Мощность машин и её преобразование в механизмах 18 страница
Этим способом сваривают углеродистые стали с нержавеющими сталями и никелевыми сплавами, стали с титаном, алюминий, медь, бронзы и другие металлы и сплавы.
Применение. С применением сварки взрывом изготовляют многослойные плиты больших размеров из разнородных металлов, крупногабаритные тавровые и двутавровые балки, биметаллические трубы и др. Взрывом сваривают контактные провода электрифицированных железных дорог, приваривают к рельсам соединительные проводники автоблокировки. Получает распространение сварка микровзрывом миниатюрных конструкций в радио- и электронной промышленности, точечная сварка слоев фольги.
Преимущества и недостатки. Сварка взрывом характеризуется высокими технико-экономическими показателями, надежностью сварных конструкций. Однако при этом способе возникает сильный шумовой эффект и образование ударной волны.
Холодная сварка. Сварное соединение можно получить не только при нагреве металла, но и при комнатных и отрицательных температурах.
Соединение деталей при холодной сварке получается так. Если сжать свариваемые детали большим давлением, в зоне их контакта развивается пластическая деформация, приводящая к разрушению и удалению поверхностных оксидных и других пленок и измельчению зерен металла. В результате увеличивается площадь контакта, соединяемые поверхности сближаются до межатомных расстояний, возникают силы сцепления, приводящие к образованию сварного соединения. Холодную сварку выполняют на специальных машинах, которые могут создавать необходимое давление 500–2500 МПа. Иногда для проведения холодной сварки используются гидравлические и механические прессы со специальной оснасткой.
|
|
|
Применение. Холодной сваркой соединяют пластичные материалы, в основном, цветные металлы и их сплавы. С ее помощью можно выполнять нахлесточные и стыковые сварные соединения. Этим способом сваривают различные элементы электро- и радиотехнических устройств. Выполняют сварку электроприводов из цветных металлов, корпусов полупроводников и других приборов, а также армируют медью сопрягаемые элементы алюминиевых токоведущих шин.
Преимущества. При холодной сварке в околошовной зоне отсутствуют структурные превращения, которые изменяют электропроводность металла.
Пластмассы сваривают в струе горячего воздуха или горячим металлическим лезвием, токами высокой частоты, ультразвуком.
Наплавка и наварка деталей
Наплавка и наварка – технологические процессы нанесения посредством сварки слоя металла с заданными свойствами и геометрическими параметрами на поверхность изделия. Наплавляются и навариваются слои, имеющие повышенную износостойкость, коррозионную стойкость, жаропрочность и другие свойства.
|
|
|
При наплавке присадочный материал наносится на оплавленную металлическую поверхность изделия. В процессе последующего охлаждения металл кристаллизуется. В результате образуется наплавленный слой, который создается сваркой плавлением.
При наварке твердый присадочный материал, который может быть монолитным или порошковым, соединяется с поверхностью изделия посредством сварки давлением.
Слой, наплавленный за один проход, называется валиком. Наплавка и наварка выполняются на плоские и криволинейные поверхности. Наплавку на плоские поверхности можно выполнять двумя способами: отдельными валиками и челночным способом. Наплавка на криволинейные поверхности тел вращения выполняются четырьмя способами: по образующей, по окружности, по винтовой линии, с поперечными колебаниями дуги.
Наплавку средне- и высокоуглеродистых, средне- и высоколегированных сталей следует выполнять с учетом особенностей их поведения при нагреве и охлаждении. В ряде случаев наплавка этих сталей ведется с предварительным, а иногда с последующим подогревом, а также с термообработкой после наплавки с целью снятия внутренних напряжений. При выборе технологии наплавки или наварки следует учитывать назначение конструкции и экономическую эффективность технологического процесса. Свойства наплавленного металла должны быть лучше, чем свойства основного, а затраты на наплавку или наварку ниже, чем стоимость нового изделия.
|
|
|
В промышленности применяются различные способы наплавки: плазменная, лазерная, электронно-лучевая, электрошлаковая, индукционная, дуговая, газовая и др. Наварка может быть контактная, трением, взрывом и др.
Рассмотрим особенности и области применения некоторых способов наплавки и наварки изделий.
Плазменная наплавка. При этом виде наплавки присадочный и основной металлы нагреваются до жидкого состояния плазмой на специальных установках, состоящих из наплавочной головки и аппаратуры управления. Плазмой наплавляют лопатки газовых турбин, рабочие поверхности клапанов внутреннего сгорания, рабочие органы сельскохозяйственных машин. Плазменная наплавка применяется при ремонтных работах в локомотиво- и вагоностроении.
Лазерная и электронно-лучевая наплавка. При них наплавляемая поверхность с нанесенным на нее присадочным материалом оплавляется лазерным лучом или пучком электронов. Этим способом на углеродистую сталь наплавляют сплавы на основе никеля и других сплавов. Для наплавки целесообразно применять лазеры с непрерывным излучением. Транспортирование присадочного материала в зону наплавки выполняется инертным газом, который защищает расплавленный металл от взаимодействия с окружающей средой. Лазерная сварка может выполняться различными присадочными материалами: фольгой, проволоками, пастой с металлическим порошком. Если наплавляют присадочным порошком, подбирается такой режим, при котором порошок полностью расплавляется. В связи с высокой концентрацией энергии и спецификой электронно-лучевого нагрева этот способ наплавки характеризуется высокой производительностью, минимальным растворением основного металла в наплавляемом, небольшими деформациями наплавляемого изделия.
|
|
|
Электрошлаковая наплавка. Особенность этого вида наплавки состоит в том, что основной и электродный металлы в зоне наплавки расплавляются теплотой, которая выделяется при прохождении электрического тока от электрода через жидкий шлак к основному металлу. Для наплавки могут применять аппараты, предназначенные для электрошлаковой сварки, а также специализированное оборудование. Наплавка выполняется электродными проволоками, лентами и пластинами. Применяют следующие флюсы: высококремнистые марганцевые, низкокремнистые марганцевые, бескремнистые оксидные, фторидные. Поскольку расплавленный металл хорошо защищен шлаковой ванной от взаимодействия с кислородом и азотом окружающего воздуха, потери его незначительны, а качество наплавляемого металла весьма высокое. Электрошлаковую наплавку целесообразно применять при изготовлении и восстановлении массивных деталей, при большой толщине наплавляемого слоя.
Дуговая наплавка. При дуговой наплавке присадочный материал и основной металл поверхности изделия расплавляются теплотой, которая выделяется при горении электрической дуги. Применяется автоматическая, механизированная и ручная дуговая наплавка. Она выполняется под флюсом и в защитных газах. Используются электроды, порошковые проволоки и электродные ленты. Хорошие результаты получаются при наплавке электродными лентами, ширина которых изменяется от 20 до 100 мм. Такой же ширины за один проход получается наплавленный слой, поэтому производительность выше, чем при наплавке электродными проволоками. В качестве защитного газа при наплавке сталей чаще всего используется углекислый газ.
Контактная наварка. Различают контактную наварку монолитным и порошковым присадочными материалами.
При первом виде между деталью и токоподводящим роликом зажимается присадочная полоса или лента, а затем через них импульсами пропускается сварочный ток, который их нагревает до жидкого состояния. В результате основной металл и присадочный привариваются друг к другу.
При выполнении контактной наварки порошковым присадочным материалом порошок из бункера попадает в зазор между транспортирующим порошок роликом и навариваемой деталью. Через них пропускают электрический ток. Основной металл и присадочный порошок в контакте нагреваются до пластического состояния. В результате в поверхностном слое основной металл и частицы порошка деформируются и свариваются.
Контактную наварку применяют при восстановлении деталей цилиндрической формы, например валов диаметром 20 – 100 мм.
Наварка трением. При ней изделие закрепляют на столе станка, а цилиндрическому стержню из присадочного материала, закрепленному в цанге сообщают вращательное движение. Поскольку присадочный пруток прижат к поверхности изделия, в результате их взаимного трения выделяется теплота, и трущиеся поверхности нагреваются до пластического состояния. Направленный перенос металла с присадочного прутка на поверхность изделия обусловлен его более высокой термической активацией. За один проход наваривается слой от 0,01 до 0,5 мм.
При наварке порошковым присадочным материалом порошок подается в зону контакта трущего тела и изделия. За счет работы сил трения выделяется теплота, поверхности основного металла и частиц порошка активируются и соединяются между собой, образуя слой на изделии.
Достоинства и недостатки сварных соединений по сравнению с заклепочными (или литыми деталями).
Достоинства:
- простота конструкции сварного шва и меньшая трудоемкость в изготовлении, обусловленной сравнительной простотой технологического процесса сварки.
- значительное снижение массы конструкции при тех же габаритах: по сравнению с литыми — на 30-50%, посравнению с заклепочными и болтовыми — до 20%. При замене заклепочных соединении сварными экономия в весе получается за счет отказа от применения различных накладок, необходимых в заклепочных соединениях, а также части веса самих заклепок; при замене литых деталей сварными конструкциями вес их уменьшается за счет более высоких механических свойств прокатного металла.
- возможность соединения деталей любых форм;
- герметичность и плотность соединения;
- бесшумность технологического процесса сварки;
- возможность автоматизации сварочного процесса;
- сварное соединение дешевле заклепочного;
- соединение деталей может выполняться встык без накладок;
- возможность сварки толстых профилей;
- высокая ремонтопригодность сварных деталей;
- высокая технологичность сварки, обусловливающая низкую стоимость сварного соединения;
- снижение массы сварных деталей по сравнению с литыми и клёпаными на 25…30%;
- возможность получения сварного шва, равнопрочного основному металлу (при правильном конструировании и изготовлении);
- возможность получения деталей сложной формы из простых заготовок;
- возможность получения герметичных соединений.
Недостатки:
- возникновение остаточных напряжений в свариваемых элементах;
- коробление деталей из-за неравномерного нагрева в процессе сварки;
- сложность контроля качества сварных соединений без их разрушения;
- сложность обеспечения высокой надежности при действии ударных и циклических, в том числе и вибрационных, нагрузок.
- зависимость качества шва от исполнителя ; применение автоматической сварки устраняет этот недостаток.
- склонность к образованию трещин в местах перехода от шва к цельному металлу вследствие термических напряжений, возникающих при остывании. Трещины особенно опасны при динамических нагрузках (вибрационных и ударных), поэтому в таких случаях сварные швы стараются не применять, заменяя их заклепочными соединениями. Термические напряжения могут быть частично или полностью устранены термообработкой сварного соединения (низкотемпературным отжигом). Термическая обработка исключает также последующее коробление сварных конструкций.
Область применения. В настоящее время сварные соединения почти полностью вытеснили заклепочные соединения. Сварка применяется для соединения элементов сосудов, испытывающих давление (резервуары, котлы).
Сварку применяют не только как способ соединения деталей, но и как технологический способ изготовления самих деталей. Сварные детали во многих случаях с успехом заменяют литые и кованые. Для изготовления сварных деталей не требуется моделей, форм или штампов. Это значительно снижает их стоимость при единичном и мелкосерийном производстве. Сварка таких изделий, как зубчатые колеса (рис.6) или коленчатые валы, позволяет изготовлять их более ответственные части (зубчатый венец, шейка) из высокопрочных сталей, а менее ответственные (диск и ступица колеса, щека коленчатого вала) – из менее прочных и дешевых материалов. По сравнению с литыми деталями сварные допускают меньшую толщину стенок, что позволяет снизить массу деталей и сократить расход материала.
Большое распространение получили штампосварные конструкции, заменяющие фасонное литье, клепаные и другие изделия. Применение сварных и штампосварных конструкций позволяет во многих случаях снизить расход материала или массу конструкции на 30–50%, уменьшить стоимость изделий в 1,5–2 раза.
Сварку широко применяют как способ получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве, а также в ремонтном деле.
Рис. 6
Классификация и разновидности сварных соединений (швов)
Классификация.
Сварные швы классифицируют по следующим признакам:
- по протяженности - на непрерывные, прерывистые и точечные;
Непрерывный – сварной шов без промежутков, по замкнутому контуру (рис. 7, а) и по незамкнутому контуру (рис. 7, б), прерывистый – сварной шов с промежутками по длине (рис. 7, в).
Прерывистые швы характеризуются длиной провариваемого участка l и шагом t. Они могут быть с шахматным (рис. 7.1, б) или цепным (рис. 7.1, а) расположением провариваемых участков.
Цепной шов – это двусторонний прерывистый шов таврового соединения, у которого промежутки расположены по обеим сторонам стенки один против другого (рис. 7.1, а).
Шахматный шов – двусторонний прерывистый шов таврового соединения, у которого промежутки на одной стороне стенки расположены против сваренных участков другой ее стороны (рис. 7.1, б).
а) б) в)
Рис. 7. Типы сварных швов по протяжённости: а – непрерывный по замкнутому контуру;
б – непрерывный по незамкнутому контуру; в – прерывистый с промежутками по длине
а) б)
Рис. 7.1. Прерывистые швы: а – цепной шов; б – шахматный шов
Точечные швы (рис.7.2) состоят из кружков одного диаметра, проварены контактной точечной сваркой, отстоят на равном расстоянии один от другого. Точечные швы также могут быть цепными (рис.7.2, а) и шахматными (рис.7.2, б).
На изображении двухрядного шва контактной точечной сварки (рис. 7.2) проставляют диаметр точки d, шаг точечного шва t.
Рис. 7.2. Точечные сварные швы: а – цепной; б – шахматный
- по назначению - прочные (обеспечивают передачу нагрузки с одного элемента на другой); плотные (главные требования герметичность) и прочно-плотные (обеспечивают передачу нагрузки герметичность соединения — непроницаемость для жидкостей и газов);
- по расположению сварного шва в пространстве (рис.7.3) — нижнее (а); вертикальное (в), горизонтальное (б); потолочное (г). При всех прочих равных условиях нижний шов самый прочный, потолочный — наименее прочный (значения прочности указанных выше швов относятся как 1:0,85; 0,9:0,8).
Рис. 7.3. Расположение сварного шва в пространстве
а - нижнее; в - вертикальное, б - горизонтальное; г - потолочное
- по условиям работы - рабочие, предназначенные для восприятия основных нагрузок, и соединительные или связующие, назначением которых является только скрепление отдельных элементов конструкции в единое целое.
По взаимному расположению свариваемых элементов различают следующие виды соединений
- стыковые С (рис.8);
- нахлесточные Н, лобовые (рис. 9, а); фланговые (рис. 9, б);
- с накладками (рис. 10);
- тавровые Т (рис. 11, а, б). Свариваемые элементы располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Соединение может быть выполнено угловыми (рис.11, а) или стыковыми (рис. 11, б) швами.
- угловые У (рис. 11 в, г). Применяются для изготовления тары из листовой стали, ограждений и др. Выполняются угловыми швами. Эти соединения передают малые нагрузки и поэтому не рассчитываются на прочность.
Рис.8. Стыковое соединение
Рис. 9. Нахлесточное соединение: а — соединение лобовыми швами;
б — соединение фланговыми швами
Рис. 10. Соединения с накладками
Рис. 11. Соединения тавровые и угловые
Стыковые соединения выполняют так называемыми стыковыми швами, а остальные — угловыми. Наиболее просты и прочны стыковые швы.
Конструкции стыковых швов.
Стыковые швы имеют преимущественное распространение вследствие простоты конструкции. В зависимости от толщины свариваемых деталей и обработки кромок стыковые швы делят на следующие типы:
- шов с отбортовкой кромок (рис. 12, а) — рекомендуется для тонколистовых материалов (δ < 2 мм); одна или две кромки деталей отбортовываются;
- односторонний без скоса кромок (рис. 12, б) — шов сваривается без обработки кромок листов при их толщине δ < 8 мм;
- односторонний со скосом одной кромки (рис. 12, в) — обрабатывается только одна кромка деталей толщиной δ < 12 мм;
- односторонний со скосом двух кромок (рис. 12, г) — применяется при толщине деталей δ < 25 мм;
- двусторонний с двумя симметричными скосами одной кромки (рис. 12, д) — кромки обрабатываются у одной детали с двух сторон, толщиной 8 до 40 мм;
- двусторонний с двумя симметричными скосами двух кромок (рис. 12, е) — толщина свариваемых деталей δ >> 60 мм.
Форма разделки кромок зависит от толщины свариваемого металла, от вида сварки (ручная или автоматическая), от способа защиты расплавленного металла от окисления (сварка под слоем флюса, сварка в среде защитных газов и т.п.) и некоторых других факторов. Для наиболее распространённых видов сварки (ручная плавящимся электродом, полуавтоматическая и автоматическая под слоем флюса и др.) разделка кромок стандартизована.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 211; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!