Ім'я файлу: Метали і зварювання в будівнцтві.docx
Розширення: docx
Розмір: 693кб.
Дата: 21.11.2023
скачати
Розширення: docx
Розмір: 693кб.
Дата: 21.11.2023
скачати
Міністерство освіти і науки України
Київський національний університет будівництва та архітектури
Контрольна робота
з дисципліни Метали і зварювання в будівництві
Варіант контрольної роботи- 21
Номери запитань: 17,5; 32,21; 41,5; 53,13
Спеціальність: Будівництво та
цивільна інженерія
Студент групи
Науковий керівник:
Київ 2022
ЗМІСТ
1. Питання № 17.5………………………………………………………………….3
2. Питання № 32.21………………………………………………………………...4
3. Питання № 41.5……………………………………………………………….…7
4. Питання № 53.13…………………………………………………………………9
Перелік використаної літератури…………………………………………………15
Питання № 17.5
Накресліть діаграму стану залізо – вуглець і укажіть вертикальною лінією заданий сплав. Накресліть структуру сплаву, його криву охолодження і поясніть її критичні точки: з описанням структурних і фазових перетворень у сплаві при охолодженні. Ферит-перліт -80%
Діаграма стану залізо – цементит дає можливість встановити перетворення, що відбуваються при різних температурах в залізо-вуглецевих сплавах за умов повільного охолодження (рисунок 1).
За допомогою діаграми стану для будь-якого сплаву чи його компонента можна, зокрема, встановити:
а) наявність змін у будові сплаву при його нагріванні чи охолоджуванні;
б) назва фаз і структурних складових, а також кількість кожної з них при заданій температурі;
в) положення критичних точок;
г) режим термічної обробки сплавів тощо.
 |
Рисунок 1 – Діаграма стану залізо – цементит
З діаграми стану (рис. 1) видно, що первинна кристалізація відбувається в інтервалі температур, що визначаються на лініях ліквідусу (АВСД) і солідусу (АНІЕCF). Вторинна кристалізація викликана перетворенням заліза з однієї алотропної модифікації в іншу та зменшенням розчинності вуглецю в різних модифікаціях заліза.
Діаграма стану сплаву системи Fe – Fe3 C складається з кількох областей, утворених лініями діаграми. Кожна така область характери-зується певним структурним станом і відповідним вмістом вуглецю.
Рисунок 2 Схема Ферит-перліт -80%
Питання № 32.21
Вибрати металічний матеріал і термічну обробку будівельного виробу з визначенням технологічної послідовності його виготовлення. Згідно завдання –пружини.
Технологія виготовлення пружин відіграє важливу роль і має велике значення для їхньої безпроблемної довгострокової експлуатації. Пружні елементи – це високотехнологічні вироби, які потребують наявності кваліфікації та досвіду від інженерів-конструкторів та технологів, а також гарного парку обладнання на підприємстві-виробнику.
Ескіз пружини
Від того, наскільки правильними були розрахунки пружини, підбір матеріалу з урахуванням необхідних характеристик та особливостей її застосування, а також технології та точність виготовлення, що використовуються, залежить робота цілого агрегату, де ця деталь буде комплектуючою.
Цей тип пружин у процесі експлуатації приймає навантаження, що додаються в поздовжньо-осьовому напрямку. Пружини стиснення спочатку мають просвіти між витками, додаток зовнішньої сили призводить до деформації, що характеризується зменшенням довжини виробу, і обмежується тим моментом, коли витки стикаються. При скасуванні впливу пружина повинна відновити свою форму та геометричні розміри, якими вони були до застосування навантаження.
Основними розмірами, що визначають вид окремої деталі, є:
- Діаметр дроту (прутків).
- Кількість витків.
- Крок навивки.
- Діаметр виробу.
Найбільш поширеними є циліндричні гвинтові пружини стиснення, у яких діаметр виробу однаковий по всій довжині. Ці деталі широко використовуються в різних галузях промисловості: приладо- та машинобудуванні, гірничо-шахтній галузі, газонафтовидобуванні, інших.
Взагалі ж пружини стиснення можуть мати не тільки циліндричну форму, а й конусну, бочкоподібну, складнішу. Крок витків може бути постійний і змінний, а навивка - по або проти руху годинникової стрілки.
Взагалі ж пружини стиснення можуть мати не тільки циліндричну форму, а й конусну, бочкоподібну, складнішу. Крок витків може бути постійний і змінний, а навивка - по або проти руху годинникової стрілки.
Це вносить особливості до загальноприйнятої технології їх виготовлення.
Щоб виконувати свою роботу ефективно і правильно, ці елементи повинні мати хорошу міцність, пластичність, пружність, витривалість і релаксаційну стійкість.
Досягнення цих якостей можливе за дотримання багатьох факторів, у тому числі:
- правильному виборі матеріалу.
- грамотно проведених розрахунках.
- Дотримання технології виготовлення.
Якісні пружини повинні відповідати вимогам ГОСТ та технічним завданням конкретного замовника.
Відповідно до стандарту передбачено три групи точності за контрольованими деформаціями:
З відхиленнями до 5% (+/-).
- До 10%.
- до 20%.
На якість пружин впливає стан поверхні прутиків, проводу і смуг, наявність зовнішніх дефектів (тріщин, раковин, заусенцев, окалини і інш.), а також обезуглероженного шара знижує пружні і циклічні властивості металу. Тому зовнішні дефекти на поверхні прутиків і смуг повинні бути видалені зачисткой або шліфуванням, а глибина обезуглероженного шара не повинна перевищувати певну норму, встановлену ГОСТом на рессорно-пружинну сталь.
Високі властивості (максимальні межі пружності і витривалості) пружини і ресори мають при твердості HRC 40-45 (структура - тростит), яка досягається після гартування (з рівномірним і повним мартенситним перетворенням по всьому об'єму металу) і середнього відпуску при 400-500 0С (в залежності від сталі).
Оттяжка кінців заготівлі. Перед завивкою кінці заготівель нагрівають в щілинний печах до температури 900-950 0С. Піч перед нагрівом повинна бути прогріта до температури 1150-1250 0С. Довжина кінця заготівлі, яка нагрівається, не менше за 0,8 довжини оттяжки. Температура в кінці оттяжки не менше за 800 0С. Тривалість нагріву 8-15 мін. Кінці відтягають на мелених або на ковочних (обжимних) вальцах.
Нагрів під навивку і навивка. Пружини навивають і загартовують з одного нагріву заготівлі до температури 900-950 0С в полуметодической печі. Тривалість нагріву повинна бути 10-30 мін. Навивку нагрітих прутиків виконують на спеціальних станках.
Термічна обробка. Попередня - відпал повний; остаточна - гартування, відпуск середній. Твердість металу після відпуску повинна становити 370-440 НВ (40-47 HRC). Якщо технологічно неможливо навити і загартувати пружину з одного нагріву, то після навивки її повторно нагрівають під гартування.
Найбільш широко використовуваними матеріалами можна назвати сталь 60С2А ГОСТ 14959-79, а також 50ХФА, 51ХФА, 60С2ХФА та аналогічні сплави. З нержавіючих найширше застосування знаходить сталь 12Х18Н10Т.
Залежно від передбаченого призначення таких деталей та їх специфікації доречно говорити про особливості технології виробництва. Виготовлення виробів із матеріалів, що мають круглий переріз, може бути виконане шляхом холодної або гарячої навивки. Першим способом зазвичай виготовляють дрібні/середні пружини (з дроту до 8 мм у діаметрі), а другим – великі.
Залежно від передбаченого призначення таких деталей та їх специфікації доречно говорити про особливості технології виробництва. Виготовлення виробів із матеріалів, що мають круглий переріз, може бути виконане шляхом холодної або гарячої навивки. Першим способом зазвичай виготовляють дрібні/середні пружини (з дроту до 8 мм у діаметрі), а другим – великі.
Крім того, відмінність обумовлюється застосування різних видів термічної обробки, що пов'язано з необхідністю надати виробам певних характеристик.
Заготівка –приток відповідної марки.
Відмінність даної технології від описаної раніше починається лише з етапі термічної обробки.
Першим етапом термічної обробки виконується загартування: нагрівання до певної температури (залежно від використовуваного матеріалу), витримка деталі протягом зазначеного часу і примусове (швидке) охолодження спеціального середовища, в основному в маслі. Важливо: для нагрівання пружин під загартування їх розташовують горизонтально, щоб уникнути просідання під власною вагою.
Завершується термообробка відпусткою – прогріванням до порівняно невеликої температури та витримкою певного часу для надання необхідних якостей.
Питання № 41.5
Коротко опишіть технологічний процес. Укажіть його варіанти, обладнання, матеріали із зазначенням типів і марок і прикладами технічної характеристики, параметри режиму і критерії їх виробу, 54 переваги, недоліки й область застосування. Наведіть приклади практичного використання процесу з указанням і розшифровкою декількох марок сталей, підрахуйте зварюваність. Дайте схеми процесів. Контактне стикове зварювання.
Контактне зварювання - один із прогресуючих способів нероз’ємного з’єднання деталей в різних галузях техніки. Контактним зварюванням можна з’єднувати будь - які металеві конструкції, з різними властивостями: низько - вуглецеві, - леговані, жароміцні, жаростійкі, сплави на різних основах (алюмінії, титану, магнію та інші).
Зварювання характеризується дуже високим степенем механізації, роботизації, автоматизації,і як наслідок, високою продуктивністю праці.
По завданню мені необхідно розробити технологію зварювання декоративної панелі, яка складається з двох деталей наведених на рисунку 3 (а - лист, б - панель).
Рисунок 3 Панель
Характеристики марки сталі Ст3сп
Ст3сп – вуглецева сталь звичайної якості, яка використовується для виготовлення несучих елементів зварних і незварних конструкцій і деталей. Хімічний склад сталі Ст3сп відповідає вимогам стандартів ДСТУ 2651 і ГОСТ 380.
Класифікація: Сталь конструкційна вуглецева звичайної якості
Продукція: Листовий та сортовий прокат, в т.ч. фасонний.
Застосування. Сталь марки Ст3сп використовується при виготовленні несучих елементів зварних і незварних конструкцій і деталей, які працюють за позитивних температур. Зі сталі Ст3сп виготовляють товстолистовий і тонколистовий прокат, сортові та фасонні профілі (швелери, двотаври, кутики, смуга, кола, арматура та ін.). Крім того, Ст3сп застосовують при виготовленні труб різного призначення й перетину, поковок, штамповок і металовиробів. Сталь застосовується в цивільному та промисловому будівництві, при прокладанні надземних, наземних і підземних комунікацій.
Зварювання. Зварювання виробів зі сталі Ст3сп може проводитися без підігріву та наступної термообробки. Однак при товщині виробу понад 3,6 см рекомендується підігрівати матеріал до ста градусів і виконувати подальшу термообробку.
Режим зварювання вибираємо на основі даного виду зварювання (шовне), геометричних розмірів конструкції, а також ще і властивостей матеріалу.
Основні дані, які вибрано відповідно рекомендацій:
Mпл. = 1 кг. - вага пластини;
Мпанелі = 1 кг. - вага панелі;
L = 1000 мм. - довжина шва;
S1 = 1 мм. - товщина пластини і панелі;
I = 11 кА - струм зварювання;
F = 4 кН. - зусилля стискання;
Vсв = 0,8 - 0,9 м/хв. - швидкість зварювання.
Опір деталей:
Параметри режиму зварювання для сталі Ст. 3:
- Середнє значення питомого електроопору (с0 = 13 мкОм/см);
- Малий опір деформації (дд = 200 МПа);
- Низька чутливість до термічного циклу і до виплесків позволяють зварювати ці сталі як на жорстких так і на м’яких режимах при невеликих зварювальних струмах і на малому зварювальному зусиллю.
Рисунок 6 Циклограма шовної машини
Апарат для шовного зварювання типу МШ - 2001. Характеристики машини наведені нижче:
- Номінальна потужність, КВт - 130;
- Номінальний зварювальний струм, КА - 20, ТУ, %, 50;
- Напруга мережі, В - 380;
- Виліт електродів, мм. - 800;
- Максимальне зусилля електрода, КН - 8;
- Товщина, що зварюється, мм. - від 0,5 + 0,5 - до 1,8 + 1,8.
Питання № 53.13
Виберіть й розробіть спосіб електродугового зварювання для виготовлення будівельного виробу за такою послідовністю.
Геометричні параметри виробу:
l=2600 мм
S=6 мм
Марка сталі -25
Широко застосовуються при виготовленні конструкцій масового призначення в будівництві та машинобудуванні, як відносно дешеві, технологічні і що характеризуються необхідними властивостями. В основному ці сталі використовують в гарячекатаному
Для даного виробу, закладної конструкції застосовується: ручне дугове зварювання ГОСТ5264-80
Більшість зварних конструкцій виготовляють із низьковуглецевих сталей, які містять до 0,25% вуглецю. Вони відносяться до добре зварюваних сталей практично всіма видами зварювання плавленням. Низьковуглецеві сталі зварюються без обмежень при використанні типових зварювальних матеріалів.
Залежно від хімічного складу сталь буває вуглецева та легована. Вуглецева сталь ділиться на низьковуглецеву (вміст вуглецю до 0,25%), середньовуглецеву (вміст вуглецю від 0,25 до 0,6%) і високовуглецеву (вміст вуглецю від 0,6 до 2,07о). Сталь, у складі якої крім вуглецю є легуючі компоненти (хром, нікель, вольфрам, ванадій тощо), називається легованою. Леговані сталі бувають: низьколеговані (сумарний вміст легуючих компонентів, крім вуглецю, менше 2,5%); середньолеговані (сумарний вміст легуючих компонентів, крім вуглецю від 2,5 до 10%), високолеговані (сумарний вміст легуючих компонентів, крім вуглецю, більше 10%).
У стикових, кутових і таврових з'єднаннях слід при складанні елементів, що з'єднуються, зберігати між кромками зазори, передбачені ГОСТ, щоб зварювальна поперечна усадка відбувалася більш вільно і не викликала кристалізаційних тріщин. Крім того, починаючи з товщини сталі 5 мм і більше, в стикових з'єднаннях роблять обробку кромок, і ведуть зварювання в кілька шарів. Зварювальний струм знижують. Зварювання ведуть електродами діаметром не більше 4-5 мм постійним струмом зворотної полярності, що забезпечує менше оплавлення кромок основного металу і, отже, меншу його частку і менший вміст в металі шва.
У сталевих стрижнях електродів міститься трохи вуглецю, тому при їх розплавленні та перемішуванні з невеликою кількістю середньовуглецевого основного металу у шві вуглецю буде не більше 0,1-0,15%. При цьому метал шва легується Мп і Si за рахунок покриття, що розплавляється, і таким чином виявляється рівноміцним основному металу.
Кількість швів 4: шви з'варювання
Для зварювання використовується ручне дугове зварювання.
Зварювальні випрямлячі призначені для перетворення змінного струму в постійний і живлення ним зварювальної дуги.
Будова зварювального випрамляча:
Технологія зварювання:
Для виробу візьму струбцини для кріплення деталей.
Для початку ми беремо пластину і ставимо її на горизонтальне положення і закріпимо в струбцину, після того до неї прихвачуємо тавр Т1 одностороннім зварним швом в нижньому положенні без скосу кромок і приварюємо з двох боків, до таврового з’єднання Т1 ставимо дві пластини по боках і прихвачуємо їх і зварюємо Н1 одностороннім званим швом їх в нижньому положенні внапуск без скосу кромок.
Таблиця 1 – Хімічний склад сталей
| Назва металу | ДЕРЖСТАНДАРТ | Зміст хімічних елементів, % | |||||||
| C | Si | Mn | Cu | Ni | Cr | S | P | ||
| Ст25 | 380–71 | 0,14–0,22 | 0,07 | 0,3–0,6 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,05 | 0,04 |
Таблиця 2 – Механічні властивості сталей
Назва стали | ДЕРЖСТАНДАРТ | границя текучості σ0,2 | Границя міцності, σв | Відносне подовження δ | Відносне звуження, ψ | KCU, | ||||
МПа | % | Дж/див2 | ||||||||
| Ст25 | 380–71 | 175 | 353 | 28 | 50 | 64 | ||||
Для визначення зварюваності стали можна використовувати еквівалентом вуглецю Сэкв, який визначається по формулі:
Сэкв =
;Cэкв =
;Сэкв ≤ 0,25 – перша група зварюваності. Стали, цієї групи зварюються добре.
Контроль якості забезпечується відповідно вимог дозварних швів і з'єднань згідно ДСТУ14771–76.
Зварні з'єднання – стикові, та внапуск. Зварні шви доступні.
Можливість встановлення у зручне для зварювання положення.
Дана конструкція працює в змінного навантаження. Являється відповідальною. Зварні шви – міцні.
Для виготовлення конструкції необхідно застосовувати напівавтоматичне зварювання у вуглекислому газі.
Переваги:
у підвищенні продуктивності в порівнянні з ручним дуговим зварюванням в 1,2–1,5 рази;
можливість зварювання у всіх просторових положеннях;
можливість індивідуального контролю над напрямком дуги;
можливість і доцільність зварювання малокаліберних швів і виробів малої товщини;
висока маневреність і мобільність у порівнянні з автоматичним зварюванням.
Недоліки:
сильне розбризкування металу при зварюванні на струмах 200 – 400 А;
необхідність видалення бризів з поверхні виробу;
низька продуктивність праці (якщо багато часу затрачається на видалення бризів;
товарний вид швів гірше, чим при зварюванні під флюсом.
Розрахунок зварювального струму, здійснюється по формулі:
Ізв = j · Fеп
де j – щільність струму, А/мм2; Fеп – площа поперечного перерізу електродного дроту, мм2.
Таблиця 3 – Значення щільності струму
| Діаметр дроту. мм | 1,2 | 1,6 | 2,0 | 2,5 |
| Щільність струму | 88 – 195 | 90 – 160 | 60 -140 | 45 – 70 |
Для dе = 1,22 мм, приймаємо j=50 А/мм2;
Fеп = 3,14
2 =6,28 мм2.Ізв= 50 · 6,28 = 376,8А
Тривалість робіт з кожної операції характеризується технічно обґрунтованою нормою часу, що включає норму штучно-калькуляційного часу Тшт і норму подготовче – заключного часу Тпз.
Норма штучного часу на виготовлення одного виробу визначається по формулі:
Тшт = Тосн + Твсп + Тобс + Тотд,
де Тосн – основний час зварювання виробу; Твсп - допоміжний час; Тобс – час обслуговування робочого місця; Тотд - час відпочинку.
Розрахунки основного часу.
Основний час зварювання визначається по формулі:
Тосн
=
= 3,05F – площа поперечного перерізу, см2; L – довжина швів, см;
γ = 7,8 гр/см2; αн – коефіцієнт наплавлення, гр/А·год
Розрахунки допоміжного часу. Допоміжний час пов’язаний зі швом обираємо за табл. 2/м.
Зачистка та огляд зварюваних кромок – 0,5 · 1,54 = 0,5.
Коригування електродного дроту що до осі оброблення шва – 0,4 ·1,54 = 0,52.
Зачистка шлаку, огляд кратеру шва або слою = 0,4 · 1,54 = 0,7.
0,7 + 0,52 + 0,5 = 1,7 хв.
Тдоп = 2,01 · 1,54 + 1,7 = 8,25 хв.
Розрахунки оперативного часу.
Топер = Тосн + Тдоп = 3,05 + 8,25 = 11,3 хв.
Розрахунки часу на обслуговування робочого місця. Час на обслуговування робочого місця 10% від оперативного часу:
Тобсл = 0,1 · 11,3 = 1,39 хв.
Розрахунки часу на відпочинок. Час на відпочинок приймаємо 9% від оперативного часу:
Твідп = 0,09 ·111,3= 1,25 хв.
Розрахунки щтучного часу.
Тшт = Топер + Тобсл + Твідп = 11,3 + 1,39 + 1,25 = 13,94 хв.
Розрахунки підготовче заключного часу. Підготовче заключний час знаходимо у табл. 10/4. Тп.з. = 14 хв.
Розрахунки часу на виготовлення балки
Твир = Тшт + Тп.з. = 13,94 + 14 = 27,94 хв.
Для виготовлення балки потрібно 27,94 хвилини
Нормування витрат зварювальних матеріалів
Розрахунок витрат зварювального дроту та норматив витрат зварювального дроту розраховується за формулою і складає:
Нр = М · кр = 1,5· 1,08 = 1,62 кг
Де – М – маса наплавленого металу; Кр – коефіцієнт.
Норматив витрат вуглекислого газу
Нг = Нуг · (Т0 + Тп.з.) = (3,52 + 0,015) · 16 = 56,6 л/м
Нг = 56,6 л/м / 509 л/кг = 0,11.
Т0 – основний час зварювання Т0 1 м шва; Нг – оптимальна витрата газу,
Т0 = (1 м ·60 мин/ч) / 17,04 = 3,52 хв
Тп.з. – час на підготовче – заключні операції.
Перелік використаної літератури
1. Болдин Л.А. Основы взаимозаменяемости и стандартизации в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1984. – 272 с.
2. Взаємозамінність, стандартизація та технічні вимірювання. Короткий довідник для студентів інженерно-технічних спеціальностей / В.О. Алехнович, О.О. Прошин, О.Ю. Рудик. – Хмельницький: ХНУ, 2005. – 124с.
3. Якушев А.И., Воронцов Л.И.,Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения.– М.:Машиностроение, 1986. – 352с.
4. Зябрева Н.Н., Перельман Е.И., Шегал М.Я. Пособие к решению задач по курсу “Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения”. – М.: Высш. Школа, 1977.- 204с.
5. Шаповал М.Т. Основи стандартизації, управління якістю і серті-фікації: Підручник.- К.:Українсько-фінський інститут менеджменту і бізнесу, 1998. – 152с.
6. Допуски и посадки: Справочник / Под ред. В.Д. Мягкова. – Л.: Машиностроение, 1983. Ч.1,2. – 990с.
7. Зенкин А.С., Петко И.В. Допуски и посадки в машиностроении: Справочник. – К.: Техника, 1984. – 311с.
8. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. Методические указания к лабораторным работам / Сост. В.Е. Алехнович, А.А. Прошин, О.П. Бабак. - Хмельницкий: ТУП.-2001. – 75с.
9. Основы стандартизации и контроля качества / Под ред. В.В. Ткаченко. – М.: Из-во стандартов, 1973. – 432с.
10. Купряков Е.М. Стандартизация и качество промышленной продукции. – М.: Высш. Шк., 1985. – 288с.
11. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора. – Л.: Машиностроение, 1984. – 464с.
12. Точность и производственный контроль в машиностроении: Справочник / Под общей редакции А.К. Кутая, Б.М. Сорочкина. –Л.: Машиностроение, 1983. – 368с.