Министерство  образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский  государственный университет

Кафедра сварки, литья и технологии конструкционных  материалов 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 
 
 

к курсовому проекту на тему:

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  УЧАСТКА СБОРКИ –  СВАРКИ КОРПУСА КЛИНОВОЙ ЗАДВИЖКИ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА ДВУХ ПОЛУКОРПУСОВ 
 
 
 

       Выполнил  студент гр. 630661                                       Ю.В. Широков  
 

       Проверил  проф., д.т.н.                                                     А.С. Рыбаков  
 
 
 
 
 
 

Тула 2010г.

 

СОДЕРЖАНИЕ 
 

 

1 Характеристика изделия

      Корпус  клиновой задвижки КП.630661.11.01.00.000 СБ представляет собой сварочную единицу в  состав которой входит следующие  детали: седло поз. 1, полукорпус поз. 2, горловина поз. 3, направляющая малая  поз. 4, направляющая поз. 5.

      В зависимости от заказа задвижки могут поставляться:

      - с ручным управлением;

      - с электроприводом;

      - фланцевыми с комплектацией или безответными фланцами;

      Задвижки  клиновые применяются в качестве запорного устройства на трубопроводы для воды, пара и жидких нефтепродуктов.

      В зависимости от материала корпусных  деталей задвижки могут использоваться и на других средах, включая и агрессивные, по отношению к которым материал является нейтральным. Уплотнение затвора - износостойкие наплавки, которые позволяют длительно эксплуатировать задвижки с данной герметичностью. Герметичность затвора: по классу С ГОСТ 9544-93.

      Задвижки  могут эксплуатироваться в районах  с умеренным климатом с температурой окружающей среды от +5 до +70 °С в обслуживаемых помещениях. Предельно допустимая рабочая температура для материала марки 15ГС составляет 400⁰ С [1].

      Корпус  клиновой задвижки показан на рис. 1. Она состоит из двух полукорпусов (поз. 2), которые соединены при помощи сварного соединения (см. рис. 1) с помощью подклодного кольца (поз. 6), которое служит для сборки полукорпусов и для подкладки для дальнейшей сварки. После сварки это кольцо вырезается для дальнейшего приваривания к этому месту направляющей (поз. 5).  Горловина (поз. 3), которая приваривается к расточенному месту в полукорпусах, которая служит для дальнейшего подвода запорного устройства. К части полукорпуса и горловины приваривается направляющая малая (поз. 4), которая является продолжением направляющей (поз. 5). Сёдла (поз.1) привариваются внутри корпуса на которые наплавляются износостойкий материал. Масса готового изделия (корпуса клиновой задвижки) составляет 430 кг.

      

 

Рисунок 1 – Корпус клиновой задвижки.

 

2 Оценка технологичности  изделия

2.1 Анализ свариваемости  материалов

      Корпус  клиновой задвижки изготавливается  из стали – 15ГС по ТУ14-1-1529-2003, поковка по ОСТ 108.030.113-87.

      Свариваемость – свариваемость без ограничений.

      Способы сварки – ручная дуговая сварка, ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом, автоматическая сварка под флюсом, механизированная сварка плавящимся электродом в среде активных газов и смесях, электрошлаковая сварка и контактная точечная сварка[2].

      Сталь 20 по ГОСТ 1050-88:

      Свариваемость – свариваемость без ограничений (кроме химико-термически обработанных деталей).

      Способ  сварки -  ручная дуговая сварка, ручная аргоновая сварка неплавящимся электродом, автоматическая сварка под флюсом, механизированная сварка плавящимся электродом в среде активных газов и смесях и контактная точечная сварка[2].

      Для стали 15ГС и толщиной изделия 38 мм требуется производить высокотемпературный отпуск, при температуре 630±30 ⁰С с выдержкой 1,5 ч [4].

      Детали  корпуса клиновой задвижки состоят  из следующих марок сталей:

      1. Седло (Поз. 1) – Сталь 20 (ГОСТ 1050-88);

      2. Полукорпус (Поз. 2) – 15ГС (ТУ14-1-1529-2003);

      3.Горловина  (Поз. 3) – 15ГС (ТУ14-1-1529-2003);

      4. Направляющая малая (Поз. 4) – Сталь 20 (ГОСТ 1050-88);

      5. Направляющая – Сталь 20 (ГОСТ 1050-88);

      6. Кольцо подкладное – Сталь 20 (ГОСТ 1050-88).

      Химический  состав и механические свойства сталей представлены в таблицах 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 [2].

 

Таблица 2.1 – Химический состав стали 15ГС, (%)

 

Таблица 2.2 – Химический состав стали 20, (%)

 

Таблица 2.3 – Механические свойства стали 15ГС

 

Таблица 2.4 – Механические свойства стали 20

 

      Эквивалент  углерода для стали 15ГС  рассчитывается по следующей формуле (2.1):

                            

                  (2.1)

      Величина  эквивалента не превышает 0,46. Следовательно, предварительный подогрев не требуется. Но сталь 15ГС толщиной свыше 30 мм требуется предварительный подогрев металла до температуры 150-200 ⁰С и минимальная ширина участка подогрева, в каждую сторону от кромок, составляет 120 мм [4].

 

 
2.2 Выбор и обоснование  способов сварки, сварочных материалов

     Рассмотрим, особенности сварки данной стали  различными способами сварки.   

       Технология сварки должна обеспечивать определённый комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. А так же максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надёжности и долговечности конструкции. Для данной конструкции выбираем автоматическую сварку под слоем флюса, для кольцевого шва двух полукорпусов.

      Сварка  под флюсом

      Сварка  под флюсом используется в широком  диапазоне толщин. Автоматическую сварку выполняют электродной проволокой диаметром 3-5 мм. Равнопрочность соединения достигается подбором флюсов и сварочных проволок и выборов режимов и техники сварки. При сварке стали 15ГС используют флюс ФЦ-16 и электродную проволоку Св-08ГС. Легирование металла шва марганцем из проволок и кремнием при проваре основного металла, при подборе соответствующего термического цикла (погонной энергии) позволяет получить металл шва с требуемыми механическими свойствами. Использованием указанных материалов достигается высокая стойкость металла швов против образования пор и кристаллизационных трещин[4].

      Для обеспечения пластических свойств  металла шва и околошовной  зоны на уровне свойств основного  металла следует производить предварительный подогрев металла до 150 – 200⁰ С [5].

      Основные  преимущества автоматической сварки под флюсом:

      1. Высокая производительность, превышающая производительность ручной сварки в 5 ... 10 раз. Она обеспечивается применением больших токов, более концентрированным и полным использованием теплоты в закрытой зоне дуги, снижением трудоемкости за счет автоматизации процесса сварки;

      2. Высокое качество сварного шва, вследствие хорошей зашиты металла сварочной ванны расплавленным шлаком от кислорода и азота воздуха, легирования металла шва, увеличения плотности металла при медленном охлаждении под слоем застывшего и шлака;

      3. Экономия электродного металла при значительном снижении потерь на угар, разбрызгивание металла и огарки. При ручной сварке эти потери достигают 20... 30%, а при автоматической сварке под флюсом они не превышают 2 ... 5%;

      4. Экономия электроэнергии за счет более полного использования теплоты дуги. Затраты электроэнергии при автоматической сварке уменьшаются на 30... 40%;

      Кроме этих преимуществ, следует отметить, что при автоматической сварке под флюсом условия труда значительно лучше, чем при аргоно-дуговой сварке: дуга закрыта слоем шлака и флюса, выделение вредных газов и пыли значительно снижено, нет необходимости в защите глаз и кожи лица сварщика от излучения дуги, а для вытяжки газов достаточно естественной вытяжной вентиляции. К квалификации оператора автоматической сварочной установки предъявляются менее высокие требования [6]. 

     Выбор материалов для сварки под флюсом

     Для стали 15ГС выбираем сварочную проволоку Св-08ГС диаметром 3 мм, химический состав которой приведен в таблице 2.5 [4].

      Таблица 2.5 - Химический сосав сварочной проволоки Св-08ГС, %

      Для сварки данной стали, выбираем флюс ФЦ-16, химический состав которого приведен в таблице 2.6 [4].

 

  Таблица 2.6 – Химический состав флюса ФЦ-16, %