Технология изготовления грузовой тележки крана

 

При любом методе контроля суммарная длина контролируемых участков сварных соединений устанавливается нормативными документами и должна составлять не менее:

50% от длины стыка  — на каждом стыке растянутого  пояса коробчатой или решетчатой  металлоконструкции;

25% от длины стыка — для всех остальных стыковых соединений;

25% от длины шва —  для других видов сварных соединений, указанных в рабочих документах.

Недопустимыми дефектами сварных швов являются :

- трещины и непровары;

- дефекты (поры и шлаковые включения) размером или суммарной длиной больше допустимых, приведенных в таблице 1, для любого участка радиограмм длиной 100 мм;

- Скопление пор и  шлаковых включений более 5 штук  на 1 см² площади шва , при этом максимальный размер любой из пор или любого шлакового включения не должен быть более 1,5 мм.

Максимально допустимые размеры и суммарная длина дефектов указаны в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1.  Максимально допустимые размеры и суммарная длина дефектов

 

Толщина свариваемых  элементов, мм	Размер дефектов (диаметр  или длина), мм	Суммарная длина дефектов, мм
до 3,0 включительно	0,8	3
Св.3,0 до 5,0 включительно	1	4
Св.5,0 до 8,0 включительно	1,5	6
Св.8,0 до 30,0 включительно	2	8

Примечание: при меньших размерах дефектов в каждом интервале свариваемых  толщин элементов, их количество должно быть не более 6 штук и суммарная длина их должна быть не более указанной в таблице 2.1.

 

При выявлении во время  неразрушающего контроля недопустимых дефектов в сварных соединениях  контролю должно быть подвергнуто все  соединение. Дефектные участки сварных швов, выявленные при контроле, должны быть удалены механическим способом и переварены.

 

 

 

Рисунок 2.1. Эскиз коллектора

2.2 Основной металл конструкции и оценка его свариваемости

 

2.2.1 Общая характеристика основного металла

 

На свариваемость стали  большое влияние оказывает её химический состав. Наиболее важным элементом  является углерод, определяющий её свойства и свариваемость.

Марганец является полезной примесью в стали. Содержание марганца улучшает механические свойства и свариваемость.

Кремний вводится в сталь  как раскислитель в небольших  количествах. Большое содержание кремния может привести к образованию неметаллических включений в шве и затрудняет сварку.

Сера и фосфор являются вредными примесями.

Никель и хром относятся  к легирующим элементам. При сварке хром образует карбиды хрома, ухудшающие коррозионную стойкость стали, и резко повышающие твёрдость в зонах термического влияния; содействует образованию тугоплавких окислов, затрудняющих процесс сварки. Никель увеличивает пластические и прочностные свойства стали, измельчает зерно, не ухудшая свариваемость.

Маркировка и упаковка проката по ГОСТ 7566.

Химический состав материала Ст3пс5 ГОСТ 14637-89  приведен в таблице 2.2. Механические свойства приведены в таблице 2.3. Технологические свойства приведены в таблице 2.4.

Таблица  2.2. Химический состав материала Ст3пс5  [11].

 

Элемент	C	Si	Mn	Ni	Cr	Cu	S	P
Содержание, %	0.14 - 0.22	0.05 - 0.15	0.40- 0.65	до 0.30	до   0.30	до   0.30	до   0.05	до   0.04

 

 

Температура критических  точек материала Ст3пс5:  Ac₁ = 735 ,

Ac₃(Ac_m) = 850 , Ar₃(Arc_m) = 835 , Ar₁ = 680 . 

 

 

Таблица  2.3. Механические свойства при Т=20 материала Ст3пс5 [11].

 

Режим термообработки	Сечение, мм	s0.2	sв	d5	y	KCU
В горячекатаном состоянии		Н/мм²	Н/мм²	%	%	кДж / м2
	до 20	245	370-480	26	-	-

Таблица  2.4. Технологические свойства материала Ст3пс5 [11].

 

Свариваемость	Способы сварки: РД, РАД, АФ, МП, ЭШ и КТ
Без ограничений	Для толщин свыше 36 мм рекомендуется  подогрев и последующая термообработка

 

Прокат категории 5 толщиной до 10 мм предназначен для изготовления сварных конструкций, работающих при  переменных нагрузках в интервале температур от минус 40 до плюс 425 . Листы - для изготовления электросварных труб, работающих при температурах до 300 и давлении до 1,6 Н/мм². Так же изготавливаются детали котлов и трубопроводов, выполненные из листа толщиной до 12 мм, предназначенные для эксплуатации при температуре до 200 и давлении до 1,6 Н/мм².

В настоящем дипломном проекте предлагается использовать в качестве основного материала конструкции сталь Ст3пс5 с покрытием. Существует несколько видов защитного покрытия для металлических конструкций.

 Свинцовое покрытие  сейчас стараются не использовать  ввиду того, что оно не удовлетворяет требованиям по экологической безопасности.

 Так же возможно применение цинкового покрытия. Его содержание (от 100 до 275 г/м²) определяет долговечность металла. Чем больше цинка, тем дольше металл не будет ржаветь в коррозионных условиях. В западных странах применяют новое покрытие – гальвалюм (40% цинка + 60% алюминия), которое в 5-8 раз долговечнее чисто цинкового. По данным одного из крупнейших мировых производителей стали и алюминия компании Crocus Group, наиболее оптимальным решением является покрытие,  представляющее собой комбинацию цинка (95%) и алюминия (5%). При правильной резке металла, на его кромках создается тончайший слой оксида алюминия, который защищает цинк, защищающий, в свою очередь, металл. Таким образом, создается двойная защита металла от коррозии. Иная пропорция цинка и алюминия может привести либо к неоправданному удорожанию, либо к потере твердости покрытия. В любом случае цинко-алюминиевое покрытие необходимо дополнительно окрашивать для повышения антикоррозионных свойств.

 Алюминиево-кремниевое покрытие обладает высокой коррозийной стойкостью в большинстве агрессивных сред и хорошей сопротивляемостью к воздействию высоких температур. Алюминирование в 2-3 раза повышает срок службы углеродистых материалов.

Для изготовления коллектора в качестве альтернативного материала, удовлетворяющим эксплуатационным требованиям и требованиям по экологической безопасности, выбираем  сталь марки Ст3пс5с с двух сторонним алюминиево-кремниевым  покрытием   плотностью 120гр/м²   и толщиной 20-25 мкм с каждой стороны.

 

 

2.2.2 Оценка свариваемости основного металла изделия

 

Под технологической  свариваемостью понимают способность  материала образовывать при рациональном технологическом процессе сварки прочное  соединение без существенного снижения технологических свойств свариваемого материала в самом соединении и в прилегающей зоне.

Обязательными критериями при оценке свариваемости являются стойкость  сварного соединения против образования  горячих трещин, стойкость сварного соединения против образования холодных трещин, величина оптимального интервала  скоростей охлаждения и равноценность механических свойств сварного соединения основному металлу.

Для углеродистых и низколегированных  сталей стойкость сварного соединения против образования горячих и  холодных трещин оценивается косвенным  способом по эквиваленту углерода.

Склонность высоколегированных сталей к образованию горячих и холодных трещин оценивают по эквивалентам хрома и никеля с помощью диаграммы Шеффлера, которая приведена на рисунке 2.2. В этом случае считается, что хорошей стойкостью против горячих трещин обладает двухфазная аустенитно-ферритная структура шва с содержанием феррита в пределах 2..7%. Эта структура обеспечивается за счет выбора соответствующего химического состава присадочной проволоки. Склонность высоко легированных сталей к образованию холодных трещин зависит от содержания мартенсита в структуре сварного соединения.

 

Рисунок 2.2. Диаграмма Шефлера

 

Оценка стойкости углеродистых сталей против образования горячих трещин по эквиваленту углерода.

                                                                                                            

Сталь считается склонной к горячим  трещинам, если %

 

Сталь Ст3пс5  < 0,4%   

Сталь не склонна к  горячим трещинам.

Оценка стойкости углеродистых сталей против образования холодных трещин по эквиваленту углерода. Наибольшее применение нашла следующая формула, применяемая Международным институтом сварки (IIW – International Institute of Welding) [13]:

 

                                                        

Сталь считается склонной к холодным трещинам, если %

Сталь Ст3пс5  < 0,46%

Сталь не склонна к  холодным трещинам.

 

Важное требование, предъявляемое к процессу сварки – обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом. При сварке низкоуглеродистой стали металл шва незначительно отличается по составу от основного металла. Это отличие в основном сводится к снижению содержания в металле шва углерода, вследствие применения низкоуглеродистых сварочных проволок. Снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением соединения в нем углерода, при дуговых способах сварки полностью компенсируется за счет легирования металла через проволоку, покрытие или флюс марганцем и кремнием. Обеспечение равнопрочности металла шва при дуговой сварке малоуглеродистой стали добиваются применением обычных сварочных материалов без использования специальных технологий.

Материал Ст3пс5 обладает хорошей свариваемостью [11], не склонен к образованию горячих и холодных трещин. Требуемые механические свойства сварного соединения могут быть обеспечены без применения термообработки.

 

 

2.2.3 Определение  норм расхода и коэффициента  использования основного металла

 

Для изготовления деталей коллектора  используем  прокат листовой горячекатаный  по ГОСТ 19903-74 “Прокат листовой горячекатаный. Сортамент”. Для изготовления отводов используем трубы по ГОСТ 8734-75  “Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент”.

 

Коэффициент использования основного металла (КИМ) определяется по формуле:

КИМ = Fд/ Fл 100%= Lтр/Lд 100%,                                     (2.3)

где     

Fл – площадь листа, мм;

Fд – площадь деталей, изготовленных из листа, мм;

Lтр – длина трубы, мм;

Lд – длина деталей, изготовленных из трубы, мм;

 

Найдем КИМ для деталей  коллектора:

1. Сепаратора верхнего;

2. Сепаратора нижнего;

3. Обоймы.

4. Отводов;

5. Труб.

 

Fд ¹=307373 мм²; Fд ²=112613 мм²; Fд ³=112697 мм²

Fл ¹=2500 1000=2500000мм²; Fл ^2,3=2000 700 мм²=1400000 мм²

Lд⁴=3014 мм; Lд⁵=1350 мм;

Lтр⁴=4000 мм; Lд⁵=4000 мм.

 

КИМ₁ = 307373/2500000 100%=12,3%

КИМ₂ = 112613/1400000 100%= 8%

КИМ₃ =  112697/1400000 100%= 8%

КИМ₄ = 3014/4000 100%=75,4%

КИМ₅ = 1350/4000 100%=33,8%

 

Карта раскроя листового материала  представлена на рисунке 2.3.

Рисунок  2.3. Карта раскроя листового проката

 

 

 

 

 

2.3 Оценка технологичности конструкции

 

Технологичность конструкции  изделия - совокупность свойств конструкции  изделия, которые обеспечивают его  изготовление, ремонт и техническое обслуживание по наиболее эффективной технологии по сравнению с однотипными конструкциями того же назначения при одинаковых условиях их изготовления и эксплуатации и при одних и тех же показателях качества. Применение эффективной технологии предполагает оптимальные затраты труда, материалов, средств, времени при технологической подготовке производства, в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта, включая подготовку изделия к функционированию, контроль его работоспособности, профилактическое обслуживание. Условия изготовления (ремонта), которые определяются типом производства (единичное, серийное и так далее), его организацией, специализацией, программой и повторяемостью выпуска, связаны с отработкой технологичности конструкции изделия, направленной на снижение трудоёмкости изготовления (ремонта) изделия и его себестоимости.