ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Оборудование и технология сварочного производства»

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ

Методические указания к курсовой работе

для студентов специальности 1-36 01 03 «Оборудование и технология сварочного производства»

Могилев 2011 УДК 621.791.7 ББК 30.61 Рекомендовано к опубликованию учебно-методическим управлением ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

Одобрено кафедрой «Оборудование и технология сварочного производства» «23» мая 2011 г., протокол № Составители: д-р техн. наук., проф. В. П. Березиенко;

канд. техн. наук., ст. преподаватель С. Н. Емельянов Рецензент канд. техн. наук., доц. С. В. Болотов Методические указания предназначены для выполнения курсовой работы по дисциплине «Технология и оборудование сварки давлением» студентами специальности 1-36 01 06 «Оборудование и технология сварочного производства».

Учебное издание

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ

Ответственный за выпуск В. П. Куликов Технический редактор А. Т. Червинская Компьютерная верстка И. А. Алексеюс Подписано в печать Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Печать трафаретная. Усл. печ. л.. Уч.-изд. л. Тираж экз. Заказ № Издатель и полиграфическое исполнение Государственное учреждение высшего профессионального образования «Белорусско-Российский университет»

ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г.

212000, г.Могилев, пр.Мира, ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», Содержание 1 Цели и задачи курсовой работы……………………………… 2 Тематика курсовых работ ……………………………………. 3 Содержание расчетно-пояснительной записки…………….... 4 Оформление курсовой работы………………………………... 5 Методика выполнения курсовой работы…………………….. 6 Охрана труда на рабочем месте …………………………..….. Список литературы………………………………………………. 1 Цели и задачи курсовой работы Курсовая работа выполняется после изучения курса «Технология сварки давлением». Курсовое проектирование по указанной дисциплине является одним из этапов подготовки студентов к самостоятельной работе над дипломным проектом.

При выполнении курсовой работы студенты должны осуществить выбор экономически целесообразного способа сварки с применением давления, типа соединения, разработать технологический процесс сварки, обосновать и разработать конструктивную схему сварочной установки, провести прочностные и электротехнические расчеты, выбрать оборудование для сварки и необходимое вспомогательное оборудование для механизации и автоматизации процесса, методы контроля качества процесса сварки и сваренного изделия, разработать операционную карту техпроцесса и мероприятия по охране труда.

2 Тематика курсовой работы Для выполнения курсовой работы студентам выдаются индивидуальные задания, в которых предлагается разработать технологический процесс изготовления конкретного изделия способами сварки давлением.

В курсовой работе рассматриваются следующие вопросы.

1 Общая часть (описание конструкции свариваемого изделия и условий его эксплуатации, обоснование выбора материала изделия).

2 Обоснование способа сварки давлением.

3 Расчет параметров режима сварки.

4 Обоснование конструктивной схемы сварочной установки.

5 Разработка карты технологического процесса сборки, сварки и контроля изделия.

6 Вопросы охраны труда и техники безопасности.

Исходными данными для выполнения курсового проекта являются:

– чертеж изделия;

– условия эксплуатации изделия или ТУ на его изготовление;

– годовой выпуск изделия.

При выполнении курсового проекта студенты применяют ЭВМ для расчетов основных параметров режима сварки, для расчета и построения внешней характеристики сварочной машины и др.

Объем пояснительной записки курсовой работы составляет 25–30 страниц (формат А4). Технологические документы, распечатки программ или результатов расчетов на ЭВМ выносятся в приложение и включаются в общую нумерацию страниц пояснительной записки.

3 Содержание расчетно-пояснительной записки Расчетно-пояснительная записка курсовой работы включает в себя следующие разделы.

Индивидуальное задание.

1.1 Описание конструкции свариваемого изделия и условий его эксплуатации.

1.2 Технические условия на сборку и сварку изделия.

1.3 Результаты патентного поиска и обзора отечественной и зарубежной литературы.

1.4 Технико-экономическое обоснование выбора способа сварки изделия.

2 Техническая часть.

2.1 Обоснование выбора материала изделия и типа соединения.

2.2 Оценка свариваемости материала изделия.

2.3 Обоснование способа сварки давлением и термодеформационного цикла сварки.

2.4 Расчет параметров режима сварки.

3 Расчетно-конструкторская часть.

3.1 Обоснование конструктивной схемы сварочной установки.

3.2 Расчет элементов сварочной установки (сварочного контура, индуктора, преобразователя и др.).

3.3 Выбор источника питания сварочной установки.

3.4 Расчет внешней характеристики контактной машины.

3.5 Описание узлов проектируемой установки.

3.6 Описание механизмов для механизации и автоматизации процесса сварки.

3.7 Проверка доступности сварочных электродов к свариваемым соединениям.

3.8 Описание электрической (пневматической, гидравлической и др.) схемы установки.

4 Разработка технологического процесса сборки, сварки и контроля.

4.1 Разработка маршрутной технологии сборки, сварки и контроля изделия.

4.2 Описание методов контроля процесса сварки и качества готового изделия.

4.3 Разработка карты технологического процесса сборки, сварки и контроля изделия.

4.4 Планировка и описание рабочего места (участка сборки и сварки, линии, РТК).

5 Охрана труда на рабочем месте.

Заключение.

Список литературы.

Приложение А Карта технологического процесса.

Приложение Б Спецификации чертежей курсовой работы.

Приложение В Программа расчета на ПЭВМ.

4 Оформление курсовой работы Курсовая работа выполняется на листах формата А4. Оформление ее должно соответствовать требованиям действующих стандартов.

При обосновании нового положения необходимо привести ссылки на источники литературы. При изложении расчетов необходимо сначала привести расчетную формулу со ссылкой на литературу с последующей подстановкой в нее числовых величин. Все приведенные в пояснительной записке рисунки, схемы и таблицы должны быть пронумерованы и снабжены надписями с расшифровкой всех обозначений.

Чертежи должны быть выполнены в соответствии с требованиями ЕСКД, условные обозначения и изображения сварных швов соединений приводятся по ГОСТ 2.313-72, ГОСТ 15878-79. Требования к заполнению и оформлению технологических документов на процессы и операции по сварке устанавливаются ГОСТ 3.104-86.

5 Методика выполнения курсовой работы 5.1 Описание конструкции свариваемого изделия и условий его эксплуатации. Обоснование выбора материала изделия В курсовой работе отмечаются основные конструктивные особенности изделия с указанием отдельных деталей и их назначения. Указываются условия работы изделия – скорости и нагрузка, рабочие температуры, требования к жесткости и герметичности конструкции, наличие агрессивной среды и др.

По согласованию с руководителем курсового проектирования допускается изменение заданной конструкции узла для улучшения ее технологичности (снижение массы, затрат на изготовление, удобства изготовления).

Если материал изделия не задан, необходимо его выбрать, привести обоснование этого выбора. Следует привести химический состав материала, его основные физические и механические свойства.

5.2 Оценка свариваемого материала изделия Оценка свариваемости производится на основе анализа источников литературы с учетом условий протекания процесса сварки и теплофизических свойств свариваемого материала.

При этом учитываются конкретные условия протекания процесса формирования физического контакта, удаления оксидных пленок и способа образования металлических связей в твердой или жидкой фазе.

В результате этого анализа должен быть выбран оптимальный для заданного (или выбранного) материала и конструкции изделия термодеформационный цикл сварки.

Правильность выбранного цикла желательно иллюстрировать данными по механическим, коррозионным и другим свойствам сварных соединений.

5.3 Расчет параметров режима сварки Расчет значений отдельных регулируемых параметров режима сварки давлением производится на основании свариваемости изделия.

Исходными данными для выбора параметров режима сварки:

1) теплофизические свойства материала свариваемого изделия и сварочных электродов;

2) размеры свариваемых деталей;

3) чувствительность материала к воздействию цикла сварки;

4) производительность способа сварки;

5) программа выпуска изделий.

Основные параметры режима точечной сварки:

– величина сварочного тока Iсв;

– время протекания сварочного тока св;

– сварочное усилие Fсв;

– ковочное усилие Fков;

– время приложения ковочного усилия ков;

– время запаздывания зап;

– форма и размеры электродов.

Для примера приведем методику расчета сварочного тока для контактной точечной и шовной сварки, рельефной и рельефно-точечной сварки листов внахлестку.

Расчет величины сварочного тока осуществляется на основе уравнения теплового баланса.

где Qээ – полное количество теплоты, затрачиваемое на образование сварной точки;

Q1 – энергия, затрачиваемая на нагрев до температуры плавления Тпл столбика металла высотой 2 и диаметром основания, равным диаметру контакта электрод–деталь dЭ (рисунок 1);

Q2 – теплота, расходуемая на нагрев металла в виде окружающего ядро кольца шириной x2 4 aМ СВ. Среднюю температуру кольца принимают равной Тпл/4;

Q3 – потери теплоты в электроды, которые учитываются нагревом условного цилиндра высотой x3 4 aЭ СВ до средней температуры, равной Тпл/8.

Рисунок 1 – Расчетная схема нагрева металла при точечной сварке где к1 – коэффициент, учитывающий, что средняя температура кольца несколько ниже средней температуры Тпл/4, к1 = 0,8;

к2 – коэффициент, учитывающий форму электрода; при цилиндрическом электроде к2 = 1, при коническом к2 =1,5, при сферическом электроде к2 = 2;

сЭ и Э – теплоемкость и плотность материала электрода;

с М и М – теплоемкость и плотность свариваемого металла;

а М, аЭ – коэффициенты температуропроводности свариваемого металла и материала электродов.

Теплофизические характеристики наиболее распространенных конструкционных материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1– Теплофизические свойства некоторых металлов и сплавов Сварочный ток рассчитывают по закону Джоуля-Ленца:

где Qээ – количество теплоты, рассчитанное по формулам (2), (3) и (4);

2rдк – сопротивление двух свариваемых деталей в момент выключения сварочного тока, 2rдк = rээ – определяют по таблицам 2 и 3;

mr – коэффициент, учитывающий изменение rээ в процессе протекания сварочного тока. Для низкоуглеродистых сталей mr = 1, алюминиевых и магниевых сплавов – 1,15, коррозионно-стойких сталей – 1,2, сплавов титана – 1,4;

св – время протекания сварочного тока определяют по эмпирическим формулам или таблицам рекомендованных режимов сварки, например, с использованием рекомендаций [1, 2].

Таблица 2 – Величина rээ при точечной сварке низкоуглеродистой стали Толщина металла, мм Таблица 3 – Величина rээ при контактной сварке некоторых металлов и сплавов Сталь 30ХГСА 165 145 125 110 100 90 145 130 105 Сталь Х18Н8Т 215 185 150 130 120 110 188 162 130 Жаропрочный 230 200 165 140 125 115 210 180 150 сплав ВЖ сплав ОТ51- БрБ сплав Б16АТ Сварочный ток, определенный по формуле (5), для получения сварной точки заданного диаметра должен протекать только через зону сварки. Величину сварочного тока при двухсторонней сварке и наличии ранее сваренных точек необходимо скорректировать с учетом тока шунтирования по формулам (6), (7), которые справедливы как для точечной, так и для шовной сварки:

где rээ и rш – электрическое сопротивление зоны сварки и шунта, – толщина свариваемого металла, мм;

tш – шаг между сварными точками, мм.

Остальные параметры режима сварки выбираются по рекомендациям, приведенным в [1, 2].

При расчете составляется сводная таблица параметров режима сварки.

В случае расчета с использованием ЭВМ в пояснительной записке приводится схема алгоритма расчета и распечатка результатов расчета с необходимым анализом. При отсутствии готовой программы для расчета необходимо представить оригинальный алгоритм, текст программы и результаты расчета.

Рассмотрим в качестве примера схему алгоритма расчета на ЭВМ сварочного тока при контактной точечной сварке (рисунок 2).

Исходные данные для расчета сварочного тока:

– толщина свариваемого материала, м;

с М = f(Т), сЭ = f(Т) – удельная теплоемкость свариваемого и электродного материалов в зависимости от температуры, кДж/(кг К);

М = f(Т), Э = f(Т) – плотность свариваемого металла и электродов в зависимости от температуры, кг/м3;

аМ, аЭ - коэффициенты температуропроводности свариваемого металла и материала электродов, м2/с;

ТПЛ – температура ликвидуса свариваемого материала, С;

dЭ – диаметр контактной поверхности электрода, м;

СВ – время протекания сварочного тока, с;

mr – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления участка электрод–электрод в процессе сварки;

1, 2 – удельные электросопротивления деталей, Ом м;

к1 – коэффициент неравномерности распределения тепла;

к2 – коэффициент формы электрода;

2rДК – суммарное сопротивление деталей к концу процесса сварки, мкОм.

Выходные данные:

Q1 – энергия, затраченная на плавление металла ядра;

Q2 – тепловые потери в свариваемый металл от расплавленного ядра;

Q3 – тепловые потери в электроды;

QЭЭ – общее количество теплоты, затраченной на образование соединения;

IСВ – сварочный ток;

V – объем зоны теплогенерации (n – число элементов теплогенерации);

QЗАД – коэффициент теплогенерации, задаваемый для одного элемента модели.

Рисунок 2 – Схема алгоритма расчета величины сварочного тока 5.4 Обоснование конструктивной схемы сварочной установки Обоснование конструкторской схемы установки приводится на основе анализа авторских свидетельств и патентов (отечественных и зарубежных) и изучения конструкций и схем выпускаемых установок подобного класса. В результате этой работы должна быть выбрана схема проектируемого оборудования и проведено обоснование принятого варианта.

5.5 Расчет элементов сварочной установки В проекте приводятся согласованные с руководителем курсовой работы расчеты элементов сварочной установки, перечень которых зависит от выбранного способа сварки.

Так как контактная сварка имеет наиболее широкое применение по сравнению с другими способами сварки с применением давления, то в качестве примера рассмотрим расчет сварочного контура контактной машины.

Исходные данные для расчета сварочного контура:

1) номинальный кратковременный вторичный ток;

2) продолжительность включения трансформатора;

3) конструктивная схема контура и действующие в нем усилия.

В результате расчета определяются следующие величины: сечение элементов контура и площади контактов между элементами контура, активное и индуктивное сопротивление сварочного контура, полное сопротивление сварочного и вторичного контуров.

Индуктивное сопротивление сварочного контура рассчитывают двумя методами: по площади; по отдельным участкам.

В пояснительной записке приводится треугольник сопротивлений схемы замещения машины.

Полное сопротивление вторичного контура машины, включая сопротивление свариваемых деталей:

где XВК, rВК – величины индуктивного и активного сопротивлений сварочного контура соответственно;

XТ – индуктивное сопротивление первичной обмотки сварочного трансформатора, приведенное ко вторичной;

ХТ = 80-100 мкОм при одном вторичном витке и ХТ = 400- мкОм при двух вторичных витках;

rТ – активное сопротивление первичной обмотки сварочного трансформатора, приведенное ко вторичной (rТ = 10-60 мкОм);

rЭЭ – величина активного сопротивления участка электрод– электрод в конце процесса сварки, rЭЭ = 2rДК.

Вторичное напряжение холостого хода сварочного трансформатора, соответствующее номинальной ступени, определяется как:

где I2Н – номинальный кратковременный вторичный ток.

Номинальная мощность сварочного трансформатора P2Н, кВА:

Выбор источника питания сварочной установки Приводится обоснованный выбор источника питания сварочной установки. Необходимость расчета источника питания или его элементов определяется совместно с руководителем курсовой работы.

Приводятся техническая характеристика выбранного источника питания сварочной установки и его конструктивные особенности.

Расчет внешней характеристики контактной машины Внешняя характеристика сварочной машины, т.е. зависимость U2= f (I2) строится для номинальной ступени регулирования сварочного трансформатора.

Пренебрегая током холостого хода, имеем следующее уравнение, характеризующее режим нагрузки машины:

U2ОН – вторичное напряжение холостого хода на номинальной ступени.

Обозначим Уравнение (8) запишем в следующем виде:

В уравнении (9) – напряжение на электродах в долях вторичного напряжения холостого хода трансформатора и – сварочный ток в долях тока короткого замыкания. Зависимость = () является внешней характеристикой машина в относительных единицах.

Построение внешней характеристики производится следующим образом: задавшись несколькими произвольными значениями, определяют соответствующее значение, после чего переводят напряжение и ток в абсолютные единицы по формулам:

По этим данным и строится характеристика.

Схема алгоритма расчета внешней характеристики машины представлена на рисунке 3.

X2К, U2ОН, r2К, Z2К