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

Классификация сварных конструкций




Лекция 4.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОСТВО СВАРНЫХ ЗАГОТОВОК.

ЗАГОТОВКИ, ПОЛУЧАЕМЫЕ МЕТОДАМИ ПОРОШКОВОЙ

МЕТАЛЛУРГИИ. ЗАГОТОВКИ ИЗ ПЛАСТМАСС

 

1. Классификация сварных конструкций

2. Технологические особенности изготовления заготовок сваркой

3. Проектирование сварных заготовок

4. Технологичность сварных и комбинированных заготовок

5. Заготовки, получаемые методами порошковой металлургии

6. Заготовки их пластмасс

Классификация сварных конструкций

Сварные заготовки состоят из отдельных частей, выполненных с применением различных технологических процессов и из различ­ных материалов. Заготовки целесообразно расчленять на состав­ные части с последующей их сваркой, если изготовление их цель­ными связано с большими производственными трудностями (от­сутствие оборудования, усложнение механической обработки, боль­шой процент брака) или особо тяжелыми условиями работы отдельных частей готовой детали, требующих применение дорогих и дефицитных материалов.

В связи с уменьшением толщины стенок и упрощением конст­рукции сварные заготовки дают экономию металла до 30–60 % по сравнению с литыми. Кроме того, капитальные затраты литейных цехов значительно превосходят затраты на сварочное оборудова­ние. Так, удельные капитальные вложения на 1 т сварных заготовок примерно в три раза меньше, чем на 1 т стального литья. Упроще­ние технологии изготовления сварных конструкций по сравнению с литьем, ковкой или штамповкой ведет к сокращению сроков освое­ния производства, снижению трудоемкости и себестоимости изго­товления заготовок.

Сварные конструкции классифицируют по методу получения ис­ходных заготовок (листовые, лито-сварные, ковано-сварные, штам­по-сварные), по целевому назначению (вагонные, судовые, авиаци­онные и т. д.), по толщине свариваемых элементов (тонкостенные и толстостенные) или по применяемым материалам (стальные, алюминиевые, титановые и др.). В зависимости от характерных особенностей работы выделяют следующие типы сварных элемен­тов и конструкций: балки, колонны, оболочковые конструкции, кор­пусные транспортные конструкции и детали машин и приборов.

Балки и колонны – это конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб или сжатие. Они состоят в основ­ном из листовых элементов, свариваемых, как правило, автомати­ческой сваркой под флюсом. Обработке резанием после сварки они практически не подвергаются.

Оболочковые конструкции представляют собой емкости, сосу­ды, трубы, к которым предъявляются требование герметичности при избыточном давлении. Крупные емкости: резервуары для хра­нения нефтепродуктов, газгольдеры, корпусы печей и т. п. – соби­раются на месте монтажа из листовых полотнищ или секций. Свар­ка ведется, как правило, встык под флюсом сварочными тракто­рами.

К корпусным транспортным конструкциям относятся корпуса судов, вагонов, кузова автомобилей. Они представляют собой про­странственную конструкцию из плоских или изогнутых листовых элементов. Корпуса вагонов и судов имеют решетчатую основу, к которой крепится листовая обшивка. Для этой группы деталей в широких масштабах применяются автоматическая дуговая и кон­тактная сварки. Большое число пересекающихся элементов услож­няет технологию сварки. Возникающие сварочные напряжения тех­нологически не снимаются.

Детали машин и приборов имеют разнообразные формы и раз­меры. Это могут быть станины, валы и колеса, корпуса приборов, тяги, шатуны и т. п. Элементы сварных заготовок деталей машин изготавливаются из разнообразных материалов при толщине от де­сятых долей миллиметра до 100 мм и более. Поэтому в различных случаях применяют разные способы сварки. Практически все свар­ные заготовки перед окончательной механической обработкой про­ходят термообработку для снятия остаточных напряжений.

 

2. Технологические особенности изготовления заготовок сваркой

Высокая эффективность современных процессов сварки, обеспечивающая их конкурентоспособность при изготовлении комбини­рованных (штампо-сварных и сварно-литых) и сварных из проката заготовок, является действенным средством снижения металло­емкости машиностроительных конструкций.

Дуговая сварка (ручная, полуавтоматическая и автоматическая) является наиболее распространенным способом сварки. Ручная сварка применяется для сварки швов небольшого размера; за один проход без предварительной разделки кромок она позволяет сва­ривать детали толщиной 4–8 мм. Автоматическая сварка может вестись одним или несколькими электродами под слоем флюса, в среде защитных газов (аргона, гелия, углекислого газа) или самозащитной проволокой. При этом резко повышается толщина сва­риваемых деталей (до 15 мм без разделки кромок) и производи­тельность сварки (в 6–8 раз по сравнению с ручной сваркой). Свар­ка в углекислом газе углеродистых и низколегированных сталей характеризуется стабильностью режима сварки, хорошим форми­рованием сварного шва, высоким качеством соединения. Произво­дительность полуавтоматической сварки примерно в 2–4 раза вы­ше, чем ручной.

Контактная сварка (стыковая, точечная, шовная) отличается высокой производительностью и экономичностью. Ею хорошо сва­риваются углеродистые, низколегированные и некоторые коррози­онно-стойкие стали, а также алюминий, титан и их сплавы.

При стыковой сварке заготовки свариваются по всей поверх­ности их касания. Можно сваривать стальные стержни, рельсы, прутки, трубы, прокат сечением до 10 000 мм2, а также прутки, трубы, прокат, штамповки из цветных металлов сечением до 4 000 мм2. Точечной сваркой соединяют листовые заготовки вна­хлест в отдельных местах (точками). Точечной сваркой сваривают заготовки (листы, прутки, швеллеры, уголки и т. п.) одинаковой или разной толщины от сотых долей миллиметра до 30 мм. Шов­ной сваркой сваривают внахлест листовые заготовки непрерывным плотнопрочным швом (кузов автомобиля, герметичные емкости и т. п.).

Сварка трением взамен контактной в 2–4 раза уменьшает при­пуски и в 1,5–2 раза брак. При применении сварки трением по­лучают существенную экономию материалов. Так, гладкие и резь­бовые калибры (пробки) ранее изготавливались из дорогой стали ШХ15 методом ковки в несколько переходов (рис. 4.1, а). После внедрения сварки трением хвостовик из стали 45 приваривается к рабочей части из стали ШХ15 (рис. 4.1, б). Валики центров точи­лись из прутка (рис. 4.2, а). Внедрение сварки трением (рис. 4.2, б) увеличило число операций: отрезка двух прутков и сварка, но за­то в общем сократило затраты рабочего времени и значительно уменьшило расход инструментальной стали. Изготовление штампо­сварных заготовок клапанов двигателей внутреннего сгорания по­зволило резко сократить расход жаропрочной стали и упростить горячую штамповку (рис. 4.3).

 

Рис. 4.1. Изготовление калибров по старой технологии (а) и с применением сварки трением (б) Рис. 4.2. Изготовление валиков вра- щающихся центров по старой технологии (а) и с применением сварки рением (б)

 

Рис. 4.3. Изготовление клапанов по старой технологии (а) и с применением сварки трением (б)

 

Электрошлаковая сварка при производстве толстостенных (до 1 м и более) сварных конструкций в тяжелом машиностроении обеспечивает высокую экономическую эффективность: съем про­дукции с 1 м2 производственной площади увеличивается в 2 раза, цикл производства уменьшается в 1,5...2 раза, экономится металл, снижается расход электроэнергии в 1.5...2 раза, а флюса – в 20... 40 раз, отпадает необходимость в предварительной разделке кро­мок, снижается себестоимость.

Электронно-лучевая сварка позволяет получать сварные соеди­нения из окончательно обработанных деталей без их существенных деформаций (например, блоки зубчатых колес взамен крупных по­ковок). Электронно-лучевая сварка гарантирует высокое качество сварного соединения деталей из тугоплавких металлов, жаропроч­ных, жаростойких и других материалов со скоростью, не уступаю­щей дуговой сварке.

Диффузионная сварка позволяет соединять разнородные мате­риалы, в том числе тугоплавкие металлы и неметаллические ма­териалы с металлами, сваривать детали разной толщины; обеспе­чивать равнопрочность основного металла и сварного соединения. В процессе сварки исключается неблагоприятное влияние метал­лургических и ряда термических факторов. Диффузионная сварка применяется при изготовлении резцов, угольников, магнитов, микрометров с пяткой из твердых сплавов, дисков газовых турбин.

При производстве заготовок ограниченно применяют также га­зовую, плазменную, ультразвуковую, лазерную и другие сварки. В изделиях сложной геометрической формы (телескопические сое­динения трубчатых элементов, сотовые конструкции и т.п.), при изготовлении которых наложение сварных швов оказалось бы за­труднительным, целесообразно применять пайку.

Многообразие способов сварки и пайки, а также конструктив­ных и производственно-технологических факторов, влияющих на возможность их применения, требует тщательного технико-эконо­мического обоснования выбора способа сварки.

 

3. Проектирование сварных заготовок

Методика проектирования сварных заготовок

Проектирование сварных заготовок производится с учетом обес­печения прочности (в частности, усталостной прочности, сопротив­ления хрупкому разрушению) и технологичности свар­ного соединения. На стадии проектирования необходимо также продумать последовательность сборочно-сварочных операций, оце­нить ожидаемые сварочные деформации (коробление) и точность размеров и конфигурации сварной заготовки после механической обработки.

Таким образом, на первом этапе на основании чертежа готовой детали производится общий анализ ее конструкции, материала, тех­нологичности и оценивается возможность получения заготовки сваркой. После этого выбирают оптимальный в данном случае спо­соб сварки.

Выбор способа сварки определяется конструкцией детали в зо­не сварки, ее габаритами, степенью ответственности сварного со­единения и технологическими возможностями процесса сварки. Одновременно со способом выбора сварки обычно назнача­ют тип сварного соединения.

Затем производится разбивка заготовки на свариваемые части. Выбор места деления заготовки производится с учетом двух точек зрения. С одной стороны, в результате деления должны образовы­ваться элементы (исходные заготовки), технологичные для изго­товления литьем или обработкой давлением. С другой стороны, зо­на сварки должна быть удобной для выбранного способа сварки, доступной для сварочного инструмента, присадочных материалов и обеспечивать провар сварного соединения на всю глубину. Осо­бое внимание при выборе места сварки следует уделить расположению сварных швов вне зоны действия значительных внешних на­грузок.

Зная конструктивные размеры зоны сварки и способ сварки, по соответствующим стандартам назначают тип сварного шва.

Проектирование свариваемых частей производится на следую­щем этапе. Если исходной заготовкой является отливка или поков­ка, то ее проектирование производится в соответствии с указания­ми, относящимися к данным заготовкам. Если исходная заготовка – прокат, то проектирование сводится к выбору его оптимальных размеров и определению разделки кромок в соответствии с выбранным типом сварного шва. В случае необходимости на исходных заготовках предусматриваются сборочные и фиксирующие элементы, а также припуски для механической обработки после сварки.

Ввиду жесткой связи между прочностью сварной конструкции, формой сварного соединения и технологией сварки разработка кон­струкции заготовки должна вестись одновременно с проработкой технологии ее изготовления.

Оформление чертежа сварной заготовки выполняется в соот­ветствии с принятыми правилами. На чертеже заготовку представ­ляют в таком виде, в каком она должна быть после сварки (рис. 4.4). Чертеж должен содержать: изображение заготовки с проекциями, сечениями и разрезами в количествах, необходимых для полного понимания устройства; габаритные, установочные и присоединительные размеры; номера позиций составных частей; данные о материале заготовки и т. д. Все сварные швы должны иметь условные обозначения в соответствии с требованиями ГОСТ 2.312–72.

Рис. 4.4. Пример оформления чертежа сварной заготовки

 

В технических условиях чертежа указываются требования к ка­честву материала или сведения о его заменителе; сварочные мате­риалы (если это необходимо); контрольные операции. Дополните­льно могут указываться допустимые дефекты, основания для бра­ковки, способы исправления брака, специальные испытания сварных соединений.

Пример проектирования сварной заготовки

Необходимо спроектировать сварную заготовку для детали, пред­ставленной на рис. 2.11. Материал детали – сталь 40Х, масса – 10,1 кг, годовая программа выпуска – 5 000 шт.

Для повышения технологичности изготовления составных час­тей сварной заготовки желательно изготавливать отдельно фланец и хвостик. Ввиду достаточно большого размера программы выпус­ка и кольцевой формы сварного шва оптимальным способом свар­ки в данном случае может служить механизированная дуговая сварка.

Для дуговой сварки наиболее технологично стыковое сварное соединение, поэтому линию раздела проводим на расстоянии 12 мм от торца Ø 135 мм. Поскольку наружный диаметр в зоне сварки менее 80 мм, применение сварки под флюсом невозможно. С уче­том технологических соображений выбираем полуавтоматическую аргонно-дуговую сварку сварочной проволокой Св-18ХМА. По ГОСТ 14771-76 выбираем тип сварного шва (СВ), обеспечиваю­щий полный провар сварного соединения при односторонней мно­гопроходной сварке.

Левая часть заготовки (фланец) проектируется как поковка, получаемая на КГШП. Правая часть заготовки (хвостик) представляет собой трубу 76х18 (ГОСТ 8732-78) длиной 148 мм. На торце трубы выполняется разделка кромок в соответствии с размерами шва С8 по ГОСТ 14771-76. Зная конфигурацию и размеры исходных частей заготовки, оформляем ее чертеж (рис. 4.5). Расчетная масса заготовки – 12,4 кг.

 

 

Рис. 4.5. Чертеж сварной заготовки детали (см. рис. 2.11)

 

4. Технологичность сварных и комбинированных заготовок

Свариваемость металлов

Совокупность технологических характеристик основного метал­ла, обеспечивающая возможность при принятом технологическом процессе создавать надежное в эксплуатации и экономичное свар­ное соединение, называют свариваемостью. Свариваемость не яв­ляется неотъемлемым свойством металла, т. к. определяется также способом и режимом сварки. Практически под хорошей сваривае­мостью понимается возможность при обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное с основным металлом, без тре­щин и без снижения пластичности в околошовной зоне.

Установить общие критерии свариваемости для всех металлов и сплавов невозможно. В настоящее время классифицируются по свариваемости только стали. В зависимости от содержания углеро­да и легирующих элементов стали делятся на хорошо, удовлетво­рительно, ограниченно и плохо сваривающиеся.

Хорошо сваривающиеся стали (Ст3, 10, 15НМ, 12Х18Н9Т) без труда образуют сварные соединения по обычной технологии. Для сварки удовлетворительно сваривающихся сталей (БСт5, 30, 35, 15ХСНД, 12Х14А) необходим предварительный подогрев и после­дующая термообработка. Ограниченно сваривающиеся стали (Ст6, БСт6, 40, 50, 30ХГСА, 5ХНМ) в обычных условиях сварки склонны к образованию трещин. Перед сваркой их чаще всего подвергают термообработке и подогревают. Для большинства сталей необходи­ма также термообработка после сварки. Сварку плохо свариваю­щихся сталей (60Г, 50ХГА, 85, У8, У10А, Р18, Х12, 3Х2В8Ф) вы­полняют с обязательной термообработкой, подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

Обеспечение технологичности сварных и комбинированных заготовок

Технологичность обеспечивается выбором материала заготовки, типа сварного соединения, конструкции свариваемых элементов, вида сварки и технологии сварки.

При выборе материала заготовки следует учитывать не только его эксплуатационные свойства, но и его свариваемость. Сварка материала не должна ухудшить работу сварной конструкции в ре­альных условиях эксплуатации. Например, если конструкция ра­ботает при низких температурах, то материал заготовки должен обеспечить после сварки металлу сварного шва и околошовной зо­ны порог хладноломкости ниже предполагаемой температуры эксплуатации сварного изделия. Если стремления выбрать материал с наилучшими эксплуатационными характеристиками и хорошей свариваемостью вступают в противоречие, то следует выбрать комп­ромиссный вариант с возможно меньшей стоимостью материала. Необходимо также помнить, что термообработка до или после свар­ки и нагрев перед сваркой могут существенно улучшить сваривае­мость материалов.

Типы сварных соединений, подготовка свариваемых частей к сварке (разделка кромок) зависят от способа сварки, толщины де­талей и других факторов. Наиболее просты и технологичны при способах сварки плавлением стыковые швы (рис. 4.6, а). Если толщина деталей велика, применяют двухстороннюю сварку. Тав­ровые и угловые соединения характерны для изготовления прост­ранственных конструкций. Если габариты позволяют поворачивать конструкцию в удобное для сварки (нижнее) положение, такие швы также достаточно технологичны для способов сварки плав­лением.

Нахлесточные соединения чаще всего применяют для сварки листовых заготовок. Наиболее технологично сваривать их контактной сваркой. Нахлесточные соединения, выполненные сваркой плав­лением (рис. 4.6, б), по сравнению со стыковыми соединениями ме­нее прочны и менее экономичны.

Выбор конструкции свариваемых элементов производится, ис­ходя из толщины этих элементов, их взаимного расположения, сво­бодного доступа к лицевой и корневой частям шва, стремления свес­ти к минимуму длину сварных швов.

 

Рис. 4.6. Технологичные (а, в, г, д, е) и нетехнологичные (б) конструкции,







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 1434. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия