі або сплавів з підвищеним змістом алюмінію застосовують змінний струм, щоб за рахунок катодного розпилення зруйнувати поверхневу плівку з оксидів.
В якості захисного газу обираємо аргон.
Аргон практично не вступає в хімічну взаємодію з розплавленим металом і іншими газами в зоні горіння дуги. Через те, що він на 38% важче повітря, аргон витісняє його з зони зварювання і надійно ізолює зварювальну ванну від контакту із атмосферою. [5]
При аргонодуговому зварюванні можливий крупно крапельне або струменеве перенесення електродного металу. При крупно крапельному переносі процес зварювання нестійкий, с великим розбризкуванням. Його технологічні характеристики гірщі, ніж при полу автоматичному зварюванні в вуглекислому газі, так як в слідстві меншого тиску в дузі краплі вирощуються до великих розмірів. Діапазон струмів для крупно крапельного переносу достатньо великий, наприклад для дроту d=1.6 мм Icв=120-240А. При силі струму Iсв більш ніж 260А відбувається різкий перехід до струменевого переносу, стабільність процеса зварювання покращується, розбризкування зменшується. Але такі струми не завжди відповідають технологічним вимогам. Тому більш раціонально для забезпечення стабільності процесу використовувати імпульсні джерела живлення дуги, які забезпечують перехід до струменевого переносу на струмах близька Ісв = 100А, а також використання електромагніту для керування зварювальною дугою.
В ході арногодугового зварюваня дуга горить між зварювальним виробом і неплавким вольфрамовим електродом. Електрод розташовано в пальнику, через сопло якого подається захисний газ. Присадковий матеріал подається в зону дуги збоку, і в електричну ланку не включений.
Рис. 1.2.1 Схема аргонодугового зварювання
При автоматичному зварюванні розпал дуги не може бути виконано шляхом торкання електродом виробу. По – перше, через те, що аргон володіє достатньо високим потенціалом іонізації, тому іонізувати дуговий проміжок за рахунок іскри між виробом та електродом достатньо важко. По – друге, торкання виробу вольфрамовим електродом призводе до його забруднення і інтенсивного оплавлення. Тому при аргонодуговому зварюванні неплавким електродом для розпалу дуги паралельно джерелу живлення вмикається пристрій «осцилятор».
Осцилятор для розпалу дуги подає на електрод високочастотні високовольтні імпульси, які іонізують дуговий проміжок і забезпечують розпал дуги після включення зварювального струму. Якщо аргонодугове зварювання виконується на змінному струмі, осцилятор після розпалу дуги переходить в режим стабілізатора і подає імпульси на дугу в момент зміни полярності, щоб запобігти де іонізацію дугового проміжку і забезпечити стійкість горіння дуги.
При зварюванні на постійному струмі на аноді і катоді виділяється неоднакова кількість тепла. При токах до 300А 70% тепла виділяється на аноді, и 30% на катоді, тому, практично завжди використовується пряма полярність, щоб максимально проплавляти виріб і мінімально розігрівати електрод. Для покращення боротьби з пористістю до аргону іноді добавляють кисень у кількості 3-5%. При цьому захист метала стає більш активною. Чистий аргон не захищає метал від забруднень, вологи і інших включень, які потрапили в зону зварювання із зварюваних кромок або присадкового матеріалу. Кисень, вступивши в хімічні реакції з шкідливими домішками, забезпечує їх вигоряння або перетворення в з’єднання, спливаючі на поверхню зварювальної ванни. Це запобігає пористості.
Аргонодугове зварювання неплавким електродом є найкращим способом зварювання тонколистової сталі аустенітного класу. Воно забезпечує мінімальну деформацію конструкції, що зварюється, і високу якість зварного шва, не вимагаючи спеціального флюсу. Зварювання виробляється на постійному струмі з обов'язковим застосуванням осцилятора.
Як присадку застосовують зварювальний дріт, близький за хімічним складом основному металу. Довжина дуги не повинна перевищувати 1,5 – 2,5 мм, а відстань від виступаючого кінця вольфрамового електрода до нижнього зрізу наконечника пальника при стикових з'єднаннях 1 – 1,5 мм. Робочий тиск аргону в залежності від витрати встановлюється в межах 0,01 – 0,05 МПа.
Включення подачі аргону повинне здійснюватись за 3 – 5 с до запалювання дуги, а вимикання - через 5 – 7 с з моменту обриву дуги, що забезпечується електромагнітним клапаном апаратури керування.
Пальник зазвичай розташовується вертикально, а присадка спеціальним механізмом подається в плавильну зону так, щоб кінець дроту спирався на край зварювальної ванни.
Параметри режиму зварювання такі:
1. Зварювальний струм, А 200
2. Зварювальна напруга, В 20
3. Швидкість зварювання, м/год 14
4. Діаметр вольфрамового електрода, мм 3
5. Витрати захисного газу, л/хв. 6
6. Діаметр присадкового дроту, мм 2,5
7. Швидкість подачі присадки, м/год 85
При зварюванні даного з’єднання якість його визначається герметичністю. Остання, в свою чергу, залежить в основному від глибини проплавлення. При цьому вона мало залежить від ширини шва. Таким чином, можна відмовитись від систем автоматичної стабілізації напруги дуги із застосуванням слідкуючи супортів, що значно спростить конструкцію установки.
Присадковий дріт Св08Г2СА. Хімічний склад присадкового дроту наведено в табл. 1.2.
Таблиця 1.2 Хімічний склад присадковому дроту Св08Г2СА
|
Mn. % |
Si. % |
Ni. % |
Cr. % |
Cu. % |
Mo. % |
|
1,80 -2,10 |
0,70 -0,95 |
0,25 |
0,20 |
0,20 |
0,15 |
Установка дозволяє проводити технологічний процес зварювання балонів. Установка має комбінований властивості, оскільки перший прохід – заварка кореня шва, відбувається за допомогою TIG зварювання. Потім має місце зміщення зварювальної головки відносно шва. До балону приводом поперечного переміщення подається другий пальник, який варить вже в режимі MIG/MAG зварювання. Матеріал –
Сталь 17Г1С.
За своїми експлуатаційними параметрами, ергономіці та техніці установка повинна задовольняти вимогам роботи в цехах машинобудівних підприємств.
Вихідними даними до проектування є креслення складових частин виробу, матеріал виробу. Основні технічні параметри установки:
– номінальний зварювальний струм, А - 200
– номінальна зварювальна напруга, В - 20
– швидкість зварювання, м/год - 14
– витрати захисного газу, л/хв. - 6
– швидкість подачі присадки, м/год - 85
- привод затискання - пневматичний
- цикл зварювання - автоматичний
Установка повинна забезпечувати безпечну роботу оператора та містити засоби захисту навколишнього середовища. Кліматичне виконання УХЛ4 за ГОСТ15150-69.
Установка повинна працювати від цехової мережі змінного струму напругою 380 В та пневматичної магістралі із тиском 0,4 – 1,0 МПа. При цьому коливання напруги мережі живлення повинні бути в межах від –5 % до + 10 % від номіналу згідно ГОСТ 1309-67.
Ступінь захисту:
- ніш та шаф із електроапаратурою – не нижче ІР54 за ГОСТ 14254-80;
- пультів – не нижче ІР44 за ГОСТ 14254-80;
- елементів, що виділяють велику кількість теплоти (джерело живлення, і т. д.) – не нижче Р23 за ГОСТ 14254-80.3. Розробка структури установки. Конструкція основних її вузлів та пристроїв
2. Вимоги до лінії та її САК
Лінія для зварювання балонів високого тиску складається з двох окремих, абсолютно автономних установок. Вимоги до них ідентичні.
Кліматичне виконання установок - «У» категорії 4 за ГОСТ 15150-69.
2.1 Технічні вимоги
2.1.1 Установка повинна відповідати вимогам справжніх технічних вимог і комплекту документації відповідно ЗА86.01.0000.002, 001 СК
2.1.2 Оснащення повинно забезпечувати точне позиціонування зварювального виробу;
2.1.2.1 Зварювальні головки мають передбачати коректувальні переміщення пальників, щоб уникнути відхилень при монтажі в цеху;
2.1.3 Характеристики
2.1.3.1 Номінальні значення кліматичних факторів по ГОСТ 15150-69 і ГОСТ 15543-70.
Навколишнє середовище не вибухонебезпечне, не містить струмопровідного пилу в концентраціях, знижуючи параметри установки до недопустимих норм.
2.1.3.2 Установки повинні бути стійкими до вібраційних навантажень ступені «У» і багатократним ударним навантаженням
ступені жорсткості «1» по ГОСТ 16962-71. За умовами експлуатації в частині корозійної активності атмосфери установки повинні відповідати групі «Л» ГОСТ 15150-69 і ГОСТ 15543-70.
2.1.3.2 Редуктори подаючи механізмів після складання повинні бути обкатані в перебігу 2 годин. В кінці обкатування електродвигуни і редуктори повинні бути перевірені на нагрів:
А) температури двигунів повинна бути не більше +65С
Б) температури мастила в редукторах повинна бути не більше +75С.
2.1.3.4 Механізми подачі повинні забезпечувати плавну подачу електродного дроту через наконечники у всьому діапазоні швидкостей у двох напрямках. При зміні напрямку подачі дроту швидкість подачі не повинна мінятись. Люфт подаючого ролика не повинен перевищувати 5º.
2.1.3.5 Тягове зусилля механізму подачі повинно бути не менш 30 кгс при найбільшій швидкості подачі.
2.1.3.6 По закінченню обкатування редукторів мастило в картерах механізмів замінити. Забезпечити затяжки кріпильних деталей і ущільнень. Текти масло не повинно.
2.1.3.7 При відводі притискних роликів подача електродної проволоки повинна припинятися.
2.1.3.8 Опір ізоляції електричних кіл установки повинен бути не менше 0.4 МОм.
2.1.3.9 При випробуванні напругою змінного струму частотою 50Гц ізоляція електричних кіл в апараті повинна витримувати напругу на протязі 1 хвилини:
А) для кіл, зв’язанних зі зварювальним колом – 1000 В плюс подвійна напруга холостого ходу зварювального кола
Б) для кола керування (та інших кіл) – 500 В плюс подвійна номінальна напруга.
2.1.3.10 Апарат повинен зберігати працездатність при коливаннях напруги мережі в межах від плюс 5 до мінус 10% від номінальної напруги.
2.1.3.11 Напруга радіоперешкод не повинна перевищувати наступні величини в діапазонах частот:
От 0.15 до 0.5 МГц - 80 дБ
Більше 0.5 до 2.5 МГц - 74 дБ
Більше 2.5 до 3,0 МГц - 66 дБ
2.1.3.12 Гранично – допустиме перевищення температури окремих елементів електричної частини установок в залежності від класу ізоляції повинно задовольняти ГОСТ 183-74 і ГОСТ 8865-70.
2.1.3.13 Установка повинна працювати від цехової мережі змінного струму напругою 380 В. Коливання напруги мережі живлення повинні бути в межах від –5 % до + 10 % від номіналу згідно ГОСТ 1309-67.
2.1.3.13 Корпус пальника повинен бути електрино ізольованим від інших механізмів.
2.1.3.14 Діаметр неплавкого електрода – 5 мм.
2.1.3.15 Діаметр плавкого електрода – 5 мм
2.1.3.16 Діаметр присадкового дроту – 3 мм.
2.1.3.17 Діапазон регулювання положення дроту по вертикалі 10 мм, по горизонталі 3 мм.
2.1.3.18 Вимоги до охорони праці та довкілля наведені у розділі 4.3.
2.1.3.19 Економічні показники. Коефіцієнт технічного рівня установки, повна собівартість та лімітна ціна визначені у розділі 4.2.
2.1.4 Комплектність.
2.1.4.1 Лінія для зварювання складається із наступних частин:
1. Установка для зварювання кільцевих швів, в свою чергу складається із:
1.1. Дві зварювані головки
1.2. Чотири пальники
1.3. Стіл із оснащенням
1.4. Шафа керування
1.5. Пульт керування.
1.6. Два джерела струму Fronius TPS400
1.7. Два механізма подачі проволоки Fronius VR2000
1.8. Два балоні із захисним газом аргоном
1.9. Газова аппаратура, блоки охолодження, які входять до складу джерела струму Fronius TPS400
2.Установка для зварювання горловини, в свою чергу складається іх:
2.1. Пульт керування.
2.2. Блок керування .
2.4. Мультисистема ВД-506ДК, яка складається з випрямляча ВД-506ДК та напівавтомата ПДГО-511.
2.6. Автоматичний обертач TRAF 200BA.
2.7 Газова апаратура
3. Збиральний контейнер для деталей
Лінія для зварювання балонів складається із двох установок: для зварювання горловини, та для зварювання кільцевих швів.
Спочатку розглянемо установку для зварювання горловини.
3.1. Установка для зварювання горловини.
Мультисистема ВД-506ДК
ПДГО-511. Зварювальний напівавтомат складається з двох блоків рамної конструкції та стандартної 15 кг касети, закритої кожухом.
ПДГО-511 призначений для роботи в тяжких умовах праці з випрямлячем зварювального типу ВД-506ДК який має жорстку зовнішню характеристику. Всередині нижнього блоку подаючого механізму встановлено 2-х роликовий редукторний привід з притискним регулюючим пристроєм, електромагнітний клапан та газовий тракт. В верхньому блоці розміщена плата керування зварювальним процесом та органи керування процесом.
Органи керування зварювальним режимом містяться на двох протилежних лицевих панелях( дві пари багато обертових резисторів з фіксацією для регулювання швидкості подачі дроту, регулятори параметрів м`якого старту і часу вимикання холостого ходу випрямляча після завершення подачі електродного дроту — на одній стороні, перемикач двохтактний - чотирьохтактний режим, залежна – незалежна подача зварювального дроту, продувка захисного газу та заправка зварювального дроту -- на іншому боці). Плата керування зварювальним напівавтоматом забезпечує стабілізацію швидкості подачі зварювального дроту .
З`єднання з випрямлячем ВД-506ДК відбувається на пряму без додаткових блоків.
Технічні характеристики:
Номінальний зварювальний струм при (ПВ=100%)…500А.
Діаметр електродного дроту…1,2-2мм.
Кількість роликів…2 або 4 (по замовленню).
Потужність приводу…120Вт.
Розмір зварювальної касети …300мм.
Місткість зварювальної касети…15кг.
Габаритні розміри, не більше (ДхШхВ)…440х290х530.
Маса…15кг.
ВД-506ДК. Зварювальний випрямляч використовується для ручного та напівавтоматичного зварювання в суміші вуглекислого газу та аргону виробів зі сталей на постійному струмі.
Випрямляч може використовуватись в умовах експлуатації як на будівництві так і в заводських умовах, стаціонарно або в комплекті пересувних зварювальних агрегатів. Випрямляч має жорстку характеристику зі ступінчастим нахилом ВАХ, призначену для напівавтоматичного зварювання в середовищі захисних газів.
Випрямляч забезпечує:
Технічні характеристики:
Напруга живлячої мережі…380В.
Частота живлячої мережі…50 Гц.
Номінальний зварювальний струм при (ПВ=60%)…500А.
Межі регулювання зварювального струму…50-500А.
Напруга холостого ходу, не більше…95В.
Споживаєма потужність, не більше…36кВт.
Маса, не більше…160кг.
Габарити, не більше…390х730х690.
Обертач TRAF 200BA
Автоматичний обертач, вантажопідйомністю до оснащений дисплеєм швидкості обертання. Діаметр планшайби 500мм. Обертання здійснюється за допомогою двигуна постійного струму, швидкість регулюється оберненим зв`язком за струмом. Кут нахилу стола 0-90о. Функції керуються електронною платою, яка вмонтована в панель контроля.
У своєму складі обертач має:
Зварювальна оснастка
Пристосування складально зварювальне призначене для складання, фіксації та закріплення виробу. В даному випадку усе пристосування стандартне, тобто входить до складу обертача, а саме: самоцентруючий фіксатор та задня бабка.
Спочатку обичайка затискається у фіксаторі. В неї вставляється горловина в якій для зручнішого складання зроблена проточка. Зверху горловина притискається задньою бабкою, яка центрує її з обичайкою.
Блок керування забезпечує керування установкою, слідкує та відпрацьовує цикл зварювання.
Блок керування зібраний на основі контролера АTMEL AT89C51-24C, що є високоефективним та швидкісним контролером. Також AT89C51-24C характеризується – низьким споживанням, високою швидкодією. В нього вбудовано 4 Кбайт Flash пам`яті. При виготовленні цього мікроконтролера були використані Hi-Tech технології фірми АTMEL.
Характеристики контролера:
4 Кбайт Flash пам’яті;
128 байт ОЗУ;
32 порти ввода вивода.;
Два 16 бітних лічильника;
Повний дуплексний послідовний порт (RS-232);
Вмонтований в кристал генератор та годинник.
Контролер AT89C51-24C забезпечує виконання циклів зварювання, слідкує за всіма датчиками, і в разі будь - яких відхилень параметрів від заданих намагається усунути за рахунок зміни керуючої дії.
В блок керування також входить блок живлення – який потрібен для живлення системи керування, набору датчиків, блоку вимірів і т.д.
Пуль керування призначений для контролю та керування роботою пристроїв та процесу в цілому. Пульт складається з плати,десяти кнопок, розетки та двадцяти опорів. Причому основні десять мають значення 520 Ом, а додаткові десять -- 100 кОм. Принцип роботи пульту наступний: в початковому стані при не натиснутій кнопці струм йде через додатковій опір на вихід, тому маємо там одиницю. Після натискання кнопки струм, за законом Кіргофа (струм йде шляхом меншого опору), йде через основний опір на землю, а через додатковій опір подається сигнал нуль.
Газова апаратура
Газовий балон. Призначений для забезпечення установки захисним газом.
Технічні характеристики:
Діаметр циліндру……….219мм
Ємність…………………..40л
Висота……………………1755мм
Маса балону……………..93кг
Робочий тиск…………….19,6МПа
Газовий редуктор. Необхідний для зниження тиску газу, який надходить з балону та автоматичного підтримання заданого робочого тиску постійним.
Технічні характеристики:
Найбільша пропускна здатність…………50м3/год
Максимальний тиск газу на вході……….20МПа
Маса………………………………………..0,8кг
Обираємо пальник типу Kemppi ММТ-42, попередньо перекомутувавши на ньому кнопки.
Зварювальна головка складається з корпусу , струмопідводу , сопла , ізоляторного кільця, ізолятора та арматури кожуха. Зварювальна головка прикріплюється за допомогою пари хомутів до супорту, який розміщено на консолі.
3.2. Установка для зварювання кільцевих швів.
Загальний вигляд установки наведено на кресленні ЗА86.01.0000.002.СК.
Установка складається з таких основних вузлів: портал, стіл із оснащенням для зварювання балонів, дві зварювальні головки, два джерела живлення Fronius TPS 4000 .
Портал являє собою зварну конструкцію із прокатних профілів. По балці порталу переміщуються дві зварювальні головки під час зварювання та повернення у вихідне положення. На балці конструктивно розміщено три датчики положення автомата – початок шва, кінець шва та початкове положення автомата при зварюванні. Також на балці закріплені кабельні ланцюги – конструкції, які забезпечують підведення до зварювальних головок електричних кабелів, газових та водяних шлангів з урахуванням зміни положення автомата під час зварювання. Ланцюг є гнучкою конструкцією, тому він не перешкоджає рухові зварювальних головок вперед-назад по балці порталу.
Зварювальна головка (див. креслення ЗА86.01.0000.003 СК) призначена для здійснення зварювальних та налагоджувальних переміщень пальника, а також для підведення у зону зварювання захисного газу, електричного струму та присадкового дроту.
Загальний вигляд зварювальної головки наведено на креслені ЗА86.01.0000.003 СК
За прототип головки обрано головку для дугового зварювання АД237, спроектовану ДКТБ Інституту електрозварювання ім. Є. О. Патона. Головка АД237 призначена для зварювання плавким електродом у середовищі вуглекислого газу.
Адаптуючи дану головку до нашого проекту, було додано двигун поперечного переміщення пальників та додатковий пальник, який призначено для TIG зварювання кореня кільцевих швів. Зварювальна головка АД237 складається із двокоординатного супорта, механізму подачі електродного дроту, двох пальників та електромеханічного датчика слідкування за стиком. Двокоординатний супорт є основною несучою конструкцією головки. На ньому закріплено елементи системи забезпечення дугового процесу: пальники та механізм подачі дроту. Також на супорті закріплено електромеханічний датчик стику, за допомогою якого можливе автоматичне наведення пальників на стик та слідкування за лінією стику під час зварювання.
Оскільки установка, що проектується, призначена для зварювання неплавким електродом із присадкою, головка АД237 потребує внесення деяких змін до своєї конструкції, а саме:
- заміна пальника для зварювання плавким електродом на пальник для зварювання неплавким електродом;
- зсув осі пальника відносно осі подавання присадкового дроту. Вісь пальника повинна бути вертикальною та знаходитись на деякій відстані від каналу подавання дроту;
- подовження каналу для подавання дроту та забезпечення його загинання перед зварювальним пальником так, щоб кінець дроту потрапляв до зварювальної ванни.
Основною несучою конструкцією головки (див. рис. 3.1) є візок. На ньому закріплено механізм переміщення із двигуном, касету із дротом та супорт. Механізм переміщення забезпечує рух головки під час зварювання та неробочого ходу із заданою швидкістю. Також на візку розміщено панель ручного керування зварювальною головкою. На панель винесено кнопки для керування роботою елементів головки та вимірювальні прилади.
До складу головки входить двокоординатний супорт. Супорт складається із корпуса, рейкової передачі та рукояток. За допомогою рукояток оператор може попередньо навести пальник на стик.
На супорті закріплено штангу. Регулювання її положення по вертикалі здійснюється за рахунок переміщення вгору-вниз та фіксації у потрібному положенні хомутом.
На штанзі закріплено механізм подачі присадкового дроту із двигуном та кронштейн із зварювальним пальником. Попередньо відстань між пальником та механізмом подачі дроту по вертикалі регулюють за допомогою кріпильних хомутів.
Пальник закріплено на кронштейні, при цьому його вісь зміщено відносно осі штанги зварювальної головки. Закріплення здійснюється за допомогою хомута, який стягується болтом та гайкою.
На тому ж кронштейні закріплено спрямовуючий канал для присадкового дроту. Таким чином, дріт із касети проходить через гнучкий канал, механізм подачі дроту, штангу та спрямовуючий канал і потрапляє до зварювальної ванни.
Зварювальний пальник, У отвір корпуса пальника вставлено цангу. Своєю конічною частиною цанга контактує із корпусом. Затискання цанги відбувається за допомогою гайки. при закручуванні гайки цанга втягується в корпус, а її пелюстки обтискаються навколо електрода, закріплюючи його.
Сопло кріпиться до корпуса за допомогою резинових кілець. Додатково сопло утримують штуцери біля підводу та відводу охолоджувальної води. Штуцер для підводу до пальника захисного газу розміщено трохи вище перпендикулярно до штуцерів підводу води. Ізоляція пальника додатково забезпечується ізолятором, нагвинченим на корпус.
Конструктивно корпус складається із двох півкорусів, з’єднаних між собою зварюванням. Після зварювання підсилення швів зрізається, щоб запобігти заклинюванню корпуса в ізоляторі. Після складання між корпусами залишається гарантований зазор, по якому циркулює охолоджувальна вода. У зовнішньому пів корпусі виконано отвори для підведення та відведення води, а у внутрішньому – для подачі захисного газу. Вода подається в зазор між півкорпусами, при цьому нижній штуцер призначений для підводу води, а верхній – для відводу. Захисний газ подається до внутрішнього отвору корпуса, потім проходить між пелюстками цанги до сопла.
Зовнішній пів корпус. У півкорпусі виконано отвори для приєднання штуцерів, а також канавки для ущільнюючих кілець, які утримують корпус всередині сопла пальника. Корпус виготовляється із сталі 45.
Гайка складається із металевої гайки та держака. Гайка виконана з двома канавками, а держак напресований на неї. Канавки створюють додаткове зчеплення між деталями.
Цанга виготовлена із латуні. Цанга має три пелюстки, які при загвинчуванні цанги у гайку обтискаються конічною частиною корпуса пальника та надійно фіксують електрод.
Сопло пальника керамічне, що зменшує можливість налипання бризок металу на внутрішню поверхню сопла. У соплі виконано отвори для підведення штуцерів до корпуса пальника. Сопло також забезпечує часткову ізоляцію корпуса пальника від елементів конструкції зварювальної головки.
Штуцер виготовлено із сталі. Штуцерів у пальнику три: два призначені для підведення та відведення охолоджувальної води, а третій – для підведення захисного газу та електричної напруги до пальника.
Вихідні дані: діаметр присадкового дроту dп = 2,5 мм, vп = 85 м/год, електрод – суцільний дріт.
Схему розрахунку наведено на рис. 3.9.
Приймаємо Dmax = 30010–3 м; Dmin = 150·10–3 м; Gб = 500 Н; Gк = 500 Н; μт = 0,25; μк = 0,12; dк = 15·10–3 м. З урахуванням сил, що діють на касету з дротом, опір її змотуванню складе:
|
|
|
1 – касета з бухтою дроту; 2 – направляюча; 3 – правильний механізм; 4 – вузол подачі |
|
Рис. 3.2.1 Схема дії зусиль при розрахунку роликового механізму подачі електродного дроту |
Приймаємо опір проходженню через напрямну Т2 = 50 Н.
Поклавши μ = 0,03; d = 1510–3 м; = 0,07510–3 м; D =3010–3 м; dе=3·10–3 м; =8·10–3 м; Ке=1,5; σт = 7, визначаємо опір проходженню дроту через роликовий правильний механізм. Кут визначимо із співвідношення (В = 410–3 м):
Тоді:
Утрати у роликовому вузлі подачі складаються з опору сил тертя кочення роликів по дроту та опору в підшипниках ролика, що притискається. Поклавши 1 = 0,03; d = 210–3 м; 2 = 0,075·10-3 м; Рn = 500 Н; К1 = 1,3; К2 = 1,3; Dх = 4·10–3 м; Dв = 4·10–3 м; nх = 2; nв = 3, маємо:
Загальне тягове зусилля:
Н.
ККД роликового механізму визначаємо як відношення ефективного зусилля поста чання до теоретичного:
Приймаємо Кн = 1,75.
Потужність приводу подачі електроду, Вт (ηМ·ηР = 0,6; м/с):
Вт.
В якості джерела струму обираємо Fronius TPS 4000 – один із перших в світі повністю цифрових інверторних джерел струму MSG, які керуються мікропроцесором та регулюються в цифровому режимі, забезпечують чудову точність виконання процесів зварювання та високі якісні показники.
Використовується в парі із системою подачі проволоки VR2000. Це невеликий компактний та дуже легкий в експлуатації, який включає в себе вбудований регулятор подачі захисного газу з витратоміром.
Прибори серії TS, TPS відповідають самим високим вимогам як в майстерні, так і промисловому підприємстві. Кожен з лінейки цих приборів здатен працювати з будь-якими матеріалами.
Прибори серії TPS здатні працювати в режимах MIG/MAG та TIG зварювання.
Джерело зварювального струму забезпечує операції, пов’язані із запалюванням, підтриманням горіння дуги та заваркою кратера з метою уникнення утворення пропалів наприкінці шва.
Приводи зварювальних переміщень здійснюють керування двигунами механізмів подачі дроту та поздовжнього переміщення зварювальної головки.
Блок охолодження призначений для підтримання оптимального температурного режиму роботи елементів зварювальної установки, які нагріваються зварювальним струмом або теплом від розплавленого металу ванни. Зокрема охолодженню підлягає зварювальний пальник та консоль притискного пристрою.
Газова апаратура містить балон із аргоном, редуктор та відсікач газу.
Балон призначений для зберігання і транспортування захисного газу під високим тиском. Під час зварювання використовуються балони ємкістю 40 дм3, товщина стінок якого складає 5,2 мм, довжина корпуса – 1340 мм, зовнішній діаметр – 219 мм, маса – 43 кг. Аргон знаходиться у балоні у стисненому стані. Редуктори призначені для пониження тиску газу, поступаю чого через нього із балона або розподілюючого трубопроводу, і автоматичного підтримання постійного робочого тиску. Тиск газу в балоні показує манометр високого тиску 1, проходить через відчинений пружиною 8 клапан 11 і поступає в камеру низького повітря 10. При проходженні через клапан газ долає значний опір, в результаті якого тиск за клапаном, тобто в камері низького тиску, понижується. Цей тиск показує манометр низького тиску 3. Із камери низького тиску захисний газ через вентиль 6 направляється до зварювальної головки. Регулювання робочого тиску захисного газу виконується наступним чином. При вкручуванні регулюючого гвинта 9 стискуються пружини 8 і 4, відчиняється клапан 11 і тиск в камері низького тиску зростає. Чим більше відкрито клапан, тим більша кількість газу буде проходити через нього, и тим більше буде робочий тиск газу. При укручуванні гвинта 9, навпаки, клапан 11 закривається і тиск газу в камері 10 зменшується. Автоматичне підтримання робочого тиску в редукторі постійним виконується таким чином. Зі зменшенням витрат газу його в камері низького тиску буде зростати, і він, з більшою силою буде давити на мембрану 7, яка відійде вниз і стисне пружину 8. При цьому пружина 4 прикриє клапан 11 і буде тримати його в такому положенні до тих пір, поки тиск в камері 10 не стане знову рівний початковому. Навпаки, зі збільшенням витрат газу його тиск в камері низького тиску зменшується, мембрана під дією пружини 8 переміщується вгору, і відкриває клапан. Таким чином, автоматично регулюється подача газу із камери високого тиску в камеру низького тиску і тим самим підтримується постійним робочий тиск. При випадковому тиску більше, ніж допустимий в камері низького тиску, відкривається запобіжний клапан 5 і стиснений газ вийде в атмосферу. В установці використовується редуктор АР-40.
Рисунок 3.2.2 – Схема пристрою і роботи газового редуктора: а) – неробоче положення, б) – робоче положення.
Конструктивно джерело струму, блок охолодження та газову апаратуру разом із балоном розміщено на візку.
В якості оснащення для балонів використовуємо модифікований стіл, який взято із установки дугової наплавки мод. 56Е. Складається із станіни, обертача та задньої бабки. Модифікація полягає в збільшенні розмірів столу та основних компонентів, та додаванням роликових опор. Балон збирається таким чином: обічайка вкладається на роликові опори, дно та верхня частина балона, із попередньо звареною горловиною, «вкладаються» відповідно в нішу, прикріплену до обертача, та в патрон задньої бабки. Потім частині стискаються, місця стику зварюються. Отримуємо готовий виріб.
4. Обгрунтувати структури САК установки; принципові електричні схеми блоків САК
4.1.1 Схема електрична принципова установки для зварювання горловини
Електричну принципову схему установки наведено на кресленні ЗА86.01.0000.002.201
Установка складається з таких блоків:
А1—пульт керування, призначений для ручного подання команд виконавчим органам установки;
А2—блок керування, реалізований на мікро-контролері типу ATMEL AT89C51, який забезпечує сприйняття вхідних даних (команд з пульта оператора, датчиків) та обробку отриманих команд за наперед заданим алгоритмом, почергове увімкнення (вимкнення) вузлів установки;
А3—інтерфейс, пристрій призначений для поєднання між собою всіх вузлів системи, також він служить для перетворення сигналів з різних блоків установки в сигнали зрозумілі блоку керування і навпаки;
А4—мультисистема ВД-506ДК, яка складається з випрямляча ВД-506ДК та напівавтомата ПДГО-511, детальні характеристики яких подані вище;
А5— автоматичний обертач ТRAF 200BA в комплекті з пневматичною консоллю. Виконує декілька функцій підведення пальника у зону зварювання та обертання деталі з заданою швидкістю на заданий кут.
Функціональна схема та циклограма роботи установки.
Проаналізувавши параметри зварювального режиму, характерні дефекти та збурення, керовані величини та керуючі дії, та обравши задачі автоматичного керування, можна побудувати функціональну схему зварювальної установки.
До складу функціональної схеми входять такі блоки як: пульт керування, блок керування (контролер), інтерфейс, мультисистема (привід подачі дроту, газовідсікач, джерело живлення, блок керування), обертач (шафа керування обертачем, привід підйому пальника), пальник.
Основні операції будуть проводитись за допомогою пульта керування, операції з якого будуть поступати на блок керування, і через інтерфейс передаватись на всі інші блоки установки.
Після завантаження деталі(оператор робить вручну) оператор затискає її у трьохкулачковому патроні (вручну). Потім з пульту подаємо команду задній бабці, яка притискає деталь зверху та центрує її, наступною командою є нахил столу обертача разом з консоллю на 45 градусів. Це робиться з метою отримання положення зварювання в човник. Далі йде команда на переміщення пальника, який знаходиться на консолі, у зварювальне положення. Починається подача захисного газу та подається команда на увімкнення джерела живлення. Консоль зупиняється і вмикається привід подачі електродного дроту. Після подачі команди на привід обертання деталі відбувається збудження дуги . Після проходження обороту в 360 градусів, обертач додатково повертається на 5 градусів для заварки кратеру. Газовідсікач перериває подачу захисного газу до місця зварювання , вимикається джерело живлення та деталь повертається у вихідний стан. Консоль відводить пальник від деталі. Стіл, після натискання кнопки, повертається у початкове положення, та подається команда на підняття задньої бабки.
4.1.2 Схема електрична принципова установки для зварювання кільцевих швів.
Виходячи із обраної технології та схеми компонування установки, запишемо основні операції. Установка повинна забезпечувати:
- закріплення виробу у горизонтальному положенні;
- переміщення пальника під час зварювання із заданою швидкістю;
- виконання у заданій послідовності операцій, необхідних для проведення зварювання заданим способом;
- можливість зміни положення зварювального пальника відносно виробу з метою полегшення складання та вивантаження виробу;
- можливість тестування окремих операцій циклу зварювання в режимі налагодження.
Основні операції процесу зварювання прямолінійних швів неплавким електродом в середовищі інертного газу такі:
- завантаження деталей - виконується вручну;
- зварювальні переміщення виробу - виконується механізмом зварювального переміщення;
- фіксація кромок - реалізується притискними пристроями;
- створення захисного середовища - реалізується системою подачі газу;
- запалювання дуги - реалізується пристроями початкового запалювання дуги (осциляторами);
- створення напруги на дузі - реалізується зварювальним джерелом живлення;
- визначення кінця шва - реалізується датчиком положення пальника.
Після завантаження деталей у складальний пристрій та фіксації кромок виробу відбувається початкове створення захисного середовища - обдування газом початкової ділянки шва. Для початкового запалювання дуги вмикається осцилятор і відбувається пробивання повітряного проміжку між електродом і виробом, запалюється дуга. Після встановлення у зварювальному колі струму заданої величини починається переміщення пальника, відбувається зварювання. Після надходження з датчика положення пальника сигналу про те, що досягнуто кінця шва, відбувається заварка кратера при вимкнених механізмах переміщення і подачі дроту за рахунок роботи вбудованого у джерело живлення блоку заварки кратера. Після завершення процесу вимикається джерело живлення. Система подачі газу ще деякий час працює для обдування кінцевої ділянки шва захисним газом.
Електричну принципову схему установки наведено на кресленні ЗА86.01.0000.001.201.
Установка містить такі основні блоки.
1. Джерело живлення Fronius TPS4000 А1. Конструктивно блок складається із зварювального джерела струму, осцилятора, блока заварки кратера.
Джерело струму має крутоспадну зовнішню характеристику. Рід струму, який виробляє джерело – постійний. При цьому оператор має можливість попередньо задати силу струму на панелі керування джерела потенціометром RP1.
Також до складу джерела струму уведено блок запалювання та підтримання горіння дуги і блок заварки кратера. Блок запалювання дуги вмикається при отриманні джерелом живлення команди про вмикання, а також у тих випадках, коли під час зварювання відбувається неприпустиме збільшення напруги дуги (дуга розривається). Блок заварки кратера вмикається при зникненні сигналу про вмикання джерела живлення. Блок керує рівнями зварювального струму та напруги під час зварювання кінцевої ділянки шва для запобігання появі пропалень.
2. Зварювальна головка А2 містить механізми подачі дроту, переміщення та підйому штанги (двигуни М1, М2 та М3 відповідно). Швидкість подачі дроту задають за допомогою потенціометра RP2. Також зварювальна головка містить датчики положення пальника по вертикалі (кінцеві вимикачі) та вбудований пульт керування.
3. Колона А3 призначена для розміщення на ній та підведення до зони зварювання зварювальної головки. Колона включає в себе механізм підйому та опускання консолі (двигун М4).
4. Обертач А4. Призначений для утримання та обертання виробу під час зварювання із заданою швидкістю. Містить двигун М5, датчик кута повороту виробу. Швидкість обертання задають потенціометром RP3.
5. Відсікач газу А5 забезпечує подавання газу до зони зварювання. Він вмикається найпершим і вимикається останнім за командою від блока керування.
6. Блок керування А6. Конструктивно блок містить такі складові: блок живлення А1, блок підсилювачів та адаптерів, блок контролера та пульт керування.
На пульті розміщено кнопки “Пуск” та “Стоп” для подання команд про початок та зупинку зварювання відповідно, а також “Обертання” для вмикання приводу обертача, "Пуск газ" для продувки системи подачі газу та "Пуск ДЖ" для перевірки роботи зварювального джерела живлення.
Кнопки відповідають за виконання таких операцій:
SA1 – обертання виробу;
SA2 – продувка системи подачі газу;
SA3 – пуск зварювання в автоматичному режимі;
SA4 – зупинка процесу зварювання;
SA5 – переміщення автомата вперед по консолі;
SA6 – переміщення автомата назад по консолі;
SA7 – піднімання консолі;
SA8 – переміщення консолі вниз;
SA9 – пуск джерела живлення.
Пульт побудовано таким чином, щоб при натисканні на кнопки на вхід контролера надходив низький рівень напруги (логічний "нуль"). Така схема дозволяє попередити сприймання обриву дроту як відсутність сигналу.
Блок контролера має аналогові та цифрові входи. На аналогові входи контролера надходять перетворені дані від датчика струму, на цифрові – дані від датчиків положення – кінцевих вимикачів, кнопок пульта керування та сигналів про аварійну роботу елементів установки від блоку підсилювачів та адапторів.
Блок вводу-виводу призначений для гальванічного розділення сигналів, які потрапляють до мікропроцесора (узгодження сигналів), захисту мікропроцесора від великих струмів та раптових підвищень напруги. Тому основним принципом дії цього блоку є принцип оптичного розділення сигналів.
Блок складається із схем для сприйняття сигналу, який надходить до мікропроцесора (сигнали від датчиків – реле струму та кінцевих вимикачів) та схем для передачі сигналів від контролера до відповідних силових пристроїв (приводів, пневмоклапанів).
Схеми для обробки вихідних сигналів будуються на транзисторних оптопарах. Транзисторна оптопара виконується із фотосприймаючим елементом на базі фототранзистора. Зазвичай у таких оптопарах застосовується фототранзистор із n–p–n структурою на базі кремнію, чутливі до випромінювання із довжиною хвилі близько 1 мкм. Випромінювачами служать арсенідогалієві діоди, максимум спектрального випромінювання яких лежить в межах області найбільшої чутливості фототранзистора.
У даному випадку блок передачі вихідних сигналів складається із однакових блоків, які розв’язують вихідні керуючі сигнали мікропроцесора, та вхідні сигнали. Блоки розв’язання вихідних сигналів побудовані за схемою напівпровідникового нормально замкненого реле на транзисторній оптопарі. Ця схема вмикає реле, замикаючий контакт якого вмикає коло живлення пневмоклапанів або магнітних пускачів, які, в свою чергу, вмикають кола живлення двигунів.
Розглянемо роботу підсилювачів на прикладі першого каскаду. При надходженні високого рівня напруги (логічної "одиниці") на вхід каскаду, струм через резистор R53 протікає через діод оптопари D1. При цьому відкривається транзистор оптопари. Струм починає протікати через базу силового транзистора VT1 через резистор R70. Коло колектор-емітер силового транзистора VT1 увімкнене у коло живлення відповідного реле у джерелі живлення А1 (див. загальну схему). При надходженні до каскаду сигналу низького рівня (логічного "нуля") транзистори закриваються, і відповідний елемент схеми вимикається.
Каскади для обробки вхідних сигналів від кінцевих вимикачів забезпечують гальванічне розділення сигналів та відсікання високочастотного сигналу. Розглянемо роботу цих каскадів на прикладі першого. при надходженні на вхід каскаду високого рівня напруги (логічної одиниці) (для цього у загальній схемі має бути віджата кнопка S1) відкривається фото діод оптопари OD1. Від джерела живлення через резистори R1, R9 починає протікати струм. При цьому під час перехідного процесу (натискання вимикача) струм шунтується через конденсатор С1 на землю, а при появі стійкого сигналу надходить на вхід процесора.
Висновки
1. Спроектована лінія призначена для зварювання балонів високого тиску. Матеріал, з якого виготовляється віріб –Сталь 17Г1С.
2. Проаналізовано особливості зварюваного матеріалу та конструктивні особливості виробу. Призначено способ зварювання – неплавким електродом у середовищі інертного газу та плавким електродом в середовищі інертного газу. На основі аналізу складено технічне завдання на проектування.
3. Виходячи із вимог до установки та її системи керування, скомпоновано функціональні схемі установок, складено циклограми їх роботи. Лінія складається с двох установок: установка для зварювання горловини; установки для зварювання кільцевих швів.
4. Розроблено конструкцію елементів та вузлів установки, зокрема зварювальної головки та пальника.
5. Відповідно до функціональних схем складено електричні принципові схеми установок.
6. Проаналізовано основні шкідливі фактори, які виникають при роботі лінії. Проведено розрахунок вентиляції. Виконано техніко-економічний аналіз розробленої лінії.
Список літератури
1. Автоматичне керування електрозварювальними процесами і установками: Навч. посібник. За ред. В.К.Лебедева, В.П.Черниша. – К.: Вища шк., 1994. – 391с.: іл.
2. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавле нием (Под ред. акад. Б.Е.Патона. – М.: Машиностроение, 1974. - 798 с.
3. Чвертко А.И., Патон Б.Е., Тимченко В.А. Оборудование для механизированной дуговой сварки и наплавки. – М.: Машиностроение, 1981. – 264 с.
4. Оборудование для дуговой сварки: Справ. пособие /Под ред. В.В.Смирнова. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 656 с.
5. ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
6. Методичні вказівки до виконання дипломного проекту.
7. Квасницький В.В Спеціальні способи зварювання: Навчальний посібник – Миколаїв: УДМТУ, 2003. – 437 с.
8. Александров А.Г. Эксплуатация сварочного оборудования: Справочник рабочего / Г.А. Александров, И.И. Заруба, И.В. Пиньковский. – К.: Будивэльнык, 1990 – 3-е издание, перераб. И доп. – 224 с.
9. Левченко О. Г. Охорона праці у зварювальному виробництві. Навчальний посібник. – К.: Основа, 2010. – 240 с.
10. Безопасность труда в промышленности/ К.Н.Ткачук, П.Я.Галушко, Р.В.Сабарно и др. – К.:Техніка, 1982. – 231с.
11. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок.- М.:Энергоатомиздат, 1986. – 144с.
12. Справочник по охране труда на промышленном предприятии/ под ред. Ткачук К.Н. и др. – К.:Техніка, 1991. – 285с.
13. Справочник по пожарной безопасности в электроустановках. Изд-е 2-е, испр. и доп. – М.: Стройиздат. – 1983.
14. Справочник по технике безопасности.- 6- е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1984.- 824 с.
15. Методичні вказівки до виконання організаційно-економічного розділу дипломних проектів та курсових робіт з проектування машин та устаткування /Уклад. В.Г. Герасимчук, Л.А. Кузьменко. – К.: Політехніка, 2002 – 20 стр.
Додатки
Реценз.
НТУУ «КПІ», ЗФ, Гр.ЗА-86
Аркушів
Літ.
Лінія для зварювання балонів високого тиску.
Пахаренко В.А.
Затверд.
Н. Контр.
Т. Контр.
Рижов Р.М.
Перевір.
Абрамішвілі Г.В.
Розроб.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
43
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
41
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
42
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
39
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
30
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
31
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
32
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
27
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
28
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
26
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
18
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
9
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
17
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
24
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
32
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
22
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
29
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
23
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.21.0000.000ПЗ
20
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
8
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
Арк.
Змн.
Масштаб
Маса
ЗА86.01.0000.000ПЗ
25
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
7
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
6
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
4
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
3
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.21.0000.000ПЗ
21
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
34
ЗА86.01.0000.000ПЗ
ЗА86.01.0000.000ПЗ
40
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
36
ЗА86.01.0000.000ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
37
ЗА86.01.0000.000ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
38
ЗА86.01.0000.000ПЗ
ЗА86.01.0000.000ПЗ
35
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
45
ЗА86.01.0000.000ПЗ
ЗА86.21.0000.000ПЗ
53
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.21.0000.000ПЗ
52
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
49
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
48
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
47
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
46
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
44
ЗА86.01.0000.000ПЗ
ЗА86.21.0000.000ПЗ
51
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
10
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
11
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
12
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
13
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
14
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
15
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
16
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
19
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн.
ЗА86.01.0000.000ПЗ
50
Арк.
Дата
Підпис
№ докум.
Арк.
Змн