книги из ГПНТБ / Майзель В.С. Сварные конструкции учебник

Принимая коэффициент прочности шва в соответствии с дан­ ными табл. 9.3, для двустороннего шва будем иметь:

при автоматической сварке

Іо] = ф Іо]* = 1460 кгс/см2 = 146 МПа;

при ручной сварке

[о] = 0,95-1460 = 1390 кгс/см2 = 139 МПа.

Пример 3. Определить толщину стенки цилиндрической части сварного газгольдера из стали марки Ст. 3, имеющего внутренний диаметр D — 3 м и находящегося под давлением р = 16 кгс/см2 =

=1,6 МПа.

Всоответствии с формулой (9.29) толщина стенки цилиндри­

ческой части равна

Коэффициент прочности сварного стыкового шва для условий выполнения его автоматической сваркой с обеспечением форми­ рования с обратной стороны, в соответствии с данными табл. 9.3, принимаем ср — 1. При этом допускаемое напряжение [о] = = 1460 кгс/см2 = 146 МПа. Прибавку к расчетной толщине листа принимаем равной с = 1 мм. Подставляя эти данные в формулу, получим

Пример 4. Определить толщину сферического днища сварного газгольдера применительно к данным примера 3.

В соответствии с формулой (9.28) толщина стенки сферичес­

кого днища ^при b —

е = 3 мм.

При условии выполнения сварного кольцевого шва автомати­ ческой сваркой (при ср = 1 ) будем иметь

16-3000 + 3 = 1 1 , 2 мм, 4-1460

Округляя, принимаем s = 12 мм.

Пример 5. Определить толщину стенки шарового газгольдера, работающего под давлением 16 кгс/см2 = 1,6 МПа и имеющего объем, равный объему цилиндрического газгольдера диаметром

= 3,14.1,52(20 — 2.1,5) + А . 3,14-1,53 = 120+ 14,2 = 134,2 м3.

Находим радиус равновеликого шарового газгольдера из

Толщина стенки шарового газгольдера в соответствии с фор­ мулой (9.28) равна

s___L Q

ш2 Іо] Ф

Объем расходуемого металла для цилиндрического газголь­ дера составляет

Кмц = n 0 2 sAH.+ nDlscx = 3,14 • З2 - 0,012 -f 3,14.3 • 17 • 0,018 = = 0,32 + 2,88 = 3,20 м3.

Объем расхода металла для шарового газгольдера составляет

Ѵмш = nDlsm= 3,14 6,362-0,02 = 2,71 м3.

При принятых условиях объем расходуемого металла на ша­ ровой газгольдер оказался несколько меньшим, чем на цилиндри­ ческий.

Пример 6 . Наметить расчетное сечение опорного кольца жест­ кости горизонтального резервуара, имеющего размеры в соответ­ ствии с данными, принятыми в примерах 3, 4 и 5.

Принимаем поперечное сечение кольца жесткости в виде тавра, у которого в качестве горизонтальной полки принят поясок, пред­ ставляющий собой участок цилиндрической оболочки, а в каче­

стве вертикальной стенки принято поперечное сечение плоского кольцевого ребра. Размеры поперечного сечения кольца жесткости принимаем равными:

=180 мм.

Вычисление характеристик сечения сведем в табл. 9.5.

Та б л и ц а 9.5. К расчету характеристик сечения кольцевого ребра жесткости

Изгибающий момент в кольцевом ребре жесткости, в соответ­

При расчете учитывается вес газгольдера с водой во время испытания.

По данным расчетов, полученным в примерах 3, 4 и 5, имеем:

И/min

Напряжения в пояске цилиндрической части при испытании газгольдера

о — w— = ——-— =177 кгс/см2 =17,7 МПа.

Ѵѵшах сои

При учете только собственного веса газгольдера (без воды) дополнительные напряжения в цилиндрической части, в соответ­ ствии с полученными данными, составляют

оп;9

огдоп = 177-jg^ = 28 кгс/см2 = 2,8 МПа.

Имея в виду, что толщина стенки цилиндрической части была принята ранее с некоторым округлением, можно считать получен­ ное значение дополнительных напряжений вполне допустимым.

Г л а в а X

СВАРНЫЕ ДЕТАЛИ МАШИН

§47. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СВАРКИ

ВМАШИНОСТРОЕНИИ

К особенностям деталей и узлов, применяемых в машинострое­ нии, относится необходимость обеспечения высокой точности их изготовления, в связи с чем в большинстве случаев все сварные изделия подвергаются механической обработке. При этом во мно­ гих случаях обработке подвергается и поверхность сварных швов, что способствует улучшению их формы и устраняет концентра­ торы напряжений.

Многие детали и узлы машин в условиях эксплуатации дол­ жны воспринимать вибрационные нагрузки. В таких случаях для обеспечения надежности более целесообразным является приме­ нение сварных соединений встык и впритык, которые характери­ зуются большей выносливостью и могут обеспечить условия рав­ нопрочное™ соединения с основным элементом при действии на­ грузки любого вида.

Для большинства деталей и узлов, применяемых в машино­

применение современной технологической оснастки и наиболее совершенных автоматизированных способов сварки.

Типы сварных деталей и узлов, применяемых в машинострое­ нии, весьма разнообразны. Но среди них можно выделить неко­ торые характерные группы. Так, например, для многих сравни­ тельно мелких сварных деталей и узлов характерно массовое про­ изводство их. В связи с этим при их изготовлении наиболее широ­ кое применение получила контактная сварка.

Для ряда деталей и узлов крупного машиностроения харак­ терно изготовление их малыми сериями, а в некоторых случаях — для уникальных особо крупных агрегатов — даже единичное из­ готовление. К числу таких деталей можно отнести, например, валы, рабочие колеса и станины агрегатов энергетического маши­ ностроения. Для изготовления таких крупных деталей и узлов наиболее рациональным является применение электрошлаковой сварки.

Вообще же можно отметить, что существующее разнообразие деталей и узлов машиностроительных конструкций приводит

к тому, что в этой области находят успешное применение все из­ вестные типы сварных соединений, а также все методы и способы сварки.

§ 48. МЕЛКИЕ СВАРНЫЕ ДЕТАЛИ И УЗЛЫ

При массовом производстве мелких сварных деталей и узлов наиболее широкое применение получили различные способы кон­ тактной сварки, характеризующейся высокой производитель­ ностью, такие как стыковая сварка (сопротивлением и оплавле­ нием), шовная, точечная и рельефная сварка, а также сравнительно новый способ сварки — сварка трением.

Способы точечной и шовной сварки широко применяются при изготовлении различных деталей и узлов в самолетостроении, автомобилестроении и вагоностроении.

Общее количество сварных точек в конструкциях некоторых самолетов доходит до 300 тыс.

Все способы контактной сварки сравнительно легко поддаются автоматизации и могут быть встроены в поточные линии изготов­ ления различных изделий.

Так, например, при массовом изготовлении дверей, крышек багажника, капота, панелей пола и некоторых других отдельных сварно-штампованных узлов автомобиля «Волга» используются универсальные многоэлектродные машины для точечной сварки, которые весьма эффективны в массовом производстве при сварке изделий с большим количеством сварных точек. Такие машины характеризуются весьма высокой производительностью и могут обеспечивать выполнение более 20 000 сварных точек в час. По­ добное применение контактная точечная сварка имеет также и при изготовлении отдельных узлов автомобилей иных марок (ГАЗ-51, ЗИЛ-130 и др.).

В изделиях, требующих обеспечение герметичности, приме­

изготовление бензиновых баков автомобилей.

В автомобилестроении при массовом производстве отдельных деталей находит применение также и электродуговая автомати­ ческая сварка под флюсом. Так, например, она применяется при сварке колес грузового автомобиля ГАЗ-51, изготовление которых осуществляется на специальной автоматической линии.

Колесо грузового автомобиля (рис. 10.1) состоит из двух дета­ лей: диска 1 и обода 2, которые соединены между собой внахлестку одним сплошным угловым швом, катетом 3 мм.

Применение нахлесточного соединения с односторонним швом в данном случае вполне допустимо потому, что напряжения в швах соединяющих обод с диском, малы.

Диск колеса штампуется из листа толщиной 8 мм, а по отбор­ тованной кромке, за счет применения специальной операции рас­

катки, лист имеет толщину 3 мм. Обод изготовляется путем за­ гиба полосы специального профиля и имеет по образующей один сварной стыковой шов, выполняемый на контактной машине по методу оплавления.

Автоматическая электродуговая сварка кольцевого углового шва (в положении «влодочку») осуществляется за 57 с на специаль­ ной установке, обеспечивающей круговой поворот предварительно запрессованных друг в друга деталей.

Колеса легковых автомобилей также являются сварными, но так как они более легкие и изготовляются из тонких штампован­ ных заготовок, то в этом случае более целесообразным является

линии. На современных автомати­ ческих поточных линиях произво­ дительность достигает 1400 колес в час при наличии двух свароч­ ных постов.

Контактная рельефная сварка по выступам также имеет доста­ точно широкое применение при массовом производстве некоторых мелких деталей в машиностроении и применяется, например, при изготовлении сепараторов шарико­ подшипников.

Весьма перспективным способом сварки является сварка тре­ нием, которая осуществляется в процессе пластической деформа­ ции участков металла, нагретых за счет тепла, выделяемого при трении контактных поверхностей соединяемых деталей.

Этот способ характеризуется весьма высокой производитель­ ностью. Длительность процесса нагрева при этом способе сварки не превышает 30 с.

Качество самого соединения при этом способе сварки весьма высоко, причем характеристики прочности и пластичности ме­ талла сварного шва являются даже более высокими, чем для ос­ новного металла. Последнее обстоятельство связано с тем, что при получающемся за счет трения локализованном нагреве и при пластической деформации, происходящей в процессе сдавли­ вания (этот процесс, осуществляемый путем приложения давле­ ния, называют проковкой), в месте соединения образуется металл, характеризующийся значительно более мелкозернистой струк­ турой.

Для этого способа сварки характерной является также и воз­ можность осуществления соединений различных материалов при весьма разнообразном взаимном сочетании. Так, например, этим

способом свободно может быть осуществлено соединение алюми­ ниевых сплавов со сталями; титановых сплавов с алюминиевыми; меди со сталью, а также могу т быть осуществлены соединения между многими другими различными металлами.

На рис. 10.2, а представлен сварной поршень пневмоцилин­ дра. Диаметр стержня в месте сварки равен 50 мм. В данном слу­ чае сварка трением применена вместо полуавтоматической элек­ тродуговой сварки под флюсом. Машин­

ное время сварки составляет 1 0 с.

Там же (рис. 10.2, б) представлена сварно-кованая штанга с концевой вилкой.

На рис. 10.3, а представлена сварно­ литая заготовка ротора турбокомпрес­ сора типа ТК-18 для наддува дизелей.

Рис. 10.2. Сварные детали: а — поршень пневмоцилиндра; б — вилка штанги

Диаметр вала в месте сварки для различных изделий состав­ ляет 45—60 мм. Материал колеса — аустенитная сталь марки ЭИ572Л, вала — перлитная сталь марки 40Х. Машинное время сварки составляет 23 с. Процесс изготовления сварных роторов

тора. Диаметр детали в месте сварки равен 65 мм. Машинное время сварки составляет 9 с.

Применение сварки трением позволило расчленить заготов­ ку на две части и заменить дорогостоящую операцию долбеж­ ки внутренних шлицев более дешевой операцией протяжки, что снизило трудоемкость изготовления в 32 раза.

На рис. 10.4 представлен биметаллический сталеалюминие­ вый трубчатый переходник диаметром 90 мм и толщиной стенки

4мм.

Вэтой детали путем применения сварки трением осуществлено

неразъемное соединение двух труб, состоящих из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т и технического алюминия марки АД1. Сварное соединение отвечает повышенным требованиям в отноше­ нии его прочности, пластичности и герметичности. Машинное время

А-А

Рис. 10.3. Сварной ротор турбокомпрессора (а) и свар­ ная надставка полуоси трактора (б)

сварки составляет 3 с. Такие переходные детали могут применяться для соединений в сварных трубчатых конструкциях, состоящих из стальных и алюминиевых труб, заменяя применяющееся до сих пор резьбовое соединение. Это решает одну из весьма сложных задач, которую пока другими способами решить не удавалось.

§ 49. СВАРНЫЕ ВАЛЫ И РОТОРЫ

Вал турбины. Сварные детали и узлы получили широкое при­ менение в турбостроении. Все основные детали современных тур­ бин являются сварными. На рис. 10.5 представлен вал турбины Красноярской ГЭС. Он является полым и представляет собой барабан с приваренными к нему фланцами.

то

Рис. 10.5. Сварной вал гидротурбины

Сам барабан вала также является сварным. Он изготовлен из двух кованых трубчатых заготовок, соединенных между собой кольцевым швом.

Общий вес вала составляет 100 т. Он изготовлен из стали мар­ ки 25ГС на Ново-Крамоторском машиностроительном заводе.

изготовления его в виде целой поковки (при условии обес­ печения возможностей такого изготовления, определяемых нали­

Как видно, отходы металла при изготовлении сварной кон­ струкции заметно сокращаются, однако еще достаточно значи­ тельны, поэтому необходимо дальнейшее совершенствование тех­ нологии производства.