Технологические особенности изготовления сварных конструкций

Технологические особенности изготовления сварных и паяных заготовок

В тех случаях, когда производство цельных заготовок связано с большими технологическими трудностями, целесообразно изготовлять их сварными. Сварные изделия состоят из отдельных заготовок, полученных с применением методов, которые рассмотрены ранее.

Упрощение изготовления сварных конструкций по сравнению с отливками и поковками ведет к сокращению сроков освоения производства, снижению трудоемкости и себестоимости производства заготовок. Замена литых заготовок сварными в целях уменьшения толщины стенок и упрощения конструкции изделий дает экономию металла до 30. 60 %. Кроме того, удельные капитальные вложения на 1 т сварных заготовок примерно в 3 раза меньше, чем на 1 т стального литья.

Сварные конструкции классифицируют:

• по целевому назначению (авиационные, автомобильные и др.);

• по методу получения исходных заготовок (листосварные, штампосварные и др.);

• по толщине свариваемых элементов (тонкостенные или толстостенные);

• по применяемым материалам (стальные, алюминиевые, титановые и др.).

В зависимости от характерных особенностей работы конструкций выделяют следующие типы сварных изделий: балки, колонны, оболочковые и корпусные конструкции, станины, валы, колеса и т. п.

Элементы сварных заготовок изготовляют из различных материалов при толщине от десятых долей миллиметра до 1000 мм и более. Практически все сварные изделия в процессе их изготовления подвергаются термической обработке перед окончательной механической обработкой резанием для снятия остаточных напряжений. В зависимости от используемой энергии для образования сварного соединения все виды сварки подразделяют на три класса:

— термический — виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электро-шлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.);

— термомеханический — виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, кузнечная, диффузионная, газопрессовая и др.);

— механический — виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии (трением, взрывом, холодная, ультразвуковая и др.).

Дуговая сварка (ручная, полуавтоматическая и автоматическая) является наиболее распространенным технологическим процессом. Ручную сварку применяют для получения швов небольшого размера за один проход без предварительной разделки кромок. Ручной сваркой соединяют заготовки толщиной 4. 8 мм. Автоматическую сварку можно выполнять одним или несколькими электродами под слоем флюса, в среде защитных газов (аргона, гелия, углекислого газа). При сварке под флюсом толщина свариваемых элементов может достигать 20 мм без разделки кромок: производительность сварки возрастает в 6—8 раз по сравнению с ручной. Производительность полуавтоматической сварки в углекислом газе примерно в 2—4 раза выше, чем ручной.

Электрошлаковая сварка при производстве толстостенных (s > 50 мм) сварных конструкций в тяжелом машиностроении обеспечивает высокую экономическую эффективность за счет снижения потребления электроэнергии в 1,5—2 раза и флюса — в 20—40 раз по сравнению с автоматической дуговой сваркой под флюсом. Кроме того, при этом виде сварки не требуется предварительная разделка кромок.

Электронно-лучевая сварка позволяет получать сварные соединения без существенных деформаций и с низким уровнем сварочных напряжений. Кроме того, проведение процесса в вакууме обеспечивает получение зеркально чистой поверхности шва и дегазацию расплавленного металла. С помощью этого вида сварки изготовляют изделия из тугоплавких химически активных металлов и их сплавов, а также из алюминиевых сплавов и высоколегированных сталей.

Контактная сварка характеризуется кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и с последующей осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этого процесса — пластическое деформирование, в ходе которого формируется сварное соединение. Контактная сварка (стыковая, точечная, шовная, конденсаторная) отличается высокой производительностью и экономичностью. Этот вид сварки применяют для соединения заготовок из углеродистых, низколегированных и коррозионо-стойких сталей, а также из алюминия, титана и их сплавов. При стыковой сварке можно соединять стальные стержни, рельсы, трубы и другие профили сечением до 10000 мм2, а заготовки из цветных сплавов — сечением до 4000 мм2. Точечной сваркой соединяют заготовки (листы, швеллеры, уголки и т. п.) одинаковой или разной толщины от сотых долей миллиметра до 30 мм. Шовной сваркой соединяют внахлестку листовые заготовки непрерывным швом при изготовлении герметичных емкостей, кузовов автомобилей и т. п.

Сварка трением происходит в твердом состоянии материала при воздействии теплоты, возникающей при трении соединяемых поверхностей. Трение в зоне сварки осуществляется вращением или возвратно-поступательным перемещением сжатых заготовок. При этом виде сварки по сравнению с контактной стыковой снижаются затраты энергии в 5-10 раз. Сваркой трением соединяют однородные и разнородные металлы и сплавы с различными свойствами, например медь со сталью, алюминий с титаном и др. В промышленности сварку трением применяют при изготовлении режущего инструмента, различных валов, штоков с поршнями, пуансонов и т. п.

Холодную сварку выполняют без нагрева при обычных и даже пониженных температурах. Этим видом сварки выполняют точечные, шовные и стыковые соединения заготовок толщиной 0,2. 15 мм. Необходимое давление в зоне сварки зависит от химического состава и толщины соединяемых элементов, в среднем составляет 150. 1 000 МПа. Холодной сваркой формируют соединения из однородных и разнородных металлов и сплавов, обладающих высокой пластичностью. Этот вид сварки используют для соединения заготовок из алюминия, меди, никеля, свинца, серебра, цинка и золота.

При производстве заготовок ограниченно применяют газовую, плазменную, лазерную, диффузионную, ультразвуковую и ряд других видов сварки. В изделиях сложной геометрической формы, изготовление которых сваркой затруднительно, целесообразно выполнять соединение пайкой.

Пайка является технологическим процессом получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Образование соединения без расплавления основного металла обеспечивает возможность распая соединения.

При пайке заготовки соединяются в результате смачивания, растекания жидкого припоя по нагретым поверхностям и затвердевания его после охлаждения. Свойства паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и др.) зависят от характеристик материала заготовок, припоя, способа нагрева, зазоров, типа соединения. Паять можно углеродистые и легированные стали всех марок, тугоплавкие металлы, твердые сплавы, цветные металлы и их сплавы, чугуны, а также разнородные металлы, стекло, керамику, графит и др.

Припои представляют собой сплавы цветных металлов, должны хорошо растворять основной металл, обладать смачивающей способностью, требуемой температурой плавления и минимальным интервалом кристаллизации. Все припои по температуре плавления подразделяют на особо легкоплавкие (tпл 1050 °С).

Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. В промышленности наиболее распространена пайка в печах, индукционная, погружением, газопламенная и паяльниками. Способ пайки выбирают, исходя из требований, предъявляемых к паяемому изделию, с учетом состава и свойств заготовок и припоя, типа производства и наличия на предприятии соответствующего оборудования.

Основными типами паяных соединений являются: внахлестку, встык, вскос, втавр, в угол и соприкасающиеся. Зазор между соединяемыми поверхностями должен быть таким, чтобы улучшить затекание припоя под действием капиллярных сил и увеличить прочность соединения. Так, для серебряных припоев устанавливают зазор до 0,05 мм, для меди — до 0,012 мм.

Технология производства сварных конструкций — особенности и основные этапы

Содержание:

Сварные металлоконструкции давно нашли свое применение в строительной отрасли, в машиностроении, в автомобильной промышленности и в других сферах производства. С каждым годом производство сварных конструкций показывает все увеличивающиеся темпы развития — и причина этого состоит в том, что потребители поняли все преимущества металлических конструкций, произведенных с помощью сварки.

К достоинствам сварных конструкций относится:

• высокое качество и прочность соединения;
• надежность;
• удобство применения;
• долгий срок службы;
• небольшой вес;
• экономия металла.

Если же говорить о недостатках сварных металлических конструкций, то к ним можно отнести неустойчивость металла к коррозии. Но современные технологии изготовления металлоконструкций и способы обработки металла позволяют легко справиться с этой проблемой.

Особенности сварных конструкций.

1. Сварные конструкции характеризуются максимально прочным соединением отдельных деталей между собой, так как технология производства сварных конструкций основана на слиянии частей конструкций в единое целое на молекулярном уровне. Металл на краях деталей расплавляется до жидкого состояния, и таким образом происходит обмен молекулами. В результате получается конструкция по своей прочности максимально близкая к прочности цельной детали.
2. Еще одной особенностью сварных конструкций является то, что для их изготовления требуется меньше метала, чем для изготовления конструкций, соединенных с помощью заклепок или литых соединений. Причем, экономия может достигать довольно значительных объемов — до 20%, а это значит, что сварное соединение можно считать эффективным не только с точки зрения расхода материалов, но и с точки зрения стоимости всей металлоконструкции. То есть получается, что изготовление металлоконструкций с помощью сварного соединения экономически обладает большей рентабельностью, чем любые другие конструкции.
3. Имеется у сварных конструкций и еще одна отличительная черта, логично вытекающая из предыдущей особенности — они весят меньше, чем конструкции, сделанные методом литья или собранные с помощью заклепочного соединения. И при этом по своей прочности они ничуть не уступают, а даже превосходят эти виды конструкций.

Технология изготовления сварных конструкций.

Технология производства сварных конструкций включает в себя несколько основных этапов. Для изготовления подобных металлоконструкций можно применять различные методы сварки — от автоматической и полуавтоматической до ручной электродуговой. Сварка может вестись в среде защитных газов, под флюсом и т.д. Способы сварных соединений также могут быть различными — тавровыми, торцевыми, стыковыми, угловыми и т.д.

Первым этапом производства сварных конструкций является подготовка всей технической документации, необходимой для создания детали, к которой предъявляются определенные требования.

Также важным этапом производства сварных конструкция является подготовка отдельных деталей к сварке. И здесь самое большое внимание следует уделять подготовке кромок деталей. Кромки стачиваются под определенным углом — и сделать это можно как с помощью шлифовальной машины, так и при помощи обычного напильника. Форма разделки кромок также может быть различной, но наиболее эффективной считается Х-образная разделка. Дело в том, что именно такой подход к разделке кромок может гарантировать максимально низкий объем наплавленного металла, получаемого в процессе разогрева кромок деталей, а это значит, что и качество получаемого соединения будет выше.

Одним из важных этапов при производстве сварных конструкций является их сборка. Это не только процесс, который требует большого внимания, но и работа, обладающая большой трудоемкостью — например, если производство конструкции носит индивидуальный характер, то процесс сборки может занимать до 50% всего времени ее изготовления. Дело в том, что именно от качества сборки зависит дальнейшее качество всего сварного соединения. Основными требованиями, предъявляемыми к сборке сварной конструкции, являются:

• точное соответствие размерам, указанным в проектной документации
• правильное расположение зазоров и их постоянные размеры
• точное расположение деталей конструкции, в полном соответствии с проектной документацией
• точность плоскостей конструкции и углов, под которыми они пересекаются
• обеспечение минимально возможного допуска смещения деталей, если производится их стыковое соединение.

В заключении нужно отметить, что разработка технологии производства сварной конструкции производится индивидуально для каждой отдельной подобной конструкции в соответствии с технической документацией, требованиями, предъявляемыми к готовому изделию, а также имеющимся в распоряжении производителя оборудованием.

Технологические особенности изготовления сварных конструкций из разных материалов

Низкоуглеродистые и низколегированные стали хорошо сва­риваются всеми способами сварки плавлением. Наиболее серьез­ная трудность при сварке легированных сталей — это предотвра­щение образования холодных трещин вследствие склонности та­ких сталей к закалке. При сварке изделий из высоколегированных сталей и сплавов следует применять способы сварки, характеризующиеся макси­мальной концентрацией источника теплоты. Стали ферритного и мартенситного классов можно сваривать ручной дуговой сваркой покрытыми электродами, идентичными или сходными по химическому составу с основным металлом. Хромистые жаропрочные стали, склонные к резкой закалке с возможным образованием холодных трещин в шве и в ОШЗ, можно сваривать РДС специальны­ми электродами.

Для сварки двухслойных сталей можно применять ручную дуговую сварку покрытыми электрода­ми, автоматическую сварку под слоем флюса, газоэлектрическую и электрошлаковую сварку. Широкое распространение получили РДС и автоматическая сварка под флюсом.

Сварка медных сплавов. Применя­ют ручную дуговую сварку, сварку под флюсом, в защитных газах и электрошлаковую. Ручную сварку меди угольным или графитовым электродами целесообразно применять при изготовлении конструкций из лис­товой меди небольшой толщины (1. 10 мм). Ручную сварку по­крытыми электродами применяют при сварке листов толщиной свыше 2 мм. Автоматическую сварку меди под флюсом плавящимся элект­родом следует производить под флюсами, не содержащими заки­си марганца (плавлеными или керамическими).Дуговая сварка в среде аргона рекомендуется при толщине меди до 3 мм для соединений, требующих высокой пластичности шва при нормальных и низких температурах.

Сварка алюминиевых и магниевых сплавов. Наличие оксидной пленки на поверхности алюминия препятствует сплавлению сва­риваемых кромок между собой, а также основного и присадочно­го металлов. Попадание оксидной пленки в сварной шов вызывает в нем появление пористости и концентраторов напряжений. За­щита сварочной ванны осуществляется с помощью инертных га­зов, специальных флюсов или электродных покрытий. Сварку конструкций выполняют покрытыми электродами, по слою флюса, в защитных газах неплавящимся или плавящимся элек­тродами, а также можно применять электрошлаковую сварку. Сварку покрытыми электродами выполняют при толщине металла менее 4 мм. При сварке неплавящимся электродом уровень качества свар­ного соединения выше, чем при сварке плавящимся электродом, но при этом производительность процесса сварки ниже.

Сварка титановых сплавов. В связи с высокой химической активностью титана при повы­шенных температурах и особенно в расплавленном состоянии ос­новной трудностью при сварке плавлением является обеспечение надежной защиты от атмосферы не только сварочной ванны и корня шва, но и остывающих участков сварного соединения, на­гретых до температуры свыше 350 °С. Большую часть сварных кон­струкций изготавливают сваркой в защитных инертных газах. Этот способ позволяет сваривать металл толщиной 0,1. 50 мм.

В зависимости от конфигурации и размеров свариваемых узлов применяют три типа защиты зоны сварки инертным газом:

• общую защиту в камере с контролируемой атмосферой;

• защиту только сварного соединения с использованием мест­ных камер;

• струйную защиту зоны сварки, осуществляемую непрерыв­ным обдуванием сварочной ванны и остывающих участков свар­ного соединения перемещением сварочной горелки.

Дата добавления: 2015-02-16 ; просмотров: 8 | Нарушение авторских прав

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Оснастка технологического процесса изготовления сварных конструкций

При изготовлении сварных изделий значительную часть общего времени составляют сборочные и вспомогательные работы. С целью снижения производственного цикла необходимо создавать наиболее совершенные технологические процессы и оснастку как для основных, так и для вспомогательных операций. Степень оснащенности технологического процесса во многом определяется типом производства. Наиболее оснащены технологические процессы при массовом и крупносерийном производстве и менее — при единичном и мелкосерийном. Это объясняется, в первую очередь, экономическими соображениями. Для авиационной промышленности характерно единичное, мелкосерийное и серийное производство. Однако оснащенность технологического процесса здесь достаточно высока. Так, в производстве современного тяжелого самолета для номенклатуры деталей и узлов 66 тыс. наименований изготовляется специализированная оснастка свыше 100 тыс. наименований. Это объясняется, в первую очередь, высокими требованиями, предъявляемыми к качеству продукции, сложностью изготовляемых конструкций и многообразием номенклатуры изготовляемых изделий. Применение оснастки в этом случае является вполне обоснованным, ибо она позволяет, кроме снижения трудоемкости и облегчения труда работающих, обеспечивать надлежащую точность и взаимозаменяемость изделий. По характеру выполняемого процесса

Рис. 5.1. Классификация оснастки по назначению и поставленным задачам приспособления классифицируют по схеме, представленной на рис. 5.1.

Кроме того, в зависимости от типа производства приспособления подразделяют на универсальные, специальные и специализированные. Универсальные, например винтовые струбцины, распорки, призмы, столы, домкраты и др., могут быть использованы на любой операции, которая соответствует функциям, выполняемым данным приспособлением. Специальные или специализированные служат для выполнения определенной операции с определенным объектом (или группой однотипных объектов) производства и потому могут быть использованы лишь на тех операциях, для которых они предназначены.

В зависимости от характера работы приспособления могут быть ручными, механизированными и автоматизированными. Ручные приспособления для приведения в действие требуют затрат в основном ручного труда, механизированные используют какой-либо вид энергии (электрическую, сжатого воздуха или жидкости и т. п.) и требуют значительно меньших физических усилий. С помощью автоматизированных приспособлений операции выполняются без непосредственного участия работающего и требуют затрат труда лишь на их настройку.

Приспособления также могут быть быстродействующими, требующими минимальных затрат вспомогательного времени, одно- или многоместными. В зависимости от габаритов изделий приспособления могут быть переносными или стационарными, последние, в свою очередь, делятся на неподвижные и поворотные. Наибольший удельный вес в оснащении технологического процесса производства сварных и паяных изделий обычно приходится на приспособления, непосредственно связанные с работами по сборке, сварке или пайке. Номенклатура сборочно-сварочной оснастки очень многообразна и представляет наибольший интерес, так как проектирование и изготовление специальных приспособлений для сборки и сварки является одной: из наиболее трудных и ответственных задач технической подготовки производства при освоении новых конструкций. Поэтому в книге основное внимание уделяется вопросам, относящимся, в первую очередь, к сборочно-сварочной оснастке. Однако значительная часть излагаемых ниже общих положений и рекомендаций в равной мере справедлива и для других видов оснастки в производстве сварных конструкций.