Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Получаемые сваркой плавлением




 

При проектировании сварных заготовок необходимо учитывать следующие основные факторы.

1. Число сварных соединений должно быть минимальным, так как прочность соединения может быть меньше, чем прочность ос­новного металла детали. Сварные швы по возможности следует предусматривать прямолинейными и непрерывными по длине.

2. Конструкция и взаимное расположение свариваемых элемен­тов должны обеспечивать удобство доступа сварочного инструмен­та в зону сварки. Так, при приварке стенок, перегородок жела­тельно выносить сварные швы из тесного пространства между ними (рис. 4.7, 1). При приварке фланцев к стенке желательно увели­чить зазор между ними или вынести сварной шов на наружную поверхность фланца (рис. 4.7, 2). В случае контактной сварки сле­дует стремиться к тому, чтобы использовались стандартные пря­мые электроды, а не специальные. Для этого необходимо изменить конструкцию свариваемых элементов или предусмотреть техноло­гические вырезы, отверстия и др. (рис. 4.7, 3). Расположение сварного шва напротив бурта или рядом с выступающей частью заго­товки (рис. 4.6, в) затрудняет сварку и рентгеновский контроль.

3. При наличии нескольких возможных вариантов сварки сле­дует применять наиболее простые и производительные способы. Например, при приварке рычага к оси рациональнее заменить ко­льцевые швы электрозаклепкой (рис. 4.8, 1). При сварке листовых конструкций или фланцев с трубами следует заменять дуговую свар­ку контактной (рис. 4.8, 2, 3).

4. В сварной конструкции не должно быть резких (ступенча­тых) переходов по толщине металла (рис. 4.9), отклонений от сим­метричности расположения элементов по толщине; не должно быть резких переходов форм конструкции (малых радиусов закругления вырезов). В противном случае возможно разрушение конструкции в результате концентрации напряжений. Это особенно важно для конструкций, работающих в условиях знакопеременных нагрузок и вибрации. Для таких конструкций необходимо предусмотреть плавные переходы от металла шва к основному металлу.

При контактной сварке конструкция заготовки должна обеспе­чить необходимую по величине контактную поверхность деталей.

При стыковой сварке следует стремиться к тому, чтобы сваривае­мые детали вблизи стыка имели одинаковые или близкие по форме и размерам сечения.

Рис. 4.7. Обеспечение удобства доступа сварочного инструмента в зону сварки:

а – нетехнологично; б – технологично

Рис. 4.8. Примеры выбора способа сварки:

а – нетехнологично; б – технологично

Рис. 4.9. Сварка исходных заготовок различной толщины:

а – при S/S1 <3; б – при S/S1 >3, при этом l >5(SS1); l' >3(S – S1)

 

5. Разделка кромок должна обеспечивать проварку шва по всей толщине. В то же время следует избегать трудоемкой разделки кро­мок. Вместо этого желательно образовывать сварочную ванну пу­тем правильного размещения свариваемых деталей (рис. 4.10).

6. С целью обеспечения точного положения соединяемых элементов необходимо предусматри­вать их взаимную фиксацию (рис. 4.11, а). Если свариваемые дета­ли имеют точные или обработан­ные поверхности, то их следует располагать подальше от зоны сварки, чтобы на них не попада­ли брызги металла или не оказы­вала теплового воздействия сва­рочная дуга (рис. 4.11, б).

Рис. 4.10. Обеспечение провара сварного шва: а – нетехнологично; б, в – технологично   Рис. 4.11. Фиксация положения деталей> при сварке

7. Для снижения концентра­ции сварочных напряжений не­обходимо избегать пересечения сварных швов в одном узле и сво­дить к минимуму количество на­плавляемого металла (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Примеры конструкции сварных узлов

а – нетехнологично; б – технологично

 

8. Габариты сварных заготовок должны соответствовать возмож­ности их обработки в термических печах. Если термическая обра­ботка не дает должного эффекта, невозможна или экономически не­выгодна, равнопрочность сварных соединений может быть достиг­нута за счет утолщения кромки элементов конструкции на ширине не менее зоны термического влияния.

Важной задачей является правильный выбор способа сварки в соответствии с назначением, формой и размерами конструкций. Назначение способа сварки в значительной степени определяется свариваемостью, особенно при соединении разнородных материа­лов, конструктивным оформлением сварных соединений, степенью их ответственности и производительностью процесса. Необходимо также учитывать тип соединений, присадочный материал, приемы и обеспечение удобства выполнения сборочно-сварочных соедине­ний. Эти условия предопределяют механические свойства соедине­ний и допускаемые напряжения, необходимые для прочностных рас­четов конструкций. Так, для сварки длинных швов встык более технологично применение дуговой автоматической сварки. Толсто­стенные элементы соединяют электрошлаковой сваркой. Для свар­ки внахлест тонколистовых материалов рационально применение контактной сварки. Некоторые виды свариваемых материалов (алю­миниевые и титановые сплавы, нержавеющие стали и т. п.) требу­ют надежной защиты зоны сварки от окисления, т. е. применения аргонно-дуговой, электронно-лучевой и диффузионной сварки. Не­обходимо также учитывать возможности механизации и автомати­зации процесса выбранного способа сварки.

Рациональная технология сварки должна обеспечить минималь­ный уровень сварочных напряжений и как следствие – сварочных деформаций. Это достигается за счет различных технологических приемов. В частности, сварка при повышенных плотности тока и скорости сварки дает меньшие деформации. Предварительный по­догрев, уменьшая разность температур между основным и рас­плавленным металлами, ведет к снижению остаточных напряже­ний.

Уменьшение размеров сварного шва, переход от односторонней разделки кромок к двухсторонней повышают технологичность кон­струкции, так как снижаются сварочные деформации.

Наименьшие деформации после сварки будут иметь конструк­ции, соединения в элементах которых располагаются так, что сум­ма статических моментов объема металла швов относительно цент­ра тяжести сечения элемента равна нулю или близка к нему. По­этому рекомендуется располагать швы в элементах симметрично (рис. 4.6, е). Для уменьшения остаточных напряжений следует избегать в изделии пересекающихся швов, а также их скопления. Для уравновешивания деформаций следует применять рациональную последовательность наложения сварных швов: при многопро­ходной сварке толстых деталей рекомендуется последовательно переходить с одной на другую сторону сечения (рис. 4.13, а); длин­ные прямолинейные швы рекомендуется разбивать на участки, свар­ка которых ведется в противоположных направлениях (рис. 4.13, б); при сварке пространственных конструкций необходим переход с одного элемента на другой (рис. 4.13, в). При соединении оболочек кольцевыми швами необходимо продольные швы располагать не по одной линии, а смещать их относительно друг друга (рис. 4.6, г). При этом удается снизить концентрацию напряжений и повысить работоспособность изделия.

Хорошие результаты дает предварительный изгиб свариваемых деталей в сторону, противоположную сварочной деформации (рис. 4.14). Сварку сложных деталей нежесткой конструкции произво­дят в специальных приспособлениях (кондукторах). Жесткое за­крепление во время сварки и охлаждения препятствует коробле­нию деталей тогда, когда из-за высоких температур их материал обладает повышенной пластичностью. По окончании сварки при тех же остаточных напряжениях больших деформаций не возни­кает.

Рис. 4.13. Рациональная последовательность (1, ..., 5) наложения сварных швов: а – при многопроходной сварке в пределах поперечного сечения; б – при сварке длинных швов; в – при сварке пространственных конструкций Рис . 4.14. Сварка деталей без предварительного изгиба (а) и с предварительным изгибом (б) в зоне сварки

 

При выполнении стыковых соединений из алюминиевых сплавов необходимо предусмотреть возможность удаления оксидных пленок из стыка в проплав, применяя сварочные подкладки с профилиро­ванными канавками или специальным оформлением конструкции соединения (рис. 4.6, д). Оксидные включения, остающиеся в швах, служат причиной зарождения трещин и нарушения герметичности.

Механическую обработку сварных заготовок следует, как пра­вило, производить после отпуска, так как удаление части сечения вызывает перераспределение остаточных напряжений и искажение ранее обработанных поверхностей. Однако эти искажения зависят от жесткости обрабатываемой детали и размера снимаемого слоя и могут быть невелики. Поэтому часто сварные изделия обрабаты­вают без предварительной термообработки.

Термическая обработка сварных заготовок

Термическая обработка сварных заготовок производится с це­лью улучшения свойств металла шва и околошовной зоны и для снятия сварочных напряжений. Режим термообработки определя­ется химическим составом, теплофизическими и механическими свойствами материала. Термообработка способствует обеспечению точности последующей механической обработки заготовки, а так­же стабильности размеров и формы сварного изделия в процессе эксплуатации.

Наиболее полное снятие напряжений производится с помощью общего высокого отпускаю термических печах. Заготовку нагрева­ют до 600–650 °С и выдерживают в течение времени, которое опре­деляют из расчета 2–3 мин на 1 мм толщины металла. Положение заготовки в печи должно предотвратить ее деформацию за счет провисания под собственной тяжестью. Охлаждение после отпуска производится медленно, чтобы в металле снова не возникли напря­жения. Заготовки из среднеуглеродистых сталей часто охлаждают до температуры 300 °С с печью, а затем – на воздухе. Для сталей, склонных к охрупчиванию при температуре 600–620°С, темпера­тура отпуска снижается до 550–560 °С.

Местный высокий отпуск применяется для крупных деталей в местах, где непосредственно производилась сварка, с целью сни­жения уровня сварочных напряжений и повышения пластичности металла. Нагрев в этом случае производится с помощью перенос­ных индукционных термических печей или газовых горелок. Нагрев может также осуществляться наложением дополнительного слоя металла с применением соответствующего режима сварки. Местный отпуск производят в кондукторах сразу же после сварки. При этом следует отметить, что неравномерный местный нагрев может вы­звать свои нежелательные остаточные напряжения.

Термопластичный отпуск – это нагрев смежных зон основного металла, параллельных шву. Пластическая деформация при нагре­ве снимает остаточные напряжения сжатия в околошовной зоне. Этот метод требует тщательной регулировки источника нагрева и определенной скорости перемещения его вдоль шва.

Необходимо помнить, что высокий отпуск – более дорогая опе­рация, значительно увеличивающая стоимость изготовления заго­товки, и ее следует применять в действительно обоснованных слу­чаях, например, когда заготовка подвергается в дальнейшем меха­нической обработке с целью получения точных присоединительных размеров и т.п.

Сварные и комбинированные заготовки

Сварные заготовки. Многие сварные заготовки изготавливают из листового проката, фасонных и гнутых профилей, что обеспечи­вает возможность получения легких изделий повышенной жест­кости и устойчивости. К таким заготовкам относятся рамы, стани­ны, барабаны, корпуса редукторов, зубчатые колеса (рис. 4.15), штанги, тяги (рис. 4.16), подшипниковые опоры разных систем (рис. 4.17) и т. п. Все они выполнены из листового проката с уси­лением корпусов приваркой ребер жесткости.

 

Рис. 4.15. Сварное зубчатое колесо Рис. 4.16. Сварные тяги
Рис. 4.17. Сварные подшипниковые опоры

В ряде случаев применение сварки дает существенный экономи­ческий эффект и снижает трудоемкость механической обработки заготовки.

Комбинированные заго­товки. В современном маши­ностроении тенденции в изготовлении крупных заготовок ведут к замене литых заготовок комбинированными, которые получают сочетанием ковки и литья со сваркой. Это позволяет подойти дифференцированно к различ­ным частям детали, в частности, использовать в одной конструкции разнородные материалы, наиболее соответствующие условиям ра­боты различных элементов, уменьшить массу и металлоемкость конструкций. Комбинированные заготовки обладают большей тех­нологичностью. Их внедрение снижает сроки освоения производ­ства, сокращает расходы на литейную и штамповочную оснастку.

Сварно-литые заготовки изготавливают при производстве ста­нин прессов, прокатных станов, станков, корпусов редукторов, кар­теров тепловозных двигателей, толстостенных сосудов, различных деталей вагонов и т. п. Расчленение крупногабаритных цельноли­тых заготовок позволяет использовать более точные способы литья (в кокиль, под давлением), применение которых резко снижает объем механической обработки. При наличии в детали стенок тол­щиной свыше 30 мм, сопрягаемых со стенками малых сечений и с частями, имеющими, сложный профиль, применяют сварно-литую заготовку. При сочетании стенок постоянного сечения толщиной до 30 мм со сложными фасонными профилями переменного сечения применяют сварно-листо-литые заготовки.

При конструировании сварно-литых заготовок прибыли на отливке располагают вдали от кромок, подлежащих сварке. Повы­шенное содержание серы и углерода в местах расположения при­былей приводит к появлению дефектов в сварных швах и в при­легающих к ним зонах металла отливки. При конструировании сварно-литых заготовок, образующих жесткий контур, следует пре­дусматривать соединение отдельного элемента с остальной частью конструкции не более чем двумя сварными швами. В случае большего числа стыков осуществить сварку намного сложней, а иногда невозможно. При конструировании крупногабаритных сварно-литых заготовок стремятся к тому, чтобы габаритные размеры мел­ких отливок обеспечивали возможность машинной формовки, а длина отдельных частей во избежание коробления не превышала 4–5 м. В сварно-литых заготовках с нечетным числом отверстий разъем размещают в плоскости, поперечной к оси среднего отвер­стия, что существенно упрощает сварку.

В зависимости от размеров поперечного сечения, типа сварного шва и материала сварку элементов заготовки производят различ­ными видами дуговой, контактной или электрошлаковой сварки.

Штампо-сварные заготовки (рамы, кожухи, ободы, шкивы, ем­кости и др.) изготавливают обычно из листового материала. Они позволяют заменить литые или штампованные заготовки, требую­щие в дальнейшем довольно дорогой механической обработки. Кон­струкция штампо-сварной заготовки должна одновременно отве­чать условиям технологичности и листовой штамповки, сварки.

Штампо-сварные заготовки имеют ряд преимуществ: высокая производительность изготовления; сокращение расхода материала и снижение массы конструкции; простота получения заготовок со сложными конструктивными формами; сравнительно низкая себе­стоимость изготовления заготовок. Штампо-сварные заголовки сва­ривают в основном контактными способами сварки.

Сварно-ковано-литые заготовки изготавливают сочетанием ли­тых элементов с поковками или заготовками из проката соединяе­мых затем сваркой. Такие конструкции часто применяются тяже­лом и энергетическом машиностроении: роторы турбин, массивные валы; крупные зубчатые колеса, рамы и т. п. По сравнению с литыми (или коваными) сварно-ковано-литые заготовки имеют сле­дующие преимущества: значительное снижение массы заготовки; упрощение литейной и штамповочной технологии изготовления со­ответствующих элементов заготовки; повышение качества и точ­ности изготовления отдельных элементов заготовки; сокращение производственного цикла.

Соединение элементов сварно-ковано-литых заготовок произво­дится в основном электрошлаковой или контактной стыковой свар­кой и реже – дуговыми способами сварки.

Преимущества комбинированных сварных конструкций, в кото­рых использованы одновременно заготовки, полученные различны­ми способами (отливки, поковки, листовой и сортовой прокат), прежде всего проявляются при изготовлении тонкостенных протя­женных деталей.

Эффективным направлением является использование в различ­ных частях сварных конструкций разнородных материалов, наи­более полно отвечающих требованиям эксплуатации, применение двухслойного проката со специальными свойствами облицовочного слоя и других сочетаний.

Технико-экономическое сравнение вариантов изготовления це­льных литых или штампованных заготовок, с одной стороны, и сварно-литых или сварно-штампованных заготовок, с другой, про­изводится по уменьшению (или увеличению) массы заготовки; за­тратам на изготовление модельной оснастки, штампов и других приспособлений; времени цикла подготовки и освоения производ­ства; себестоимости изготовления заготовки.

При оценке различных вариантов изготовления заготовки в каж­дом конкретном случае следует учитывать особенности данной кон­струкции, технологические свойства материала, тип производства, требуемую точность изготовления и другие факторы. В качестве примера рассмотрим три варианта изготовления заготовки шес­терни большого размера (рис. 4.18). Первый вариант заготовки (рис. 4.18, а) изготовлен из кова­ного обода, диска из листовой стали и катаной ступицы. Он выго­ден тогда, когда серия изготавливаемых заготовок не велика, т. е. в единичном производстве. Изготавливать в этом случае литейную оснастку долго и дорого. Сварно-литой вариант (рис. 4.18, б) выго­ден тогда, когда отформовать и отлить всю шестерню сразу не представляется возможным из-за отсутствия соответствующего оборудования. Размеры литой ступицы существенно меньше. Кро­ме того, применение катаного обода дает более высокое качество и износостойкость поверхности зубьев. Второй вариант можно при­менить в серийном производстве. Третий вариант (рис. 6.22, в) – полностью литая заготовка – рационален только в крупносерий­ном производстве, когда на предприятии имеются возможности для изготовления соответствующих модельной оснастки и форм.

1 – обод кованый; 2 – ребро на листовой стали; 3 – ступица из проката; 4 – обод катаный; 5 – ступица литая

Рис. 4.18. Конструктивные варианты заготовки шестерни:

а – сварно-штампованный; б – сварно-литой; в – литой

 

При технико-экономическом сопоставлении возможных вариан­тов изготовления цельных (литых, кованых, штампованных) и ком­бинированных (сварных) заготовок следует определять число «кри­тической» серийности N, показывающее, при каком максимальном количестве деталей наиболее экономичен сварной вариант

N = M/(S – О),

где S – стоимость одной комбинированной заготовки; О – стои­мость одной цельной заготовки; М – стоимость одного модельного комплекта, штампов и других приспособлений, необходимых для изготовления цельной детали.







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 1389. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.007 сек.) русская версия | украинская версия