Сборник практических работ по технологии машиностроения

10.Как рассчитывается коэффициент использования материала?

Ра б о т а 3.11

АНАЛИЗ БСАЧЕСТВАИ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ ЗАГОТОВОК

Цель работы - приобретение практических навыков в оценке качества (точности основных размеров и состояния сварных швов) сварных заготовок и освоение методики их проектирования.

Работа рассчитана на два академических часа.

Основные положения

Электродуговая сварка широко применяется в машиностроении 1сак один из методов соединения деталей в сборочнь1е единицы, в том числе для получения сварных заготовок деталей машин. Сварйые заготовки имеют ряд преимуществ перед другими заготовками, на­ пример, изготовленными литьем, ковкой и штамповкой или резанием из сортового проката, в связи с простотой метода, его высокой про­ изводительностью, высоким коэффициентом использования металла, возможностью изготовления деталей весьма сложной конструкции. Сварные заготовки наиболее часто изготавливают в мелко- и средне­ серийном производстве, так как в этих условиях не представляется рациональным и возможным конструирование и изготовление штам­ пов, литейных форм и другой сложной оснастки, требующей боль­ ших трудовых и материальных затрат, а также длительной техноло­ гической подготовки производства. Свыше 80 % стального проката потребляется для сварных конструкций. При конструировании свар­ ных заготовок в первую очередь необходимо оценить возможное^ расчленения заготовки на отдельные элементы и степень сваривае­ мости применяемого материала.

Под свариваемостью понимают способность однородных метал­ лов образовывать сварное соединение, надежно работающее на за­ данных режимах эксплуатации изделия. Сведения о свариваемости стали см. в табл. 3.11.1.

Не рекомендуется выполнять заготовки сварными при ограни­ ченной и плохой свариваемости материала заготовки.

Сварной вариант заготовки может быть выполнен лишь в том случае, если деталь может быть расчленена на простейшие элемен­

433

ты в виде пластин, косынок (уголков), цилиндров, полос и др.

Т а б л и ц а 3.11.1

Свариваемость стали в зависимости от отношения легирующих примесей к содержанию углерода

В данной работе рассматривается ручная дуговая электрическая сварка (стальных конструкций) металлическим электродом.

Ручная дуговая сварка металлическим электродом осуществля­ ется за счет теплоты электрической дуги, горящей между электро­ дом и свариваемыми деталящ!, Электрическая, дуга или электриче­ ский разряд в газовом промежутке характеризуются:

а) низким напряжением на электродах (25-40 В); б) высокой температурой столба дуги (6000-10000^0); в) большой силой тока (100-360 А).

Для ручной дуговой сварки может быть применен как постоян­ ный, так и переменный род тока. При постоянном токе дуга горит устойчиво, что важно для сварки сталей малых толщин (до 3 мм) и специальных марок сталей. Однако в этом случае требуется более сложная и дррогостоящая аппаратура, увеличивается расход электро­ энергии, в результате повьннается себестоимость сварки..

При переменном токе условия сварки ухудшаются (возможны пористость шва, меньшая устойчивость горения дуги), однако про­ цесс сварки более экономичен, чем в цервом случае.

Сравнительные данные некоторых показателей источников пи­ тания даны в табл. 3.11.2.

Питание дуги постоянным током осуществляется с помощью выпрямителей или генераторов, а переменным ^ с помощью аппа­ рата, состоящего из сварочного понижающего трансформатора и дросселя. Дроссель служит для ограничения тока короткого замы­ кания, улучшения горения дуги за счет сдвига фаз между током и напряжением и регулирования силы сварочного тока.

434

Во избежание прожога тонких стенок деталей при сварке посто­ янным током ее обыИно ведут с обратной полярностью, т. е. деталь подключают к отрицательному полюсу, так как на этом полюсе вы­ деляется меньше тепла. Особо ответственные конструкции также сваривают постоянным током с обратной полярностью с целью обеспечения более высокого качества сварного соединения"

Основными причинам брака являются деформаций сйрных за­ готовок и дефекты сварочных швов. ^ '

В процессе изготовления в сварНых конструкциях возникают внутренние напряжения, вызывающие деформации. Причинами возникновения внутрённих напряжений могут бйп'ь Дефекты подго­ товки и сборки (неправильный угол скоса кромок, неравномёрцое притупление по длице кромок или непостоянство зазора межд^ ни­ ми, несовпадение, стыкуемых плоскостей, расслоения и загрязнения на кромках и т. п.), неравномерность нагрева свариваемот металла, литейная усадка наплавленного металла и струкхурнь1е измерения в металле ища, происходящие при его затвердевании (главным обра­ зом при сварке легированных и высокоуглеродиртьгх сталей, склон­ ных^ закалке),,

Дефекты сварочных швов г это трещины, непровары, прожоги, подрезы, натеки, поры, шлаковые и окисные включения, а также дефекты формы швов. ,

435

Методические указания Анализ качества

Для анализа качества сварных заготовок студентам выдаются чертеж сварной заготовки, чертежи составных частей заготовки и комплект сварных конструкций, в который входят элементы конст­ рукции до сварки, элементы конструкции, прихваченные сваркой в отдельных точках, И полностью сваренная заготовка,

Для проектирования сварной заготовки выдаются чертежи дру­ гих Деталей. '

Для оценки качества составных частей заготовки следует произвести измерения геометрических параметров разделок и швов и оценить их соответствие требованиям чертежа. Внешним осмотром проверяют на­ личие трещин, подрезов, прожогов, натеков, непроваров корня и кро­ мок, пор, шлаковых и окисньк включений. По внешнему виду сварные швы должны иметь гладкую или,мелкочешуйчатую поверхность (без напльшов, прожогов, сужений и перерывов) и плавный переход к ос­ новному металлу: наплавленный металл должен быть плотным по всей длине шва, не иметь трещин, скоплений и цепочек поверхностньтх пор (отдельно расположенные поры допускаются); подрезы основного ме­ талла допускаются глубиной не более 0,5 мм щ)и толщине свариваемого металла до 10 мм и не более 1 мм ири толщине свыше 10 мм.

^Конструирование сварной заготовки [69]

Конструирование сварной заготовки выполняется в три этапа.

1.Производится анализ чертежа детали. При этом изучаются: марка стали, ее свариваемость, возможность расчленения детали на простей­ шие элементы, технические требований йа изготовление детали, в том числе точность размеров и Требуемая шероховатость Поверхностей.

2.Выйолняются эскизы отдельных элементов будней свйрной заго­ товки с простановкой размеров с допусками и знаков шероховатости. Размеры проставляются с учетом припусков на обрабопу сварной заго­ товки. Необходимо предусматривать прйгуски на те поверхности составньк элементов з1аготовки, которые на чертеже ограниченыжеспсими до­ пусками и низкой шероховатостью. Следует иметь в вцду. Чтозаготовка в ходе сварки подвергается существенной деформации, поэтому на те по­ верхности, к которым предъявляются требования в отношении прямоли-

436

нейносш, плоскостности, перпендикулярности, соосности и параллельно­ сти, также необходамо предусматривать припуски для обработки их по^ еле сварки. На эскизах указывается форма кромок под сварку с проста­ новкойнеобходимыхразмеров и шероховатости.

3. Выполняется эскиз сварной заготовки (в сборе) с обозначени­ ем сварных швов по ГОСТ 2.312-72, простановкой размеров с до­ пусками, шероховатости поверхностей и техническими требова­ ниями к заготовке. Для заготовок из углеродистых сталей рекомен­ дуется предусматривать термообработку, а также правку (рихтов­ ку). При назначении величины припуска на отдельные поверхности следует считать, что сварка производится в специальном приспо­ соблении и коробление заготовки будет умеренным.

Для компенсации возможного коробления заготовки следует увеличивать табличные значения припусков в 1,2... 1,3 раза. Таб­ личные значения припусков на различные виды обработки см. в табл. 3.11.6-3.11.9.

Технология сварки

При разработке технологии сварки в первую очередь назначают вид сварного соединения, форму подготовки кромок в соответствии С ГОСТ 5264-60 «Швы сварных соединений, ручная дуговая сварка» (см. табл. 3.11.5). Затем назначают режпм сварки: выбираются тип, марка и диаметр электрода, определяется сила сварочного тока и полярность (для постоянного рода тока).

Диаметр электрода выбирается по ГОСТ 9467-75 в зависимости от толщины свариваемого металла, типа шва и его положения в про­ странстве. При вертикальном и потолочном швах диаметр электрода не должен превышать 4 мм. Чем больше толщина свариваемого ме­ талла, тем больше должен бьггь диаметр электрода (см. табл. З.Г1.3).

Тип и марка электрода принимаются в зависимости от требова­ ний к прочности и пластичности сварного шва по табл. 3.11.4 с уче­

437

том коэффициента наплавки, характеризующего производитель­ ность сварки. Наиболее часто применяемые в машиностроении ти­ пы и марки электродов см. в табл. 3.11.4.

янный обратной полярности, Пер - переменный ток.

Вграфе «Н^начение электрода»: 1 - для сварных конструкций из низкоуглеродистых сталей, 1а - для сварных наиболее ответственных конструкций из низколегированных сталей, 2 - для сварных конструк­ ций из низколегированных сталей, 2а - для наиболее ответственных и напряженных сварных конструкций из низколегированных сталей.

Электродные стержни обычно изготавливаются из проволоки марок Св-08 и СВ-08А, СВ-08ГА, СВ-10ГА, СВ-10Г2.

Вграфе «Тип электрода» цифры после буквы Э означанэт номи­ нальный предел прочности при растяжении в десятках МПа (10 МПа).

Вслучае применения электродов с защитно-легирующими по­ крытиями предел прочности сварного щва несколько увеличивает­

438

ся. Индекс «А» означает, что сварной шов, наплавленный этим электродом, имеет повышенные пластические свойства.

Марки электродов отличаются друг от друга и6 химическому соста­ ву их покрытий, в том числе по количеству легирующих добавок в по- крьп-иях. Например, электроды марки УОНИ-13/45 имеют защитнолегирующее покрытие фтористо-кальциевого типа. Электроды этой марки применяются для сварки ответственных деталей, требующих вы­ соких пластических свойств наплавленного метала. Химический состав этого покрытия; жидкое стекло - 15 -^18%, мрамор - 53%, плавиковый шпат - 18 %, кварц -9 % , сода --1,6 %, ферромарганец - 2 %, ферроси­ лиций - 3 %, ферротитан -15% , силикат натрия - 4 %, бентонит -1 %.

Необходимая сила сварочного тока определяется по формуле

/ = (20 + 6 ^ К .

где I - сила тока. А;

-диаметр электрода, мм.

Взависимости от требуемой силы сварочного тока, толщины стенок свариваемой заготовки и заданного качества сварного шва

выбирается источник питания сварочной дуги. - ' Источниками переменного тока при ручной сварке могут слу­

жить трансформаторы ТД-300, ТД-500, ТД-502, ТД-102, ТД-306. Источниками постоянного тока могут служить сварочные вы­

прямители ДД-306, БД-502, ВДУ-305, ВДУ-504.

В индексации моделей трансформаторов и выпрямителей первая цифра после букв и тире - номинальный ток источника округленно в сотнях ампер.

Основное время То в мин при ручной дуговой сварке рассчиты­ вают по формуле

60-Р-1-У

=•

К.. I

где Р - площадь поперечного сечения шва, см^; I - длина шва, мм;

у- плотность наплавленного металла, г/см^;

-коэффициент наплавки (по табл. 3.11.4), г/А-ч;

/ - сила сварочного тока, А.

Площадь поперечного сечения (которое существенно зависит

439

Условные изображения и обозначения швов сварных соединений

по ГОСТ 2.312-72

Шов сварного соединения независимо от способа сварки условно изображают: видимый - сплошной основной линией; невидимый - штриховой линией.

От изображения шва проврдят линию-выноску, заканчивающую­ ся односторонней стрелкой. Линию-выноску предпочтительно про­ водить от изображения видимого шва.

Структура условного обозначения стандартного шва;

/I— ^ \ т

Здесь: 1 - обозначение стандарта на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений;

2 - буквенно-цифровое обозначение шва по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений;

3 - знак и размер катета согласно стандарту на типы и кон­ структивные элементы швов сварных соединений;

4 - вспомогательные знаки. Условное обозначение шва наносят;

а) на полке линии-выноски, проведенной от изображения шва с лицевой стороны;

б) под полкой линии-выноски, проведенной от изображения шва с оборотной стороны.

Примечания.

1. За лицевую сторону одностороннего шва сварного соединения принимают сторону, с которой производят сварку.

2. За лицевую сторону двустороннего шва сварного соединении с симметрично подготовленными кромками может бьпъ принята лю­ бая сторона.

Знак вспомогательные знаки выполняются сплошными тон­ кими линиями. Высота знаков должна быть одинаковой с высотой цифр, входящих в обозначение шва.

Вспомогательные знаки для обозначения сварных швов;

441

а) Л2. - усиление шва снять; б) - наплывы и неровности шва обработать с плавным

переходом к основному металлу; в) О - шов по замкнутой линии; диаметр знака - 3... 5 мм;

1- шов по незамкнутой линии; знак применяют, если распо­ ложение шва ясно из чертежа.

Обозначение шероховатости механически обработанной поверх­ ности шва наносят на полке или под полкой линии-выноски после условного обозначения шва.

При наличии на чертеже одинаковых швов обозначение наносят у одного из изображений, а от изображений остальных одинаковых швов проводят линии-выноски с полкши. Всем одинаковым швам присваивают один порадковый номер, который нанослг;

а) на линии-выноске, имеющей полку с нанесенным обозначени­ ем шва;

б) на полке линии-выноски или под ней, проведенной от изобра­ жения шва, не имеющего обозначения.

Примечание. Швы считаются одинаковыми, если одинаковы их типы и размеры конструктивньгх элементов в поперечном сечении и

Допуски на черновое точение - по ЫЗ, на чистовое - поЫО.

442