Технология выполнения сварных соединений
Общие сведения
Сварка - это процесс получения неразъемного соединения путем установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании или совместном действии того и другого.
Преимущества сварных соединений по сравнению с заклепочными: 1) снижение массы конструкции, 2) герметичность соединения (кроме точечной), 3) возможность механизации и автоматизации.
Недостатки: 1) снижение прочности шва по сравнению с основным материалом (у большинства видов), 2) наличие внутренних остаточных напряжений, 3) сложность исправления дефектов.
Виды швов:
встык угловой тавровый тавровый плавлением диффузионный Внахлест:
лобовой фланговый
комбинированный
Лист с профилем:
Классификация методов сварки:
2.3.2. Сварка плавлением.
Осуществляется в результате разогрева металла деталей и присадочной проволоки (не всегда) в зоне шва до перехода в жидкое состояние, перемешивания и последующего охлаждения и его затвердения. I. Газовая – КАС (кислородно-ацетиленовая сварка). Применяется ограниченно.
tпл = 3000 °С
Область применения: баки, патрубки, кронштейны управления. Материал: легкие сплавы, стали, d = 0.5...10 мм. + простота оборудования и независимость от источников тока. - низкое качество шва, прожоги, коробление.
II. Дуговая электросварка (ДЭС).
1. Ручная (плавящимся и неплавящимся вольфрамовым (W) электродом). tдуги = 6000 °С J = 50...400 А, U = 15...40 В. Скорость сварки V =10 см/мин.
Область применения: мелкие кронштейны, прихватка, ремонт. Материал: стали, d = 2...10 мм + простота оборудования и удобство подхода. - низкое качество шва.
2. Аргонодуговая.
а) ручная (ДЭСАр) PАr = 1,1 ... 1,2 aтм; J = 10...600 A; U = 10...80 B.
Область применения: баллоны, емкости, патрубки, мелкие узлы, прихватка. Материал: стали, Al- сплавы, Ti- сплавы, d = 0.8...10 мм. Оборудование: горелки АР-9, камеры с контролируемой средой (УСКС-17). + 1) отсутствие флюсов; 2) высокое качество шва; 3) коррозионная стойкость шва; 4) возможность сварки тонких листов; 5) малое коробление. - дефицитность Ar и W.
б) автоматическая (ДЭСААр) (плавящимся и неплавящимся электродом)
Материал: легированные и высоколегированные стали, Al-сплавы, Ti-сплавы, d = 0.1 ... 100 мм. Оборудование: для плавящегося электрода: автоматы АРК-1, АДСП; для неплавящегося электрода: автоматы АДСВ, ПШВ. Имеются компоновки из сварочных головок, манипуляторов; камеры с контролируемой средой. + высокая производительность: V = 150 см/мин, более высокое качество шва, сварка более тонких листов.
3. Автоматическая под флюсом (ДЭСФА)
J = 200 ... 2000 А; U = 20 ... 50 В.
Материал: стали, d = 2...100 мм. Область применения: узлы шасси, баллоны. + 1) высокое качество шва: отсутствие пор, чистая поверхность, плавные переходы; 2) глубокий провар из-за более глубокой температуры и избыточного давления дуги, что позволяет сваривать материалы с d = 15...20 мм за один проход без разделки кромок; 3) высокая производительность: V = 300 см/мин. - 1) невозможность наблюдения за процессом сварки; 2) необходимость очистки швов от флюсов, вызывающих коррозию; 3) плохая свариваемость Al- и Ti-сплавов.
Основные операции ДЭС
1. Разделка кромок
для d = 1...2 мм d свыше 2 ...4 мм
d свыше 4 ... 20 мм d свыше 20 мм
Применяют кромкострогальные станки или фрезерные. Контроль шаблонами.
2. Подготовка поверхностей кромок. На ширине 50...60 мм от шва - очистка от ржавчины, окислов, масла, влаги механическим способом: металлическими щетками или на пескоструйных аппаратах с последующим обезжириванием и промывкой в воде или химическим способом: травлением в щелочах или кислотах.
3. Сборка-прихватка.
Выдерживается зазор по ГОСТу. Используются универсальные СП: столы, стяжки, манипуляторы; и специальные СП. Контроль.
4. Доработка после прихватки: устранение прожогов, правка.
5. Сварка в свободном состоянии или в СП. Здесь важно подобрать режимы сварки и оборудование.
6. Правка после сварки. Перед правкой - промежуточная термообработка (низкий или неполный обжиг). Рихтовка осуществляется на специальных станках.
7. Контроль сварки: визуальный осмотр; магнитопорошковый, УЗ, Re или гаммаграфический контроль; металлографический анализ; испытания на герметичность и прочность.
8. Термообработка. Для ответственных узлов из материалов с пределом прочности не менее 120 кгс/см - закалка с отпуском.
9. Нанесение антикоррозионных покрытий. Подготовка поверхности и оксидирование или покрытие эмалями и др.
III. Плазменная сварка. Бывает двух видов: - сварка плазменной струей, выделенной из дуги - сварка плазменной струей, совмещенной с дугой tструи > 10000 °С … 40000 °С Газ: Ar, He, H, N, ацетилен Материал: стали, сплавы тугоплавких металлов: Ti, Mo, W, стекло, керамика, d = 0,1...25 мм. Применение пока ограничено. Например, на ДС-10 - трубопроводы из нержавеющей стали. Оборудование: плазматроны ГЗД – стационарные и переносные пистолеты.
+ 1) возможность сварки тугоплавких материалов, 2) высокая производительность Vсв = 40...130 см/мин.
IV. Электронно-лучевая сварка. Установка представляет собой электронную пушку. Ускоряющее напряжение между катодом и анодом Uк-а = 10...15 В, J = 50...500 mА, sпятна = 0,1 кв. мм, tпятна = 6000 °С. Область применения: узлы шасси, сотовые блоки, трубопроводы. Материалы: сплавы Al, Fe, Ti, Mg, Cu, Mo, Ni, W, разнородные материалы (Cu- сплав + Al-сплав, сталь + Al-сплав и др.). d = 0,01...200 мм. Оборудование: ЭЛУ-22 (сварка шасси), У-101, У-68 (трубы).
+ 1) возможность сварки разнородных материалов, для этого пятно располагают так, чтобы большая часть приходилась на более тугоплавкий материал, 2) возможность сварки тугоплавких материалов, 3) большая глубина проплавления, 4) малое коробление из-за малой площади пятна, 5) высокая производительность Vсв = 40...150 см/мин. - 1) высокая стоимость оборудования, 2) большой цикл создания вакуума, 3) высокая точность подгонки деталей по кромкам, 4) высокая точность ведения луча по шву. V. Лазерная сварка
1 – защитный газ; 2 – луч лазера; 3 – объектив; 4 – защитный кожух (сопло); 5 – деталь.
Используются твердотельные лазеры, работающие в непрерывном и импульсном режимах. Мощность импульса Wимп = 10 ... 15 МВт, время tимп = 10 нсек, sпятна = l2, для сварки используется sпятна = 0,05 ... 0,2 мм, tпятна = 20 х 106 К. Применяются, в основном в приборостроении. В СС - в стадии промышленного опробования. Материалы - все, и разнородные. Оборудование: установки СУ-1, Искра-8, Свет-30 и др.
+ 1) сварка любых и разнородных материалов 2) малое коробление из-за малой площади пятна и малого времени импульса 3) высокая производительность.
Сравнение мощности различных видов сварки плавлением
2.3.3. Сварка давлением.
I. Контактная электросварка. Осуществляется за счет местного расплавления деталей в местах их контакта проходящим через них током при одновременном обжатии их электродами. Количество выделяемого тепла Q = 0.24 х J2 х R х t – закон Джоуля-Ленца.
1. Точечная электросварка (ТЭС).
iстали = 500...1000 А/мм2; iАl-сплав = 1000...2000 А/мм2; U = 0,5 ... 10 В, P = 50 ... 1500 кгс; tимп = 0,04 ... 2 с.
Область применения: панели, нервюры, шпангоуты, сотовые блоки, лонжероны. Материал: стали, сплавы Al, Mg, Ti, d = 0,1 … 6 мм. Оборудование: машины точечной сварки: МПТ-300 (сталь) и др., установка УТС с ЧПУ, "клещи".
+ 1) высокая производительность: 250...6000 точек/час, 2) малый расход энергии, 3) малое коробление, 4) возможность сварки тонких листов, - 1) трудность осуществления антикоррозийной защиты, 2) снижение прочности на срез сварной точкой по сравнению с основным материалом на 10...40%, 3) плохая работа на отрыв (в 2...3 раза хуже, чем на срез), 4) вмятины поверхности (0.15...0.25) 5) пониженная выносливость из-за концентрации напряжений.
2. Роликовая электросварка (РЭС).
J = 10 ... 50 кА, U и P тоже; Vсв = 50 ... 200 см/мин. Область применения та же, еще баллоны. Материалы – те же, d = 0.2...3.5 мм. Преимущества те же, еще герметичность. Недостатки те же, кроме п.5.
Технология ТЭС и РЭС
I) Жаропрочные и нержавеющие стали
1) Подготовка поверхности Кромки деталей на 20...30 мм от края с 2-х сторон очищают от грязи и окисных пленок. Существуют 2 способа: а) механический: очистка наждачными кругами на полировочных машинах, обдувка сжатым воздухом, обезжиривание в растворе трихлорэтилена; б) химический: травление в HCl или серной кислоте. Допускается наличие таких покрытий: цинковое, фосфатное, кадмиевое.
2) Сборка-прихватка Узлы собирают в СП. Прихватка малых узлов - на машинах, крупногабаритных - "клещами".
3) Контроль прихватки: диаметр отпечатка, отсутствие трещин, глубина вмятины, шаг, зазоры между листами (<0.2...0.5 мм).
4) Сварка. Осуществляется на стационарных точечных и роликовых машинах и автоматах в СП и без, с применением ковочного давления (увеличение прочности шва на 50%) и без него.
5) Правка после сварки.
6) Контроль сварки - 100%. Этапы контроля: а) пооперационный контроль, б) визуальный осмотр, в) испытание на герметичность (РЭС), г) магнитопорошковый, Re и гаммаграфический, УЗ контроль, д) испытания на прочность выборочно.
7) ТО ответственных узлов для снятия внутренних напряжений.
8) Нанесение антикоррозионных покрытий (для жаропрочных).
II) Легкие сплавы
1) Предварительная сборка Требования к чистоте поверхности изделий из легких сплавов выше, чем для сталей. Поэтому детали устанавливают в СП, размечают, обрезают припуски и разбирают. 2) Подготовка поверхности Механическим путем: зачистка металлической щеткой, обезжиривание бензином, ацетоном. Химическим путем - травление в растворе ортофосфорной кислоты, с последующей промывкой в горячей и холодной воде.
3) Контроль электросопротивления. Пакет зажимают между двумя электродами на прессе и с помощью микрометра измеряется электросопротивление, которое должно быть не более 40...200 мкОм.
4) Окончательная сборка в СП. При этом для улучшения коррозионной защиты кромки деталей окрашивают грунтом АЛГ-1.
5) Прихватка, контроль. Необходимо измерить зазор между деталями (0,2...0,3 мм).
6) Сварка с обязательной проковкой шва.
Циклограмма сварки
7) Правка.
8) Контроль сварки.
9) Грунтовка и окраска: анодирование.
3. Стыковая сварка.
а) оплавлением Подводим детали близко, но не соприкасаем. Включаем ток. Торцы деталей плавятся. Происходит осадка силами Р.
iст = 2,5 ...15 А/мм2; iАl = 80 ... 130 А/мм2; Pст = 2 ... 12 кгс/мм2; PAl = 12 ... 20 кгc/мм2; Pзаж = 6 ... 10 тс; Sсеч = (10 ... 40) х 103 мм2; Припуск 6 ... 20 мм на каждую деталь.
Область применения: цилиндры, профили, трубы, листы. Материал: стали, Al-сплавы, Cu-сплавы. Оборудование: машины, автоматы стыковой сварки.
+ 1) отсутствие присадочного материала, 2) высокая прочность, равная 0.9 прочности основного материала, 3) возможность сварки сечений сложной формы, 4) отсутствие обработки кромок. - потеря материала из-за припуска.
б) сопротивлением Тщательно подогнанные торцы сближаются, дают давление Р = 1 ... 2 кг/мм2, включают ток, после прогревания и достижения нужной температуры дают осадочное давление Р = 1,5 ... 3 кгс/мм2. i = 40 ... 50 А/мм2; Sсеч = 0,03 ... 200.
Область применения: листы, проволока. Материалы - те же, только простого сечения. Оборудование: машины, автоматы. Преимущества те же. Недостатки: 1) необходимость точной подгонки торцов, 2) деформирование в месте стыка. II. Сварка взрывом.
Образование соединения за счет сил молекулярного сцепления в результате метания одной детали к другой посредством взрывной волны. Область применения: листы, трубы, профиль с листом, сотовые блоки. Материал: стали, сплавы Al, Ni, Cu, Ti, пластмассы, разнородные материалы, d = 0,2 ... 25 мм, d = 6мм. Параметры: P = 10 ... 3000 кгс/мм2, t = 900 °С (в контакте), зазор 0,1 ... 0,4 мм, Vсв = (2,5 ... 5) х 103 см/мин. Выгорающие ВВ: черный и бездымный порох. Детонирующие ВВ: динамит, тетрил, тринитротолуол.
+ 1) высокая производительность, 2) отсутствие спец. оборудования, 3) возможность сварки тугоплавких и разнородных материалов, 4) возможность сварки листов больших габаритов, 5) высокая прочность соединения, равная прочности основного материала, 6) малая ширина литой зоны: 5...100 мкм. - строгая Техника Безопасности. III. Сварка трением.
Pнагр = 1 ... 20 кгс/мм2; Pсв = 20 ... 40 кгс/мм2; n = 300 ... 3000 об/мин; tнагр = 100 с, tсв = 10 с. Область прим.: трубы, прутки, фланцы. dсплош = 5 ... 100 мм, dтруб. < 400 мм. Материал: стали, сплавы, чугун и разнородные. Оборудование: машины МСТ и ее модификации.
+ 1) возможность сварки тугоплавких и разнородных материалов, 2) высокая прочность, иногда равна 1,1 прочности основного материала, 3) отсутствие термообработки, 4) малое потребление энергии. - 1) ограниченность форм сечений, 2) точная подгонка торцов.
IV. Диффузионная сварка.
tо = 0,8 tпл; P = 0,5 ... 2,5 кгс/мм2; Pвак = 10-3 ... 10-6 мм рт. ст.; tсв = 50 ... 120 мин.
Область прим.: узлы стыка, сотовые блоки, листы. Материал: стали, сплавы Al, Cu, Ni, керамика, разнородные материалы. Способы нагрева: индукционный, контактный, радиационный, электронно-лучевой, лучом лазера. Оборудование: машины СДВУ-50 и их модификации.
+ 1) сварка тугоплавких и разнородных материалов, 2) получение деталей сложной конфигурации, 3) высокая прочность, 4) стабильность качества, что позволяет осуществить выборочный контроль, 5) не нужна термообработка. - 1) низкая производительность, 2) точная подгонка по стыку.
V. Ультразвуковая сварка.
fузг = 17 ... 45 кГц; P = 20 ... 200 кгс; tо = 200 ... 800 °С; tсв = 0,1 ... 5 с. Материалы: сплавы Al, Cu, Ti, Ni, Mo, некоторые нержавеющие стали, полимерные пленки, пластмассы, разнородные материалы, d = 0,1 ... 2 мм. Оборудование: МТУ-, МШУ-, УЗПС – пистолет.
+ 1) сварка тугоплавких и разнородных материалов, 2) сварка разнотолщинных материалов, 3) прочность соединения равна прочности основного материала, 4) локальный характер нагрева.
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (321)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |