Сварные заготовки

Высокая эффективность современных процессов сварки, обеспе­чивающая их конкурентоспособность при изготовлении комбини­рованных (штампо-сварных и сварно-литых) и сварных из проката заготовок, является действенным средством снижения металло­емкости машиностроительных конструкций. Сущность различных способов рассматривалась в курсе «Технологические процессы ма­шиностроительного производства». Остановимся на характерных особенностях технологии и экономии наиболее распространенных и перспективных способов сварки.

Рис. 6.1. Изготовление калибров по старой технологии (а) и с примене­нием сварки трением (б)

Дуговая сварка (ручная, полуавтоматическая и автоматическая) является наиболее распространенным способом сварки. Ручная сварка применяется для сварки швов небольшого размера; за один проход без предварительной разделки кромок она позволяет сва­ривать детали толщиной 4...8 мм. Автоматическая сварка может вестись одним или несколькими электродами под слоем флюса, в среде защитных газов (аргона, гелия, углекислого газа) или само­защитной проволокой. При этом резко повышается толщина сва­риваемых деталей до (15 мм без разделки кромок) и производи­тельность сварки (в 6...8 раз по сравнению с ручной сваркой). Свар­ка в углекислом газе углеродистых и низколегированных сталей характеризуется стабильностью режима сварки, хорошим форми­рованием сварного шва, высоким качеством соединения. Произво­дительность полуавтоматической сварки примерно в 2...4 раза вы­ше, чем ручной.

Контактная сварка (стыковая, точечная, шовная) отличается высокой производительностью и экономичностью. Ею хорошо сва­риваются углеродистые, низколегированные и некоторые коррози­онно-стойкие стали, а также алюминий, титан и их сплавы.

При стыковой сварке заготовки свариваются по всей поверх­ности их касания. Можно сваривать стальные стержни, рельсы, прутки, трубы, прокат сечением до 10 000 мм2, а также прутки, трубы, прокат, штамповки из цветных металлов сечением до 4 ООО мм2. Точечной сваркой соединяют листовые заготовки вна­хлест в отдельных местах (точками). Точечной сваркой сваривают заготовки (листы, прутки, швеллеры, уголки и т. п.) одинаковой или разной толщины от сотых долей миллиметра до 30 мм. Шов­ной сваркой сваривают внахлест листовые заготовки непрерывным плотнопрочным швом (кузов автомобиля, герметичные емкости и т. п.).

Сварка трением взамен контактной в 2...4 раза уменьшает при­пуски и в 1,5...2 раза брак. При применении сварки трением по­лучают существенную экономию материалов. Так, гладкие и резь­бовые калибры (пробки) ранее изготавливались из дорогой стали ШХ15 методом ковки в несколько переходов (рис. 6.1, а). После внедрения сварки трением хвостовик из стали 45 приваривается к рабочей части-из стали ШХ15 (рис. 6.1, б). Валики центров точи­лись из прутка (рис. 6.2, а). Внедрение сварки трением (рис. 6.2, б) увеличило число операций: отрезка двух прутков и сварка, но за­то в общем сократило затраты рабочего времени и значительно уменьшило расход инструментальной стали. Изготовление штампо-сварных заготовок клапанов двигателей внутреннего сгорания по­зволило резко сократить расход жаропрочной стали и упростить горячую штамповку (рис. 6.3).

Электрошлаковая сварка при производстве толстостенных (до 1 м и более) сварных конструкций в тяжелом машиностроении обеспечивает высокую экономическую эффективность: съем про­дукции с 1 м2 производственной площади увеличивается в 2 раза, цикл производства уменьшается в 1,5...2 раза, экономится металл,

Рис. 6.3. Изготовление кла­панов по старой технологии (а) и с применением свар­ки трением (б)

снижается расход электроэнергии в 1,5...2 раза, а флюса — в 20... 40 раз, отпадает необходимость в предварительной разделке кро­мок, снижается себестоимость.

Электронно-лучевая сварка позволяет получать сварные соеди­нения из окончательно обработанных деталей без их существенных деформаций (например, блоки зубчатых колес взамен крупных по­ковок). Электронно-лучевая сварка гарантирует высокое качество сварного соединения деталей из тугоплавких металлов, жаропроч­ных, жаростойких и других материалов со скоростью, не уступаю­щей дуговой сварке.

Диффузионная сварка позволяет соединять разнородные мате­риалы, в том числе тугоплавкие металлы и неметаллические ма­териалы с металлами, сваривать детали разной толщины; обеспе­чивать равнопрочность основного металла и сварного соединения. В процессе сварки исключается неблагоприятное влияние метал­лургических и ряда термических факторов.

Диффузионная сварка применяется при изготовлении резцов, угольников, магнитов, микрометров с пяткой из твердых сплавов, дисков газовых турбин.

При производстве заготовок ограниченно применяют также га­зовую, плазменную, ультразвуковую, лазерную и другие сварки. В изделиях сложной геометрической формы (телескопические сое­динения трубчатых элементов, сотовые конструкции и т. п.), при изготовлении которых наложение сварных швов оказалось бы за­труднительным, целесообразно применять пайку.

Многообразие способов сварки и пайки, а также конструктив­ных и производственно-технологических факторов, влияющих на возможность их применения, требует тщательного технико-эконо­мического обоснования выбора способа сварки.

6.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ ЗАГОТОВОК

6.3.1. Методика проектирования сварных заготовок

Проектирование сварных заготовок производится с учетом обес­печения прочности (в частности, усталостной прочности, сопротив­ления хрупкому разрушению) и технологичности (см. п. 6.4) свар­ного соединения. На стадии проектирования необходимо также

продумать последовательность сборочно-сварочных операций, оце­нить ожидаемые сварочные деформации (коробление) и точность размеров и конфигурации сварной заготовки после механической обработки. Все изменения, связанные с этими вопросами, должны быть согласованы с конструктором.

Таким образом, на первом этапе на основании чертежа готовой детали производится общий анализ ее конструкции, материала, тех­нологичности и оценивается возможность получения заготовки сваркой. После этого выбирают оптимальный в данном случае спо­соб сварки.

Выбор способа сварки определяется конструкцией детали в зо­не сварки, ее габаритами, степенью ответственности сварного со­единения и технологическими возможностями процесса сварки (п. 6.2). Одновременно с способом выбора сварки обычно назнача­ют тип сварного соединения.

Затем производится разбивка заготовки на свариваемые части. Выбор места деления заготовки производится с учетом двух точек зрения. С одной стороны, в результате деления должны образовы­ваться элементы (исходные заготовки), технологичные для изго­товления литьем или обработкой давлением. С другой стороны, зо­на сварки должна быть удобной для выбранного способа сварки, доступной для сварочного инструмента, присадочных материалов и обеспечивать провар сварного соединения на всю глубину. Осо­бое внимание при выборе места сварки следует уделить располо-жению сварных швов вне зоны действия значительных внешних на­грузок.

Зная конструктивные размеры зоны сварки и способ сварки, по соответствующим стандартам назначают тип сварного шва. Кон­структивные элементы сварных швов приведены в справочниках [34]. Типы сварных соединений, указанные в стандартах, могут сохраняться и для других методов сварки, для которых стандарты еще не разработаны, например, лазерная или электронно-лучевая. Но в этом случае конструктивные элементы подготовки кромок, форма и размеры сварных швов и допуски на них корректи­руются с учетом технологических особенностей этих способов сварки.

Проектирование свариваемых частей производится на следую­щем этапе. Если исходной заготовкой является отливка или поков­ка, то ее проектирование производится в соответствии с указания­ми четвертой и пятой глав. Если исходная заготовка — прокат, то проектирование сводится к выбору его оптимальных размеров и определению разделки кромок в соответствии с выбранным типом сварного шва. В случае необходимости на исходных заготовках предусматриваются сборочные и фиксирующие элементы, а также припуски для механической обработки после сварки.

Рис. 6.4. Пример оформления чертежа сварной заготовки

Ввиду жесткой связи между прочностью сварной конструкции, формой сварного соединения и технологией сварки разработка кон­струкции заготовки должна вестись одновременно с проработкой технологии ее изготовления.

Оформление чертежа сварной заготовки выполняется в соот­ветствии с принятыми правилами. На чертеже заготовку представ­ляют в таком виде, в каком она должна быть после сварки (рис. 6.4). Чертеж должен содержать: изображение заготовки с проекциями, сечениями и разрезами в количествах, необходимых для полного понимания устройства; габаритные, установочные и присоединительные размеры; номера позиций составных частей; данные о материале заготовки и т. д. Все сварные швы должны иметь условные обозначения в соответствии с требованиями ГОСТ 2.312—72.

В технических условиях чертежа указываются требования к ка­честву материала или сведения о его заменителе; сварочные мате­риалы (если это необходимо); контрольные операции. Дополните­льно могут указываться допустимые дефекты, основания для бра­ковки, способы исправления брака, специальные испытания сварных соединений.