книги / Сварные конструкции

ностыо, не меньшей, чем соответствующие цельнокованые валы, и могут успешно применяться для дизелей взамен цельнокова­ ных.

Экономическая эффективность по данным завода характери­ зуется при этом следующими показателями:

Стоимость одного вала: цельнокованого 4459 руб; сварного 2501 руб; экономия 1958 руб.

Кроме того, цикл изготовления коленчатых валов сокращается в 3—4 раза.

Рис. 10.6. Сварной коленчатый вал дизеля

Эти показатели могут быть еще более значительно улучшены при дальнейшем упрощении технологии изготовления сварных коленчатых валов, в частности, переносом сварного стыка в место сопряжения шеек вала со щеками;

Проведенные испытания показали, что такое конструктивное решение является вполне возможным потому, что само сварное соединение во всех отношениях является равнопрочным, а более слабым местом конструкции является щека вала и, кроме того, место перехода шейки вала к щеке может быть значительно уси­ лено за счет дополнительного наклепа галтелей, осуществляемого путем обкатки или чеканки.

Сварной ротор. Применение специальных сплавов исключает возможность получения качественных отливок или поковок боль­ ших размеров. В связи с этим роторы паровых и газовых турбин

могут быть изготовлены только составными. Изготовление со­ ставных сварных роторов относится к числу значительных до­ стижений современной сварочной техники.

На рис. 10.7 приведена сварная конструкция ротора компрес­ сора турбореактивного двигателя, которая изготовлена из тита­ нового сплава марки ВТ8 и осуществлена электронно-лучевой сваркой.

Ротор составлен нз отдельных штампованных колец, которые соединены между собой односторонними швами, В качестве обратной прокладки при сварке здесь использован посадочный буртик. Скорость сварки кольцевых швов составляла 80—160 м/ч. Качество сварных швов при электронно-лучевой сварке очень

Рис. 10.7. Схема сварного ротора из титанового сплава

хорошее. По своим показателям прочности и пластичности металл швов при температуре 20—400° С не уступает основному металлу.

Об экономической эффективности применения сварных состав­ ных роторов данного типа вместо роторов, полученных из цель­ ных поковок, свидетельствуют следующие данные. Производи­ тельность труда повысилась в 15 раз. Расход металла на заго­ товку снизился в 10 раз.

§ 50. С В А РН Ы Е КОЛЕСА

Рабочее колесо турбины. На рис. 10.8 представлено уникальное по своим размерам и весу сварное рабочее колесо радиально-осе­ вой гидротурбины Красноярской ГЭС. Номинальный диаметр рабочего колеса 7,5 м, максимальный диаметр 8,65 м, его высота 4 м, а общий вес 250 т. Оно состоит из верхнего обода весом 6 8 т, четырнадцати лопастей весом по 8 т каждая и нижнего обода ве­ сом 70 т.

Верхний обод является сварным и выполнен из двух полудисков, имеющих диаметр 7 м и наибольшую толщину 500 мм, отли­ тых из стали марки 20ГСЛ. Диски соединены между собой элек­

Стыки лопастей с верхним ободом осуществлены электрошлаковой сваркой, При этом для обеспечения гладкой поверхности сварных швов и плавного перехода от шва к основному металлу

рис. 10.9. Сварное колесо состоит из вала /, изготовленного в виде поковки из низколегированной конструкционной стали марки 40Х, двух дисков 2 , изготовленных из листового проката малоуглероди­ стой стали марки сталь 20, и обода 5, изготовленного прессов­ кой из такой же стали, как и вал. Вал и обод имеют реборды, принятые для обеспечения плавных переходов в местах сопряже­ ния их с дисками.

Диски привариваются поочередно, поэтому форма их стыковых

Особенностью технологического процесса изготовления этой конструкции является то, что при сварке такой закаливающейся стали, как сталь марки 40Х, для предотвращения трещин в свар­ ных соединениях необходим предварительный и сопутствующий подогрев. Кроме того, для снижения твердости металла в зоне шва, а также с целью снятия сварочных напряжений и предупреж­ дения возможности изменения размеров редукторного колеса при его окончательной механической обработке, а также и в процессе эксплуатации применяется термообработка всего колеса после сварки.

Сварка кольцевых швов, соединяющих обод с дисками, произ­ водится с нагревом обода до температуры t — 250° С и местного нагрева дисков до температуры t = 100° С.

Учитывая, что периметр кольцевых швов, соединяющих диски с валом, является сравнительно небольшим, с целью упрощения технологии их сварки и исключения нагрева вала в процессе об­ щей сборки деталей колеса, на кромки реборд вала предварительно производилась наплавка слоя малоуглеродистой стали. Слой на­ плавки толщиной 6 мм предотвращает возможность появления закалочной зоны на кромках реборд вала при сварке швов, соеди­ няющих вал с дисками, которая поэтому может производиться уже без подогрева.

Сама же операция предварительной наплавки реборд вала производится с соответствующим его подогревом, но она осо­ бых затруднений не вызывает.

Принятая технология сварки обеспечивает высокое качество всех сварных швов редукторного колеса.

Сварные швы редукторного колеса, соединяющие вал с дис­ ками, воспринимают крутящий момент. Величина его обычно

где Тг — касательное усилие, приходящееся на единицу длины кольцевого сечения диска; т — касательное напряжение в коль­ цевом сечении диска, расположенном по периметру круга задан­ ного радиуса; s — толщина диска.

Крутящий момент, создаваемый этим единичным усилием

где R — радиус окружности, на которой расположен сварной шов.

В качестве примера можно привести конструкцию сварных ста­ нин горизонтальных протяжных станков, изготовление которых осуществляется на механизированных поточных линиях Минского станкостроительного завода им. С. М. Кирова (рис. 10.10).

Сварная станина имеет коробчатое сечение и состоит из основа­ ния, внутренних ребер жесткости и перегородок, лобовой плиты, задней и боковых стенок, планок и направляющих. Габаритные размеры станка 7А520 составляют 670x1200x4105 мм, общий вес 2,5 т.

Сварка швов осуществляется автоматическим способом под флюсом.

Переход от литых станин на станины сварной конструкции обеспечил заводу экономию металла на 30%. При этом достигнуто сокращение цикла подготовки производства в 2—3 раза и увели­ чение съема продукции с одного квадратного метра производствен­ ной площади в 2,5 раза.

Имея в виду, что размеры сечения вала -заданы после его чистовой обработки, расчетное сечение сварного шва следует принять равным сечению по основному металлу.

При этом момент сопротивления сечения шва при кручении

Подставляя сюда заданные размеры, будем иметь

Касательные напряжения в шве от крутящего момента

т " & = '& в 4 7 ° кгс/см* = 47 МПа.

Пример 2 . Определить напряжение в стыковом шве, соединяю­ щем диск сварного редукторного колеса с валом (применительно к конструкции на рис. 10.9), передающем крутящий момент Мкр = 50 тс-м = 0,5 МН*м. Толщину диска принять s = 2 см.

Крутящий момент, действующий на кольцевое сечение двух стыковых швов (при наличии двух дисков), в соответствии с фор­ мулой (10.7)

Мкр= 4n/?2ST,

откуда касательное напряжение в шве определится из следующего выражения:

_ мкр

т “ 4я/?»« '

Принимая радиус окружности для сварных швов R = 40 см и подставляя заданные значения, будем иметь

т *= 4д°4 5 ^ 2 = 124 кгс/см2 = 12,4 МПа.

Пример 3. Определить напряжение в стыковом шве коренной шейки сварного коленчатого вала (применительно к конструкции

металла.

Момент сопротивления при кручении для сечения, ослаблен­

Пример 4. Определить коэффициент запаса прочности корен­ ной шейки сварного коленчатого вала (по данным примера 3), если известны следующие дополнительные данные: предел проч­

= 2100 кгс/см2 = 210 МПа; коэффициент динамичности Лд = 1,4; эффективный коэффициент концентрации напряжений (у отверстий для масла) с учетом масштабного фактора Р = 3,2; характеристика цикла переменной нагрузки г — 0 .

В соответствии с формулой (4.16) находим значение предела выносливости материала для данных условий

Подставляя в это выражение известные данные, получим

Касательные напряжения в сечении коренной шейки сварного коленчатого вала с учетом коэффициента динамичности

тд == &дт = 1,4- 288 = 320 кгс/см2 = 32 МПа.

При этом коэффициент запаса прочности равен

что можно считать допустимым.

игазовых турбин. М.—Л., Машгиз, 1962. 224 с.

4.Н е г а н о в В. И. Первенец атомного флота. — В кн.: Атомный ледокол

«Ленин». Лениздат, 1960, 172 с.

5.Н и к о л а е в Г. А., К у р к и н С. А., В и н о к у р о в В. А. Расчет,

проектирование и изготовление сварных конструкций. М., «Высшая школа», 1971. 760 с.

6.О к е р б л о м Н. О. Конструктивно-технологическое проектирование

сварных конструкций. М.—Л., «Машиностроение», 1964. 420 с.

7.П а т о и Б. Е. Некоторые прогнозы развития сварки. — «Автоматиче­

ская сварка», 1971, № 5, с. 1—8.

8. Р а е в с к и й Г. В. Изготовление стальных вертикальных резервуаров