Введение

В машиностроении барабан чаще всего является элементом грузо­подъемного механизма. Кроме того, барабаны используются в конструк­циях всевозможных вращающихся мельниц, печей, конвертеров и т. п.

В зависимости от назначе­ния значительно меняется характер работы барабана, его расчет и конструктив­ное оформление. Во всех случаях целесообразен пере­вод литых и клепаных ба­рабанов на сварку, так как изготовление сварных бара­банов несложно, а жест­кость весьма высока. В на­стоящее время целый ряд крупных барабанов выполнен сварными.

Конструкция барабанов выполняется со ступицами, сидящими на сплошном валу (рис. 1, а), или с цапфами, непосредственно опираю­щимися на подшипники (рис. 1, б). Для барабанов малых диаметров (ролики рольгангов) часто применяется конструкция рис. 1, в с цап­фами, запрессованными в корпус ролика. Для тяжелых машин следует применять конструкцию со сплошным валом. В более легких механиз­мах возможна конструкция с двумя полуосями.

Цилиндрическая часть сварного барабана при малых диаметрах (ролики) может изготовляться из цельнотянутой трубы или отливки. При средних и больших диаметрах корпус нормально завальцовывается из листа или нескольких листов с последующей заваркой швов. Тол­щина листа, поддающаяся вальцовке, зависит от мощности вальцов. Отдельные заводы в России обладают очень мощными вальцами, загибающими без подогрева листы толщиной свыше 45 мм. В особенно тяжелых барабанах корпус сваривается из толстых кованых листов.

Материал сварной конструкции Ст3пс

Ст3пс - сталь обыкновенного качества. Степень раскисления - полуспокойная. По склонности к старению занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью. Сталь обыкновенного качества поставляют без термической обработки в горячекатаном состоянии. Изготовленные из нее конструкции также не подвергают последующей термической обработке. Эти стали изготовляют по ГОСТ 380-94.

1. Оценка технологической свариваемости Стали 20 и Ст3сп

Технологическая свариваемость металлов и их сплавов зависит от многих факторов – химической активности металлов, степени легирования, структуры и содержания примесей. Чем химически более активен металл, тем больше его склонность к взаимодействию с окружающей средой, в первую очередь к окислению, тем выше в этом случае должны быть качество защиты и возможность металлургической обработки при сварке. К наиболее активным металлам относятся титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден. При их сварке необходимо защищать от взаимодействия с воздухом не только расплавленный металл, но и прилегающий к сварочной ванне основной металл и остывающий шов с наружной и обратной сторон. Наилучшее качество защиты обеспечивают высокий вакуум и инертный газ высокой частоты. Высокой химической активностью при сварке отличаются и другие цветные металлы: алюминий, магний, медь, никель и сплавы на их основе. Качество их защиты обеспечивается инертными газами, а также специальными электродными покрытиями и флюсами.

Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод.

С увеличением содержания углерода, а также ряда других легирующих элементов свариваемость сталей ухудшается. Для сварных конструкций в основном применяют конструкционные низкоуглеродистые, низколегированные, а также легированные стали. Чем выше содержание углерода в стали, тем больше опасность трещинообразования, труднее обеспечить равномерность свойств в сварном соединении. Ориентировочным количественным показателем свариваемости стали известного состава является эквивалентное содержание углерода, которое определяется по формуле:

C_э = (C+Mn/6+(Cr+V)/5+Mo/4+Ni/15+Cu/13+P/2)%, (3)

где C, Mn, Cr, V, Mo, Ni, Cu, P- процентное содержание легирующих элементов в металле шва.

В зависимости от эквивалентного содержания углерода и связанной с этим склонности к закалке и образованию трещин стали по свариваемости делят на четыре группы: хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся стали первой группы имеют C_э 0,25%, хорошо свариваются без образования закалочных структур и трещин с широком диапазоне режимов, толщин и конструктивных форм.

Удовлетворительно сваривающиеся стали (C_э = 0,25-0,35%) мало склонны к образованию холодных трещин при правильном выборе режимов сварки, в ряде случаев требуется подогрев. Ограниченно сваривающиеся стали (C_э = 0,36-0,45%) склонны к трещинообразованию, возможность регулирования сопротивляемости образованию трещин изменением режима ограничена, требуется подогрев. Плохо сваривающиеся стали (C_э > 0,45%) весьма склонны к закалке и трещинам, требуют при сварке подогрева, специальных технологических приемов сварки и термообработки.

C_э = 0,18+0,53/6 = 0,27%.

Низкоуглеродистые стали стали обладают хорошей свариваемостью. Технология их сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основные их которых – обеспечение надежности и долговечности конструкций (особенно из термически упрочняемых сталей обычно используемых при изготовлении ответственных конструкций).