Расчет штучного времени на сварочную операцию.

Саратовский государственный технический университет

Им. Гагарина Ю.А.

Кафедра «Сварка и металлургия»

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

К практической работе №3

«Выбор и расчет параметров режимов сварки.

Нормирование сварочных операций.

Расход сварочных материалов и электроэнергии»

По дисциплине

«Технология сварки плавлением»

Саратов 2015

Цель работы: Изучить методы расчета режимов различных способов сварки, а также методы нормирования сварочных операций на примере стандартных стыковых и угловых швов для малоуглеродистых и низколегированных сталей.

Литература, нормативная документация: ГОСТ 16037-80; ГОСТ 5264-80; ГОСТ 14771-76; Методические указания по проведению практических занятий «Расчет режимов и параметров сварки в технологических средах», Из-во СГТУ им. Гагарина Ю.А.-2014- 26с.

Общие методические указания

Выбор технологии и расчет режима сварки осуществляется на основе теории тепловых процессов. Одним из вариантов таких расчетов может быть расчет по скорости охлаждения околошовной зоны. Данный метод особенно важен при содержании углерода в металле шва более 0,3%. Скорость охлаждения околошовной зоны может быть выражаена уравнением:

, (1)

где: - погонная энергия дуги, кал/см;

- сварочный ток, А;

- напряжение на дуге, В;

- скорость сварки, см/с;

- эффективный к.п.д. нагрева (при сварке штучным электродом он равен 0,7 в углекислом газе или аргоне – 0,65, под флюсом – 0,85);

- коэффициент теплопроводности (для стали равен 0,1 кал/см с.град);

- объемная теплоемкость, принимается равным 1,25 кал/см³град.;

- температура наименьшей устойчивости аустенита (500 ¸ 660°С для большинства сталей);

- температура предварительного подогрева, °С;

- толщина свариваемого металла, см.

При сварке тавровых, крестовых, стыковых соединений с разделкой кромок в расчет следует вводить не действительные значения и , а их приведенные значения, которые получают умножением действительных данных на следующие коэффициенты приведения:

Коэффициенты приведения

Вид соединения
Стыковая сварка без скоса кромок	1	1
То же, но с углом разделки 60°	3/2	3/2
Тавровое соединение (или внахлестку)	1	2/3
Крестовое соединение	1	1/2

П р и м е р 1. Определить оптимальную погонную энергию при сварке встык стали 12ХН2 толщиной 16 мм. После сварки ударная вязкость должна быть не ниже 5 кгм/см².

Р е ш е н и е. По таблице 1 определяем оптимальный интервал скоростей охлаждения для стали 12ХН2 (равен 0,8 ¸ 36 град/с). По формуле определяем погонную энергию:

, (2)

Подставляя известные значения (550°С), (20°С) в формулу (2) получим оптимальный интервал погонной энергии для данной марки стали (см. табл. 2):

кал/см

Таким образом, оптимальная погонная энергия дуги находится в пределах 2,9 ¸ 19,4 ккал/см.

Задаваясь значениями скорости сварки и напряжения, можно определить максимальное значение тока сварки из формулы:

В нашем примере максимально допустимое значение тока равно: (при скорости сварки под флюсом 0,5 см/с и напряжении 40 В)

Таблица 1

Оптимальный интервал скоростей охлаждения при сварке

№

п/п

Марка

стали

Оптимальный интервал

Содержание

мартенсита

Твёрдость

, град/с

Ударная вязкость,

,кгм/см

Сталь углеродистая обыкновенного качества

ст. 2

6-18

5(-60)

––––––

160

ст. 3кп

1,2-12

2(-50)

––––––

160

ст. 5

0,12-40

2(20)

0-30

130-190

ст. 3

1,4-15

5(-50)

––––––

155-165

Сталь углеродистая качественная конструкционная

0,12-7

2(20)

0-30

130-200

2,4-5

6(20)

––––––

265-280

2-4

3,5(20)

до 5

230-250

Сталь низколегированная конструкционная

09Г2С

1,0-15

3,0(-50)

––––––

215-185

14Г2

1,0-12

2,0(-70)

––––––

225-270

18Г2АФ

0,1-12

––––––

0-30

190-275

15ГС

1,0-6,0

6,0(-60)

––––––

235-260

18Г2С

1,5-12

5,0(20)

для арматуры

240-265

12ХН2

0,8-36

4,0(20)

––––––

220-270

12ХГН

1,2-52

3,0(-60)

––––––

210-250

14ХГС

0,8-2,6

4,0(-70)

––––––

170-215

10Г2ДС

1,0-15

2,0(-60)

––––––

180-250

15ХСНД

1,8-9,9

7(20)

––––––

230-250

10ХСНД

0,8-15

12(20)

Мостостроит

230-210

10ХГ2Н

1,5-15

10(20)

––––––

235-265

10Х2СН

1,3-4,8

8(20)

––––––

260-265

Сталь легированная конструкционная

40Х

4,0-14

5(20)

75-90

340-460

23Г

2,5-70

5(20)

5-100

220-440

25Г2Л

до8

––––––

0-10

220

30Г2Л

до 6

––––––

0-20

300

20ХГСА

1,6-70

5(20)

0-100

250-420

30ХГСА

1,6-6,0

5(20)

0-80

345-450

40ХГСА

до 0,5

––––––

0-50

380

Стали высоколегированные

Х5М

0,8-8

––––––

340-370

2Х13

нет огранич.

––––––

1Х13

нет огранич.

––––––

0-100

380

25Х11МЭФ

нет огранич.

––––––

0-100

320

Другим вариантом расчетов режимов сварки может быть расчет по эмпирическим формулам, полученным на основе практических эксперимен-тальных данных.

П р и м е р 2. Выбрать режимы сварки по формулам.

Определить скорость сварки. Определить скорость охлаждения корневого прохода шва.

Задание: Определить режимы сварки сварных швов по ГОСТ 5264-80 - С17, Т1, Н1 (толщина основного металла 13 мм). Материал основного металла сталь 09Г2С.

№ п/п	Марка стали		Оптимальный интервал		Содержание мартенсита	Твёрдость
			, град/с	Ударная вязкость ,кгм/см
Сталь низколегированная конструкционная
8		09Г2С	1,0-15	3,0(-50)	––––––	185-215

При дуговой сварке покрытым электродом параметрами режима сварки является: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги, площадь поперечного сечения шва, выполняемого за один проход, число проходов, род и полярность тока, скорость сварки, мгновенная скорость охлаждения и ряд других.

1.Выбор диаметра электрода

Диаметр электрода выбираем в зависимости от толщины листов и катета шва. Для толщины листа 13 мм принимаем диметр 4мм.

2.Определение сварочного тока.

, (3)

где: d _э - диаметр электрода, мм;

j - допускаемая плотность тока, А/мм²

Допустимая плотность тока j в электроде при ручной дуговой сварке

Вид покрытия	Диаметр стержня электрода, мм
Вид покрытия	2	3	4	5
Основное	15,0-20,0	13,0-18,5	10,0-14,5	9,0-12,5
Рутиловое	14,0-20,0	13,5-19,0	11,5-15,0	10,0-13,5

I_св=150 А/мм²

3. Определениянапряжения на дуге

Напряжение на дуге при дуговой сварке покрытыми электродами изменяется в пределах 20….36 В.

U_д=20+0.04 ^. I_св,, (4)

U_д=19 В

4. Определение числа проходов

При определении числа проходов следует иметь в виду, что:

а) сечение первого прохода не должно превышать 30…35 мм² , а последующих 30…40 мм²

б) При сварке угловых и тавровых соединений за один проход выполняются швы катетом не более 8…9 мм²

F₁= (6…8) d_э,

С17 F _н=28 мм²

Для последующих проходов

F_n= (6…8) d_э,

С17 - Fn=32 мм²

Т1 - Fn=38.4 мм²

Н1 - Fn=38.4 мм²

Площадь стыкового шва с разделкой С17:

где: α - угол разделки кромок;

b - величина зазора между кромками;

S - толщина металла;

q - усиление сварного шва;

e – ширина сварного шва.

С17 - F_н=173.75

Т1 - F_н=38.4

Н1 - F_н=38.4

Необходимое число проходов

С17 - n=5 проходов

Т1 - n=2 прохода

Н1 - n=2 прохода

При сварке угловых и тавровых соединений общая площадь

F _н =К _y ·к²/2

где К_у- коэффициент, учитывающий условия сварки,

наличия зазора и усиления шва;

к- катет шва, мм

5.Скорость сварки

, (5)

где: -коэффициент наплавки;

F _н- площадь поперечного сечения

наплавленного металла;

- плотность наплавляемого металла за

данный проход.

С 17 - Vcв=0.2 см/сек

Т1 - Vcв= 0.1 см/сек

Н1 - Vcв =0.1 см/сек

6. Определение погонной энергии при сварке

, (6)

где: q_эф- эффективная тепловая мощность сварочной дуги;

I св - ток сварочной дуги;

U д - напряжени на дуге;

_-эффективный КПД (0.75…0.85).

С 17 - q_n= 9975 Дж с/см

Т1 - q_n=21375 Дж с/см

Н1 - q_n=21375Дж с/см

7. Определение скорости охлаждения

, (7)

где: V _охл- мгновенная скорость охлаждения;

Т₀- начальная температура изделия (20°С);

T _т - температура наименьшей устойчивости аустенита

(550°С);

- безразмерный критерий процесса охлаждения;

- коэффициент теплопроводности (0,5 Дж/см·с·°С);

q_n - погонная энергия сварки.

Безразмерный критерий процесса охлаждения w выражается через безразмерную величину 1/q и определяется по формуле:

, (8)

где: q_{п прив.} = 2/3q_п;

d _прив. = 1d (толщина стенки);

с r = 3,5Дж/см³×°С.

Рис.1. Зависимость безразмерного критерия процесса охлаждения от q.

С 17 - V _охл=11

Т1 - V _охл=5.1

Н1 - V _охл=5.1

_{Сводная таблица режимов сварки}

Вид шва	ток	диаметр электрода	напряжение	Число проходов	Скорость охлаждения		Длина шва
С17	150	4	19	5	11		31
Н1	150	4	19	2	5.1		240
Т1	150	4	19	2		5.1	240

Вид шва	Площадь	Погонная энергия	Коэффициент наплавки	Скорость сварки
С17	32	9975	9	0.2
Н1	38.4	21375	9	0.1
Т1	38.4	21375	9	0.1

Расчёт норм времени

Общие требования. Расчёт норм времени проводится на основе типо-вых укрупнённых нормативов времени, которые учитывают характер работ, конструктивные особенности ремон-тируемых объектов, организацию (степень автоматизации , механизации) труда, оснащённость рабочего места инструментом и пр.

Все виды работ могут относиться к нормативным и ненормативным.

Расчет штучного времени на сварочную операцию.

Ненормируемые затраты включают все непроизводительные затраты, вызванные организационно-техническими недостатками:

· задержки в получении материалов, электродов, заготовок;

· ожидание работ, подсобного рабочего;

· исправление брака, ремонт инструмента и пр.

Технически обоснованная норма времени складывается из отдельных затрат рабочего времени:

Т_н = Т_о + Т_в + Т_тех + Т_орг + Т_отд + Т_пз / n_ш, (8)

где: Т_н - норма времени;

Т_о - основное время;

Т_в - вспомогательное время;

Т_тех - техническое обслуживание рабочего места;

Т_орг - организационного обслуживания рабочего места;

Т_отд - время отдыха и личные надобности;

Т_пз - подготовительно-заключительное время;

n_ш - количество одноимённых деталей в партии.

Время технического и организационного обслуживания и времени на отдых составляет дополнительное время:

Т_доп= Т_тех + Т_орг + Т_отд.

Тогда технически обоснованная норма норма времени:

Т_н = Т_о + Т_в + Т_доп + Т_пз / n_ш

Сумма основного и вспомогательного времени составляет составляет оперативное время:

Т_оп = Т_о+ Т_в.

Сумма оперативного и дополнительного времени составляет штучное время:

Т_шт = Т_оп+ Т_доп;

После соответствующих преобразований:

Т_н = Т_шт+ Т_пз/ n_ш

В результате технического нормирования технологического процесса ремонта детали сваркой или наплавкой определяется норма штучного времени:

Т_ШТ = Т_О+ Т_В+ Т_ДОП,

где: Т_О- основное технологическое время (время горения дуги);

Т_В - вспомогательное время (на установку зачистку и др. вспомогательные работы);

Т_ДОП - дополнительное время (время обслуживания, личные потребности).

Т_Оможет быть определено по формуле:

Т_О = 60·G_Н/ a_Н ·I, мин (9)

где: G_Н= F_n·l·γ, г;

F_н- площадь наплавленного металла, см²;

l - длина шва, см;

- плотность наплавляемого металла (г/см³);

a_Н - г/А·ч;

I - А.

Предположим для порошковой проволоки ПП АН-3: G_Н=1810 г;

a_Н=17 г/А·ч; I=230 А; тогда:

Т_О = 60·1810 / 60·17·230 = 27,8 мин

Т_В= (0,35) Т_о ;

Т_оп = Т_О+ Т_В

Т_ШТ = Т_О+ Т_В+ Т_ДОП = 1,06·Т_оп;

Т_ШТ = 27,8 + 1,86 + 0,67= 30,52 мин.

Штучно-калькуляционное время:

Т_ШК = Т_О+ Т_ПЗ/ n

Подготовительно-заключительное время на слесарные работы рассчитываются в зависимости от сложности работ (простая, средняя, сложная).

Т_ПЗ = 0,035·Т_ОП = 1,07 мин.

Т_ШК = 30,52 + 1,07 = 31,59 мин.

Удельный расход сварочной порошковой проволоки:

G = К_РG_Н = G_Н = 1,3·1810 = 2353 г., где К_Р - коэффициент расхода для ПП АН-3 равен 1,3.

Расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла

А = (U·I / 1000 h )T₀ + (Т_ШТ - Т_О),

где: h - КПД источника (0,7);

U·I = w - мощность холостого хода источника (0,3 кВт);

А = ( 26 230 / 1000 0,7 ) + 0,3 (31,59 - 27,8)= 9,667 квт/ч

С учётом корректировки на мощность принятого источника питания удельный расход электроэнергии составит 10 кВт на единицу продукции

Порядок выполнения работы

Изучить методы расчета режимов ручной дуговой и механизированной сварки плавящимся электродом в среде активных газов и смесях. Изучить методы нормирования сварочных операций. Получить задание у преподава-теля включающее несколько стандартных типов сварных швов (всего 3 шт). Выполнить расчет режимов сварки предложенных типов сварных швов, осу-ществить нормирование сварочных операций по выполнению предложенных сварных швов с использованием компьютерного пакета Mathcad 14. Отве-тить на контрольные вопросы преподавателя.

Содержание отчета

Титульный лист. Задание с рисунками предложенных сварных швов с указанием размеров по соответствующим ГОСТам . Расчеты режимов сварки предложенных сварных швов в среде Mathcad 14. Выводы по результа-там расчетов.

Контрольные вопросы

1. Физические основы уравнений расчета режимов сварки.

2. Основные уравнения для расчета режимов сварки (РД и МП).

3. Определение площади наплавленного металла.

4. Определение скорости сварки расчетным методом.

5. Определение скорости сварки, когда неизвестен коэффициент наплавки.

6. Методы нормирования технологических процессов сварки.

7. Определение штучно-калькуляционного времени сварки.

Задание

№ варианта	Сталь	ГОСТ 16037-80	S, мм	ГОСТ 5264-80	S, мм	ГОСТ 14771-76	S, мм
1	20	С17	4	У4	12	С8	7
2	09Г2С	У19	5	С8	11	У7	8
3	Ст3сп	Н1	6	С21	10	У4	5
4	10ХСНД	С2	5	С12	9	Т1	11
5	40Х	С8	8	Т6	12	Н1	5
6	17Г1С	С56	9	У7	7	Т6	11
7	15ХСНД	У7	10	Т8	6	С25	12
8	40Х	У8	11	С7	5	С8	4
9	10	У19	12	С21	4	У4	9
10	20	Н1	8	С12	10	Т1	7
11	Ст3сп	С2	4	Т6	12	Н1	8
12	10ХСНД	С8	12	У7	8	Т6	6
13	40Х	С56	4	Т8	7	С25	11
14	09Г2ФБ	У7	9	С7	5	С8	12

15	15ХСНД	С17	9	С8	10	У4	5
16	40Х	У19	10	С21	9	С25	6
17	10	Н1	12	С12	5	Т1	8
18	20	С2	5	Т6	10	Н1	7
19	Ст3сп	С8	6	У7	11	Т6	9
20	10ХСНД	С56	10	Т8	5	С7	7
21	40Х	У7	12	С7	4	У4	8
22	09Г2ФБ	У8	4	С21	10	С17	7
23	20	У19	10	С12	9	С25	6
24	09Г2С	Н1	11	Т6	8	С8	5
25	Ст3сп	С2	5	У7	9	Т6	11
26	10ХСНД	С8	6	Т8	12	С17	8
27	20	С56	12	С7	4	Т1	9

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 2685; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!