книги из ГПНТБ / Кузнецов В.И. Машиностроительные материалы и технология их обработки

Применяемые взрывчатые вещества можно разделить на две группы: с низкой и высокой скоростями горения.

В первую группу можно отнести вещества типа черного пороха, имеющие скорость горения порядка 100 м/сек и обеспечивающие давление порядка 210 кГ/мм2.

Во вторую группу следует отнести более энергоем­ кие вещества со скоростью горения порядка 7000 м/сек и создающие давление 2000 кГ/мм2.

При использовании бризантных взрывчатых веществ давление может достигать 28120 кГ/мм2 у поверхности

150

Беспрессовые методы формообразования листового металла на базе использования импульсных нагрузок, создаваемых взрывчатыми веществами и высоковольт­ ными разрядами в жидкости, могут быть эффективно ис­ пользованы в промышленности для получения разнооб­ разных листовых деталей в условиях относительно не­ большой серийности производства и частой сменяемости конструкций изделий.

Наиболее целесообразно применение беспрессовых методов штамповки для изготовления деталей средних и крупных размеров.

Применение штамповки с помощью взрывчатых ве­ ществ наиболее целесообразно для деталей с габарита­ ми до 5000 мм при толщине материала свыше 2 мм. Для деталей с габаритами до 2000 мм при толщине материа­ ла до 2,5 мм .целесообразно использовать высоковольт­ ные разряды.

Для формообразования деталей из высокопрочных металлов и сплавов (чв> 60 кПмм2) предпочтитель­ ным является применение взрывчатых веществ.

Беспрессовые методы штамповки обеспечивают высо­ кую экономическую эффективность за счет снижения ка­ питальных затрат, сокращения сроков и стоимости под­ готовки производства.

Сварка и пайка

Сварка. Большое развитие в СССР получила сварка металлов. Сварное соединение конструктивно проще, на­ дежнее и экономичнее клепанного. При сварке отпадает потребность в накладках, косынках и других соедини­ тельных элементах. Сваркой можно создать легкие и высокопрочные конструкции из относительно тонкого прокатного материала, что приводит к значительной эко­

151

суда, вагоны, сосуды высокого давления, нефтяное и химическое оборудование, энергетические установки, сварные узлы, детали в авто- и авиастроении, мостовые

отличается равномерностью, плотностью и высокой проч­

полуавтоматов для сварки под флюсом. Советские ма­ шиностроители выпускают много различных типов уни­ версального и специализированного оборудования, необ­ ходимого для осуществления этого прогрессивного про­

цесса.

В настоящее время разработан новый способ м н о г о ­ э л е к т р о д н о й а в т о м а т и ч е с к о й с в а р к и и на­

перемещается от одного электрода к другому автомати­ чески, поддерживая непрерывность процесса. Поперемен­ ным плавлением электродов обеспечивается рассеянное тепловложение и малая глубина проплавления основ­ ного металла при высоком коэффициенте наплавки.

Значительные успехи достигнуты в СССР в области д у г о в о й с в а р к и в з а щ и т н ы х г а з а х не п л а ­ в я щ и м с я э л е к т р о д о м . Сварка в защитных газах обладает большой маневренностью и позволяет механи­ зировать ряд операций, выполнение которых при сварке под флюсом затруднено. До недавнего времени в каче­ стве защитного газа применялся аргон. Однако его от­ носительно высокая стоимость требовала отыскания бо­

153

лее дешевого защитного газа. Разработан и внедрен в производство способ дуговой сварки сталей под защитой углекислого газа. Сварка в углекислом газе— самый де­ шевый метод сварки, и он призван широко механизиро­ вать сварочные операции.

ботали и внедрили в производство новый способ сварки

грева здесь служит тепло, выделяющееся в жидкой шла­ ковой ванне при прохождении через нее электрического тока, т. е. злектрошлаковая сварка основана на исполь­ зовании тепла, выделяющегося при прохождении тока через жидкий электропроводный шлак, находящийся ме­ жду плоскостями свариваемых деталей.

При электрошлаковой сварке одним электродом про­ изводится сварка элементов толщиной до 100— 150 мм. При необходимости, увеличивая число электродов в шла­ ковой ванне, можно сваривать металл любой, практиче­ ски неограниченной толщины.

В настоящее время успешно применяют шлаковую сварку для соединений отдельных элементов станин се­ чением 400X400 мм и более. Кованные части станины соединяются с литыми или прокатными элементами. Бла­ годаря этому отпадает необходимость изготовлять круп­ ногабаритные отливки и поковки, иметь мощные цехи с громадными станками и тяжелыми кранами для обра­ ботки и подъема крупных деталей машин. Применяя ме­ тод сварки, ряд заводов и предприятий изготовляют раз­ личные крупногабаритные детали. Вес конструкции после сварки нередко составляет 200—300 Т. Цельные конст­ рукции такого веса нельзя отлить или отковать. Благо­ даря сварке любой средний машиностроительный завод

154

может изготовлять станины, барабаны, коллекторы кот­ лов и другие крупногабаритные детали значительно боль­ шего веса, чем раньше, при тех же подъемных средствах заготовительных, кузнечных и литейных цехов. Трудо­ емкость изготовления деталей также значительно сокра­ тилась.

Сварка облегчает и упрощает получение полых валов гидрогенераторов, которые могут быть сварены из от­ дельных гнутых листов заготовок с приваренными флан­ цами. Толстостенные барабаны также можно изготовить путем шлаковой сварки половинок барабана из гнутых толстых листов с приварками на концах горловин и фланцев. При этом отпадает необходимость отливки больших слитков и расковки их на тяжелых 12—15-ты- сячетонных прессах.

Таким образом, применение электрошлаковой сварки сделало возможным замену крупных литых и кованных машинных узлов сварно-литыми, сварно-кованными, сварно-прокатными конструкциями. Это значительно уменьшило загрузку литейных и кузнечно-прессовых це­ хов и увеличило выпуск продукции без расширения про­ изводственных площадей.

Электрошлаковая сварка позволяет из отдельных простых литых элементов собирать сварно-литую конст­ рукцию любых размеров и очертаний. Элементы такой конструкции можно изготовлять машинной формовкой со значительным снижением трудоемкости и повышением точности исполнения. Естественно, что механическая об­ работка отдельных элементов значительно упрощается и может быть выполнена на обычных, а не уникальных станках.

Примером изготовления крупной сварно-литой дета­ ли может служить архитрав (верхняя часть) сверхмощ­ ного, гидравлического пресса. Вес этой детали достигает

155

почти 170 Т, и изготовить ее цельнолитой было очень сложно. Архитрав сварили электрошлаковым способом.

Электрошлаковый процесс может также успешно при­ меняться для наплавки слоя износостойкого металла на рабочие поверхности новых деталей или при восстанов­ лении изношенных деталей. В некоторых случаях с по­ мощью электрошлакового процесса может производиться наплавка поверхностей или кромок деталей перед их сваркой между собой. Такие технологические приемы иногда применяются для улучшения качества сварного со­ единения, устранения трещин в шве и околошовной зоне.

Важным преимуществом электрошлаковой наплавки по сравнению с другими способами является возмож­ ность наложения за один проход автомата довольно тол­ стого слоя металла. При этом поверхность наплавлен­ ного металла получается настолько гладкой, что в неко­ торых случаях не требуется последующей механической обработки.

Электрошлаковая сварка применяется в настоящее время на ряде заводов нашей страны при изготовлении прокатного, кузнечно-прессового и энергетического обо­ рудования, металлоконструкций мартеновских печей, мощных землеройных машин, отдельных корабельных

деталей и т. п.

Способ электрошлаковой сварки непрерывно совер­ шенствуется и развивается, а область его применения все более расширяется.

В ряде отраслей советского машиностроения, напри­

чего необходимы стальные арматурные конструкции, вес которых на каждой стройке исчисляется сотнями тысяч

156

тонн. При использовании для арматурных конструкций металлических стержней в том виде, в каком они посту­

металлические стержни в одну непрерывную нить, кото­ рую можно разрезать затем на стержни требуемой дли­ ны и тем самым достичь большой экономии металла за счет устранения отходов.

В последние годы создан ряд новых методов соедине­

ния. Тепло, необходимое для расплавления металла при сварке таким способом, получается за счет трения соприкасающихся поверхностей при вращении одной де­

алюминий и другие материалы, не нагревая их, а лишь

не только почти все металлы, но и детали из пластиче­ ских масс.

На основе результатов специальных исследований можно полагать, что природа процесса ультразвуковой сварки во многом аналогична сварке трением.

Ультразвуковой сваркой можно соединять такие ме­ таллы, как титан, молибден и др., сварка которых холод­ ным способом весьма затруднительна. Вследствие высо­ кой активности поглощения ими при высоких темпера­ турах кислорода и азота воздуха они плохо сваривают­ ся и горячими способами.

157

Кроме того, ультразвуковой сваркой соединяют разнородные металлы, а также изделия очень малых толщин, измеряемых десятыми и сотыми долями милли­

метра.

При помощи ультразвука можно сваривать детали как точками, так и непрерывным швом, что особенно важно для получения герметических соединений.

Ультразвуковая сварка требует в несколько раз мень­ ше электроэнергии, чем контактная. Важным обстоятель­ ством является и то, что процесс ультразвуковой сварки не требует выполнения такой трудоемкой операции, как предварительная очистка поверхностей, так как сам уль­ тразвук способствует очищению контактируемых плоско­ стей. Сварка ультразвуком очень производительна: сва­ ривание в одной точке осуществляется за одну секунду.

При помощи ультразвуковой сварки возможно сва­ ривать высокополимерные материалы, что особенно важ­ но, так как эти новые искусственно создаваемые мате­ риалы получают все большее и большее применение во всех областях техники.

Сварные соединения металлов, получаемых ультра­ звуком, обладают высокой прочностью. В ряде случаев прочность их гораздо выше прочности соединений, выпол­ ненных контактной сваркой.

В последнее время появился новый вид сварки кон­

концентрации энергии проплавлять толстый металл очень узким «кинжальным» швом, при небольшом расходе электроэнергии, в пять—десять раз меньшем, чем при других способах сварки.

В связи с расширением применения тугоплавких и хи­ мически активных металлов в качестве конструкционных

158

материалов получила развитие и э л е к т р о н н о л у ч е ­ ва я с в а р к а в в а к у у м е — наиболее надежный ме­ тод сварки таких металлов. Он позволяет избавиться от присадок и флюсов, предохраняющих сварной шов от загрязнений и окисления. Наоборот, металл в месте рас­ плавления рафинируется за счет испарения примесей.

Энергия электронного луча концентрируется на очень малой площади изделия, что приводит к очень высоким, ранее недостижимым значениям плотности энергии в месте обработки.

С помощью электронного луча можно создать плот­ ность энергии порядка 108 вт/см2 при минимальной пло­ щади пятна К)-7 см2. Для сравнения укажем, что при дуговой сварке удается создать плотность энергии до 105 вт/см2 при минимально возможной площади действу­ ющей поверхности дуги 10~3 см2.

Использование очень узких лучей позволяет при сты­ ковой сварке нагревать шов сверху, как это происходит при обычной сварке, а начинать его заплавление со дна. Таким образом удается в течение очень короткого времени производить сварку швов толстых материалов на всю толщину при малом общем выделении энергии в шве. Благодаря этому термическое воздействие на прилегающую к месту сварки среду ограничивается узким пространством и почти не вызывает деформации изделия.

Металлы, имеющие высокую упругость паров, свари­ вают не непрерывным пучком, а импульсным. Так свари­ вают, например, хром и алюминий.

В настоящее время электроннолучевой нагрев нахо­ дит все более широкое применение в промышленности.

Электронный нагрев применяется для выплавки, зон­ ной очистки, сварки и нанесения покрытий при исполь­ зовании материалов, обладающих специальными физико-

159