Задать вопрос online:

Производство стальных конструкций: технологии оборудование

СОДЕРЖАНИЕ

Производство сварных конструкций является востребованным направлением в сфере металлообработки. Невозможно представить современное судоходство, авиацию, машиностроение или градостроительство без применения металла и сварочного аппарата. 

Правильно выбранная технология сварки позволяет получить соединение, не уступающее по качеству и прочности основному материалу. Чаще всего сварные конструкции изготавливают из сталей с различными добавками. Подробнее о производстве читайте в нашем материале. 

3 направления в проектировании сварных конструкций

Этап проектирования происходит по 3 основным направлениям. 

Экономия металла

За счет нахождения оптимальных форм, уточнения свойств действующих нагрузок и использования более детализированных способов расчета можно сэкономить металл, ведь исключается лишний запас прочности и снижается вес металла, который мало применяется во время эксплуатации. 

Имеет смысл заменить пространственные решетчатые конструкции оболочковыми. Использование гнутых или гофрированных тонколистовых, а также сотовых элементов поможет добиться высокой жесткости конструкции. Для продольной устойчивости применяются трубчатые элементы.

3 направления в проектировании сварных конструкций

Правильный подбор материала может существенно снизить массу изделия. Самые хорошие результаты экономии достигаются за счет применения прочных и высокопрочных сталей и сплавов, обладающих высокой удельной прочностью (к примеру, алюминиевых или титановых).

С целью уменьшения массы изделия применяются холоднокатаные элементы, которые отличаются повышенной прочностью в сравнении с горячекатаными. Увеличению значений прочности и уменьшению массы изделия способствует термообработка. При этом увеличение прочности металла может приводить к снижению показателей свариваемости или ухудшению стойкости материала.

Следовательно, экономия металла посредством увеличения его прочности имеет смысл лишь в том случае, если были приняты к сведению вышеописанные нюансы. Использование композиционных материалов (скажем, двухслойных сталей) имеет большой потенциал. 

Снижение трудоемкости изготовления

Здесь необходимо подобрать размеры и способ создания заготовок. Кроме того, следует выбрать метод их сварки.

В процессе проработки конструктивной схемы и приблизительном расчете размеров сечений нет особой важности в определении типа конструкции (монолитная/сварная). Нюансы, связанные со сваркой, начинают иметь значение во время разделения изделия на отдельные заготовки. 

Читайте также: «Дуговая сварка в защитном газе: суть процесса»

Процесс разметки зоны сварных соединений, помимо определения формы и размера отдельных заготовок, решает некоторые конструктивные и технологические моменты (способы получения заготовок, типы соединений, методы сварки и др.).

По этой причине выбранный вариант разделения изделия оказывает влияние на технологичность будущей конструкции.

Экономия времени

Оптимальное снижение временных затрат возможно в результате постоянного поточного автоматизированного производства при крупносерийном и массовом выпуске продукции. В этом случае все операции скоординированы во времени и исполняются автоматами.

Очевидно, что проектировщику сварных конструкций нужно обеспечить результативность их изготовления за счет автоматизации и механизации производства сварных конструкций. При этом процент изделий, которые создаются в процессе серийного массового производства довольно низок. 

За счет типизации и нормализации можно продуктивно использовать поточные способы изготовления. Следует правильно подобрать систему конструкции и ее размеры. Поиск оптимальных конструктивных форм и технологий способствует ограничению численности типоразмеров, что повышает серийность изделий. 

Экономия времени

Если же цель повысить серийность выпускаемой продукции не была достигнута, а создание изделий будет осуществляться при мелкосерийном производстве, необходимо правильно подобрать типоразмеры узлов и элементов. Они должны соответствовать формам и размерам нормализованной технологической оснастки. 

Развитие производства сварных изделий, помимо наличия механизмов, которые могут выполнять все необходимые задачи технологического процесса, предполагает правильное расположение этих самых механизмов.

Однако конкретные требования к механизмам и их расположению зависят от особенностей производства. На данный момент применяется несколько основных типов оборудования для производства сварных конструкций.

Например, для серийного и мелкосерийного вариантов производств подходит универсальные приборы, которые могут функционировать в широком диапазоне типоразмеров заготовок и изделий.

В условиях крупносерийного массового производства необходимы устройства с повышенной производительностью, входящих в состав поточных, автоматических и роторных линий конкретного целевого назначения. Обеспечение линий со специальными устройствами предполагает немалые траты на проектировку, изготовление и монтаж, в то время как при смене выпускаемой модели изделия такие линии, как правило, нельзя переналадить.

Более рациональным вариантом будет использование переналаживаемых гибких автоматизированных производственных систем (ГАПС). 

Основные операции при производстве сварных конструкций

Во время сборочно-сварочного передела тех же заводов тяжелого машиностроения задействуют более 40 всевозможных технологических операций. В процессе создания отдельных узлов задействуют до 15 операций.

Основные операции при производстве сварных конструкций

Эти операции можно разделить на 7 групп: сборочные, сварочные, вспомогательные, сопутствующие, контроля и испытаний, отделочные, заключительные. 

  • Сборочные: сборка узлов на плитах и стеллажах, сборка на стендах, сборка на плитах УСП, совмещенная сборка в кантователях, разметка при сборке, прихватка во время сборки. 
  • Сварочные: ручная, механизированная, автоматическая и специальные методы сварки. 
  • Вспомогательные: зачистка от шлака, шлифовка, подрезка газом компенсирующих деталей при сборке, кантовка во время сборки, монтаж изделий на кантователи и позиционеры при сварке, предварительный подогрев перед сваркой и во время сварки. 
  • Сопутствующие: правка на прессе; правка на плите или стеллаже с местным подогревом; правка (калибровка) вальцовкой сваренных цилиндрических узлов; разметка под обработку резанием отдельных вырезов, создаваемых в сварном узле; высверливание и расточка отверстий; фрезерование; контрольная сборка; термообработка. 
  • Операции контроля: внешний осмотр и измерения, проверка размеров на контрольных плитах, просвечивание, гидроиспытание сваренного изделия, прозвучивание ультразвуком, пневматические испытания, проверка плотности швов течеискателями. 
  • Отделочные: обезжиривание, очистка в дробеструйных камерах, зачистка от ржавчины, шпатлевка, а также грунтовка, окраска и сушка после окраски.
  • Заключительные: маркировка и комплектация сварных узлов по заказам и отправочным ведомостям, упаковка, погрузка на транспортные средства и закрепление. Подбор схемы организации сборочно-сварочных цехов и участков, также, как и во время проектировки заготовительного передела осуществляется при условии скрупулёзного изучения номенклатуры сварных узлов, их классификации и разработки технологических процессов производства сварных конструкций.
  • Сборочная: правильное взаиморасположение и фиксация деталей собираемой сварной конструкции. Чтобы осуществлять сборочные операции применяют сборочные или сборочносварочные устройства. Второй вариант предполагает не только прихватку, но и сварку изделий.

Технология изготовления сварных конструкций

Производство сварных конструкций предполагает прохождение нескольких базовых стадий. При этом используются самые разные способы сварки (автоматическая, полуавтоматическая, ручная электродуговая и др.). Сварку можно осуществлять в среде защитных газов, под флюсом и т. д.

Различны и сами методы сварных соединений: тавровые, торцевые, стыковые, угловые и др. 

Технология изготовления сварных конструкций

На первом этапе осуществляется подготовка технической документации, которая нужна для изготовления детали по сформированным требованиям. 

Еще один базовый этап – подготовка отдельных деталей к последующим сварочным мероприятиям. В этом случае необходимо особо тщательно подготовить кромки деталей. Их нужно сточить под заранее выверенным углом. Этого можно достигнуть при помощи шлифовальной машинки или даже простого напильника.

Самой оптимальной формой разделки кромки является X-образный вариант, но могут выполняться и другие. В случае X-образной разделки обеспечивает минимальный объем наплавленного металла, который выделяется из-за нагрева кромок деталей. Таким образом, достигается более высокое качество соединения. 

Читайте также: «Контроль сварных швов: разбираемся в методах оценки»

Следующий важнейший этап процесса производства сварных конструкций – их сборка. Для данной стадии необходимо не только пристальное внимание, но и существенные затраты времени.

Скажем, при индивидуальном характере производства сборка может занять половину от общего времени изготовления. Это происходит из-за того, что именно качество сборки определяет общее качество сварного соединения.

Перечислим базовые требования, которые необходимо выполнить в процессе сборки:

  • максимально точное соответствие размерам, которые определены в технических документах;
  • оптимальное расположение зазоров, а также их постоянные размеры;
  • правильное месторасположение элементов конструкции относительно данных проектной документации;
  • точность плоскостей конструкции и углов, под которыми они пересекаются;
  • создание наименьшего допуска смещения деталей, если осуществляется их стыковое соединение. 

Особенности сборки сварных конструкций

Собранный узел должен иметь приемлемый уровень прочности и жесткости. Это нужно для того, чтобы извлечь его из сборочного устройства, а также для дальнейшего перемещения узла до сварочной зоны и снижения деформаций во время сварки. Закрепление собранных элементов конструкции нередко производят на прихватках.

Технология изготовления сварных конструкций

Габариты и расположение прихваток определяют как исходя из условий прочности и жесткости, так и с точки зрения минимизирования их вредоносного влияния на качество создания сварных соединений и функциональность конструкции. По этой причине прихваткам нужно иметь ограниченное поперечное сечение, а также длину.

Кроме того, они должны быть расположены на участках, которые позволяют обеспечить их полную переплавку при укладке сварных швов. При накладывании прихваток на участках с непредусмотренными проектом швами, эти прихватки нужно убрать после сварки, а поверхности скрупулезно прочистить.

В некоторых случаях сборка осуществляется при полноценном сопряжении собираемых деталей, однако в большинстве случаев оставляется заранее определенный технологический зазор. 

Детали размещаются в устройстве (базируются) так, чтобы технологические базы деталей упирались в установочные поверхности устройства. Как правило, с этой целью деталь прижимается к 6 опорным точкам, которые находятся на 3 взаимно перпендикулярных плоскостях.

Для того чтобы правильно расположить детали сварного узла, необходимо использовать установочные элементы устройства (упоры, двенадцать фиксаторов, призмы, шаблоны и т.д.). С целью закрепления деталей по отверстиям с большим диаметром используют разжимные оправки.

Особенности сборки сварных конструкций

Фиксация деталей в устройстве осуществляется при помощи зажимных элементов. Как и в случае с установочными элементами, зажимные устройства бывают постоянные откидные, отводные и поворотные. 

Клиновые, винтовые, эксцентриковые и рычажные прижимы с ручным приводом не имеют высокой производительности, но их достаточно просто использовать.

Применение пневматических, гидравлических, магнитных и вакуумных прижимов существенно снижает затраты вспомогательного времени. В особенности это актуально, если необходимо зафиксировать изделие сразу в нескольких зонах. 

Читайте также: «Уровень качества сварного шва: методы контроля»

Пневматические прижимы очень распространены. Они приводятся в действие за счет сжатого воздуха низкого давления (порядка 0,4 Н/мм2 (МПа)). В условиях такого давления размеры цилиндров, которые нужны для обеспечения 13 требуемого усилия зажатия, могут оказаться значительными.

В некоторых случаях наиболее верным является применение гидравлических устройств, функционирующих в условиях гораздо более мощного давления. 

Организация контроля качества сварных конструкций

Неисправности в сварных соединениях иногда обуславливаются низким качество сварочных материалов, неправильной сборкой и подготовкой стыков для сварки, ошибками в сварочной технологии, недостаточным уровнем квалифицированности сварщика и некоторыми другими факторами.

Целью контроля качества сварных конструкций является нахождение вероятных первопричин, приводящих к неисправностям, а также их профилактика. 

Организация контроля качества сварных конструкций

Контроль качества сварочных мероприятий подразделяется на 3 стадии:

  1. подготовительный контроль, который осуществляется еще до наступления сварки;
  2. контроль во время сборки и сварки (пооперационный);
  3. контроль качества результатов сварки.

Подготовительный контроль состоит из следующих этапов:

  • сверки уровня квалифицированности сварщиков, дефектоскопистов и ИТР, осуществляющих руководство мероприятиями по сборке, сварке и контролю;
  • проверки качества основного металла, заготовок, поступающих на сборку, состояния сварочного оборудования и сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки, флюса, газов и т.д.), 

Во время сборки осуществляется контроль в отношении качества подготовки кромок и сборки, режимов сварки, последовательности создания швов, температуры окружающей среды и свариваемого металла, внешнего вида шва, его геометрических размеров.

Кроме того, необходимо беспрестанное наблюдение за состоянием сварочного оборудования. 

В последнюю очередь проводится контроль качества сварочных мероприятий на итоговом изделии. Здесь выделяют несколько типов контроля: визуальный осмотр и измерение сварочных соединений, проверку на плотность, воздействие рентгеновским или гамма-излучением, контроль ультразвуком, магнитные способы контроля, люминесцентный способ контроля, металлографические исследования, механические проверки.

Читайте также: «Как выбрать сварочную маску Хамелеон»

Конкретный тип контроля качества сварных соединений подбирают на основе целевого предназначения изделия и задачам, которые должно решать изделие (соответствуют техническим условиям и указываются в ГОСТе)

При соблюдении всех требовании к созданию сварных конструкций производитель получает возможность выпустить изделия высокого качества, которые будут иметь длительный эксплуатационный срок, большую прочность и устойчивость к воздействию.

Можно применять стандартные типы сварки или же более современные способы. Да, чаще всего это имеет смысл лишь на высоких уровнях сварки, однако для прогрессирования в данном навыке стоит заранее знать некоторые нюансы.

Производство стальных конструкций: технологии оборудование

Оцените, пожалуйста, статью

Всего оценок: 1, Средняя: 5
5
5
1
1