Сварные заготовки

By | 17 августа, 2011

Сварные заготовки

Во многих областях промышленности широко используют комбинированные сварные детали, которые состоят из отдельных заготовок, выполненных с применением различных технологических процессов, а иногда и различных материалов. Сварные комбинированные детали экономичны при любом типе производства, в случае изготовления сложных, крупногабаритных деталей, получение которых как единое целое удорожает оснастку, увеличивает объем механической обработки, снижает качество и точность изготовления.

Многие детали современного машиностроения и химической промышленности (валы и роторы, диски, котлы, газгольдеры и т. п.), требующие применения элементов больших сечений, для уменьшения объема механической обработки и снижения себестоимости изготовляют, как правило, в сварном варианте. Однако расчленение крупногабаритных деталей на несколько частей не всегда целесообразно. Иногда в результате расчленения уменьшается жесткость конструкции, увеличивается расход материала на ее изготовление.

Деталь целесообразно расчленять на составные части с последующей их сваркой: если изготовление ее цельнолитой или цельнокованой связано с большими производственными трудностями, отсутствием оборудования, усложнением механической обработки; если из-за низкой технологичности детали увеличивается брак, снижается качество металла; если отдельные части детали работают в особо тяжелых условиях (повышенного изнашивания, коррозии, высоких температур и т. п.) и изготовление их требует применения более дорогих материалов.

В сварных заготовках взаимосвязаны применяемые материалы, конструктивные формы и технологические процессы сварки. Каждому материалу должны соответствовать свои конструктивные формы и своя технология сварки; каждому методу сварки — определенные конструктивные формы. Поэтому дать какие-либо конкретные рекомендации по технологичности сварных изделий не представляется возможным.

При использовании сварки для получения комбинированной заготовки необходимо учитывать не только материал заготовок, но и технологические особенности различных методов и способов сварки, расположение свариваемых элементов с точки зрения применения стандартного оборудования и возможности использования автоматических способов сварки.

Для получения максимального эффекта от внедрения сварных комбинированных деталей прежде всего необходимо выбрать рациональный технологический процесс получения исходных заготовок. В настоящее время в этой области накоплен большой опыт. Условно сварные комбинированные заготовки можно разделить на четыре группы:

•     листосварные детали, для которых исходными элементами являются заготовки из листового или профильного материала;

•     сварно-литые детали, для которых используются литые заготовки, полученные тем или иным способом литья;

•     штампо-ковано-сварные детали, где исходные заготовки — поковки, полученные штамповкой или ковкой;

•     сварно-комбинированные детали, где одновременно могут быть использованы заготовки, полученные литьем, ковкой или штамповкой и вырезкой из листового или профильного проката.

При расчленении цельнолитых и цельнокованых деталей на отдельные заготовки, получаемые литьем, ковкой или штамповкой, необходимо помнить, что применение сварки требует не только выбора места расчленения, не простого копирования форм и размеров цельнолитых или цельнокованых деталей, а создания деталей, технологичных для данного способа сварки, способа получения элементов детали, материала и данных условий производства. Если необходимо, то в чертежи готовой детали следует внести конструктивные изменения, обеспечивающие получение качественной сварной детали при минимальных производственных затратах.

Большое влияние на качество сварных деталей оказывает технология сварки. Поэтому все вопросы, касающиеся формы исходных заготовок, материала, последовательности сборки и сварки, а также конструктивное оформление отдельных сопряжений сварно-литых и штампосварных деталей с учетом возникающих при сварке деформаций и напряжений, решаются в тесном сотрудничестве технологов-литейщиков, технологов по обработке металлов давлением, по механической обработке и технологов-сварщиков.

Для соединения элементов в сварно-литые и штампо-сварные детали в зависимости от толщины сварного соединения и материала в основном применяют следующие способы сварки: ручную электродуговую, полуавтоматическую или автоматическую (в среде углекислого газа или под флюсом) и электрошлаковую. Для соединения листоштампованных заготовок может быть использована контактная шовная или точечная сварка.

При получении сварных деталей применяют стыковые, угловые и тавровые соединения. Подготовку свариваемых отливок и поковок в зависимости от вида соединения выполняют: при ручной электродуговой сварке по ГОСТ 5264-80 и ГОСТ 11534-75, при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом по ГОСТ 11533-75, при прочих способах сварки, в том числе и при электрошлаковой, по заводским нормалям.

Рассмотрим основные положения, которые необходимо соблюдать при конструировании комбинированных сварных деталей. В наибольшей степени они касаются сварно-литых деталей, так как точность и геометрическая форма кованых и штампованных заготовок определяются возможностями применяемого оборудования и инструмента. Кроме того, штампосварные детали подвергают, как правило, механической обработке. При расчленении же крупногабаритных цельнолитых деталей появляется возможность использования точных способов литья — в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям, применение которых позволяет резко снизить объем механической обработки.

Сварные швы по возможности необходимо изготавливать прямолинейными и непрерывными по длине; вырезы и отверстия в деталях выполнять после сварки; элементы конструкций балочного типа для уменьшения деформаций, вызываемых электрошлаковой сваркой, проектировать и изготавливать симметричными; сварочные швы располагать в местах, доступных для перестановки и передвижения сварочного автомата.

Для сварки деталей стержневого типа наиболее удобными являются прямоугольные или кольцевые сечения. Трудно свариваются детали, имеющие сечения переменной кривизны, особенно детали с резкими изменениями толщины элементов. При наличии в детали стенок постоянного сечения толщиной свыше 30 мм, сочетающихся со стенками переменного сечения и с узлами, имеющими сложный профиль, целесообразнее проектировать конструкцию из отдельных отливок — сварно-литую, при сочетании стенок постоянного сечения до 30 мм со сложными фасонными профилями переменного сечения — сварно-листолитую.

При конструировании литых заготовок для сварно-литых конструкций необходимо предусматривать расположение прибылей на отливке вдали от кромок, подлежащих сварке. Это объясняется тем, что в местах расположения прибылей содержание серы и углерода может в несколько раз превышать среднее содержание этих элементов в отливке и, если эти места повышенной химической неоднородности совпадают с местами расположения сварных швов, то не исключена возможность появления дефектов в сварных швах и в прилегающих к ним зонах металла отливки.

В связи с тем что выполнение в литье стенок большой протяженности толщиной до 20 мм сопряжено с рядом технологических трудностей, целесообразно такие элементы проектировать из листового материала. При проектировании сварно-литых деталей, образующих жесткий контур, следует стремиться к тому, чтобы каждая заготовка (или узел) соединялась с остальной частью конструкции не более чем двумя швами. В случае разъема по большему числу стыков осуществить сварку намного сложнее, а иногда невозможно.

Для определения размеров отдельных элементов конструкции необходимо учитывать зазоры между ними.

Зазоры между отдельными элементами конструкции сварно-литых деталей,

Толщина материала…………… 50-70 70-100 100-200 200-500

Расчетный зазор ………………  18                20              22                25

Сварочный зазор ……………..  20                22              25                28

При разработке крупногабаритных сварно-литых деталей необходимо предусматривать, чтобы габаритные размеры мелких литых заготовок обеспечивали возможность машинной формовки, при этом длина отдельных заготовок во избежание коробления не должна превышать 4-5 м.

При изготовлении сварно-литых деталей с нечетным числом отверстий разъем рекомендуется делать по поперечной осевой плоскости среднего отверстия, при этом конструкцию расчленяют на две части, сварка таких конструкций значительно упрощается.

Применение сварно-литых деталей целесообразно при любом характере производства в целях улучшения качества детали, устранения брака цельнолитой детали, сокращения объема механической обработки и экономии металла, удобства транспортировки, сокращения материальных затрат и рабочего времени в литейном цехе, а также в случае невозможности изготовления детали литьем целиком.

Примером сварно-литой конструкции может служить рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины Братской ГЭС мощностью 222 тыс. кВт [32]. Очень сложная форма гидротурбины не позволила получить отливку высокого качества с требуемыми точностью и параметром шероховатости поверхности. Опыт работы по изготовлению сварно-литого варианта показал, что точность размеров рабочего колеса определяется точностью заготовок лопастей, причем значительную часть погрешностей размеров можно компенсировать при сборке.

Точность размеров и качество изготовления рабочего колеса повысились по сравнению с цельнолитым вариантом в несколько раз, улучшились гидравлические качества проточной части колеса за счет более точной геометрии лопастей и каналов между ними, улучшилась технологичность конструкции колес, появилась возможность изготовления элементов рабочего колеса на различных предприятиях, что значительно расширило фронт работ и сократило цикл производства.

В некоторых случаях сварной вариант применяют вместо цельнолитого в целях сокращения материальных затрат и рабочего времени в литейных цехах. Однако, прежде чем применять сварно-литой вариант изготовления детали, необходимо убедиться в целесообразности его применения. Поэтому ни один из методов получения заготовок не нуждается в столь тщательном технико-экономическом анализе, как сварка и литье, так как оба метода дают возможность получать заготовки очень сложных конструктивных форм.

При сравнительном технико-экономическом анализе цельнолитых и сварно-литых конструкций обязательным является определение числа критической серийности, которое показывает, при каком количестве деталей наиболее экономичен сварной вариант.

Число критической серийности можно подсчитать по формуле

N = M/(S-0),                             (2.4)

где S — стоимость одной сварно-литой детали; О — стоимость одной цельнолитой детали; М — стоимость одного модельного комплекта.

Изготовление крупных цельнокованых деталей, как правило, сопряжено с большими отходами материала, со значительной неоднородностью свойств металла по сечению поковки, с потребностью в уникальном оборудовании. Применение вместо поковок сварной детали из отдельных кованых или штампованных заготовок приводит к значительному экономическому эффекту, повышению качества изделия.

Особенно широкое применение получили сварные детали в турбостроении. Применение специальных сплавов, обладающих низкой технологической пластичностью, иногда полностью исключает возможность получения качественных поковок больших размеров. В связи с этим валы и роторы паровых и газовых турбин, как правило, изготовляют составными.

Особую область среди штампосварных изделий занимают листовые конструкции, несущая основа которых состоит из деталей, полученных листовой штамповкой. К материалам, применяемым для листовых конструкций, предъявляют повышенные требования по характеристикам пластичности, так как их подвергают значительным пластическим деформациям. Эти конструкции используют главным образом для хранения, транспортировки, перегрузки и переработки газов, жидкостей, сыпучих тел. Условия работы листовых конструкций весьма разнообразны. В зависимости от назначения они могут работать при статических и динамических нагрузках, при высоких и низких давлениях, поэтому листовые конструкции должны удовлетворять одновременно условиям прочности и пластичности.

 

В практике возможно создание таких комбинированных сварных изделий, когда исходными заготовками являются одновременно поковки, отливки и листовые заготовки. Кроме этого, если условия работы отдельных частей конструкции различны, то могут быть и различными требования к основному металлу. Наиболее экономичной и наименее трудоемкой будет конструкция, в которой детали, различающиеся по конфигурации и характеру работы, выполнены из разных материалов по различным технологическим процессам.

Примером сварной конструкции из разнородных сталей может служить ротор газовой турбины (рис. 2.47). По ободу диск подвергается действию высоких температур и относительно небольших усилий, а центральная часть работает в условиях невысоких температур и воздействия больших усилий. Подобрать материал, одинаково хорошо работающий в заданных условиях, чрезвычайно трудно. Поэтому технически и экономически целесообразно изготовить сварной ротор следующим образом: центральную часть — из высокопрочной стали перлитного класса, а обод диска — из жаропрочной аустенитной.

Преимущества комбинированных сварных конструкций, в которых в качестве заготовок использованы отливки, поковки и листовые заготовки, прежде всего проявляются при изготовлении тонкостенных протяженных деталей, когда появляется возможность широко использовать прокат, поковки, отливки, соединить их сваркой в единый конструктивный блок.

Сварные заготовки

Наиболее рациональный технологический процесс изготовления сварной детали следует выбирать на основании анализа нескольких возможных вариантов изготовления ее, при оценке которых необходимо давать их техническую и экономическую оценку. В противном случае выбранный технологический процесс не может расцениваться как рациональный.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *