Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Технологичность сварных заготовок

15.11.2018

Технологичность сварных заготовок обеспечивается выбором материала, типа соединения, формы и размера свариваемых элементов, вида сварки, а также мероприятий по уменьшению сварочных деформаций и напряжений.

Выбор материала. При выборе марки материала для сварных заготовок необходимо учитывать не только эксплуатационные свойства, но и технологические мероприятия, обеспечивающие хорошую свариваемость. Для получения сварных соединений, равноценных по работоспособности основному металлу, при конструировании сварных заготовок следует по возможности выбирать хорошо свариваемые материалы. К таким металлам относятся спокойные низкоуглеродистые стали и многие низколегированные стали, ряд сплавов цветных металлов, применение которых не ограничивается какими-либо требованиями к виду и режиму сварки.

Для малогабаритных изделий возможно применение металлов с пониженной свариваемостью, поскольку при их изготовлении используют оптимальные с точки зрения свариваемости виды сварки. Например, для изготовления сварных конструкций из тугоплавких металлов (титана, молибдена и др.) применяют электронно-лучевую сварку.

Выбор типа сварного соединения. Взаимное расположение свариваемых элементов и форма подготовки (разделки) их кромок под сварку определяют тип сварного соединения (табл. 38.1). По взаимному расположению соединяемых элементов различают четыре основных типа сварных соединений: стыковые, тавровые, нахлесточные и угловые.

Стыковые соединения элементов имеют высокую прочность при статических и динамических нагрузках. Их выполняют практически всеми видами сварки плавлением и многими видами сварки давлением.

Тавровые соединения широко применяют при изготовлении пространственных конструкций. Этот тип соединения выполняют всеми видами сварки плавлением. Сварку давлением для тавровых соединений применяют редко.

Нахлесточные соединения часто выполняют для сварки листовых заготовок. Эти соединения, полученные сваркой плавлением (ручной дуговой, электронно-лучевой), менее прочны по сравнению со стыковыми соединениями. Они неэкономичны вследствие перерасхода основного металла, что обусловлено наличием перекрытия свариваемых элементов. Однако этот тип соединения является основным при сварке давлением (контактной точечной и шовной) тонколистовых элементов.

Угловые соединения, как правило, применяют в качестве связующих. Они не предназначены для передачи рабочих усилий. Их выполняют ручной дуговой, контактной и другими видами сварки.

Тип сварного соединения наряду с общими конструктивными соображениями выбирают с учетом обеспечения равнопрочности соединения с основным металлом и технологичности изделия.

Кромки разделывают в целях полного провара заготовок по сечению, что является одним из условий равнопрочного сварного соединения с основным металлом. Форму и размеры разделки кромок (угол, притупление и зазоры) назначают из условий проплавления, обеспечения формирования корня шва (без непроваров и прожогов) и минимального объема наплавленного металла. Выбор разделки кромок зависит от толщины соединяемых элементов, теплофизических свойств материала и вида сварки.

Выбор формы и размеров свариваемых элементов. Сварные изделия, как правило, изготовляют из профилей, литых, кованых и штампованных элементов. При проектировании сварных конструкций необходимо учитывать следующее:

• число и длина сварных соединений должны быть минимальными, следует отдавать предпочтение прямолинейным и непрерывным швам;

• форма и взаимное расположение соединяемых элементов должны быть удобными для доступа сварочного инструмента в зону сварки;

• следует избегать пересечения швов в одном узле и сводить к минимуму количество наплавленного металла;

• в зоне сварки не должно быть ступенчатых переходов по толщине (рис. 38.1), несимметрично расположенных элементов, чтобы исключить возможное разрушение конструкции в результате концентрации напряжений;

• размеры заготовок после сварки должны соответствовать возможностям их обработки в термических печах и на металлорежущих станках.

Указанным рекомендациям соответствуют элементы простой геометрической формы: прямолинейные, цилиндрические, конические и полусферические с длинными прямыми, кольцевыми, стыковыми и тавровыми соединениями между ними. При выборе сортамента материалов для изготовления элементов сварной заготовки следует отдавать предпочтение профилям и их сочетаниям. При этом необходимо стремиться к минимальному количеству типоразмеров и толщин свариваемых элементов.

Варианты сварных двутавровых и коробчатых балок показаны на рис. 38.2. Более технологичными являются балки, выполненные из гнутых элементов, так как при их использовании снижается масса изделия, уменьшается трудоемкость его изготовления вследствие сокращения числа элементов и объема сварочных работ.

В результате рационального выбора формы и размеров соединяемых элементов достигают уменьшения массы сварных изделий, трудоемкости и себестоимости их изготовления.

Уточнение вида сварки. Важнейшей задачей при проектировании сварных конструкций является правильный выбор вида сварки исходя из размера и формы соединяемых заготовок, типа сварного соединения и расположения швов в изделии; возможности механизации и автоматизации процесса сварки.

Выбор вида сварки в значительной степени определяется свариваемостью материала заготовок, степенью ответственности изделия и производительностью сборочно-сварочного процесса. Так, для сварки толстолистовых конструкций из стали всех марок и некоторых цветных сплавов широко применяют дуговую и электрошлаковую сварки. В производстве тонколистовых конструкций из сталей и цветных металлов для нахлесточных соединений наиболее распространены контактная точечная и шовная сварки. При изготовлении конструкций из алюминиевых, магниевых, титановых сплавов и высоколегированных сталей необходимо обеспечить надежную защиту зоны сварки от взаимодействия с газами атмосферы, поэтому проводят дуговую сварку под флюсом, аргонодуговую, электронно-лучевую и диффузионную сварку.

Кроме того, при выборе вида сварки стремятся к снижению температуры и времени нагрева ЗТВ, предотвращению химического взаимодействия между разнородными заготовками, а также к уменьшению зоны нагрева и объема расплавленного металла. Так, при переходе от дуговой сварки к лучевой (лазерной, электроннолучевой) и к сварке в твердом состоянии значительно уменьшается деформация сварных соединений.

Выбор способа уменьшения сварочных деформаций и напряжений. Изменения формы и размеров заготовок при сварке, вызываемые сварочными деформациями, приводят к снижению точности заготовок и назначению больших припусков на механическую обработку резанием. Одновременно с развитием сварочных деформаций в изделиях образуются остаточные сварочные напряжения. Они представляют собой систему внутренних сил, находящихся в равновесии. В процессе последующей механической обработки сварного соединения напряжения перераспределяются, что сопровождается упругими и пластическими деформациями в дополнение к деформациям, полученным ранее при сварке. Например, в результате механической обработки резанием сварных заготовок с высоким уровнем остаточных напряжений могут произвольно изменяться размеры и форма изделия.

Уменьшение сварочных деформаций и напряжений можно предусмотреть на этапах конструирования и изготовления заготовок.

Конструктивные мероприятия. Деформации, возникающие в результате поперечной Ag и продольной Agh усадок (рис. 38.3, а), можно уменьшить увеличением размеров заготовок под сварку на величину предполагаемой деформации. Угловую деформацию можно снизить уменьшением сечения шва при замене V-образной разделки U-образной (рис. 38.3, д, е), симметричным размещением наплавленного металла относительно центра тяжести сечения шва и заменой V-образной разделки Х-образной (рис. 38.3, ж) или применением ребер жесткости (рис. 38.3, к), устраняющих деформацию тавровых соединений (рис. 38.3, и).

Технологические мероприятия. Деформации поперечной и продольной усадок можно уменьшить за счет рациональной последовательности укладки швов (рис. 38.3, б). Устранения или снижения угловой деформации (рис. 38.3, в и 38.4, а) можно достичь предварительным угловым изгибом заготовок перед сваркой (рис. 38.3, г), жестким закреплением заготовок при сварке (рис. 38.3, з) и предварительным обратным прогибом балки (рис. 38.4, б). При многопроходной сварке рекомендуется последовательно переходить с одной стороны сечения на другую (рис. 38.5, а). При сварке пространственных конструкций необходима рациональная последовательность укладки швов относительно центра тяжести сварной балки (рис. 38.5, б). Для уменьшения напряжений после сварки стальных конструкций применяют высокий отпуск при 550...600 °C в течение нескольких часов.

Полностью удалить сварочные деформации, как правило, не удается, поэтому необходимо применять правку сварных конструкций. Деформации изгиба после сварки можно исключить термической обработкой (горячей правкой) путем нагрева зон, сокращение которых необходимо для исправления деформации, до температур термопластического состояния (см. рис. 38.4, б и рис. 38.6). При этом разогретые зоны претерпевают пластическую деформацию, а после охлаждения — остаточное укорочение. Последнее обусловливает деформацию сварной заготовки, противоположную по знаку сварочной деформации. Для уменьшения сварочных напряжений также проводят прокатку или проковку сварных швов и околошовной зоны.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: