Резка
Это обязательная процедура подготовки деталей, если сварка делается по чертежам. Для работы с металлом применяют различное оборудование:
•ручное (резак, ножницы по металлу), используется для простых геометрических форм из листового или ленточного проката;
•электроинструмент (пила, болгарка, дрель или шуруповёрт с фрезой-насадкой);
•термическое (кислородный или газовый резак, дуговую сварку, плазмотрон), можно делать прямые и кривые резы.
Термическая резка состоит в расплавлении металла по заданному контуру. При поточном производстве используют полуавтоматы и автоматы.
При резке металла делают припуски для зачистки и разделки кромок. Раскрой ножницами – самый кропотливый и малопродуктивный. Сварщики чаще применяют термическую резку.
Зачистка
Технология зачистки металла перед сваркой подразумевает снятие:
•ржавчины, чтобы избежать включений в диффузном слое;
•следов смазки, масла, органика снижает качество сварки;
•заусенцы, частички металла, они могут стать причиной брака;
•загрязнения, ухудшают структуру шва;
•оксидный слой, он препятствует образованию ванны расплава.
Для зачистки используют металлические щетки, наждачную бумагу, напильник, любые абразивные инструменты. Даже незначительные включения в ванне расплава приводят к браку. Для снятия оксидов, обезжиривания цветных металлов применяют химические вещества: всевозможные растворители, спирт, кислоту. Для работы с алюминием, цветными и высоколегированными сплавами, берут новую щетку, чтобы в ней не было микрочастичек углеродистой стали. На отливках перед сваркой удаляют литейную корку, на штампованных заготовках – слой окалины.
Подготовка кромок
Толстостенные заготовки без предварительной подготовки тщательно не проварить, жидкий металл будет растекаться по поверхности, не проникая в стык. Соединение получится хрупким, при небольшой нагрузке сломается. Немаловажный момент подготовки – скругление острых краев. Необходимо сглаживать высоту металла 2 –3 мм в зависимости от толщины детали.
Подрезка кромок производится вручную, механически или с использованием горелок. Холодные технологии предпочтительнее, кромка получается ровнее. Тип и угол разделки зависит от применяемых расходников, вида сварочного оборудования. Размеры кромок указаны в соответствующих ГОСТах.
Цель подготовки кромок к сварке – обеспечить доступ к корню шва. У тонкостенных заготовок толщиной до 3 мм только выравнивают торцы. С зазором до 2 мм проваривают 4 мм детали, если они толще, швы делают с двух сторон. На кромках толстостенных деталей снимают фаску или делают скос. Для односторонней сварки стыки делают в виде буквы V или U, при двухсторонней – в форме Х или К. Величина угла сопряжения от 45 до 60°. Если сваривают детали разной толщины, срезают только толстостенную заготовку. Важно правильно выбрать угол скоса, от него зависит:
•глубина проварки металла;
•величина шовного валика;
•расход электродов или наплавочной проволоки.
Подрезка кромок производится вручную, механически или с использованием горелок.
Гибка
Существуют ограничения, связанные с хрупкостью металлов. Радиус сгиба должен превышать толщину профиля иди детали в 25 раз, иначе возможны растрескивания, надломы. С толстостенными заготовками холодным методом не справиться, применяются методы горячей деформации в условиях производства или кузни. Обработка кромок перед горячим деформированием не делается, детали доводят после гибки.
Добиться точного угла сгиба вручную сложно. Это – механизированный этап подготовки металла. Листовой прокат пропускают через гибочные вальцы, гибочные автоматы. Холодная гибка применяется после предварительной подготовки изделий под сварку: снятия кромок, разметки, рассверливания отверстий, если они есть в чертежах или нужны для сборки конструкции.
Толстые полосы последовательно пропускают через 3-валковые или 4-валковые станки. Для придания формы профилю применяют правильно-гибочные прессы.
Сборка деталей под сварку
Подготовленные заготовки нужно зафиксировать в определенном положении. Это касается плоских и объемных конструкций. Заготовки надежно скрепляют, чтобы избежать деформации при сварке.
Величина зазора зависит от линейного расширения сплава. При сборке деталей под сварку придерживаются нескольких правил:
•к рабочей зоне должен быть максимально свободный доступ;
•сопряжения укрепляют специальными приспособлениями так, чтобы исключить сдвиг;
•все повороты, изменения положения конструкции в пространстве сводятся к минимуму;
•сборка под сварку сложных конструкций осуществляется поэтапно;
•жесткую фиксацию обеспечивают прихватки на расстоянии 30–80 см друг от друга или беглый шов;
•полужесткую или временную – струбцина, магнитные уголки, клинья, планочные гребенки, другие приспособления;
•объемные связи закрепляют болтовыми соединениями.
Прихватка – небольшой шов длиной от 50 до 100 мм, производится расходными материалами, приготовленными для работы. Если используется защитная атмосфера, прихватки тоже делаются в облаке газа. Детали при подготовке желательно соединять с противоположной основному шву стороны. Если прихватки сделаны снаружи, перед сваркой их хорошо зачищают, снимают окалину и верхний оксидный слой. Удобно использовать специальное устройство для точечной сварки, в месте контакта образуется однородный слой.
При подготовке заготовок сложной геометрической формы вместо прихваток делается беглый шов, не превышающий по глубине половины основного. Он зачищается при обработке корня основного шва.
Подготовка труб под сварку
Подготовка фрагментов проводится так, чтобы исключить осевое смещение. Для подготовки нержавеющих и толстостенных труб нужны заводские условия. Марка стали влияет на глубину разделки торцов, угол снимаемой фаски
Трубы из углеродистой и низколегированной стали обрабатывают вручную холодным способом. Последовательность операций такая же, как при работе с плоскими деталями. Для резки используют несколько вариантов:
•делают раскрой ножницами по металлу;
•используют циркулярную пилу, насадку-фрезу или болгарку;
•применяют газовый резак.
Процесс подготовки металла к сварке заключается в обработке торцов, сглаживании кромок, снятии фасок, если стенка толще 3 мм.
3.ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЕМКОСТИ ДЛЯ УСТАНОВКИ В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ (ГАЗОМ) над РДС
Для эффективной работы отопительной системы важно создать условия для бесперебойной циркуляции теплоносителя и обеспечить его оптимальную температуру и давление. Это возможно только при точном расчёте и правильном монтаже каждого элемента в отдельности. Правильность выбора и установки емкости для установки в системе отопления (расширительного бачка) влияет на экономичность и надёжность всех контуров системы отопления, поскольку этот элемент отвечает за сохранность и однородность теплоносителя. Именно он принимает излишки воды при нагревании, а затем возвращает их обратно, исключая образование воздушных пробок.
Второй, не менее важной функцией расширительной емкости является защита инженерных коммуникаций от гидроударов. Компенсировать резкие скачки давления помогает расширительный бак, являясь своего рода буферной ёмкостью. В отопительных системах открытого типа бачок является сообщающейся с атмосферой ёмкостью, в которую отводят тонкую трубу от самой высокой точки контура обогрева.
Главное требование, которое предъявляется к системе обогрева открытого типа – быстрый подъем расширяющегося теплоносителя в верхнюю точку системы и возможность его движения по трубам самотёком. При этом воздух из контура также поднимается вверх.
Емкость в системе отопления - это прямоугольный сосуд, состоящий из шести элементов (четырёх стенок, дна, крышки); к двум элементам привариваются патрубки (один для соединения с системой, второй для заполнения бака водой). Она изготавливается из стали марки Ст3пс, толщина листов 4мм. Это хорошо свариваемая сталь, не требующая термической подготовки и обработки. Её химический состав и механические свойства показаны в таблице 1.
Таблица №1
Химический состав и механические свойства стали
Марка
стали С Si Mn σb σr δ %
СТ3 пс 0,14-0,22 0,07 0,3-0,6 37-47 24 27
Сварные швы выполняются газовой сваркой.
Применяется угловое соединение У6 - со скосом одной кромки одностороннее, положение швов при сварке нижнее, вертикальное. На боковой стенке, на расстоянии 50мм снизу, выполняется отверстие диаметром 30мм для приварки соединительного патрубка с системой. На верхней стенке (крышке) емкости вырезается такое же отверстие для патрубка для залива воды в систему.
Перед сваркой необходимо зачистить под сборку кромки свариваемых деталей и прилегающие к ним участки на ширине 20мм. Собрать емкость в объем на точечные прихватки, устанавливаемые с шагом между прихватками: вертикальные швы - 35 мм, нижние швы - 25 мм, устанавливаются на тех же режимах, что и основные швы. Схема сборки и сварки емкости показана на рисунке 4.
12
10
9
     
 
4
3
1
2
6
8
5
     
7
Рис. 4 Схема сборки и сварки емкости
Для лучшего качества сварных швов зажигание и гашение пламени необходимо осуществлять только на шве, перед гашением пламени заполнить кратер путем постепенного отвода торца горелки и вывода пламени назад на 8-10 мм на только что наложенный шов. Боковые стенки и сварку днища выполнить в нижнем положении.
Так как для изготовления конструкции используется металл толщиной до 5мм, выбираем левый способ сварки. При этом способе пламя горелки направляется на еще не сваренные кромки металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени. Для равномерного прогрева и перемещения сварочной ванны горелке и проволоке сообщают колебательные движения.
Присадочная проволока должна соответствовать основному металлу по механическим свойствам и химическому составу, поэтому марку проволоки используем Св 08Г2С. Диаметр проволоки зависит от выбранного способа сварки и толщины основного металла. Для левого способа определяется формулой:
D=S/2+1мм=2/2+1=2мм; диаметр проволоки равен 2мм.
Для выполнения сварочных швов используем горючий газ пропан и кислород. Режимы сварки: номер наконечника горелки 3; расход пропана- 60-180 дм3/ч; расход кислорода 210-680 дм3/ч; пламя нормальное.
Шов сварного соединения по окончании сварки должен быть очищен от шлака и брызг металла. В подготовленные отверстия вставить патрубки и приварить кольцевым швом.
Выполнить внешний контроль сварных швов и измерение параметров швов. Провести испытание емкости на герметичность.
При изготовлении емкости используются: карандаш, линейка, болгарка, катетометр.
4.ДЕФОРМАЦИИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Продольная усадка есть укорочение шва под действием, остаточного активного внутреннего осевого усилия. Характер общей деформации в сварных конструкциях от продольной усадки зависит от сечения и расположения сварных швов относительно.
но центральной оси конструкции, от режима сварочного нагрева, от последовательности выполнения сварных швов и от размеров и формы конструкции и ее элементов.
Вид общей остаточной деформации сварной конструкции от продольной усадки зависит главным образом от величины равнодействующей активных внутренних усилий всех швов и расположения ее относительно центральной оси конструкции, а также от последовательности технологических операций при сборке и сварке конструкций.
Если все швы параллельны центральной оси конструкции, симметрично расположены относительно ее и имеют одинаковое сечение, то равнодействующая активных внутренних усилий совладает с центральной осью сварной конструкции. В этом случае при правильной последовательности технологических операций остаточная общая деформация от продольной усадки проявится только в укорочении длины или высоты конструкции.
При несимметричном расположении параллельных швов или при выполнении их на разных режимах сварки, равнодействующая активных внутренних усилий всех параллельных швов смещена относительно центральной оси конструкции. Изгибающий момент от активных внутренних усилий относительно центральной оси обычно будет неуравновешенным, и общая деформация сварной конструкции от продольной усадки швов, помимо укорочения, проявится в виде остаточного прогиба от поперечного изгиба.
Если в листовых элементах сварной конструкции реактивные напряжения сжатия, порождаемые продольной усадкой параллельных швов, достигают высоких значений, то возможно появление потери устойчивости в этих листовых элементах и искривление всей конструкции.
Остаточные общие деформации, вызываемые продольной усадкой швов в сварных конструкциях, можно разделить на три основных вида, а именно:
1) укорочение длины, ширины и высоты сварной конструкции;
2) поперечный изгиб (прогиб) сварной конструкции;
3) искривление конструкции от потери устойчивости сжатыми элементами.
В соответствии с тремя основными видами остаточных общих деформаций в сварных конструкциях от продольной усадки разделим их условно на три группы и рассмотрим особенности расчета общих деформаций в каждой группе.
Первую группу составляют сварные конструкции, у которых швы параллельны центральной оси конструкции и расположены симметрично относительно этой оси. Простейшим представителем этой группы будет сварное стыковое соединение одинаковых пластин узкой и средней ширины. Типичные представители этой группы: 1) сварная двутавровая балка;
2) сварная балка коробчатого сечения; 3) сварной цилиндр с двумя продольными противоположено расположенными швами и четырьмя ребрами; 4) сварной цилиндр из двух одинаковых обечаек, сваренных кольцевым швом и др.
Активные зоны сварных швов расположены симметрично относительно центра тяжести поперечных сечений этих конструкций. Равнодействующая активных внутренних усилий всех параллельных швов, равная их алгебраической сумме, совпадает с центральной осью сварной конструкции. Сумма изгибающих моментов от активных внутренних усилий параллельных швов, относительной центральной оси конструкции должна равняться
(а — двутавровая балка; б — балка коробчатого сечения; в — цилиндр с продольными швами; г — кольцевой стык обечаек).
нулю, и остаточный прогиб от продольной усадки теоретически должен отсутствовать. Однако остаточный прогиб в этих сварных конструкциях может образоваться при неправильной последовательности наложения швов, т. е. прогиб может быть вызван технологическими причинами.
Для устранения остаточного прогиба целесообразно выполнять противоположные швы одновременно или поочередно «накрест», чтобы прогиб, вызванный продольной усадкой одного шва, был устранен обратным прогибом от продольной усадки последующего шва. Такой порядок наложения швов в достаточной степени обеспечивает постоянство момента инерции свариваемого сечения, которое противодействует изгибу от продольной усадки каждого из двух противоположных швов и практически обеспечивает сохранение прямолинейности центральной оси конструкции.
При правильной последовательности наложения швов остаточная общая деформация в этой группе -сварных конструкций, как указывалось выше, будет состоять в укорочении длины или высоты конструкции. Величина остаточного укорочения Д1 конструкции будет равна упругому укорочению сжатых участков, препятствующих свободному образованию продольной усадки, т. е. свободному укорочению активных зон сварных швов. После определения активных зон всех параллельных швов, активных внутренних усилий в этих швах и реактивного напряжения осевого.
ГО сжатия 02, определяем величину остаточного укорочения конструкции от продольной усадки по формуле (М7)
Д 1 = г%1 = ^1,
где 02 — остаточное реактивное напряжение осевого сжатия конструкции в кг/см2, а Є2 — относительное упругое укорочение сжатых волокон;
Е — модуль упругости в кг/см2
/ — длина или высота конструкции перед сваркой. B сварных конструкциях первой группы силовое поле внутренних усилий, остаточных сварочных напряжений, поле сварочных деформаций будет однородным и распределение остаточных напряжений в каждом поперечном сечении сварной конструкции, кроме концевых участков, одинаковое.
По экспериментальным данным величина продольной усадки сварных конструкций этой группы в среднем составляет около 1 мм на 1 м длины или высоты конструкции, - если поперечные размеры ее граней или стенок не превышают 500—600 мм, - а толщина металла не превышает,15 мм. С увеличением поперечных габаритных размеров продольная усадка приобретает местный характер в области каждого шва. Наличие поперечных стыков, диафрагм или поперечных ребер жесткости тоже уменьшает длину конструкции примерно 1 мм на каждый стык или на приваренный поперечным швом элемент.
Вторую группу составляют сварные соединения и сварные конструкции, у которых параллельные швы одинакового сечения несимметрично расположены относительно центральной оси конструкции, либо симметрично расположенные параллельные швы имеют различное сечение. В этих конструкциях центр тяжести поперечных сечений активных зон параллельных швов смещен относительно центральной оси конструкции. Ввиду внецентренного расположения равнодействующей активных внутренних усилий параллельных швов, продольная усадка, помимо сжатия, вызывает явление поперечного изгиба и приводит к образованию в сварной конструкции остаточного прогиба.
Простейшим представителем этой группы сварных изделий по характеру остаточной деформации является пластина с наплавленным на ее кромку валиком. Типичные представители сварных конструкций второй группы: сварной тавр, обечайка или труба, сваренная одним продольным швом, хребтовая балка вагонной рамы, составленная из двух образных профилей и др.
Остаточные активные внутренние усилия, действующие по линии швов, и реактивное напряжение осевого сжатия 02 делятся на основании допущения, что в процессе сварки конструкция удерживается от поперечного изгиба условными боковыми связями. Таким образом определение активных зон осевых активных (Внутренних усилий всех швов и реактивного напряжения осевого сжатия 02 «производится так, как указано выше для сварных конструкций первой группы.
Дальнейший расчет сварочных деформаций и напряжений в сварных конструкциях второй (группы состоит из определения изгибающего момента от действия остаточных внутренних усилий, остаточного прогиба конструкции и распределения остаточных напряжений в поперечном сечении конструкции.
Результирующий изгибающий момент от действия остаточных внутренних осевых усилий сварной конструкции можно найти двумя способами: 1) путем геометрического сложения моментов от всех остаточных активных и реактивных внутренних.
Некоторые сварные конструкции второй группы:
а — сварной тавр; б — одно-шовная труба; в — хребтовая балка.
усилий сварных швов и 2) .путем определения эквивалентного1 момента от условного суммарного начального осевого усилия Р0 всех параллельных швов относительно центра тяжести поперечного сечения сварной конструкции.
В плоских сварных конструкциях результирующий момент от действия остаточных внутренних усилий параллельных швов, легко определяется как алгебраическая сумма моментов от этих усилий при помощи выражений, подобных формуле (122).
В пространственных конструкциях (сварные тавры, трубы и др.) вместо вычисления результирующего момента путем сложения моментов от остаточных внутренних усилий, в целях уменьшения вычислительных операций, удобнее воспользоваться вычислением эквивалентного момента от условного начального осевого усилия РО, взятого относительно центра тяжести поперечного сечения конструкции.
Для определения начального усилия нескольких параллельных швов необходимо найти равнодействующую R активных внутренних усилий этих швов и реактивное напряжение осевого сжатия 02, вызываемое в сварной конструкции действием активных внутренних усилий. Затем определим начальное усилие по выражению P0 = o0llFc= (аН-аг)^/^, где 2FC представляет сумму активных зон параллельных швов.
Определив условное начальное усилие РО и приложив его в центре тяжести активных зон параллельных швов, находим изгибающий момент от условного начального усилия по формуле (206)
М = Р0Уо-
где Уо — расстояние от центра тяжести сечения активных зон, т. е. от точки приложения усилия РО, до центра тяжести поперечного сечения сварной конструкции. Остаточный прогиб f сварной конструкции определим по общеизвестной формуле
f — ш 2 ' 8EJ 9
где / — длина или высота сварной - конструкции;
J—момент инерции ее поперечного сечения.
Некоторые сварные конструкции третьей группы:
а — дверцы из уголковой рамки 1 с приваренным тонким листом 2; б — соединение двух швеллеров тонкими листами.
Распределение остаточных напряжений в поперечном сечении конструкции найдем путем сложения напряжений от осевого к от изгибающего действия внутренних усилий.
Третью группу составляют те сварные конструкции, у которых реактивные напряжения осевого сжатия 02 в тонколистовых: элементах достигают критических значений, и эти элементы теряют устойчивость, а в конструкции наблюдаем искривления запроектированных форм. К третьей группе относятся также конструкции первой и второй групп, у которых в тонколистовых элементах реактивные напряжения сжатия достигают высоких значений.
Реактивное напряжение сжатия 02 в листе, приваренном по контуру к дверца, определяется как геометрическая сумма реактивных напряжений от действия внутренних усилий, направленных двум координатным осям,
°2 = V°l + °2r
где ах — реактивные напряжения сжатия по оси х;
Gy — реактивное напряжение сжатия от внутренних усилий по оси у.
Критическое напряжение сжатия окр, при - котором сжатые пластины теряют устойчивость , определяется по формуле
°кр
^ 12 (1 — (j.3) /г2’
где k — коэффициент, зависящий от отношения длины пластины I 'К ее ширине h и от характера закрепления кромок. пластины; б - толщина пластины в см;
Е — модуль упругости;
|х= Ю,3 — коэффициент Пуассона для стали.
і 6
Кромке оперта Кромка оперта
—— -с; -— Ї
у, —
—— ^__ і
а) Кромка оперта 5) Кромка свободна
Значения коэффициента k для двух случаев закрепления кромок. пластин приведены ниже [30]:
для пластины, опертой четырьмя кромками:
l/h 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,4
k 8,41 5,14 4,20 4,0 4,13 4,47 4,20 4,04 4,00 4,13
для пластины, опертой тремя кромками :
l/h 0,5 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,5 3
k 4,40 1,44 1,14 0,95 0,84 0,75 0,70 0,61 0,56
Следует заметить, что разработка расчетов (на устойчивость как листовых элементов, так и всей сварной конструкции в настоящее время находится /по. ка только в начальной стадии. Характер влияния закрепления. кромок сжатых листовых элементов, которые в сварных конструкциях осуществляют сварные швы, исследован мало. В некоторых случаях сугубо ориентировочно подсчитывают критические напряжения для сжатых листовых элементов по формуле (225), пользуясь коэффициентами, рекомендуемыми для пластин с опертыми кромками.
Определив критическое напряжение СЖАТИЯ Окр в тонколистовых элементах по формуле (255), сопоставляем это значение с остаточным реактивным напряжением осевого сжатия 02 от действия остаточных внутренних усилий.
Чем выше Окр, тем устойчивее данный листовой элемент или пластина. Чтобы не было. потери устойчивости, рекомендуется брать запас на устойчивость не ниже 1,7, т. е. соблюдать условие
Окр 1,7о2.
В сварных конструкциях для предотвращения потери устойчивости сжатыми листовыми элементами увеличивают их жесткость путем увеличения толщины листов или увеличения количества ребер жесткости, повышая этим значение Окр.
Эффективным технологическим мероприятием против потери устойчивости тонколистовыми элементами при сварке является предварительное растяжение их и сварка в растянутом состоянии, Этим уменьшается остаточное напряжение сжатия о2 и устраняется потеря устойчивости.
Приведенные краткие указания по методике расчета остаточных деформаций и напряжений в указанных группах сварных конструкций не исчерпывают многообразия конструктивных форм, встречающихся при изготовлении сварных конструкций. Несомненно, в сложных конструкциях возникает необходимость одновременного применения разных расчетных приемов и разработки новых расчетных вариантов.
Однако независимо от вида ожидаемых остаточных деформаций в сварных соединенных и сварных конструкциях, в первую очередь необходимо определить сечение активных зон сварных швов, величину остаточных активных внутренних усилий, действующих по линии каждого шва, и реактивное напряжение осевого сжатия 02, зная которые, можно определить деформации и остаточные напряжения в сварных конструкциях для заданных режимов сварки. |
Скачать 393.61 Kb.