Thiết kế quy trình công nghệ hàn để chế tạo vỏ bình ngưng tụ áp suất hơi trong thùng khi làm việc khoảng 3 at =3 kgcm2 số lượng sản phẩmsản xuất hàng loạt

Hàn là một phơng pháp chế tạo kết cấu rất tiết kiệm kim loại so với các phơng khác chính vi vậy hàn ngày nay đã đợc áp dụng vào nhiều lĩnh vực nh: trong xây dựng , trong chế tạo máy chế

Lời nói đầu.

Nền kinh tế của đất nớc ngày càng phát triển , sự tác động của nền công nghiệp là một yếu tố rất quan trọng cho sự phát triển của nền kinh tế ,do đã áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật mới vào trong nền công nghiệp

Nghành hàn là một nghành chế tạo những kết cấu thép và ngày nay nó đợc áp dụng rất phổ biến ở nhiều nớc trên thế giới Hàn chế tạo đợc những kết cấu lớn mà các phơng pháp khác không thể làm đợc , ngày nay hàn có thể thay thế đợc các phơng pháp chế tạo kết cấu bằng đinh tán hoặc bu lông Các thiết bị và công nghệ của hàn ngày càng đợc

đổi mới Hàn là một phơng pháp chế tạo kết cấu rất tiết kiệm kim loại so với các phơng khác chính vi vậy hàn ngày nay đã đợc áp dụng vào nhiều lĩnh vực nh: trong xây dựng , trong chế tạo máy ( chế tạo những kết cấu không tháo đợc), cả trong quân sự ,trong nông nghiệp

Nhiệm vụ của em trong đồ án này là áp dụng công nghệ hàn vào để thiết kế quy trình công nghệ hàn và chế tạo kết cấu gối tựa cần trục Thiết kế công nghệ hàn làm sao để cho kết cấu khi làm việc chịu tải trọng rung động đảm bảo bền không bị phá huỷ.Các b-

ớc để chế tạo kết cấu này là : chọn vật liệu cơ bản , chọn chế độ hàn , tính thành phần hoá học của mối hàn , chọn vật liệu hàn , xác định cơ tính của mối hàn , chọn thiết bị hàn và lập phiếu công nghệ hàn

Nhiệm vụ thiết kế

Đề bài : Thiết kế quy trình công nghệ hàn để chế tạo vỏ bình ngng tụ.áp suất hơi trong

thùng khi làm việc khoảng 3 at =3 kg/cm2.Số lợng sản phẩm:sản xuất hàng loạt

Nội dung gồm hai phần:

PHầN I: bản vẽ

1 Bản vẽ chung của kết cấu hàn

2 Bản vẽ khai triển phôI hàn

3 Bản vẽ gá lắp hàn

Phần ii:thuyết minh

I.Chọn vật liệu cơ bản và lập quy trình công nghệ chuẩn bị chi tiết hàn.

1 Chọn vật liệu cơ bản.

Thiết bị chịu áp lực lớn nhất là 3 at Với điều kịên làm việc này ta chọn vật liệu chế tạo

là thép CT3(Theo chọn vật liệu nồi hơi-Sổ tay vật liệu kim loại)

Tra bảng1-III HDTKDACNHNC ta có:

CT3

Không lớn hơn0,140,2

2

0,050.17

0.400.60

+Nhóm 3 gòm các chi tiết 4,6

#Qui trình chuẩn bị phôI bao gồm 3 bớc sau:

1.Nắn phẳng:thép tấm để chế tạo chi tiết cần đợc nắn phẳng (nếu tấm bị cong vênh) trớc khi lấy dấu và cắt phôi

2.Lấy dấu và đánh dấu :

Lấy dấu và đánh dấu đảm bảo độ chính xác về kích thớc và hình dạng và

đảm bảo công nghệ cắt thực hiện dễ dàng.Đồng thời bố trí sao cho hệ số sử dụng vật liệu là lớn nhất

3.Cắt phôi

a Lập quy trình công nghệ chuẩn bị chi tiết hàn nhóm 1:

+Nắn phẳng lấy dấu và cắt phôi :Các Chi tiết này đợc chế cắt ra từ thép tấm cùng loại cóchiều dày 100mm,kích thớc 1500x1000x100.Đầu tiên phảI tiến hành nắn phăng tấm ở

trạng tháI nắn nóng với điều kiện kỹ thuật là độ không phẳng<1/1000.Sau đó ta tiến hànhxếp phôI để để chộn phơng án tối u sao cho hệ số sử dụng vật liệu là lớn nhất,sau đó lấydấu và cắt phôI

+chọn phơng pháp cắt bằng khí.PhôI cắt để hàn dung sai cho phép là (0,5±(0,5…1,6 …1,61,6

+phơng pháp cắt:cắt trên đồ gá cho phép mỏ cắt quay.Có thể tiến hành cắt trên đò gácắt một loạt hoặc đơn chiếc

Nhóm này đợc khai triển từ phôi tấm dày 10mm

7 2

+khai triển chi tiết số 2:

Chọn phôI cơ bản cho trờng hợp này là tấm 4000x1200x10

c.Lập quy trình công nghệ chuẩn bị chi tiết hàn nhóm 3

Chuẩn bị phôI cho nhóm này bằng phơng pháp dập vuốt không làm mỏng thành từ thép tấm dày 5mm,sau đó chi tiết 4 đạt yêu cầu

r800

Khai triển chi tiết 6:

Mối hàn góc thực hiện ở các mối nối CT2xCT3; CT3xCT5, vị trí hàn sấp , hàn theo chu

vi kín , vật liệu cơ bản có tính hàn tốt Sử dụng hàn hồ quang tay và yêu cầu mối hàn

đạt chất lợng cao do đó đòi hỏi thợ hàn bậc 4 trở lên

III.Chọn kiểu liên kết và mối hàn thực hiện

Theo kiểu liên kết giữa các chi tiết nh trên hình vẽ liên kết và mối hàn thực hiện theo tiêuchuẩn hoá

CT2 có kết cấu dạng hình trụ,với chiều dày thành là 10 mm, liên kết dọc đờng sinh là liên kết giáp mối, mối hàn giáp mối không vát mép,không có tấm lót và hàn một phía CT2 liên kết với CT3 theo dờng chu vi kín, thực hiện bằng mối hàn giáp mối cùng chiều dày ( 10 mm),mối hàn đợc vát mép 60 o,không tấm lót và hàn từ một phía

CT3 liên kết với CT6 cũng là liên kết giáp mối theo dờng chu vi kín quanh hình

trụ,nh-ng thành CT3 dày 10 mm, thành CT6 dày 5 mm.Do đó mối hàn thực hiện là mối hàn giáp mối phải vát mép để tạo dáng chuyển tiếp, không có tấm lót và hàn từ một phía CT3 liên kết với CT4 theo dờng chu vi kín, thực hiện bằng mối hàn giáp mối cùng chiều dày ( 5 mm),mối hàn không vát mép,không tấm lót và hàn từ một phía

CT4 liên kết với CT5 theo kiểu liên kết góc, CT5 có chiều dày lớn ( 30 mm) Do đó phải vát mép CT5 để tạo sự chuyển tiếp và đạt đợc chiều sâu ngấu cần thiết.Mối hàn thựchiện là mối hàn góc, chu vi kín

CT7 liên kết với CT2 theo dờng chu vi kín, thực hiện bằng mối hàn góc cùng chiều dày( 10 mm), mối hàn không vát mép và hàn từ một phía

CT1 liên kết với CT2 theo dờng chu vi kín, thực hiện bằng mối hàn góc không cùng chiều dày.(CT1 có dạng hình trụ với chiều dày 20 mm, CT2 dạng hình trụ thành dày 10 mm), mối hàn không vát mép và hàn từ một phía

1.Tính chế độ hàn hồ quang tay cho mối hàn góc liên kết góc.

Mối hàn góc liên kết giữa CT1 và CT2 đợc thực hiện phơng pháp hàn hồ quang tay

1

2

- Đờng kính que hàn khi hàn mối hàn góc đợc tính theo công thức sau:

Chọn Uh = 25 V.

- Tốc độ hàn

Tốc độ hàn có ảnh hởng khá lớn đến chất lợng mối hàn Nếu v nhỏ thì khối lợng kim loạidắp và kim loại cơ bản nóng chảy quá lớn có thể chảy ra phía trớc hồ quang phủ lên méphàn đợc nung nóng , dễ gây râ hiện tợng không dính Ngợc lại , nếu v lớn thì năng lợng

đờng sẽ không đủ , dễ gây ra hiện tợng hàn không ngấu

Tốc độ hàn hợp lý có thể tính theo công thức :

Vh =

Vh : tốc độ hàn (cm/s)

đ: hệ số đắp (đ =711 g/A.h)

Ih: cờng độ dòng điện Ih = 140 A

: khối lợng riêng của kim loại đắp (g/cm3)

140 8

, ,

.

0,85 cm/sTính chiều sâu chảy theo công thức :

và cựchàn

Các hệ số

T(N/

mm2)

b(N/

mm2)



%

ak(N.m/

cm2)

Omm-5

Dòngxoaychiềuvà1chiều

chg/A.h

460…1,6

100…1,6120

8.595

6.575

3338

- khả năng làm việc của que của que hàn ở tất cả các vị trí trong không gian

+ Thành phân thuốc bọc của lõi que hàn

Tra bảng 10-IV (HDTKCNHNC)

- Tỷ số khối lợng của thuốc bọc đối với lõi que

= 30  35 = ktb + fêro mangan (80% Mn) = 20%

Thành phần hoá học của kim loại cơ bản

CT3

Không lớn hơn0,140,2

2

0,050.17

0.400.60

+ fêrô Silic (75% Si) 15%  [Si] = 0,75.15 = 11.2%

+ fêrô titan (25% Ti) 37%  [Ti] = 37.0,25 = 9,25%

Thành phần của lõi điện cực :

[Mn]l = 0,35 ; [Si] l= 0,03 ;[Ni] = 0,25Trờng hợp dùng que hàn này có kể đến sự hợp kim hoá mối hàn : do vậy ta dùng công thức (8-6) HDTKCNHNC

[X]đ = {kt.ktb.[X]t + k1[X]l} (8-6)

+ [Mn]đ = {0,5.0,4.1,6 + 0,7.0,35} = 0,55%

Trong đó A: hệ số kể đến sự tăng của kim loại đắp (A= 1,030 ),ktb = 0,4

+ [Si]đ = {0,35.0,4.2,25} = 0,31%

VI Xác định cơ tính của mối hàn

Để xác định tốc nguội của thép ta xác định xem thành phần các bon tơng đơng của kim loại cơ bản nh thế nào

Vng =  (1)(Khi hàn tấm có chiều dày S)

- Xác định

= (2)Trong đó : qd: năng lợng đờng qd = UIt/v= (cal/cm)

C: nhiệt dung thể tích c = 0,5(calcm3.độ)

: hệ số dẫn nhiệt = 0,06 (cal/cm.độ)

 : khối lợng riêng = 7,852 g/cm3

Tm: nhiệt độ ostenit kém ổn định Tm = 5000C

T0: nhiệt độ ban đầu của vật T0 = 00

S: chiều dày chi tiết = 20 mm = 2 cm

q’ d = k1.qd = *4640 = 3093 (cal/cm)

Thay vào công thức (1 ) ta có :

Vng = 0.6 = 8,4 (0C/s)Bây giờ ta xác định cơ tính của liên kết hàn

bh = f(b).bo ; sh = f(s).so; HBh = f(HB)HB0 ;

h = f().0 ; h = 0.43h

ở đây :

- bh ,sh , HBh , h , và h – giới hạn bền , giới hạn chảy , độ cứng ,độ thắt tơng đối và

độ dãn dài tơng đối của mối hàn

- bo ,so , HBo , o - giới hạn bền , giới hạn chảy , độ cứng và độ thắt tơng đối của kim loại cơ bản

- f(b) , f(s),f(HB), f() – các hệ số không thứ nguyên có thể xác định trên hình 45 Với Vng = 8,4 (0C/s) tra ta đợc :

F(s) = 1,4

2.Xác định chế độ hàn tự động d ới lớp thuốc

a)Xác định chế độ hàn cho mối hàn giữa chi tiết 3,chi tiết 4 và chi tiét 6

Chiều dày thành chi tiết đều là 5 mm

Chiều sâu chảy khi hàn giáp mối một phía không vát mép, không có khe hở, với chiềudày chi tiết 5 mm, đợc xác định theo công thức:

h1 = s/2 + (2 3) mm

s – là chiều dày chi tiết

h1 = 5/2 +(2 3) = (4,5 5,5) mm

b)C ờng độ dòng điện hàn.

Căn cứ vào thuốc hàn sử dụng, chọn sơ bộ đờng kính dây hàn, rồi dựa vào bảng 8

(HDTKĐA môn học CNH NC )để xác định hệ số kh, sau đó tính cờng độ dòng điện hàn theo công thức sau

Ih =

h

k

h1.100 AThay số: Với kh tra đợc 1,3 Ih = (5/1,3).100 = 384,6 A

d) Tốc độ hàn.

Vì công suất hữu ích của hồ quang q phụ thuộc chủ yếu vào cờng độ dòng hàn Ih, cho lênmuốn giữ cho hình dạng hình học của vũng hàn luôn luôn không đổi thì tích Ih.Vh phải luôn luôn nằm trong một giới hạn xác định Tức là Ih.Vh = const (không đổi).Do đó chúng ta có:

8 ) 3

(

= (20 30) m/hLấy Vh = 25 m/h

e) Điện áp hàn.

Theo công thức (6.5) chúng ta có điện áp hàn là:

Uh = 20+

5 0

3

10 50

,

d  Ih +1 ( V )

Trên hình 21.Với U = 34 (V), Ih =400A xác định đợc hệ số ngấu ψn = 2,2

f) Công suất hữu ích hồ quang hàn.

đối với thép C và hàn dới lớp thuốc A = 0,0156, qđ là năng lợng đờng

h = 0,0156

2 2 75 0

2448

, , = 0,6 cm = 6 mmchiều rộng mối hàn b = ψn h = 2,2.6 = 13,2 mm

Ih = 400 A, trên hình 22 xác định đợc α đ = 16 g/A.h Từ đó tính đợc diện tích tiết diện ngang của KL đắp

Fđ =

h

d

V γ

α

Ih =

2500 8 7

400 16

,

.

= 0,32 cm2 = 32 mm2

Chiều cao mối hàn: c =

b ,

Fd

73

2 13 73 0

32

,

Chiều cao toàn bộ mối hàn là H=5+3,2 =8,2 mm

Hệ số hình dạng mối hàn là ψmh=b/c = 13,2/3,2 = 4,1

mh

ψ < 7 Do đó phảI điều chỉnh lại chế độ hàn cho phù hợp.Ta thấy chiều cao mối hàn c

khá lớn , cần phảI giảm chiều cao c bằng cách nâng cao tốc độ hàn từ 25m/h thành 32m/

hệ số hình dạng mối hàn ψmh = b/c = 16,8/2 = 8,4.

g) Thời gian hàn một mối hàn.

Thời gian hàn một mối hàn đợc tính nh sau:

Th =

T0 thời gian hồ quang cháy T0 =L/Vh

Vh là vận tốc hàn 0,89 cm/s, m = 0,5 cho tổ choc hàn tự động ,đối với một mối hàn vòng ,chiều dàI mối hàn là L =2x3,14xR=2.3,14.36,25 =227,6 cm thì

2

0,050.17

0.400.60

b)Xác định chế độ hàn cho mối hàn giữa chi tiết 3 và chi tiét 2

Chiều dày thành chi tiết đều là 10 mm.vát mép 600,khe hở từ 1 đến 5 mm,cạnh đáy từ 1,5 đến 2,5 mm.Chế độ hàn tra theo bảng 6-2 (Vật liệu và công nghệ hàn-NXB KHKT).

đối với thép C và hàn dới lớp thuốc A = 0,0156, qđ là năng lợng đờng

h = 0,0156

2 2 75 0

2448

, , = 0,88cm = 9 mm ( Sửa căn)chiều rộng mối hàn b = ψn h = 2,4x9 = 21,6 mm

Theo kiểu liên kết hàn đã chọn,diện tích tiết diện ngang phần vát mép đợc tính:

Nh vậy với kiểu liên kết hàn đã chọn ở trên là phù hợp

Chiều cao toàn bộ mối hàn là H=9+2,96 =12 mm

Mối hàn dọc đờng sinh chi tiết 2 hàn cùng chế độ trên

Thời gian hàn một mối hàn.

Thời gian hàn một mối hàn dọc đờng sinh

Đối với một mối hàn vòng ,chiều dàI mối hàn là L =2x3,14xR=2.3,14.44,3 =278 cm thì: T0 =278/0,89 = 312(s)

c) Xác định chế độ hàn cho mối hàn góc giữa CT4 với CT5

Chiều dày thành CT5 là 30 mm,CT4 tại đó là 5 mm.Nh vậy cần tính toán sao cho CT4 ngấu hoàn toàn.Tức là chế độ hàn xác định theo CT4

Chọn sơ bộ đờng kính dây hàn d=2 mm, mật độ dòng j = 100A/mm2.(theo bảng 14) ờng độ dòng :

Ih = (d2/4) j =314 A ( Lấy I = 300 A)

Điện áp hàn : Uh = 20 + 50.10-3.Ih/d0,5 =30,6 V

Diện tích kim loại đắp:Fđ = ky k2/2 =12 mm2 Với k =4,ky =1,5

Tốc độ hàn: Vh = đ Ih/( 3600..Fđ) ( cm/s) Trong đó đ tra theo hình 22 thông số tra là d =2 mm, Ih =300 A đ =15 g/Ah

Vậy chế độ hàn đảm bảo ngấu hết thành mỏng.h =5 mm

Kiểm tra điều kiện mối hàn phẳng, lõm hay lồi.Trị số Ih và Vh đảm bảo mối hàn phẳng gọi là cờng độ dòng tới hạn

Ith = I0 + m Vh

Với I0 là dòng giả định tốc độ hàn bằng 0 I0 =350 A, m =2 Suy ra:

Ih = 350 + 2 1,3 =352,6 A > Ih

Vậy mối hàn thu đợc là mối hàn lõm

V) Chọn vật liệu hàn và tính toán thành phần hoá học mối hàn

Thuốc hàn loại AN348 sản xuất tại Việt Nam theo mác của Nga.Thành phần thuốc tra theo bảng 2-1<68> ( sách vật liệu và công nghệ hàn nóng chảy-Nguyễn Văn Thông).Mác thuốc SiO2

và cựchàn

Các hệ số

T(N/

mm2)

b(N/

mm2)



%

ak(N.m/

cm2)

3/45

Xoaychiều

chg/A.h

+Th¹ch anh (SiO2) = 9%

+ Granhit {SiO2 70% ; Al2O3 18% ; Fe2O3 5% ; Na2O + CaO 7%}

+ Huúnh th¹ch 18%

+ fªro silic (75%Ti) = 15%

Thµnh phÇn ho¸ häc cña kim lo¹i c¬ b¶n

0,170,37

0,500,80

+ fêrô mangan (80% Mn) 2%

 [Mn] = 2.0,8 = 1,6%

+ fêrô Silic (75% Si) 3%  [Si] = 0,75.3 = 2,25%

+ fêrô titan (25% Ti) 15%  [Ti] = 15.0,25 = 3,75%

Thành phần của lõi điện cực :

[Mn]l = 0,35 ; [Si] l= 0,03 ;[Ni] = 0,25Trờng hợp dùng que hàn này có kể đến sự hợp kim hoá mối hàn : do vậy ta dùng công thức (8-6) HDTKCNHNC

Trong đó : h: chiều sâu chảy

R: khoảng cách từ nguồn nhiệt hàn(hồ quang) đến đờng nhiệt nóng chảy  r = 0,0112 1740 = 0,467 (cm) = 4,7 mm

(8.14)  = = = 32/47

+ Theo công thức (8.12)

[X]mh = [X]cb +[X]đ (8.12)

Chọn đồ gá chuyên ding để thực hiện mối hàn vòng.

Gá đính mối hàn đ ờng sinh

chi tiết 2

1+-1

+) Lực ma sát lớn nhất : F =2,5 kN.

+) Tốc độ con lăn :60 1200 mm/phút

+) Đờng kính chi tiết :100 3200 mm

+) Con lăn bọc cao su:

a.)Chọn máy hàn cho hàn tự động

Chọn máy hàn theo ESAB

Ký hiệu máy : MKR 300 với các thông số kỹ thuật sau

+) Tầm với cao : 4140 mm khi sử dụng bàn trợt có thể di động cao 930 mm, : 3820 mm khi sử dụng tấm đế cao 610 mm

+) Chiều cao tổng thể tơng ứng: 5160 mm và 4820 mm

+) TảI trọng có thể mang theo : 600 kg và tốc độ dịch chuyển lên 0,7 m/phút +) Tầm với dài : 3600 mm

- Nguồn : LAH 630 Arc Power.

b.)Chọn máy hàn cho hàn hồ quang tay.

Hàn hồ quang tay dòng xoay chiều Chọn máy hàn xoay chiều 1 pha có đặc tính kỹ thuật

nh sau:

Theo phụ lục VI Trang 248 (HDTKCNHNC)

Tính toán Chi phí hàn

1.Mục đích tính toán chi phí hàn

Các yếu tố của chi phí hàn:

Cũng nh các phơng pháp sản xuất cơ khí khác , chi phí sản xuất hàn bao gồm :

+ Chi phí lao động

+ Chi phí vật t , và

+ Chi phí chung

Mục đích của tính toán chi phí hàn :

- Để dự toán phục vụ cho công tác đấu thầu về hàn

- Để đa ra các định mức cho các chơng trình khuyến khích sản xuất

- Để so sánh hàn với các phơng pháp trớc khi chế tạo

2.Tính toán chi phí vật hàn và chi phí mối hàn

Cơ sở để tính toán chi phí này là lợng kim loại đắp tạo thành liên kết hàn

Các số liệu đầu vào cần thiết cho tính toán :

+ Chi phí lao động liên quan đến thời gian cần để hoàn thành mối hàn

+ Lợng vật t cần thiết , và

+ Chi phí chung có liên quan

Thông thờng , các chi phí bổ sung nh chi phí quản lý nhà máy , chi phí quản lý và doanh

số chung của công ty đợc chia theo tỷ lệ theo số lao động trực tiếp liên quan đến chế tạo chi tiết đó

Cơ sở cho tính toán chi phí cho lao động là thời gian :

+ Thời gian cho một mối hàn , hoặc

+ Thời gian cần hàn cho một chi tiết

a

Kim loại mối hàn

Chi phí kim loại vật hàn dựa trên lợng kim loại đắp Để tính toán chi phí này , ngời ta ờng sử dụng các thiết kế tiêu chuẩn hoá liên kết hàn Cơ sở tính toán cho tiêu chuẩn này

th-là diện tích tiết diện ngang và khối lợng tính toán Các thông số phổ biến trong tính toán tiết diện ngang liên kết hàn là:

Mối hàn Góc rãnh

hàn (Deg)

Diện tích tiết diện ngang (mm 2 )

Mặt đáy (mm)

Khe đáy (mm)

Cạnh mối hàn góc (mm)

Chiều dày tấm hàn (mm) CT1xCT2

20 20 20 2 2

0 0 0 2 2

7 7 7 6 6

20 20 20 20 20

Khối lợng điện cực cần thiết : A

Khối lợng kim loại đắp đã tính toán : B

Tổng tổn thất điện cực C

A = B /(1-C)Trong đó : C (<1) Là tổn thất do loại bỏ đầu que hàn , bắn toé , xỉ hàn

Hiệu suất sử dụng điện cực % là tỷ lệ giữa khối lợng kim loại đắp (B) và khối lợng điện cực cần thiết (1- C) tra bảng với phơng pháp hàn hồ quang tay , dùng que hàn loại

879 879 942 350

0,22 0,22 0,235 0,394

0,37 0,37 0,392 0,66